Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2)

En este artículo, dividido en dos partes, veremos los aspectos más relevantes de la tracción integral. En esta primera parte nos adentraremos en la técnica de la tracción total, así como en sus diferentes sistemas. En la segunda parte veremos la historia de su paso por los circuitos en pos del éxito en la categoría reina de los monoplazas: La F1.

Un poco de contextualización

La tracción total puede utilizarse con arquitecturas de motor delantero, central o trasero. Se utiliza en vehículos todoterreno y de altas prestaciones principalmente. Sin embargo en los últimos años se ha extendido su uso a casi todos los segmentos de automóviles, puesto que proporciona una mayor capacidad de tracción y, por tanto, de seguridad en situaciones desfavorables. Aumenta la estabilidad en curvas amplias, como las de las autopistas, y su desarrollo ha dado un significativo salto que, junto con su abaratamiento, ha provocado que se hayan vuelto tan populares.

Justificación técnica de la tracción total

El sistema de tracción total se idea con la intención de obtener una fuerza tractora más alta. Cuando el índice de adherencia entre el neumático y la superficie donde se encuentra el vehículo es alto la capacidad de tracción de vehículos con un solo eje tractor se muestra suficiente. Sin embargo cuando el valor del índice de adherencia baja se muestra beneficioso poder transmitir par al otro eje para aumentar la fuerza de tracción resultante.

El factor de adherencia entre un neumático de seco y una superficie con buen agarre ronda el valor típico de 0,8. Hay diversos motivos por los que el índice de adherencia puede disminuir: humedad, contaminantes, terreno disgregado, etc.

Veamos la relación en la siguiente tabla:

Superficie

Valor máximo μXMAX

Asfalto y hormigón secos

0.8-0.9

Hormigón mojado

0.8

Asfalto mojado

0.5-0.7

Grava

0.6

Tierra seca

0.68

Tierra húmeda

0.55

Nieve dura

0.2

Hielo

0.1

Tabla Adherencia (Pag. 61 Luque)

Cuando el valor máximo del coeficiente de adherencia longitudinal disminuye la solución pasa por distribuir el par para transmitir más fuerza al suelo, lo que nos permite mejores aceleraciones y superar pendientes mayores. Esto queda explicado en la elipse de adherencia, que plantea gráficamente la resultante del contacto entre un neumático y la superficie de rodadura.

Elipse de adherencia. (Pag 51 Milliken)

Esta elipse corresponde a un caso concreto, donde se aproxima el contacto de un neumático determinado con una adherencia definida. La forma de la elipse puede variar en función de diversos factores, a saber:

Neumático: Modelo, temperatura, presión de hinchado, desgaste…

Terreno: Humedad, temperatura, disgregación del terreno…

Planteándose el equilibrio de fuerzas de avance longitudinal se extrae rápidamente que la componente de aceleración longitudinal resulta menor (concretamente con un módulo aproximado del 50%) si se aplica el par sobre las cuatro ruedas en lugar de dos. Por lo que al encontrarnos en circunstancias donde las ruedas deslicen con facilidad la tracción total es una herramienta muy efectiva para transmitir el par al suelo.

Estos argumentos han hecho que ahora mismo la tracción total sea el recurso más exitoso en algunas competiciones, como los rallies, o las subidas de montaña.

Sin embargo esto no es tan evidente en competiciones en circuito, ya que el alto nivel de adherencia entre asfalto y neumáticos cuestiona muy a menudo la efectividad de la tracción total. Ya que, si bien ofrece un plus de motricidad en algunas condiciones, también es cierto que su peso es mayor y su complejidad técnica la hace más susceptible de averías.

Tipos de tracción total

Hemos de diferenciar los diferentes usos que se le quieren dar al vehículo, según la naturaleza que se le quiera dar este puede de equipar diferentes variantes de transmisión para transmitir la potencia de las cuatro ruedas al suelo.Para ello he tenido en cuenta las variantes de la tracción total en función de su uso: Tracción total permanente y Tracción total conectable.

