Sin embargo, más allá de este elemento que atraía a nuevos clientes y gestaba el nacimiento de nuevas marcas, se ha de tener en cuenta los enormes problemas a los que se enfrentaba el nuevo juguete de estos aristócratas al combinar la velocidad con caminos de tierra adaptados para las diligencias. Un ejemplo de ello fue la París-Marsella-París donde el mal estado de los caminos llevaba a tener que parar el coche en muchos casos para retirar árboles caídos y en una ocasión este tipo de incidentes se cobró la vida de Emile Levassor. Más tarde en la Paris-Madrid la cosa no mejoró, sino que el número de muertes fue tan alto que hubo de suspenderse la competición y dar sepultura a Marcel Renault. Por tanto, era lógico empezar a pensar en la necesidad de poner solución a este problema desarrollando neumáticos más resistentes a pinchazos, un sistema de suspensión que permitiese controlar mejor el comportamiento dinámico del vehículo o sobre todo un buen sistema de frenos.
Dichos problemas fueron solventados con ideas muy
diferenciadas en función de cada marca, pero las dificultades de frenado en condiciones
de baja adherencia seguían sin tener una solución. Por suerte, habían aparecido
ya previamente en el ferrocarril diseños mecánicos de control de frenado en
situaciones deslizantes como el de J. E. Francis de 1908 que no llegó a ser
implementado en trenes hasta los años 60.
El mundo aeronáutico por su parte también contaba con la
necesidad de estos sistemas para las operaciones de aterrizaje y en 1929 la
marca Voisin, que también fabricaba automóviles, desarrolló un sistema mecánico
de frenos antibloqueo para aviones. Con este primer paso hacia la
implementación de esta tecnología, en 1936 Bosch registra una patente de una
unidad de control electromecánica que actuaba sobre el circuito de frenos para
evitar el bloqueo de las ruedas en frenadas con baja adherencia. Se realizaron
pruebas exitosas en aviones de este sistema y pronto desde las islas británicas
llegaría un sistema mejorado que se implementaría de forma extendida.
Dunlop caminando hacia el primer coche con sistema de
frenos antibloqueo
El nuevo sistema británico en cuestión fue desarrollado en 1952 por Dunlop bajo el nombre de Maxaret. El producto fue recibido con gran entusiasmo por el ejército inglés ya que permitió reducir las distancias de frenado hasta un 30%, frente a los sistemas desarrollados por Bosch, e incrementar el peso de las aeronaves en un 15%. Durante su etapa comercial el sistema sufrió mejoras y adaptaciones a frenos neumáticos de ciertos aviones, pero el mayor punto de inflexión surgió al confluir tres empresas que buscaban un mismo objetivo y que pudieron aprovechar sinergias entre ellas. Estas fueron Ferguson, Jensen y por supuesto Dunlop.
La primera de ellas estaba dirigida por el irlandés Harry
Ferguson gran apasionado del mundo aeronáutico y aunque sus esfuerzos en ese
campo no fueron fructíferos, era toda una referencia en el mundo agrícola. Gracias
a los beneficios que obtenía la compañía por la venta de tractores y el largo
litigio en el que resultó victorioso frente a Henry Ford II, pudo crear una
nueva división en la empresa dedicada a mejorar la maniobrabilidad y agarre en
deportivos de competición británicos. Harry Ferguson siempre fue un amante de
la competición inglesa y soñaba con conseguir que dichos deportivos pudiesen
aprovechar de forma eficiente su potencia en condiciones deslizantes.
Este irlandés con la ayuda de dos pilotos ingleses plasmó
todos sus avances en la que se conoce como la “Ferguson Formula” (FF). Este
sistema se basaba en un sistema de tracción a las 4 ruedas que se podría
implementar en cualquier deportivo, algo que Ferguson pensaba sería un éxito
rotundo. Convencido de que el único argumento de venta sería una demostración
práctica, Ferguson encargó la construcción de un coche de F1, el Ferguson P99,
el cual debutaría en 1961 con una contundente victoria en manos de Stirling
Moss. Lamentablemente Harry Ferguson no llegaría con vida a ver la
materialización de su idea ya que fallecería por una sobredosis en octubre de
1960.
