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Transmisión
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Tracción total con embrague Haldex
Con el desarrollo del embrague
Haldex se ha logrado un paso importante en la tecnología desarrollada
para la tracción total en el automóvil. El embrague Haldex de
funcionamiento mecánico, tiene un accionamiento hidráulico y es
controlado mediante una gestión electrónica.
La activación del embrague, es decir la transmisión de par al
eje posterior, es totalmente automática. Mediante una gestión
electrónica se reconoce el comportamiento del vehículo en cada
momento; así es posible variar el par motriz transmitido al eje posterior
desde el valor máximo hasta anularlo completamente.
La gestión de la tracción total trabaja completamente ligada con
la gestión de motor y el sistema de frenos; esto permite
obtener el máximo rendimiento a las funciones de cada una de las gestiones
y lograr un comportamiento dinámico del vehículo más estable
ante cualquier situación. El intercambio de datos entre unidades de control
se establece por la línea CAN-Bus.
Gracias al autodiagnóstico y al mínimo mantenimiento se han simplificado
y facilitado las operaciones a realizar, a la vez que se reduce el tiempo de
permanencia del vehículo en el Servicio de reparación.
La tracción total
basada en el embrague Haldex, suele tener dispuesto este dispositivo entre el
árbol cardán y el grupo diferencial posterior.
El embrague Haldex permite disponer de una tracción regulable a las ruedas
posteriores, según sean las condiciones dinámicas durante la circulación
(aceleración, frenado, maniobra, etc.).
Se trata de un sistema de accionamiento totalmente automático, el cual
está formado por tres partes funcionales. La primera es el grupo mecánico
responsable de transmitir el par motriz mediante unos discos de embrague. La
segunda es un circuito hidráulico que acciona el grupo mecánico.
Y una última, la gestión electrónica de control.
Además, la línea CAN-Bus facilita un constante intercambio de
información entre las diferentes unidades de control, consiguiendo que
las funciones de la gestión de motor, de frenos y
de la tracción total trabajen conjuntamente.
Debe resaltarse también que las versiones con tracción total tienen
modificaciones respecto a las versiones de tracción delantera. Aparte
de las diferencias propias en la transmisión, cabe destacar los cambios
realizados en los trenes de rodaje, la carrocería y en el circuito de
alimentación de combustible.
FLUJO DEL
PAR MOTRIZ
Al igual que en un vehículo con tracción delantera, en los de
tracción total el par motor llega a la caja de cambio a través
del embrague.
La caja de cambio propulsa las ruedas delanteras de forma permanente, de la
misma forma que un tracción delantera. Además, dispone de una
toma de fuerza por la que se transmite
par motriz a la caja de reenvío y de ésta al árbol cardán.
El extremo final del árbol cardán se une con embrague Haldex.
Se trata de un conjunto de discos de embrague que conectan el árbol cardán
con el diferencial posterior. Si los discos de embrague son presionados, el
par motriz llega al eje posterior. Es entonces cuando se dispone de tracción
total. Según sea la presión a la que se sometan los discos variará
el par transmitido. Entonces la transmisión del par hacia el diferencial
trasero únicamente puede producirse a través del conjunto multidisco
cerrado en el embrague Haldex.
El reparto del par motriz es decidido siempre por la unidad de control. Pero
es imprescindible que exista una diferencia de giro entre las ruedas de ambos
ejes para transmitir par al eje
posterior.
Ventajas
del embrague Haldex
Las ventajas que ofrece un vehículo equipado con embrague Haldex respecto
a uno de tracción delantera, o incluso a otro tipo de tracción
total, son las siguientes:
TREN DE RODAJE POSTERIOR
A diferencia del tren de rodaje delantero, el cual ha sido modificado, el tren
de rodaje posterior es totalmente nuevo. Es del tipo de doble brazo transversal
en el que destacan las siguientes características:
El bastidor auxiliar del eje trasero ha sido diseñado en una versión
muy plana, al objeto de mantener la mayor habitabilidad posible en el habitáculo.
Dos brazos transversales, inferior y superior, con los que se consigue el guiado
de las manguetas.
El brazo oscilante está fijado a la carrocería por medio del soporte
del eje trasero.
