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)