A pesar de ello, el sistema FF caló entre las escuderías de F1,
quienes pronto se pusieron a tratar de sacar mecanismos similares u
optimizados, dándose cuenta de que se obtenían resultados iguales o superiores
con la aplicación de otros esquemas, como mejoras en la transmisión, cubiertas
especiales para pavimento mojado o la implementación de alerones. A fin de
cuentas, un sistema de tracción 4 ruedas implica un mayor consumo por la
energía absorbida por el diferencial central y un mayor peso por la necesidad de
multiplicar por dos el número de árboles, palieres y diferenciales.
Paralelamente a este nuevo foco de atención en la F1, la
segunda de las marcas implicadas en esta concentración de sinergias, Jensen, buscaba
cumplir el mismo sueño que Ferguson. El sueño de cualquier aficionado de poder maniobrar
como un experto en agresivas condiciones climáticas y lo más importante poder
frenar a alta velocidad con total seguridad. Gracias a la fama que ya tenía
Ferguson el ingeniero Richard Jensen no dudó en contactar con él, así como con
Dunlop para la implementación de un sistema de frenos antibloqueo.
Mientras que Richard estaba excitado con la idea de
implementar la FF, llegando a un acuerdo con Ferguson, y esta última con Dunlop
para adaptar el sistema Maxaret. El que estaba desencantado era su hermano Alan
Jensen, que como contable pensaba que aún faltaba pulir bastante el sistema
y que el mismo dispararía de manera astronómica los costes de fabricación del
vehículo.
Con la llegada del año 1966 Jensen presenta el Interceptor,
un deportivo gran turismo de diseño italiano con motor Chrysler de 6.3 litros
que pretendía hacer frente a marcas como Jaguar o Aston Martin. Al contrario de
sus antecesores, construidos en fibra de vidrio, el nuevo GT tenía carrocería
de acero lo que le daba un peso de 1.678 Kg y lo hacía un coche pesado. Aun así,
su motor era tan potente que permitía sobrellevar este inconveniente y le dotaba
de una buena velocidad máxima de 210 km/h y un 0 a 100 en 7 segundos. Sin
embargo, costaba el doble que un Jaguar E-Type.
A pesar de todos estos detalles, la cualidad más importante
del Interceptor es que sirvió de base para la nueva versión FF. El nuevo Jensen
FF presentado también en 1966 era casi idéntico a su hermano con la excepción de algunos detalles como un
par de ventilaciones laterales de aireación y, por supuesto, la formidable
mecánica de tracción a las 4 ruedas Ferguson con sistema Dunlop Maxaret. Había
nacido el primer vehículo de calle con tracción a las 4 ruedas y frenos
antibloqueo. No, no era un Audi… tampoco un Mercedes-Benz…
Funcionamiento y características del sistema Maxaret
Si se entra en las entrañas de este novedoso control antibloqueo de frenos, se puede observar la presencia de 3 componentes fundamentales en el sistema. El servofreno de vacío que no se diferencia en nada respecto a un servo de la misma tipología sin sistema Maxaret, una electroválvula y una especie de contacto eléctrico accionado mediante un volante unido a una leva que lo conecta o desconecta.
Para lograr entender este sistema de control se ha de mencionar en primer lugar la conexión del volante de inercia del contacto eléctrico al árbol de transmisión conectado al diferencial central. Es en este punto donde se necesitó de la colaboración entre Dunlop y Ferguson. A su vez, se ha de tener en cuenta una conclusión muy importante en todo sistema de tracción de un vehículo y es que el grupo propulsor aporta par motor a las ruedas motrices, estando limitado superiormente por la adherencia. Esto implica que la transmisión de potencia del motor no es otorgada por las revoluciones del grupo de la caja de cambios, sino por las que las ruedas imponen al grupo propulsor. Es decir, la potencia es fuerza por velocidad donde la fuerza es otorgada por el motor a las ruedas (siempre que la adherencia lo permita) y la velocidad por las ruedas al motor. Siguiendo ese principio el volante de inercia gira siempre a una velocidad proporcional a la que giran las ruedas.
