La vectorización del par es una tecnología empleada en los diferenciales de los automóviles que tiene la capacidad de variar el par de cada semieje con un sistema electrónico ; o en los vehículos ferroviarios que logran lo mismo utilizando ruedas motorizadas individualmente. Este método de transferencia de potencia se ha vuelto popular recientemente [ ¿cuándo? ] en los vehículos con tracción en las cuatro ruedas . [1] Algunos vehículos más nuevos con tracción delantera también tienen un diferencial de vectorización del par básico. A medida que la tecnología en la industria automotriz mejora, más vehículos están equipados con diferenciales de vectorización del par. Esto permite que las ruedas se agarren a la carretera para un mejor arranque y manejo.
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En 1996, Honda y Mitsubishi lanzaron vehículos deportivos con sistemas de vectorización de par. La idea de vectorización de par se basa en los principios básicos de un diferencial estándar. Un diferencial de vectorización de par realiza tareas diferenciales básicas al mismo tiempo que transmite par de forma independiente entre las ruedas. Esta capacidad de transferencia de par mejora el manejo y la tracción en casi cualquier situación. Los diferenciales de vectorización de par se utilizaron originalmente en carreras. Los autos de rally Mitsubishi fueron algunos de los primeros en utilizar la tecnología. [2] La tecnología se ha desarrollado lentamente y ahora se está implementando en una pequeña variedad de vehículos de producción. El uso más común de vectorización de par en automóviles hoy en día es en vehículos con tracción en las cuatro ruedas.
El Honda Prelude de quinta generación de 1996 estaba equipado con un diferencial de vectorización de par con sistema de transferencia de par activo (ATTS) que impulsaba las ruedas delanteras; se lo conocía en diferentes mercados como Type S (Japón), VTi-S (Europa) y Type SH (Norteamérica). [3] En esencia, el ATTS es una pequeña transmisión automática acoplada al diferencial, con una unidad de control electrónico que acciona embragues para variar la salida de par entre cada rueda motriz. El ATTS contrarrestó eficazmente la tendencia natural del Prelude con motor delantero y tracción delantera a subvirar . [3] Más tarde, Honda desarrolló el sistema en su sistema de tracción total Super Handling (SH-AWD) en 2004, que mejoró el manejo al aumentar el par en las ruedas exteriores. [4]
Casi al mismo tiempo, el Lancer Evolution IV GSR fue equipado con un sistema de Control Activo de Guiñada (AYC) similar en 1996. [5] El AYC se instaló en las ruedas traseras y funciona de manera similar para contrarrestar el subviraje a través de una serie de embragues controlados electrónicamente que controlan la salida de torque. [6]
La frase "Torque Vectoring" fue utilizada por primera vez por Ricardo en 2006 en relación con sus tecnologías de transmisión. [7]
Tanto la idea como la implementación de la distribución de par son complejas. El objetivo principal de la distribución de par es variar de forma independiente el par en cada rueda. Los diferenciales generalmente constan únicamente de componentes mecánicos. Un diferencial con distribución de par requiere un sistema de monitoreo electrónico además de los componentes mecánicos estándar. Este sistema electrónico le dice al diferencial cuándo y cómo variar el par. Debido a la cantidad de ruedas que reciben potencia, un diferencial de tracción delantera o trasera es menos complejo que un diferencial de tracción total. El impacto de la distribución de par es la generación de momento de guiñada que surge de las fuerzas longitudinales y los cambios en la resistencia lateral generada por cada neumático. Aplicar más fuerza longitudinal reduce la resistencia lateral que se puede generar. La condición de conducción específica dicta cuál debe ser el equilibrio entre amortiguar o excitar la aceleración de guiñada. La función es independiente de la tecnología y se puede lograr con dispositivos de transmisión para un tren motriz convencional o con fuentes de par eléctrico. Luego viene el elemento práctico de la integración con funciones de estabilidad de frenado tanto para diversión como para seguridad.
Los diferenciales de vectorización de par en vehículos con tracción delantera o trasera son menos complejos, pero comparten muchos de los mismos beneficios que los diferenciales de tracción total. El diferencial solo varía el par entre dos ruedas. El sistema de monitoreo electrónico solo monitorea dos ruedas, lo que lo hace menos complejo. Un diferencial de tracción delantera debe tener en cuenta varios factores. Debe monitorear el ángulo de rotación y dirección de las ruedas. Como estos factores varían durante la conducción, se ejercen diferentes fuerzas sobre las ruedas. El diferencial monitorea estas fuerzas y ajusta el par en consecuencia. Muchos diferenciales de tracción delantera pueden aumentar o disminuir el par transmitido a una determinada rueda. [8] Esta capacidad mejora la capacidad de un vehículo para mantener la tracción en malas condiciones climáticas. Cuando una rueda comienza a patinar, el diferencial puede reducir el par a esa rueda, frenándola de manera efectiva. El diferencial también aumenta el par a la rueda opuesta, lo que ayuda a equilibrar la potencia de salida y mantener estable el vehículo. Un diferencial de vectorización de par de tracción trasera funciona de manera similar a un diferencial de tracción delantera.
