- Four-wheel drive o doble tracción: en general se refieren a sistemas part-time, usados sólo en condiciones de baja tracción como sobre nieve, hielo o fuera de ruta (off-road)
- All-wheel drive o tracción integral: estos sistemas suelen ser permanentes y están diseñados para actuar en todo tipo de superficies, tanto dentro como fuera de ruta, y la mayoría no puede ser desacoplada.
Los sistemas part-time y permanentes pueden ser evaluados según el mismo criterio. El mejor sería el que proporcione el torque exacto a cada rueda, tal que no patine.
de donde, engine: motor, front/rear differential: diferencial delantero/trasero, front/rear drive shaft: eje delantero/trasero, transfer case: caja de transferencia[/FONT]
Explicaremos a continuación los fundamentos de la tracción y luego veremos algunos sistemas desarrollados.
Torque
El torque es el momento o par motor que genera la fuente motriz y es lo que mueve al automóvil. La caja y el diferencial van multiplicando el torque según su relación de engranajes y lo transmiten a las ruedas. Pero un hecho interesante está dado en situaciones de baja adherencia, en las que el torque máximo está determinado por la tracción de los neumáticos y no por el motor.
Tracción
A los fines de este artículo, definiremos tracción a la fuerza máxima que la cubierta puede ejercen contra el piso (o viceversa), determinados por:- Peso sobre la rueda: cuanto mayor sea, más tracción. Las fuerzas pueden desplazarse según circule el automóvil, como ser en una curva, en donde el peso se recargará en los neumáticos exteriores, o cuando se está acelerando, que se recargan las ruedas traseras.
- Coeficiente de fricción: está relacionada con el tipo de neumático y de superficie de la pista.
- Patinamiento: que puede ser de 2 tipos:
- estático: donde el caucho no patina
- dinámico: cuando existe un deslizamiento relativo en caucho y piso
Sucede cuando las fuerzas aplicadas exceden la tracción disponible en la rueda, que pueden ser de 2 tipos:- Longitudinales: por el torque transmitidos a la rueda por el motor o el freno y tienden a acelerar o desacelerar el vehículo.
- Laterales: generadas entre los neumáticos y el piso cuando un auto dobla.
La mayoría de las personas no excede la capacidad tractora en pavimento seco e incluso tampoco en el húmedo. Los sistemas 4x4 son especialmente útiles en situaciones de baja tracción como sobre hielo, nieve o terreno resbaladizo. El beneficio está en tener el potencial de duplicar las fuerzas longitudinales (de tracción) aplicadas al piso. Sin embargo, no ayudará ante frenadas sobre superficies patinosas.
COMPONENTES
Las partes principales que componen el sistema 4x4 son los 2 diferenciales (delantero y trasero) y la caja de transferencia. Adicionalmente los sistemas part-time poseen cubos de bloqueo, y ambos contarán con equipamiento electrónico para hacer un mejor uso de la tracción.
Diferenciales
Estos automóviles poseen 2 diferenciales, uno ubicado en el tren trasero y el otro en el tren posterior. Ellos envían el torque desde el motor hacia las ruedas. También permiten a las ruedas izquierda y derecha rotar a distintas velocidades en un giro (ver nota ).
Caja de transferencia
Es el dispositivo que divide la potencia entre los ejes delantero y trasero en un 4x4.
de donde, planetary gear reduction: reducción por engranajes planetarios; input (from transmission): entrada (desde transmisión); front/rear driveshaft: eje conductor delantero/trasero; drive chain: cadena de conducción.[/FONT]
Mientras los diferenciales se encargan de las diferencias de velocidades entre las ruedas internas y externas en una curva, la caja de transferencias en los vehículos de tracción integral se encarga de la diferencia de velocidades entre los ejes anterior y posterior, a través de un acoplamiento, un diferencial u tren de engranajes, permitiendo un adecuado funcionamiento sobre cualquier tipo de superficie.
La caja de transferencia en los sistemas part-time bloquean el eje motor delantero hacia el trasero, obligándolos a girar a igual velocidad, generándose un patinamiento de los neumáticos. Por ello, se emplean sólo en situaciones de baja tracción en las que se permita ese resbalamiento. Sobre el asfalto seco, debe ser desconectado para evitar vibraciones y excesivo desgaste de ruedas y ejes. Algunas cajas de transferencia también tienen un juego adicional de engranajes de reducción para brindar un torque adicional con un velocidad de salida muy baja.