Al iniciarse el bloqueo de las ruedas, el volante recibe la sobredeceleración, esto es la variación de la deceleración al frenarse las ruedas, accionando una leva que conecta el relé y deja pasar la señal eléctrica. Dicha señal llega a un solenoide que al excitarse consigue vencer la fuerza de un muelle que cambia el estado de una válvula de 4 vías y 2 posiciones. Al producirse dicho cambio de estado se reduce la depresión en el servofreno y consecuentemente el esfuerzo que hace el conductor en el pedal es multiplicado por un valor inferior por parte del servo. Es decir, la posición del pedal y su fuerza es la misma, pero la que ve el cilindro maestro es inferior, así el caudal mandado a los frenos delanteros y traseros se ve reducido.
Se ha de tener también en cuenta la inercia del volante frente al mecanismo de la leva. Esto permite que el contacto continue pasando la corriente y así poder gestionar adecuadamente el bloqueo instantáneo de la rueda.
Este aspecto si se toma en consideración y se analiza en detalle se puede ver
que alarga notablemente la distancia de frenada, ya que el tiempo de reacción
del mecanismo no es lo suficientemente rápido.
Si la velocidad de las ruedas vuelve a aumentar, la
velocidad del volante también aumenta. Cuando las velocidades entre el
mecanismo de la leva y del volante se sincronizan nuevamente, el mecanismo de leva regresa mediante un resorte. A su vez, deja
de pasar corriente para excitar el solenoide y el muelle de la electroválvula
cambia el estado de la misma. A consecuencia de esto, se restablece la
depresión inicial en el servofreno de vacío y el caudal que llega a los frenos
recupera el valor inicial.
Los beneficios de este sistema en el Jensen fueron notables
sobre suelo mojado, donde era muy eficaz su sistema de tracción 4 ruedas y a la
hora de frenar a altas velocidades el FF mostraba un desempeño a años luz de cualquier
coche de la época. Sin embargo, ese desempeño impecable ocurría sólo en
condiciones ideales. El nuevo sistema revelaba la súbita activación del sistema
de frenos en terrenos deslizantes, algo totalmente comprensible a priori porque
es el momento en el que el sistema es necesario, pero la desactivación si la
fase de condiciones deslizantes era puntual tardaba más en producirse al tener
que vencerse la inercia del volante conectado al árbol de transmisión.
Por otro lado, el sistema FF estaba muy bien resuelto y se
llegó a utilizar en otras marcas como Opel o Range Rover. El problema en el
caso del Jensen apareció debido a la alta entrega de par del motor Chrysler con unas
solicitaciones excesivas para este sistema de tracción, que se desarrollará
posteriormente en este artículo. Otra de las limitaciones observadas pasaba por
la imposibilidad de cambiar de lado al sistema de dirección, por culpa del
diferencial delantero, para el resto del mercado europeo. Este aspecto unido al
resto de problemas tratados fueron los clavos del ataúd para este GT inglés.
Aunque la suerte del modelo y a su vez de la marca Jensen no
fueron nada halagüeñas, se había dado un gran paso y el empujón que necesitaba
el sistema Maxaret era precisamente un mejor sistema de control, algo que al
otro lado del charco estaban dispuestos a conseguir.
La tecnología aeroespacial en Chrysler y General Motors
Tras la segunda guerra mundial la tecnología aeroespacial
permitió un fuerte desarrollo de un nuevo campo de la ingeniería, la
electrónica. La llegada del mundo analógico marcó un antes y un después en
todos los sectores que requerían de algún sistema de control para procesos con tiempos
de ejecución mucho más rápidos que los que el mundo de la hidráulica o de la
mecánica eran capaces de conseguir. El sistema de frenos antibloqueo no fue una
excepción y pronto fabricantes americanos empezaron a desarrollar equipos que
mediante control analógico evitaban el bloqueo de las ruedas al frenar.