Amortiguadores y muelles helicoidales montados por separado. Los amortiguadores
son versiones bitubo inclinados hacia la parte posterior. Y los muelles helicoidales
tienen como base una arandela de cinc. Además las articulaciones guía
están recubiertas de PTFE (politetrafluoretileno = teflón).
En el tren de rodaje posterior se puede ajustar la convergencia desplazando
los soportes del eje trasero en sentido transversal. Y también la caída
por medio de articulaciones con guía excéntrica.
MODIFICACIÓN
EN LA ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
El depósito de combustible para los vehículos de tracción
total ha sido adaptado a las condiciones más estrechas del espacio disponible,
en comparación con el vehículo de tracción delantera. Un
túnel en el depósito establece el espacio necesario para el árbol
cardán. De ahí resulta un "depósito de combustible
dividido en dos piezas".
Un eyector
es accionado por una bomba de combustible biescalonada, a través del
tubo de retorno, haciendo que eleve el combustible de la mitad izquierda del
depósito hacia la cuba antioleaje de la bomba.
ESTRUCTURA DEL EMBRAGUE HALDEX
El embrague Haldex como hemos dicho anteriormente se compone de tres grupos de componentes:
Los componentes mecánicos asumen la función de transmitir el par de tracción, procedente del árbol cardán, al diferencial trasero mediante un embrague multidisco.
Las piezas que forman los componentes mecánicos se agrupan en:
Los componentes hidráulicos tienen la función de generar
la presión de aceite suficiente para comprimir el conjunto multidisco
consiguiendo así que los componentes mecánicos transmitan el par
al eje posterior.
Los elementos hidráulicos principales son:
Los componentes electrónicos tienen la responsabilidad de gestionar
la presión del aceite que comprime más o menos el conjunto multidisco.
Los componentes electrónicos situados en el embrague Haldex son:
Componentes mecánicos
La parte mecánica estaría compuesta por los siguientes elementos:
El árbol de entrada: el embrague Haldex recibe el par a través del árbol de entrada, que se representa en la figura mediante el color azul y está formado por:
Todas las piezas que forman el árbol de entrada permanecen solidarias girando a la misma velocidad.
El árbol de salida: esta representado por las piezas de color rojo, constituye un segundo conjunto, el cual también forma una unidad compacta y está compuesto por:
El conjunto multidisco lo forman:
El dentado
de los discos de embrague encaja en el nervado interior de la carcasa portadiscos.
Y el de los discos metálicos, en el nervado del árbol de salida.
Los émbolos anulares: se apoyan en los rodillos, y no giran tan sólo tienen posibilidad de movimientos axiales y se dividen en:
El correcto funcionamiento de los componentes mecánicos, que están
bañados en aceite, requiere el uso de un aceite de alto valor antifricción,
así como de un circuito hidráulico y un
grupo de válvulas.
Nota: En la figura se ha simplificado el número de piezas para favorecer la comprensión del funcionamiento.
Funcionamiento
Siempre que el árbol de entrada y el árbol de salida giren a la
misma velocidad, no se transmite par motriz al eje posterior.
En el momento en que se produzca una diferencia de giro entre ejes, el árbol
de entrada gira en torno al de salida, generándose una presión
en el aceite, la cual es utilizada para comprimir el conjunto multidisco y transmitir
así par motriz al eje posterior. Es decir, el árbol de entrada,
formado por la carcasa portadiscos exteriores y los discos de embrague, giran
solidarios y arrastran consigo a los rodillos.
La diferencia de giro entre ejes provoca que los rodillos recorran la superficie
del disco de levas, transmitiendo un movimiento alternativo a los émbolos
de elevación.
Dichos movimientos de los émbolos de elevación generan una presión en el aceite mediante dos fases de bombeo:
El aceite a presión es conducido hasta el émbolo de trabajo, el cual desplaza otros rodillos y los empuja contra el disco prensaembrague. Así, el conjunto multidisco, formado por los discos de embrague del árbol de entrada y los discos metálicos del árbol de salida, es comprimido, quedando ambos árboles solidarios y se transmite par motriz al eje posterior.
Como ya se ha dicho, cuando hay una diferencia de giro entre el eje delantero y el trasero, se produce la generación de presión mediante dos fases de bombeo.