Cubos de bloqueo
Cada rueda está abulonada a un cubo. Los sistemas part-time usualmente tienen cubos de bloqueo en el tren delantero para poder desconectarlo del diferencial, de los semiejes y del eje motor, evitando desgastes y roturas cuando no se lo utiliza como 4x4. Modelos actuales permiten efectuar la maniobra de conexión o desconexión automáticamente, incluso con el vehiculo en movimiento. Tanto éstos como los anteriores manuales cuentan con un manguito deslizante que traban los semiejes con el cubo.
Electrónica avanzada
En muchos automóviles modernos juega un papel primordial como sistemas de control de tracción, siendo similar al de frenos ABS. En otros, existen mecanismos de acoplamientos controlados electrónicamente para obtener una mejor respuesta.
SISTEMA ELEMENTAL
Los sistemas part-time de camionetas 4x4 y de las primeras SUV trabajan de la siguiente manera: generalmente poseen originalmente tracción trasera. La transmisión conecta directamente a la caja de transferencia y de allí un eje moverá el tren delantero y otro el trasero.
siendo locking hub: cubos de bloqueo; half shaft: semieje; transfer case: caja de transferencia; front/rear drive shaft: eje motor anterior/posterior; front/rear differential: diferencial frontal/trasero[/FONT]
Cuando se activa la doble tracción, la caja de transferencia conecta el eje delantero al eje trasero, para que cada eje reciba la mitad del torque proveniente del motor. Al mismo tiempo se traba el cubo delantero.
A pesar de que esta configuración básica brinda mayor tracción que los sistemas simples convencionales, adolesce de 2 importantes contras: el ya mencionado mayor desgaste sobre ruta y el empleo de diferenciales "abiertos". Como se vió en la nota sobre diferenciales, cuando uno de los extremos del diferencial gira libre, el torque aplicado allí es nulo; por ende, al dividirse el torque en forma pareja, tenemos que el otro extremo también lo será, como podemos ver en la siguiente animación:
[FLASH WIDTH=405 HEIGHT=300]http://static.howstuffworks.com/flash/four-wheel-drive-basic.swf[/FLASH]
Existen varias maneras de mejorar nuestro ejemplo. Una solución frecuente es reemplazar el diferencial trasero por uno de resbalamiento limitado. Otra opción es un autoblocante.
SISTEMAS DE AVANZADA
Los vehículos Hummer de uso militar combinan una tecnología mecánica exclusiva con la más sofisticada electrónica para crear lo mejor en sistemas 4x4.
Los Hummer se basa en un sistema permanente con mecanismos adicionales que pueden ser acoplados para un mejor desempeño fuera de ruta. En este caso, tal como en la configuración elemental, la transmisión se halla conectada a una caja de transferencia y de allí, 2 ejes parten hacia los trenes delantero y trasero. Sin embargo, la caja del Hummer no conecta automáticamente ambos ejes, sino que posee un diferencial adicional manejado por el conductor. Sin conectar, los ejes anterior y posterior se mueven a distintas velocidades, pudiendo el auto circular en pavimento seco sin inconvenientes. Cuando se acciona el diferencial, ambos ejes tiene acceso al torque del motor; por ejemplo, si las ruedas delanteras resbalan, las traseras obtendrán el torque necesario para traccionar.
siendo geared hub: cubos con engranajes; half shaft: semieje; transfer case: caja de transferencia; front/rear drive shaft: eje motor anterior/posterior; front/rear differential: diferencial frontal/trasero[/FONT]
Los cubos de los vehículos Hummer presentan la particularidad de tener los ejes desplazados para permitir un despeje de unos 40.64cm (16"), duplicando la altura al piso de los 4x4 tradicionales. A esto se agrega la utilización de diferenciales Torsen, los que al percibir un decremento en el torque de una de las ruedas, transfieren hacia la otra desde el doble hasta el cuádruple de su valor, con la ayuda del sistema de control de tracción por frenado. Se obtiene entonces un comportamiento como el demostrado en la siguiente animación:
SISTEMAS DE DOBLE TRACCION
Hay casi tantos tipos de sistemas 4x4 como vehículos 4x4. Pareciera como que cada fabricante tuviera varios esquemas para proveer potencia a todas las ruedas. El lenguaje empleado puede resultar confuso, por lo que comenzaremos a aclarar cierta terminología:
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