Si bien es cierto que los primeros diseños de ABS que realizaron los grandes trust del motor americanos no fueron implementados en vehículos de calle, sino en sus futuristas prototipos como el Firebird III en 1958 por parte de GM. Como ya se reveló en el artículo de turbinas el objetivo no era diseñar prototipos utilizables y fiables en el día a día, sino mostrar la fuerza que tenían estas marcas frente a otras marcas competidoras o incluso frente a la Unión Soviética en medio de la Guerra Fría.
Aún así, otro trust como Chrysler Corporation si daba el
paso hacia delante para tratar de implementar sus desarrollos tecnológicos en coches de calle como
sus innovadoras cajas de cambios TorqueFlite, el Chrysler Turbine en 1963 o el
Chrysler Imperial con frenos ABS en 1971. Para el desarrollo de este último
modelo, Bendix desarrolló el sistema Four-Wheel Sure Brake que garantizaba el
antideslizamiento de las ruedas en frenado mediante control electrónico.
El sistema recibía información de cada rueda a través de una
pequeña rueda dentada colocada en cada mangueta, que mediante un captor registraba
la cantidad de vueltas completas que realizaba la rueda en un tiempo
determinado. Este aparato para medir deceleraciones y velocidades angulares es
conocido como sensor de rueda fónica. La información era enviada mediante rangos
de tensión a las unidades de control, que mediante una placa base de conexiones
con transistores y amplificadores se conseguía comparar el valor recibido con
un valor fijado de la misma variable medida. Si las deceleraciones y
velocidades angulares medidas eran más bajas de dicho valor la unidad de
control mandaba una señal eléctrica a una electroválvula que comandaba el caudal de frenos de cada rueda delantera mediante dos servofrenos de vacío, a su vez en el eje trasero se variaba el caudal con la ayuda de otro servofreno.
Cuando pasaba un cuarto de segundo medido por el tiempo de
reloj de la unidad electrónica el sistema volvía a comparar las variables
medidas por la rueda fónica en ese nuevo instante. Si estas seguían con un
valor bajo continuaba la estrangulación, en caso contrario se dejaba de mandar
la señal eléctrica a la electroválvula que recuperaba el estado inicial de
caudal de líquido de frenos mediante la recuperación de la depresión en el servofreno correspondiente. Como se puede ver hay una comparación cada cuarto
de segundo, esto es como si el conductor tuviese que pisar el freno y soltarlo
de forma consecutiva 4 veces en un segundo algo totalmente imposible, también
lo era para un sistema hidráulico o mecánico como el Maxaret. La consecuencia
de esto es la reducción de la longitud de frenada respecto a un sistema electromecánico como el implementado en el Jensen FF.
 |
| Ejemplo de rueda fónica, captor, unidad de mando hidráulico y unidad de control electrónico del sistema de ABS Wabco. |
Es importante destacar que este ABS medía la velocidad de
cada rueda. Esto es, mediante cuatro ruedas fónicas en
un circuito de frenos convencional que contaba con 3 electroválvulas imponiendo un control independiente en el eje delantero y un control por selección inferior en el eje trasero. A su vez, Chrysler incorporó un
indicador azul con la etiqueta Sure Brake en el cuadro de instrumentos para
ayudar a los conductores a comprender el sistema. El indicador se encendía
cuando el sistema estaba activo y permanecía encendido para indicar la falta de
adherencia.
Aunque el sistema era revolucionario, pasó a los anales de
la historia del automóvil ya que los compradores del Imperial querían lujo de
la vieja escuela y no tecnología punta. Muchos se negaron a pagar más por lo
que consideraban un artilugio inútil y demasiado complicado. A consecuencia de
esto y la bancarrota en la que entró Chrysler en 1973 por culpa de la crisis
del Yom Kipur, los Imperial dejaron de tener dicho extra disponible desde ese
mismo año. Con todo esto, la empresa empezaba a mostrar problemas de rentabilidad tras compras
ruinosas como la del grupo Rootes y Simca en Europa. La salida de Lee Iacocca
de la Ford Motor Company, incapaz de dialogar con una pared como Henry Ford II,
fue la única opción para la Chrysler Corporation que consiguió finalmente salvar
los muebles.
