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:
- Tracción regulable en las ruedas posteriores, la cual es gestionada electrónicamente.
- Transmisión de un elevado par, hasta 3.200 Nm sobre el eje trasero.
- Reacción rápida en el reparto del par motriz entre ejes. El eje trasero es capaz de transmitir hasta 1.000 Nm con tan sólo una diferencia de 10º de giro entre ejes.
- Conducción confortable, similar a la de un vehículo de tracción delantera.
- Es totalmente combinable con las funciones de los sistemas ABS, EBV, EDS, ASR, MSR y ESP.
- Posibilita la conducción con la rueda de emergencia, situación en la que se circula con tracción delantera.
- Permite el remolcado del vehículo con un eje levantado.
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:
- mecánicos,
- hidráulico,
- y electrónicos.
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:
- el árbol de entrada
- los discos interiores y exteriores (conjunto mutídisco)
- el disco de leva
- los cojinetes de rodillos con el émbolo anular
- el árbol de salida
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:
- la bomba hidráulica (electrobomba de aceite),
- la válvula reguladora de presión,
- el acumulador,
- el filtro de aceite
- y unas válvulas auxiliares.
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:
- la unidad de control,
- el transmisor de temperatura,
- el servomotor para la válvula reguladora
- y el motor de la electrobomba de aceite.
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:
- el eje con brida para el árbol cardán,
- la carcasa portadiscos de embrague
- y los rodillos.
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 disco de levas
- y el piñón de ataque.
El conjunto multidisco lo forman:
- los discos de embrague (en azul),
- los discos metálicos (en rojo)
- y un disco prensaembragues.
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:
- dos émbolos de elevación (en la figura sólo aparece uno)
- y un émbolo de trabajo.
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:
- admisión.
- y compresión.
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.
- Fase de admisiónLos rodillos están apoyados en la parte más baja del disco de levas, lo que implica que el émbolo de elevación está en la fase de admisión de aceite. En este momento el aceite no es comprimido.
- Fase de compresiónAl girar el disco de levas respecto al eje de entrada, los rodillos recorren el perfil del disco de levas hasta alcanzar las crestas. En este recorrido los rodillos empujan a su vez a losémbolos de elevación, lo que provoca el aumento de la presión de aceite que será utilizada para comprimir el conjunto multidisco.Más adelante se estudiará cómo mediante la válvula de regulación se consigue modificar la presión de aceite que actúa sobre el émbolo de trabajo, variando así la transmisión del parmotriz al eje posterior.
Componentes hidráulicos
Los componentes hidráulicos son los siguientes:
- la bomba hidráulica (electrobomba de aceite),
- la válvula reguladora de presión,
- el acumulador,
- el filtro de aceite
- y las válvulas auxiliares.
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 válvula limitadora de presión,
- dos válvulas de admisión
- y dos válvulas de presión.
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.
- La presión previa: es aquella originada por la electrobomba de aceite y neutraliza las holguras.
- La presión de trabajo: es creada por los émbolos de elevación para comprimir el conjunto multidisco. Su magnitud varía desde un valor nulo hasta uno máximo.
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:
- directamente del sensor
- o por la línea CAN-Bus de las unidades de control del motor y del ABS.
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
- Vigilancia de los sensores y actuadores.
- Memorización de averías.
- Diagnóstico de elementos actuadores.
- Emisión de valores de medición a través del lector de averías.
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:
- por debajo de 0ºC,
- entre 0 y 20ºC,
- y entre los 20 y los 100ºC.
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:
- el régimen del motor,
- la posición del acelerador electrónico
- y el par motor.
Y de la unidad de control ABS:
- la velocidad real de cada rueda,
- la aceleración real del vehículo,
- el estado del freno
- y la activación del freno de mano.
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:
- fuerza de rozamiento,
- peso aplicado
- y velocidad de giro.
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.
Esquema eléctrico