Componentes hidráulicos
Los componentes hidráulicos son los siguientes:
La "bomba
hidráulica" tiene la responsabilidad de generar una presión
previa. Para ello aspira el aceite de la carcasa del embrague y lo envía
a los émbolos de elevación, haciéndolo
pasar primero por el filtro.
La "válvula reguladora" de presión regula y mantiene
la presión en el émbolo de trabajo. Así se logra la transmisión
de diferentes magnitudes de par motriz al eje posterior.
El "acumulador de presión" mantiene y estabiliza la presión
generada por la bomba hidráulica.
Las "válvulas auxiliares" consisten en un entramado de válvulas imprescindibles para el buen funcionamiento del sistema, y son:
Una serie de conductos completan el circuito hidráulico y permiten que el aceite llegue a todas las válvulas y émbolos.
El circuito hidráulico trabaja con dos tipos de presiones. La diferencia depende del componente que la genera y su función.
Presión
previa
La función de la presión previa es neutralizar las holguras en
el conjunto multidisco, favoreciendo así una respuesta rápida
y suave del embrague Haldex.
La unidad de control del Haldex excita a la electrobomba de aceite siempre que
detecte un régimen de motor superior a las 400 r.p.m. En estas condiciones
el aceite alcanza una presión de 4 bares.
La presión previa no es suficiente para comprimir el conjunto multidisco,
por lo que no se transmite par motriz al eje posterior.
La electrobomba envía el aceite a presión hacia los émbolos
de elevación y los de trabajo por dos conductos distintos.
Presión
de trabajo máxima
La presión de trabajo siempre es generada por los émbolos de elevación
cuando hay diferencia de giro entre el eje delantero y el trasero.
El valor máximo en la presión de trabajo se alcanza cuando la
unidad de control del Haldex determina la necesidad de disponer del máximo
par motriz en el eje posterior.
En el momento que los émbolos de elevación generan la presión
de trabajo, se abren las válvulas de presión y llega al émbolo
de trabajo para comprimir el conjunto multidisco.
A su vez, las válvulas de admisión que están en reposo
impiden la pérdida de la presión de aceite.
El valor máximo
en la presión de aceite se obtiene cuando la válvula reguladora
de presión está totalmente cerrada, impidiendo así la fuga
del aceite al acumulador.
Una válvula limitadora de presión protege el circuito ante un
aumento excesivo de la presión, ya que ésta abre cuando se supera
el valor máximo de trabajo. Así se evitan daños en
los componentes hidráulicos.
Presión
de trabajo intermedia
Hay ocasiones en las que se produce una diferencia de giro entre ejes, pero
la unidad de control determina que no es necesario disponer del máximo
par motriz en el eje trasero. Es
decir, se requiere de una tracción total con un reparto de par desigual
entre ejes.
En esta situación, la presión también la generan los émbolos
de elevación, con la diferencia que la válvula reguladora de presión
Presión
de trabajo nula
La última posibilidad es cuando hay diferencia de giro entre los ejes
y no se requiere motricidad en el eje posterior. Es decir, sólo se precisa
tracción en el eje delantero.
Para anular la presión de trabajo generada por los émbolos de
elevación, la válvula reguladora de presión se desplaza
a la posición de totalmente abierta. El aceite es desalojado por
dicha válvula hasta el acumulador y de ahí conducido a la carcasa
del embrague Haldex.
El resultado es que el conjunto multidisco no es comprimido y no se transmite
par motriz al eje posterior.
Gestión electrónica del embrague Haldex
El embrague
Haldex utiliza tanto sensores exclusivos para la tracción total como
de otras gestiones, concretamente de la gestión de motor y de la gestión
de frenos.
Las señales utilizadas por la unidad de control Haldex llegan por dos
vías:
Funciones asumidas gestión
del par motriz del eje trasero
La unidad de control Haldex analiza las señales de los sensores para
reconocer las condiciones en que circula el vehículo.
A continuación calcula el par motriz necesario en el eje posterior y,
mediante los actuadores, genera la presión previa y controla la presión
de trabajo.
La presión de trabajo comprime el conjunto multidisco en mayor o menor
medida, logrando así modificar el resbalamiento de los embragues y variar
el par motriz en el eje posterior.