Mercedes-Benz y BMW la pugna por ver quién es el primero
Paralelamente a este atrevimiento de Chrysler, otras marcas americanas habían desarrollado sistemas muy parecidos utilizando los mismos principios y sensores de rueda fónica. Los Ford Thunderbird solo en el eje trasero, el Oldsmobile Toronado de GM e incluso el Nissan President empezaron a sacar al mercado, también en 1971, sistemas muy parecidos al de Chrysler. En lo que respecta a Europa marcas como Fiat ese mismo año sacaron al mercado el sistema “Antislittamento” en vehículos industriales con un principio similar.
Continuando en el tiempo en el viejo continente la empresa Bosch había estado colaborando con Wabco para el diseño de un sistema de frenos antibloqueo que llegase a poderse implementar en turismos de marcas europeas a las que proveía de componentes eléctricos y electrónicos. De esta forma, en 1979 tras más de una década de pruebas sale al mercado el primer turismo con este nuevo sistema Bosch-Wabco, el Mercedes-Benz 450SEL 6.9 W116. El sistema y su efectividad no distaba mucho de los modelos que salieron al mercado en 1971 comentados anteriormente, pero se seguía mostrando aparentemente un problema de alargamiento de la frenada respecto a un sistema sin ABS.
Dicho problema provenía del sistema de frenos implementado en
los Mercedes-Benz w116 y w126, ya que el doble circuito era convencional. Esto
es, que un circuito actuaba en el eje delantero y el otro en el eje trasero. A
consecuencia de esto, se podían utilizar únicamente 3 canales reduciendo así el
coste de la unidad de control del ABS, el número de electroválvulas necesarias
y a su vez se requerían solamente de 3 ruedas fónicas. De esta forma el eje
delantero contaba con control independiente por rueda y el eje trasero contaba
con control por selección inferior. Dicha selección toma el valor de adherencia
de la rueda trasera con menor valor y la impone a las dos ruedas del mismo eje,
así la rueda en peor condición adherente no bloquea, mientras la otra está
infrafrenada alargando la frenada de todo el vehículo.
En cuestión de meses, BMW presenta con
su nueva serie 7 el sistema ABS de Bosch como un extra entre su equipamiento. A
diferencia del Mercedes el sistema de doble circuito era diagonal, permitiendo
de esta forma que el ABS pudiese ser de 4 canales con control independiente en
las 4 ruedas. Así el bávaro tenía una distancia de frenado más corta que su
rival y equiparable a la de los modelos sin ABS. Sin embargo, no es oro todo lo
que reluce…
Las videograbaciones de las pruebas realizadas a las mulas
de Mercedes y BMW revelaron un comportamiento diferente en situaciones de frenada
asimétrica. Mientras el coche con el sistema de 3 canales no rotaba sobre su
propio eje al no existir una diferencia de frenada en el eje trasero entre las
dos ruedas, el bávaro tendía a rotar por la asimetría de las frenadas de las
ruedas traseras. A pesar de ello, en esas situaciones el conductor ya tiene
control sobre la dirección al no existir deslizamiento alguno, gracias al ABS,
y por tanto podía corregir dicha guiñada. Esto nos lleva a que el Mercedes
podía frenar sin la necesidad de volantear por parte del conductor en
frenada asimétrica, pero tardaba más en pararse que el BMW.
En cualquier caso, estos dos vehículos son los responsables
de la popularidad que en los años 80 llegó a tener el ABS. Este sistema empezó
a implementarse en las berlinas, sedanes y compactos, en muchos casos con una
plaquita atrás informando así que el vehículo contaba con susodicho sistema. En
conclusión, el Mercedes-Benz w116 no fue el primer coche con frenos ABS, pero
su heredero sí se convirtió en el primero en contar con algo gracias al ABS…
El Sonderklasse y el concepto de conducción dinámica
Aunque a priori se toma al ABS como un hito en la historia
del automóvil, realmente el sistema no supuso una novedad. Como se ha visto, existían
ya otros sistemas mecánicos anteriormente que posibilitaban evitar el
deslizamiento en la frenada. Sin embargo, hay un elemento del sistema al que
poca gente le da importancia y es la rueda fónica.