Todos los sistemas de tracción total incorporan un diferencial delantero y uno trasero. Los sistemas de tracción total permanente se caracterizan por incorporar además un diferencial central.

En un escalón intermedio encontramos la tracción total conectable automáticamente, frente a la conectable manualmente. Según fuentes, se clasifica como un sistema de tracción total permanente o no permanente. A partir de ahora la consideraremos como no permanente, pues según mi criterio responde a unas necesidades distintas que la tracción total permanente.

En terminología anglosajona se refieren a los diferentes sistemas como 4WD (Referido a tracción total no permanente) y AWD (Referido a tracción total permanente).

1 Tracción total conectable manualmente

Su característica principal es que por medio de un accionamiento manual se puede escoger la utilización de tracción a un eje o a ambos. Cuando se utiliza un solo eje, los diferenciales delantero y trasero están desconectados. Cuando se utilizan los dos ejes estos giran solidarios, al igual que si tuvieran un diferencial central bloqueado. En los turismos el eje principal suele ser el delantero, en los todoterrenos el eje trasero, es más común en todoterrenos.

El reparto de par se hace por medio de un sistema alojado normalmente a la salida de la caja de cambios. Además suelen disponer de un segundo juego de engranajes reductores, para aumentar el par a la rueda.

2 Tracción total conectable automáticamente

Su uso comprende la utilización de un acoplamiento viscoso o un embrague multidisco gestionado electrónicamente (Popularmente llamada Haldex, pero este es el nombre de un fabricante sueco precursor del sistema). Estos dispositivos actúan cuando la ECU detecta un deslizamiento en el eje primario (siempre transmite par al suelo) y el sistema envía el par necesario al eje secundario para vencer la inercia. En el caso del Haldex no es necesario que se produzca un deslizamiento entre los discos del embrague.

La diferencia entre el acoplamiento viscoso y el embrague multidisco es que el acoplamiento viscoso utiliza un aceite de alta viscosidad (alto contenido en silicona) para transmitir el par al eje secundario, mientras que el embrague transmite el par por el contacto entre los discos. Estos embragues pueden ser de accionamiento hidráulico o eléctrico.

A pesar de que los diferenciales viscosos supusieron una novedosa solución cuando aparecieron en la actualidad no son muy utilizados, salvo en deportivos con motor trasero o central puesto que no han de transmitir grandes cantidades de par al eje delantero (el nuevo 911 Turbo ya invierte esta tendencia), en favor de los embragues mecánicos.

Este tipo de transmisión con acoplamiento viscoso se denomina a veces desafortunadamente tracción total, pues no lo es literalmente ya que si el vehículo no va equipado con diferenciales de deslizamiento limitado en los trenes delantero y trasero en ningún caso podrá transmitir el par a todas las ruedas. De hecho si lleva diferenciales libres sólo podrá transmitir par a la rueda del eje delantero y a la rueda del eje trasero con más capacidad de tracción.

3 Tracción total permanente

Se trata del tipo de tracción total más acorde a la definición, pues en todo momento se está enviando par a todas las ruedas.La presencia del diferencial central permite que los dos ejes giren a velocidades diferentes. Estos sistemas presentan como inconveniente un mayor consumo de combustible. Algunos todoterrenos ofrecen la posibilidad de bloquear el diferencial central para que los dos ejes giren solidariamente.

Usualmente se utiliza un diferencial de deslizamiento limitado, ya sea torsen o autoblocante. De no ser así se añadiría un sistema viscoso o un embrague para limitar el deslizamiento del eje con menos capacidad de tracción.

Aplicación

Como hemos visto el elemento más característico y diferenciador de la tracción total es el diferencial central (A partir de ahora nos referiremos, por comodidad, como diferencial central a cualquier dispositivo que regule la diferencia de velocidad entre los dos ejes). Su arquitectura es la que determina al final el tipo de tracción de la que disponemos. Según el tipo de sistema diferencial que tengamos el par se transmitirá en unas u otras condiciones.