Autodiagnosis
Transmisor
de régimen
El transmisor de régimen registra la posición angular del cigüeñal
para definir los momentos de encendido e inyección, así como el
régimen del motor.
La unidad de control Haldex utiliza esta señal para excitar la electrobomba
de aceite.
Transmisor
de posición del acelerador
Montado en la parte superior del pedal del acelerador formando un conjunto,
consta de dos potenciómetros cuya variación de resistencia es
lineal y diferente en cada caso.
La unidad de control Haldex utiliza estas señales para determinar la
posición del acelerador.
Sensores
de revoluciones
Situados uno en cada rueda envían a la unidad de control ABS una señal
senoidal, la frecuencia de la cual depende del régimen de cada rueda.
Con estas señales la unidad de control ABS cálcula la velocidad
de cada rueda.
Esta información es utilizada por la unidad de control para calcular
la diferencia de giro entre ejes.
Transmisor
de aceleración longitudinal
Se monta en el pilar A derecho sólo en los vehículos con ESP y
tiene como función reconocer las aceleraciones longitudinales del vehículo.
La unidad de control Haldex utiliza la señal del transmisor para confirmar
el cálculo teórico de la velocidad de marcha y optimizar el par
motriz al eje trasero.
Interruptor de freno
Al accionar el freno se iluminan las luces de freno y se informa a las unidades
control Haldex y ABS de dicha acción. La unidad ABS también vuelca
a la línea CAN-Bus dicha información.
La unidad de control Haldex utiliza esta señal para anular la presión
de trabajo cuando el pedal de freno está accionado.
Interruptor
de freno de mano
Transmite la información de freno de mano accionado hacia el cuadro de
instrumentos, la unidad de control Haldex y la unidad de control ABS; esta última
vuelca a la línea CAN-Bus el estado del interruptor.
La unidad de control Haldex utiliza esta señal para anular la presión
de trabajo, siempre que se accione el freno de mano y la velocidad sea inferior
a 50 km/h.
Transmisor
de temperatura de aceite
Está alojado en el interior de la carcasa de la unidad de control Haldex,
junto a la válvula reguladora de presión. Permanece bañado
en aceite, pudiendo determinar así la temperatura instantánea
del mismo.
La temperatura de aceite es procesada por la unidad de control Haldex para adaptar
el sistema a las variaciones de viscosidad del aceite.
La unidad establece tres niveles de corrección según sea la temperatura del aceite:
Si la temperatura del aceite supera los 100ºC, la unidad de control anula la presión de trabajo y no se transmite par motriz al eje posterior. En caso de avería del transmisor se desactiva la tracción al eje posterior.
CAN-Bus
La unidad de control Haldex recibe de la unidad de control motor a través
de la línea CAN-Bus los siguientes datos:
Y de la unidad de control ABS:
Además la unidad
de control ABS informa a la del Haldex si ha activado o no alguna función
propia del sistema de frenos. En caso de avería de la línea CAN-Bus
se desactiva la tracción total.
Servomotor
Se trata de un motor paso a paso que forma un conjunto funcional con la válvula
reguladora de presión. Está integrado en la carcasa de la unidad
de control Haldex formando una sola pieza.
El servomotor tiene acoplado un piñón, que al girar desplaza la
corredera. Al cambiar la posición se modifica la sección de paso
en el taladro de retorno para variar así la presión de
trabajo que comprime al conjunto multidisco.
La unidad de control, mediante un cableado interno, excita y controla de forma
alternativa la polaridad de las bobinas del estátor del servomotor, de
tal forma que gira paso a paso, en
ambos sentidos y de forma muy precisa.
En caso de avería en el servomotor, la válvula reguladora de presión
queda totalmente abierta, anulándose la presión de trabajo y por
lo tanto la tracción en el eje trasero.
Electrobomba de aceite
Está unida en la zona inferior de la carcasa del embrague Haldex.
Se reúnen en un conjunto único: un motor eléctrico de giro
continuo y una bomba hidráulica, que son solidarios. Al girar el motor
eléctrico arrastra los engranajes de la bomba hidráulica, la cual
comprime el aceite y se genera la presión previa en el circuito hidráulico.
La unidad de control excita directamente a la electrobomba con una tensión
aproximada de 6 voltios, siempre que detecte un régimen de motor superior
a las 400 r.p.m.