El desarrollo de este sensor capaz de informar en todo
momento sobre la velocidad y aceleración angular de las ruedas, ha supuesto uno
de los mayores puntos de inflexión del automóvil en el siglo XX. Gracias a
dicha fuente de información, se puede procesar de forma electrónica hoy día la
información aportada por el ordenador de abordo desde la autonomía en km a
todos los controles de estabilidad, tracción y torque vectoring. Pero claro,
todo este desarrollo en asistencias a la conducción no cae del cielo, sino que
ha de ser desarrollado por alguna marca que se atreva a dar el paso, ese fue el
caso de Mercedes y Bosch al sacar el sistema automático de bloqueo del
diferencial en 1985, bajo las siglas ASD.
Se trata de un diferencial que se podía bloquear al 100% en
una fracción de un milisegundo para permitir el arranque incluso en las
circunstancias más adversas. Un grupo de multidiscos acoplados en las dos
salidas del diferencial trasero hacia los palieres podían acoplarse totalmente
y frenar el mecanismo del diferencial, anulando así su efecto. La actuación de
dichos multidiscos se realizaba mediante la presión ejercida en ellos por un
aceite presurizado por la bomba de la dirección. La aplicación de dicha
presión estaba comandada por la unidad de control electrónica que recibía
información de una rueda fónica existente a la entrada del diferencial.
El ASD sólo se suministró por un coste adicional para los
modelos de seis cilindros 260SE y 300SE/SEL w126. Dependiendo del año de
fabricación el ASD solo bloqueaba el diferencial hasta los 26 o 38 km/h. A
mayor velocidad dicho sistema no actuaba por los problemas que ello aporta en
curva, donde la diferencia de velocidad entre la rueda interior y exterior del
eje trasero no existe al anularse el mecanismo diferencial e implicando un
arrastre que podía partir incluso los palieres.
El plato fuerte aun así de ese 1985 no fue el ASD, sino que
fue en su lugar el nuevo “Antriebsschlupfregelung” (ASR). Los modelos 420SE/SEL/SEC,
500SE/SEL/SEC y 560SE/SEL/SEC w126 contaron con este pionero control de tracción
electrónico desarrollado por Bosch. El sistema actuaba en consonancia con el
ABS compartiendo de hecho las mismas unidades de control, ya que el ASR actuaba
frenando el eje trasero en condiciones de tracción con baja adherencia. De esta
forma la rueda no patinaba por un exceso de par al iniciar el movimiento.
Además, el pedal del acelerador estaba conectado a la unidad de control del
ASR/ABS que posibilitaba la modificación de los parámetros de mezcla del motor
y consecuentemente reducía el par aportado por el grupo propulsor.
Sin embargo, todo progreso trae consigo problemas y es que el ASR era un extra muy caro en los modelos V8 por razones muy justificadas. En primer lugar, los vehículos que contaban con este control de tracción requerían de un control independiente por rueda, algo imposible en el sistema de ABS equipado por los w126 hasta 1985. Este problema obligó a rediseñar el doble circuito de frenos y pasar a un sistema diagonal en el que se pudiera montar un ABS de 4 canales como el que ya equipaban otros modelos a los que Bosch suministraba frenos antibloqueo como el Renault 25 V6 o el BMW Serie 7 E23. Otro problema aparecía al pagar dicho extra y es que si el cliente quería ASR habría de pagar el extra también del ABS obligatoriamente, a un precio más caro que en los modelos de 6 cilindros del w126 con solo 3 canales. Este problema aparecería también el los w124 cuando empezasen a montar como extra el ASR.
Bosch comenzó a vender este control de tracción a otras marcas como Saab bajo el nombre de TCS. De esta forma se pudo expandir rápidamente un sistema que como el ABS hoy día son elementos que contienen de forma obligatoria todos los vehículos recién salidos de los concesionarios. A estos sistemas de seguridad activa se une el ESP para garantizar el control de la estabilidad del vehículo. Presentado por Bosch en 1995 en el Mercedes-Benz clase S w140 este sistema requiere también del uso de las famosas ruedas fónicas.
