La vectorización de par es una tecnología empleada en los diferenciales de automóviles que tiene la capacidad de variar el par a cada semieje con un sistema electrónico ; o en vehículos ferroviarios que logran lo mismo utilizando ruedas con motor individual. Este método de transferencia de poder ha aparecido recientemente [ ¿cuándo? ] se vuelven populares en los vehículos con tracción total . [1] Algunos vehículos más nuevos con tracción delantera también tienen un diferencial de vectorización de par básico. A medida que mejora la tecnología en la industria automotriz, más vehículos están equipados con diferenciales de vectorización de torque. Esto permite que las ruedas se agarren a la carretera para un mejor lanzamiento y manejo.
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En 1996, Honda y Mitsubishi lanzaron vehículos deportivos con sistemas de vectorización del par. La idea de vectorización de par se basa en los principios básicos de un diferencial estándar. Un diferencial con vectorización de par realiza tareas diferenciales básicas y al mismo tiempo transmite el 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 las carreras. Los coches de rally Mitsubishi fueron algunos de los primeros en utilizar esta 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 la vectorización del par en los automóviles hoy en día es en vehículos con tracción total.
El Honda Prelude insignia de quinta generación de 1996 estaba equipado con un diferencial con vectorización de par del Sistema de transferencia de par activo (ATTS) que impulsaba las ruedas delanteras; Era conocido en diferentes mercados como Tipo S (Japón), VTi-S (Europa) y Tipo SH (Norteamérica). [3] En esencia, ATTS es una pequeña transmisión automática acoplada al diferencial, con una unidad de control electrónico que acciona los 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 al subviraje . [3] Más tarde, Honda desarrolló el sistema en su sistema Super Handling de tracción total (SH-AWD) en 2004, que mejoró el manejo al aumentar el torque a las ruedas exteriores. [4]
Casi al mismo tiempo, el Lancer Evolution IV GSR estaba equipado con un sistema similar de control activo de guiñada (AYC) en 1996. [5] 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 par. [6]
Ricardo utilizó por primera vez la frase "Torque Vectoring" en 2006 en relación con sus tecnologías de transmisión. [7]
La idea y la implementación de la vectorización de par son complejas. El objetivo principal de la vectorización de par es variar de forma independiente el par de cada rueda. Los diferenciales generalmente constan únicamente de componentes mecánicos. Un diferencial de vectorización de par requiere un sistema de monitoreo electrónico además de los componentes mecánicos estándar. Este sistema electrónico le indica 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 del par es la generación de un momento de guiñada que surge de las fuerzas longitudinales y los cambios en la resistencia lateral generada por cada neumático. Aplicando más fuerza longitudinal se 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 podría lograrse mediante dispositivos de transmisión para un sistema de propulsión convencional o con fuentes de par eléctricas. Luego viene el elemento práctico de integración con las funciones de estabilidad de frenado para mayor diversión y 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 con tracción total. El diferencial sólo varía el par entre dos ruedas. El sistema de seguimiento electrónico sólo controla dos ruedas, lo que lo hace menos complejo. Un diferencial de tracción delantera debe tener en cuenta varios factores. Debe controlar 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 controla 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 condiciones climáticas adversas. Cuando una rueda comienza a patinar, el diferencial puede reducir el par a esa rueda, frenándola efectivamente. El diferencial también aumenta el par a la rueda opuesta, lo que ayuda a equilibrar la potencia de salida y a mantener el vehículo estable. Un diferencial de vectorización de par de tracción trasera funciona de manera similar a un diferencial de tracción delantera.
La mayoría de los diferenciales de vectorización de par se encuentran en vehículos con tracción total. Un diferencial de 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 torsión 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% a las ruedas delanteras y del 10% a las traseras. Cuando es necesario, el diferencial cambia la distribución a 50/50. Esta nueva distribución reparte el par de forma más uniforme entre las cuatro ruedas. Tener una distribución más uniforme del par aumenta la tracción del vehículo. [9]
También hay 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 torque disponible para adaptarse a las condiciones actuales.
En los vehículos eléctricos la tracción total se suele implementar con dos motores eléctricos independientes , uno para cada eje. En este caso, la vectorización del par entre los ejes delantero y trasero es sólo 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 de par aún más precisa, con un control de par por rueda específico de milisegundos en el caso del motor cuádruple, [11] y dos ruedas de control por rueda más uno de control por eje en la caja de tres motores.
La vectorización de par puede ser aún más efectiva si se acciona a través de dos motores eléctricos ubicados en el mismo eje, ya que esta configuración se puede utilizar para moldear la característica de subviraje del vehículo y mejorar la respuesta transitoria del vehículo, [ 12] [13] El modelo trimotor 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 automóvil experimental MUTE de 2014 de la Universidad Técnica de Múnich se utilizó una unidad de transmisión especial , donde el motor más grande proporciona la potencia motriz y el más pequeño, la función de vectorización del par. El sistema de control detallado de la vectorización de par se describe en la tesis doctoral del Dr. Ing. Michael Graf. [14]
En el caso de vehículos eléctricos con cuatro motores eléctricos, se puede generar el mismo par total de las ruedas y el mismo momento de guiñada a través de un número casi infinito de distribuciones de par de las ruedas. La eficiencia energética se puede utilizar como criterio para distribuir el par entre las ruedas. [15] [16] Este enfoque se utiliza en el camión ligero Rivian R1T presentado en 2021. [11]
Se están llevando a cabo investigaciones sobre el uso de la vectorización del par para dirigir activamente los juegos de ruedas ferroviarias en la vía. Los beneficios reclamados incluyen una reducción drástica del desgaste tanto en la oruga como en la rueda y la oportunidad de simplificar o incluso eliminar el bogie mecánicamente complejo, pesado y voluminoso .
Stored Energy Technology Limited ha construido y demostrado con éxito su sistema Actiwheel de vectorización de par que emplea un motor de cubo de rueda de su propio diseño. [17]
El Centro Aeroespacial Alemán presentó en Innotrans 2022 una maqueta a escala real del tren de rodaje con vectorización de par destinado a su tren de próxima generación .
Musk dijo que la eficiencia adicional 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 siempre esté funcionando en su punto más eficiente.