En caso de avería no genera presión previa, siendo imposible lograr
la presión de trabajo y no se dispondrá de tracción en
el eje trasero.
Comportamiento
del embrague Haldex
La unidad de control del embrague Haldex asume la función de controlar
la presión de trabajo en el conjunto multidisco, y así lograr
que se transmita el par motriz necesario en cada
momento al eje posterior.
El éxito de está regulación requiere que la unidad de control
reconozca el comportamiento dinámico del vehículo, para posicionar
correctamente la válvula reguladora y modificar la presión de
trabajo. Así se controla la presión ejercida sobre el conjunto
multidisco y en definitiva la transmisión del par motriz al eje posterior.
La variación en la tracción puede entenderse con un sencillo estudio
del comportamiento dinámico del vehículo. Basta con observar primero
la carrocería (basculado, aceleración, frenado, etc.) y ver cómo
varían en cada rueda las siguientes magnitudes físicas:
La unidad de control Haldex reconoce las magnitudes mediante los sensores.
Según sea el comportamiento detectado en la carrocería, la unidad de control Haldex gestiona el par motriz aplicado en el eje trasero, a través del control de la presión de trabajo.
Maniobras
Las maniobras (aparcamiento) en condiciones normales se realizan a bajas velocidades
por lo que la carrocería no bascula, es decir, el peso del vehículo
queda repartido entre ambos ejes, así como una escasa solicitud de par
en el eje posterior.
La unidad de control Haldex detecta dicho comportamiento mediante el régimen
de motor, la posición del acelerador y los cuatro sensores de rueda.
Además, la unidad detecta que el
conductor solicita poco par motor.
En estas situaciones la presión de trabajo es nula en el conjunto multidisco
y no se transmite par motriz al eje posterior.
Aceleración
Durante las aceleraciones el peso del vehículo se apoya con mayor intensidad
en el eje posterior. Si se aumenta el par motriz en dicho eje se mejora la aceleración
del vehículo.
Gracias a las señales del par motor, el régimen del motor, la
posición del acelerador y los sensores de rueda, la unidad de control
detecta esta fase.
Durante la aceleración la presión de trabajo es máxima,
transmitiendose así par motriz al eje posterior.
Circulación
deportiva
La posición de la carrocería varía rápidamente,
también el reparto de carga entre ruedas y la diferencia de giro entre
ejes. Sin olvidar que el conductor varía continuamente la posición
del acelerador. En estos casos se requiere un elevado par en el eje posterior.
La circulación deportiva es identificada por la unidad de control a partir
de las señales del par motor, el régimen del motor, la posición
del acelerador y los sensores de rueda.
En situaciones tan variables la presión de trabajo es máxima,
pudiendo ser nula en algún momento puntual.
Circulación
de crucero
A pesar que la velocidad puede ser alta, el vehículo tiene un reparto
de peso equitativo entre ambos ejes, siendo nula la diferencia de giro entre
ejes y escasa la necesidad de par en
el eje posterior.
La unidad de control del Haldex utiliza las señales del par motor, el
régimen del motor, la posición del acelerador y los sensores de
rueda para detectar dicha situación.
La conducción bajo estas condiciones provoca que la presión de
trabajo sea nula y no haya transmisión de par motriz al eje posterior.
Frenado
Durante el frenado, la carrocería bascula hacia delante, aumentando el
peso que recae en el eje delantero y disminuyendo en el trasero.
La unidad de control detecta la intención de frenado por parte del conductor
mediante las señales del interruptor de freno, de la unidad de control
ABS y de los cuatro sensores de rueda.
En el frenado la presión de trabajo es nula para que el eje trasero no
disponga de par motriz.
Circulación
en firme resbaladizo
La circulación en terrenos con arena, nieve o lugares de similares características
ocasiona rápidas variaciones en el reparto de cargas entre ruedas, y
en consecuencia entre los ejes
delantero y trasero.
Estas situaciones se reconocen por la unidad de control por las señales
de par motor, régimen del motor, posición del acelerador, los
sensores de rueda y de si se ha activado o no
alguna función propia del sistema de frenos.
Cuando el firme es resbaladizo la presión de trabajo que se genera es
máxima para disponer de tracción total.
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