ESTEBAN PINILLA

Caso 02 · Trabajo de Fin de Grado

La rueda exterior casi no giraba: encontré el punto muerto del mecanismo y rediseñé la dirección

Simulé en Simscape Multibody la dirección de un kart diseñado en SolidWorks, encontré por qué no cumplía la geometría de Ackermann, la corregí y validé el resultado en el CAD.

253 % → 127 %Ackermann simulado antes y después del rediseño (100 % = ideal)
112 %Ackermann verificado en CAD (17,81° interior / 14,81° exterior)
±13° → ~24°la singularidad del mecanismo se aleja del rango de uso
Proyecto
TFG «Diseño e integración de sistema de dirección y transmisión para un vehículo tipo kart amateur». Grado en Ingeniería Mecánica, Universidad de Vigo. Calificación: 8,5
Fecha
2026
Código
github.com/estebanpinillaalva-spec/tfg-kart-direccion: scripts de MATLAB, modelo, gráficas y memoria completa
Autoría
Diseño CAD del kart en equipo con Martín. La simulación, el análisis y el rediseño de la dirección son trabajo propio. Los scripts de MATLAB los desarrollé dirigiendo a un agente de IA.

El problema

En una curva, la rueda interior tiene que girar más que la exterior para que las dos describan trayectorias concéntricas sin deslizar. Eso es la geometría de Ackermann. En un kart importa más porque no hay diferencial. El objetivo de diseño era un Ackermann del 100 %: con GeoGebra calculé que el brazo de la mangueta debía formar 107,62° con el eje del pivote.

Al simular el ensamblaje en Simscape, la primera versión no se comportaba así: la rueda exterior apenas giraba, el Ackermann superaba el 250 %, los dos lados respondían distinto y el mecanismo llegaba a una singularidad a ±13°.

Qué hice

  1. De SolidWorks a Simscape. Exporté el ensamblaje y lo importé con smimport como modelo multicuerpo.
  2. Diagnóstico. Las manguetas estaban bien diseñadas y comprobadas, así que busqué la causa en otra parte: la placa de dirección. Con el anclaje lateral y alejado de las bieletas, el cuadrilátero articulado del lado exterior trabajaba cerca del punto muerto y la rueda exterior casi no recibía giro.
  3. Rediseño. Acerqué al eje de la columna el anclaje de las dos bieletas, con un anclaje central único. Así el mecanismo vuelve a ser simétrico.
  4. Modelo paramétrico construido por código. Con un agente de IA desarrollé scripts de MATLAB que generan el modelo corregido con la geometría real (vía de 619,15 mm, batalla de 1.056,57 mm, bieleta de 305 mm y brazo de 120 mm), lo simulan, calibran el brazo y generan las gráficas y la animación.
  5. Validación en el CAD. Articulé la dirección en SolidWorks y medí los ángulos reales para contrastarlos con la simulación.

Lo que se torció y cómo lo resolví

Resultado

IndicadorAnclaje lateral (antes)Anclaje central (después)
% Ackermann simulado (giro a derecha / izquierda)≈253 % / ≈238 %≈127 % / ≈127 %
Error respecto a la rueda exterior ideal−2,95° / −1,27°−0,89° / −0,89°
Singularidad del mecanismo±13°~24°
Simetría entre giro a izquierda y a derechaasimétricosimétrico
Ackermann verificado en CAD—112 %
Comparativa entre la placa defectuosa y la corregida: porcentaje de Ackermann y límite de giro
Porcentaje de Ackermann y límite de giro con la placa defectuosa (anclaje lateral) y la corregida (anclaje central). Elaboración propia.
Ángulo de la rueda interior frente a la exterior comparado con la curva ideal de Ackermann
Rueda interior frente a exterior, comparada con la curva ideal.
Error de Ackermann a lo largo del recorrido de la dirección en el modelo corregido
Error de Ackermann en el modelo corregido.
Ángulos de ambas manguetas durante el giro de la dirección
Ángulos de las manguetas durante el giro.
Diagrama de Ackermann: ángulo interior frente a exterior, con la curva ideal y la dirección paralela
Diagrama de Ackermann del modelo corregido.
Animación 2D de la dirección corregida, generada desde la simulación.

Limitaciones y siguiente paso

Herramientas