Su necesidad viene dada por la diferencia de trayectorias que siguen las ruedas de cada eje cuando el desplazamiento no es en línea recta. En el siguiente esquema podemos contrastar la diferencia de trazada de las ruedas delanteras (en gris) y las traseras (en rojo).

Como recorren distancias diferentes no pueden girar solidarios ambos trenes, por lo que se ha de utilizar necesariamente algún dispositivo desacoplador o diferencial (al igual que se utilizan dentro de cada eje por motivos casi idénticos). Conviene conocer las diferentes posibilidades que existen, así como sus comportamientos y consecuencias para el comportamiento dinámico del vehículo. Variando solamente el diferencial central podemos hacer dos vehículos dinámicamente muy diferentes, fundamentalmente si se pasa de un tracción total permanente a un tracción total no permanente.

Como hemos visto lo más común es encontrarnos en turismos con diferenciales centrales tipo torsen, viscosos y embragues multidisco.

Los embragues multidisco permiten acoplar los dos trenes del coche cuando es necesario aportar par por medio del eje secundario al suelo. Consisten en varios discos que transmiten el par por rozamiento. Estos discos pueden estar completamente separados (no transmiten par), transmitir parte del par por arrastre(con deslizamiento) o estar lo suficientemente presionados para transmitir todo el par y girar solidarios.

Usualmente se utilizan en sistemas de tracción total que se conecta cuando se detecta diferencia de velocidades, aunque existen algunas aplicaciones en las que están permanentemente en contacto para transmitir el par (Porsche 959). Son aplicaciones muy alejadas de la producción en serie, sobre todo por su coste desorbitado.

Esto nos lleva a hablar los diferenciales activos, controlados electrónicamente y además gobernados por un ordenador, gestionados muchas veces por los sensores del abs o del control de estabilidad. En competición tienen el problema de que en muchas categorías han sido prohibidos (ya sea como diferenciales centrales o en cualquier otra posición) además de que su naturaleza reactiva les penaliza por su lentitud (para competición, sobre todo en sus comienzos) y su elevada complejidad técnica, por lo que resulta muy difícil obtener un buen rendimiento. Sin embargo en uso convencional presentan ventajas tales como buen rendimiento, ataja rápidamente las pérdidas de adherencia, y su alta tolerancia a los cambios, ya que se adaptan a las diferentes exigencias del conductor y la carretera. Algunos incorporan funciones especiales, como desconexión de unos de los trenes al utilizar el freno de mano en conducción deportiva.

Los acoplamientos viscosos son el único sistema que lleva implícita en su construcción la capacidad de detección de deslizamiento de manera autónoma. Las características de estos acoplamientos se pueden variar cambiando las placas, el espacio entre ellas, el tipo de fluido y su cantidad. Cualquiera de estos cambios implica el desmontaje del sistema, y usando un equipo especial, por lo que no se puede cambiar dinámicamente. Además el tipo de curva que forma el par transmitido en función del deslizamiento no puede ser variada. Otra desventaja es que no pueden transmitir altos pares cuando el deslizamiento es elevado, por este motivo principalmente su uso como diferencial central se ha visto condicionado a vehículos con tracción trasera y motor central o trasero que necesitan un extra de adherencia para transmitir la potencia al suelo. Su presencia en competición no ha sido muy alta, al menos como diferencial central, pues en sistemas de tracción total se ha utilizado como diferencial delantero y trasero, en el Audi A4 Quattro de Superturismos (El diferencial central era un Torsen) que fue uno de los vehículos de tracción total más exitosos en pista de todos los tiempos.

Un aclopamiento viscoso tiene una arquitectura relativamente sencilla: Posee una carcasa solidaria al árbol de transmisión con discos en su interior, parte solidarios a la carcasa y parte unidos al portadiscos, solidario al eje de salida. Los discos van intercalados y contienen diversos agujeros que hacen que pueda desplazarse el aceite combinado con silicona y mezclado con aire (en torno al 20%), que llena todo el conjunto.Una parte del conjunto es solidaria a las ruedas de un eje y la otra a las ruedas de otro eje. Es necesario combinarlo con un embrague, pues en las frenadas puede tener incompatibilidad con el ABS.