Todos estos avances fueron claves para poder dar a Mercedes
la oportunidad de seguir diciendo que sus clases S equipan tecnología que en 20
años llevarán los utilitarios y hasta de forma obligatoria. A pesar de esto, la
marca alemana no se quedó aquí y trató de sacar aún más jugo a las ruedas
fónicas diseñando un sistema de tracción 4 ruedas por control electrónico,
el 4Matic.
La Ferguson Formula y el primer 4Matic
Al comienzo de este artículo se comentó la conexión entre el
diferencial central de la tracción a las 4 ruedas de Ferguson y el sistema
Maxaret de Dunlop en el Jensen FF. Sin embargo, no se entró en detalle a
analizar la novedosa tracción a las 4 ruedas que distribuía la tracción de
forma simétrica mediante un control automático en condiciones de baja adherencia.
Dicho control se realizaba de forma totalmente mecánica con un sistema muy
ingenioso.
Si se analiza en primera instancia el funcionamiento de este sistema de tracción, se puede observar la presencia de un diferencial central de tipo asimétrico que reparte de forma fija la tracción en el eje delantero, 37% y la tracción en el eje trasero, 63% mediante la utilización de un tren epicicloidal. Esta distribución asimétrica es la que se impone en condiciones de óptima adherencia.
Por otra parte, está montada una unidad de control en
paralelo al eje de salida de la caja de cambios. Dicha unidad consta de dos
embragues controlados por dos engranajes impulsados desde el eje de salida de
la caja de cambios. Cada embrague tiene varios discos, los interiores están unidos
a la carcasa central de la unidad y las placas exteriores están sujetas a la
carcasa exterior de la unidad de control. Dos anillos de presión con un resorte
interno, situados entre los dos embragues multidisco con su extremo radial
achaflanado, se apoyan en los extremos achaflanados de seis émbolos radiales. Una ligera presión del
resorte entre los anillos asegura que los discos del embrague se mantengan en
contacto entre sí. A su vez, entre la carcasa exterior lateral en los extremos de
cada embrague y la carcasa lateral de las 2 ruedas de engrane conectadas a las
ruedas del eje de la caja de cambios, se encuentran tres bolas que deslizan en
rampas formadas en las caras de ambas carcasas.
Teniendo esto en cuenta, la fricción en el paquete de
embrague debido a la presión del resorte, hará que la carcasa exterior se
retrase con respecto a la velocidad del engranaje de la unidad de control. En
condiciones normales, esto asegurará que el embrague no se acople. Sin embargo,
si la velocidad del engranaje de control es igual a la de la carcasa exterior de
la unidad, las bolas subirán por las rampas y ejercerán un empuje axial que
acopla el embrague. La carcasa interior y exterior ahora girarán juntas, de
esta forma se bloquean el sol y el portasatélites del tren epicicloidal. Al
producirse dicho bloqueo, el eje trasero y delantero tienen un reparto
simétrico del par, anulando el efecto del tren epicicloidal.
Se ha de mencionar también que dicho bloqueo acopla
efectivamente ambas carcasas de la unidad de control, aunque estas estén funcionando
a diferentes velocidades ya que la velocidad de la carcasa interior de la
unidad de control es siempre la velocidad del eje delantero del vehículo. Por
ello, para permitir diferencias de velocidad admisibles antes del bloqueo en
las ruedas, los tiempos de recorrido de las bolas en las pistas no son iguales si
la velocidad de las ruedas se incrementa en un eje o en el otro eje del
vehículo. Esto es, en caso de que las aceleraciones angulares en las ruedas
traseras fuesen mayores que las delanteras dichas aceleraciones se
multiplicarían al llegar al eje de la caja de cambios y por tanto las bolas se desplazarían
hasta el bloqueo más rápido, al tener gran inercia. Si las aceleraciones
angulares de las ruedas en el eje delantero fueran superiores a las del
trasero, las aceleraciones angulares vistas en el eje de la caja de cambios serían
desmultiplicadas y las bolas se desplazarían hasta el bloqueo de forma más
lenta, al tener menor inercia. Este diseño permite que las ruedas delanteras
sobrepasen en velocidad a las traseras en un 16,5% y las ruedas traseras
sobrepasen a las delanteras en un 5,5%. En caso de que se sobrepasen dichos
valores las bolas correrán por las pistas y unirán la carcasa exterior de la
unidad a las ruedas de engrane bloqueando el tren epicicloidal tal y como se ha
descrito.