La mayoría de los diferenciales con vectorización de par se encuentran en vehículos con tracción en las cuatro ruedas. Un diferencial con vectorización de par básico varía el par entre las ruedas delanteras y traseras. Esto significa que, en condiciones normales de conducción, las ruedas delanteras reciben un porcentaje determinado del par motor y las ruedas traseras reciben el resto. Si es necesario, el diferencial puede transferir más par entre las ruedas delanteras y traseras para mejorar el rendimiento del vehículo.
Por ejemplo, un vehículo puede tener una distribución de par estándar del 90 % en las ruedas delanteras y del 10 % en las traseras. Cuando es necesario, el diferencial cambia la distribución a 50/50. Esta nueva distribución distribuye el par de manera más uniforme entre las cuatro ruedas. Una distribución de par más uniforme aumenta la tracción del vehículo. [9]
También existen diferenciales de vectorización de par más avanzados. Estos diferenciales se basan en la transferencia de par básica entre las ruedas delanteras y traseras. Añaden la capacidad de transferir par entre ruedas individuales. Esto proporciona un método aún más eficaz para mejorar las características de manejo. El diferencial monitorea cada rueda de forma independiente y distribuye el par disponible para adaptarse a las condiciones actuales.
En los vehículos eléctricos, la tracción integral se implementa típicamente con dos motores eléctricos independientes , uno para cada eje. En este caso, la vectorización del par entre los ejes delantero y trasero es solo una cuestión de controlar electrónicamente la distribución de potencia entre los dos motores, lo que se puede hacer en una escala de milisegundos. [10] En el caso de los vehículos eléctricos con tres o cuatro motores, se puede aplicar electrónicamente una vectorización del par aún más precisa, con un control del par por rueda específico de milisegundos en el caso de cuatro motores, [11] y dos ruedas de control por rueda más una de control por eje en el caso de tres motores.
La vectorización de par puede ser incluso más eficaz si se acciona a través de dos motores eléctricos ubicados en el mismo eje, ya que esta configuración se puede utilizar para dar forma a la característica de subviraje del vehículo y mejorar la respuesta transitoria del vehículo, [12] [13] El modelo de tres motores Tesla Cybertruck (programado para 2022) tiene un eje con dos motores, mientras que el Rivian R1T (en producción en 2021) tiene dos motores en cada eje, delantero y trasero. [11]
En el coche experimental MUTE de la Universidad Técnica de Múnich , que se fabricó en 2014, se utilizó una unidad de transmisión especial , en la que el motor más grande proporciona la potencia motriz y el más pequeño la función de vectorización del par motor. El sistema de control detallado de la vectorización del par motor se describe en la tesis doctoral del Dr.-Ing. Michael Graf. [14]
En el caso de los vehículos eléctricos con cuatro motores eléctricos, se puede generar el mismo par de giro total de las ruedas y el mismo momento de giro mediante un número casi infinito de distribuciones de par de giro de las ruedas. La eficiencia energética se puede utilizar como criterio para asignar el par entre las ruedas. [15] [16] Este enfoque se utiliza en el camión ligero Rivian R1T presentado en 2021. [11]
Se están realizando investigaciones sobre el uso de la vectorización del par para dirigir activamente los juegos de ruedas de los ferrocarriles en la vía. Entre los beneficios que se le atribuyen se incluyen una reducción drástica del desgaste tanto de la vía como de la rueda y la oportunidad de simplificar o incluso eliminar el bogie, que es mecánicamente complejo, pesado y voluminoso .
Stored Energy Technology Limited ha construido y demostrado con éxito su sistema de vectorización de par Actiwheel, que emplea un motor de cubo de rueda de su propio diseño. [17]
El Centro Aeroespacial Alemán presentó una maqueta a escala real del tren de rodaje con vectorización de par destinado a su tren de próxima generación en Innotrans 2022. [18]
Musk dijo que la mayor eficiencia se debe al sistema electrónico que cambiará la potencia entre los motores delantero y trasero de un milisegundo al siguiente, de modo que cada uno esté siempre funcionando en su punto más eficiente.