Como se trata de un sistema barato y compacto se utilizó mucho hace unos años, pero se ha visto superado por su dificultad de encontrarse en zona de trabajo. Para entrar en funcionamiento tienen un tiempo de reacción, debido a que el fluido ha de alcanzar una temperatura mínima de funcionamiento. Pero es que además el acoplamiento se puede llegar a calentar, por lo que el fluido pierde sus propiedades viscosas y el diferencial pierde eficacia.

Una alternativa, que no detallaré, al acoplamiento viscoso la encontramos en utilizar un diferencial convencional y acoplado a él un embrague viscoso. Con esto se consigue una tracción total permanente, e igualmente disponemos de un sistema que limite el deslizamiento. Muestro un esquema:

Una segunda alternativa es su utilización con un sistema de engranajes epicicloidal como uso para diferencial central.

Por último hablaremos del diferencial Torsen. Torsen es el acrónimo de Torque Sensitive, y como su propio nombre indica se trata de un diferencial sensible a la diferencia de par entre dos ejes. Se trata de un diferencial complejo y caro en comparación con otros diferenciales de deslizamiento limitado. Inicialmente se utilizó sobre todo haciendo las funciones de diferencial central, aunque algunos vehículos de tracción delantera y corte deportivo lo han usado como diferencial delantero. A mi juicio esto ha sido por dos motivos. El primero es que es más sencillo de conducir que un autoblocante de discos ya que no tiene tantas exigencias sobre la dirección. El segundo es que se complementa con los sistemas de ABS y control de tracción, como vemos en este esquema.

Se trata de un dispositivo caro, y que además sufre un considerable desgaste, además su reparación no es sencilla y obliga a su desmontaje, por lo que su coste de mantenimiento es alto. Tiene además el problema de su elevado peso. Sobre todo si lo pretendemos usar con un turismo de tracción delantera, ya que sobrecarga aun más el eje tractor provocando, en estas condiciones, mayor tendencia al subviraje, que tendrá que contrarrestar él mismo con su funcionamiento.

Pero no todo son desventajas. De hecho es un diferencial con un concepto revolucionario y un funcionamiento intachable. Su actuación es progresiva y apenas se nota su influencia en la conducción. Como diferencial central lo encontramos en los coches de rallie grupo N de tracción total.

Hemos de notar que la mayoría de estos dispositivos son de naturaleza reactiva y tienen como objetivo enviar par a un eje durante un tiempo limitado, por lo que la mayoría del tiempo no están funcionando. Funcionan casi exclusivamente cuando nos encontramos en fase de aceleración. Por este motivo ninguno de los mencionados, excepto el Torsen, sirve como diferencial central en competición.

La ventaja principal de la tracción total es, como dijimos repartir los esfuerzos entre cuatro ruedas en lugar de entre dos. Pero si no disponemos de un sistema de tracción integral permanente no podremos aprovechar esta ventaja más que en aceleraciones, cuando también serviría para optimizar la frenada con la retención del motor. No debemos confundir estos términos, porque invalidan la mayoría de afirmaciones que la cultura general profesa con respecto a la tracción total. Recapitulemos:

  • La tracción total no aumenta la velocidad máxima de paso por curva (si acaso la empeora, por el mayor peso). Esta velocidad es función de la geometría del coche, de la distribución de masas y de la adherencia de los neumáticos.

  • La tracción total puede aumentar la velocidad media de paso por curva. Pues permite acelerar antes porque disponemos de más capacidad de tracción. Y, sólo en el caso de la tracción total permanente, podemos frenar más tarde por efecto de la reducción el motor sobre las cuatro ruedas.