En lo que respecta a la marcha atrás del vehículo, una rueda
libre bloquea la actuación del sistema de control. Dicho mecanismo funciona con
el eje central de la unidad, la cual en su extremo hacia la caja de cambios contiene
unas rampas en la generatriz del eje por las que un pasador sube y se encastra
en caso de que las ruedas dentadas empiecen a girar en sentido contrario. Dicho
encastre desplaza todo el eje de la unidad de control hacia delante venciendo
la fuerza de un muelle del extremo opuesto. En dicho movimiento los 6 émbolos centrales
achaflanados y unidos a los anillos de presión se desplazan hacia dentro y permiten
la unión de los anillos de presión, separando en gran medida los discos de
embrague. De esta forma el mecanismo queda totalmente anulado. Si el vehículo
vuelve a moverse hacia delante los pasadores del eje de la unidad descienden
por las rampas y el muelle del eje recoloca los 6 émbolos achaflanados,
volviendo a juntar los discos de embrague a través de los anillos de presión.
Tras la salida al mercado de este primer sistema automático
de control de tracción a las 4 ruedas, otras marcas empezaron a sacar otros sistemas
de tracción más simples y totalmente mecánicos. Muchos de ellos con una
tracción total permanente simétrica y fija como el sistema implementado por Ford en los Sierra
4x4, pero ninguno de ellos contaba con un control automático que permitiese al
vehículo variar la tracción o dotar de la misma en únicamente un
eje. Esto cambió con la aparición del diferencial central de acoplamiento viscoso tipo Ferguson, pero sobre todo recurriendo a un control electrónico
mediante ruedas fónicas en la 1ª generación del sistema 4Matic de Mercedes-Benz.
Por otra parte, el nuevo sistema de Mercedes cuenta con la
novedad de que el acople del sol al eje delantero contiene un grupo de multidiscos
que posibilita la desconexión de par al eje delantero. Gracias a este aspecto, el
sol gira loco sin resistencia alguna y desacoplado del eje delantero,
llevándose el eje trasero el 100% del par si las condiciones de adherencia son
las óptimas.
Cada uno de los tres supuestos se coordina con la información reportada por las dos ruedas fónicas del eje delantero y la rueda fónica de la corona del diferencial trasero. De esta forma, la velocidad de cambio entre los 3 estados del sistema 4Matic se produce en milisegundos gracias a la electrónica a diferencia del control mecánico mucho más lento de la Ferguson Formula. Además, en caso de que el conductor pise el pedal de freno todo el sistema de tracción se resetea al estado de 100% tracción en el eje trasero. Este fenómeno se debe a que la información mandada por las ruedas fónicas pasaría a ser interpretada de forma antagónica, ya que lo que se demanda al aplicar los frenos es que las ruedas no dejen de girar mientras que con el ASR o 4Matic lo demandado es que las ruedas no giren de más.
Finalmente, los sistemas de torque vectoring o el sistema diferencial sport de Audi suponen una evolución aún mayor para mejorar la tracción en condiciones de baja adherencia incluso transfiriendo el par a la rueda contraria de un mismo eje, frenando a la que patina o se acelera respecto de la velocidad del eje. Otras marcas que también han desarrollado sus sistemas de frenos ABS, de control de tracción y de tracción integral no se han tratado en este artículo. Sin embargo, todo esos sistemas no serían posible sin la ayuda del elemento más importante de todos, la rueda fónica. Parece que el mérito muchas veces está en los resultados de un todo y no en las pequeñas partes que forman el todo…