Esto se resume en que la creencia popular de que cualquier tracción total es más rápido sobre carretera mojada que un vehículo sin este sistema es errónea. Una vez más, para cada caso hay una solución y no se puede generalizar.

Si habéis llegado hasta aquí deberíais leer la 2ª parte:

La tracción integral en la Fórmula 1 (2 de 2)

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30 comentarios en “Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2)”

  • Jonatan

    8 de Mayo de 2008 a las 22:19

    Cada vez me gusta más 8000vueltas, seguid así, estos artículos son geniales.

  • Ndres

    8 de Mayo de 2008 a las 22:22

    Interesante y muy bien ilustrado.

    Al Lancer del capó negro no le auguro muy buen final, viendo la cara de tensión del piloto y la posición de sus manos…

    ¿La prueba del R8 caló hondo, eh, delarosa?

    Un saludo!

  • blade

    8 de Mayo de 2008 a las 23:14

    En la ultima parte de traccion total conectable automaticamente dices que no dispones de traccion total permanentemente y razon tienes por no tener el diferencial de deslizamiento limitado pero en caso de no entrar en funcionamiento el diferencial si que tienes traccion en las cuatro ruedas pero en todo caso con un diferencial libre tambien tendrias traccion total si nos referimos a esta como traccion en los 2 ejes.

    Saludos y felicidades por estos articulos tan interesantes.

  • Autor Staff

    delarosa

    9 de Mayo de 2008 a las 10:51

    @blade
    Efectivamente, en el caso de que no se exija trabajo al diferencial sí disponemos de tracción total. Pero se pierde la parte más útil de la tracción integral, la motricidad en situaciones de adherencia comprometida.
    En el segundo caso que comentas (una rueda motriz en cada eje) es una cuestión de definición, yo no lo he considerado como tracción total pero es una valoración incompleta; Se podría tomar como un peldaño intermedio.
    En resumen: tienes toda la razón en tus comentarios, pero soy un exigente. Muchas gracias por el apunte.

    Un saludo a todos!!

  • rosen

    9 de Mayo de 2008 a las 11:16

    Enhorabuena a la gente de 8000vueltas !!! Este tipo de articulos son muy interesantes y pocos blogs trata estos temas.
    Espero con ansias la segunda parte y pido por favor que nuevamente los colgeis en formato PDF.
    Gracias !

  • Alberto

    9 de Mayo de 2008 a las 16:45

    Solo digo un cosa, el día que decidí comprarme el Impreza pensaba que iba a notar un cambio importante en el comportamiento del coche respecto al Audi S3 que tenia antes. Y me equivoqué, no té un cambio abismal. Cierto es que vivo en zona de nieves y es donde mas se nota pero en cualquier superficie incluso seco es mucho mas rápido.

    Pero claro para saber si es mucho mas rápido por la tracción integral o por la puesta a punto del bastidor, para saberlo tendría que probar un Impreza tracción a solo dos ruedas.

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    10 de Mayo de 2008 a las 19:40

    […] con tracción total (4) o sólo al eje trasero. Depende del tipo de conducción y entorno del comprador. Cualquiera de […]

  • topspeed.es

    15 de Mayo de 2008 a las 17:54

    Muy buenas las fotos, y un articulo bien completo que no deja ninguna duda sin resolver, muchas gracias.

    Saludos

  • La tracción integral en la Fórmula 1 (2 de 2) - 8000vueltas.com

    19 de Mayo de 2008 a las 18:45

    […] continuaremos con el artículo de tracción total iniciado hace algunos días en 8000vueltas. Si en la primera parte vimos los aspectos más […]

  • Prueba Bugatti Veyron, una experiencia única - 8000vueltas.com

    2 de Junio de 2008 a las 17:19

    […] Torsen sólo mecánico (Como recordatorio del tema de diferenciales y tracción total podéis leer Tracción total: descripción, catalogación y análisis y Diferenciales de deslizamiento limitado, una visión […]

  • Stuttgart

    8 de Junio de 2008 a las 21:31

    Maravilloso artículo
    Fenomenal trabajo el que estáis haciendo

  • Gis

    12 de Junio de 2008 a las 20:24

    Como siempre, otra lección magistral.

    Fantástico artículo. Realmente bueno.

    Seguid así.

  • Especial técnica: El embrague y los materiales de fricción - 8000vueltas.com

    17 de Julio de 2008 a las 12:45

    […] Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2) […]

  • gabriel de chile

    21 de Julio de 2008 a las 08:43

    mucha gracias yo estudio mecanica y no encontraba nada bueno sobre 4×4 permanete y esta pagina fue lo mejor que hay hay en web los felisito muchas gracias

  • Sistemas de embrague de fricción, parte 6. El final. - 8000vueltas.com

    2 de Septiembre de 2008 a las 22:23

    […] Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2) […]

  • La sobrealimentación en los circuitos, parte 2 - 8000vueltas.com

    17 de Septiembre de 2008 a las 18:38

    […] Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2) […]

  • RAGA

    5 de Noviembre de 2008 a las 01:41

    Extraordinario trabajo, no solo por su rigurosidad si no tambien porque aporta informaciones y dibujos nada fáciles de encontrar. Sin duda se trata de uno de los mejores artículos que he leido en internet relacionados con el tema del automóvil. Muchas gracias Vicente y ánimo a quien quiera seguir publicando en ésta línea.

  • [Duda] Conclusin sobre la utilidad de la traccin a las 4 ruedas - Pgina 4 - BMW FAQ Club

    25 de Noviembre de 2008 a las 11:33

    […] el funcionamiento de los diferentes tipos de traccin total, ya que las diferencias son grandes. Traccin total: descripcin, catalogacin y anlisis Espero vuestro comentarios! Un saludo […]

  • Prueba Golf R32 DSG, el asfalto dicta sentencia - 8000vueltas.com

    15 de Diciembre de 2008 a las 23:43

    […] Tracción total: descripción, catalogación y análisis (1 de 2) […]

  • G3R$

    19 de Mayo de 2009 a las 23:54

    Una de las mejores informaciones q he visto en la intrnet y me ayudó mucho este tipo de documentos. Buena informacion

  • Audi Sport Cuatro (historia) - BMW FAQ Club

    13 de Marzo de 2010 a las 20:30

    […] […]

  • L539-LP837, códigos de ataque Lamborghini - 8000vueltas.com

    13 de Enero de 2011 a las 21:37

    […] sólo dejaremos un punto crítico en el aire. Según han anunciado, llevará un sistema de tracción total Haldex con embrague en lugar del viscoso que llevaba anteriormente. ¿Paso hacia atrás en eficacia o mejora en espíritu de propulsión al […]

  • Edgar Jhimy

    10 de Septiembre de 2011 a las 22:03

    El campo de la mecanica es lo maximo y les invito a ver esta pagina porque sus imagenes son muy buenazos; soy estudiante de mecanica automotriz en la SENATI.

  • julio

    1 de Febrero de 2012 a las 14:45

    no sabeis que satisfaccion personal encontrarte tu coche en 3 fotos de las que aparecen en el articulo, me siento orgulloso de el, lo descubri hace relativamente poco, y es un coche que me ha enamorado por completo. VIVA LANCER

  • Valeriano

    15 de Marzo de 2017 a las 19:38

    Alguien me puede ayudar tengo un land rover Freelander y quiero pasarlo de integral permanente a integral conectable alguien me puede ayudar

  • Valeriano

    15 de Marzo de 2017 a las 19:57

    Alguien me puede ayudar para transformar mi land rover Freelander de integral permanente con viscoso a integral conectable

  • Prueba Audi R8 V10 Spyder. Mirada en el cielo. – 8000vueltas.com

    31 de Agosto de 2017 a las 12:15

    […] otro lado, el sistema de tracción integral, capaz de mandar hasta el 100% del par de un eje a otro a través de un complejo pero eficaz […]

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