Una transmisión semiautomática es una transmisión de varias velocidades en la que parte de su funcionamiento está automatizado (normalmente el accionamiento del embrague ), pero aún se requiere la intervención del conductor para poner en marcha el vehículo desde parado y para cambiar de marcha manualmente. Las transmisiones semiautomáticas se utilizaron casi exclusivamente en motocicletas y se basan en transmisiones manuales convencionales o transmisiones manuales secuenciales , pero utilizan un sistema de embrague automático. Pero algunas transmisiones semiautomáticas también se han basado en transmisiones automáticas hidráulicas estándar con convertidores de par y conjuntos de engranajes planetarios . [1] [2]
Los nombres para tipos específicos de transmisiones semiautomáticas incluyen manual sin embrague , [3] manual automático , [4] [5] manual con embrague automático , [6] [7] y transmisiones con cambio de paletas . [8] [9] [10] Estos sistemas facilitan los cambios de marcha para el conductor al operar el sistema de embrague automáticamente, generalmente a través de interruptores que activan un actuador o servo , mientras que aún requieren que el conductor cambie de marcha manualmente. Esto contrasta con una caja de cambios preselectora , en la que el conductor selecciona la siguiente relación de marcha y opera el pedal, pero el cambio de marcha dentro de la transmisión se realiza automáticamente.
El primer uso de las transmisiones semiautomáticas fue en automóviles, y su popularidad aumentó a mediados de la década de 1930, cuando fueron ofrecidas por varios fabricantes de automóviles estadounidenses. Menos comunes que las transmisiones automáticas hidráulicas tradicionales, las transmisiones semiautomáticas se han puesto a disposición en varios modelos de automóviles y motocicletas y se han mantenido en producción durante todo el siglo XXI. Las transmisiones semiautomáticas con funcionamiento mediante levas en el volante se han utilizado en varios coches de carreras y se introdujeron por primera vez para controlar el mecanismo de cambio de marchas electrohidráulico del coche de Fórmula Uno Ferrari 640 en 1989. Estos sistemas se utilizan actualmente en una variedad de clases de coches de carreras de primer nivel; incluyendo Fórmula Uno , IndyCar y carreras de turismos . Otras aplicaciones incluyen motocicletas, camiones, autobuses y vehículos ferroviarios .
Las transmisiones semiautomáticas facilitan los cambios de marcha al eliminar la necesidad de pisar el pedal o la palanca del embrague al mismo tiempo que se cambia de marcha. La mayoría de los coches que tienen una transmisión semiautomática no están equipados con un pedal de embrague estándar, ya que el embrague se controla de forma remota. De manera similar, la mayoría de las motocicletas con transmisión semiautomática no están equipadas con una palanca de embrague convencional en el manillar .
La mayoría de las transmisiones semiautomáticas se basan en la transmisión manual convencional. Pueden ser transmisiones parcialmente automatizadas. Una vez que el embrague se automatiza, la transmisión se vuelve semiautomática. Sin embargo, estos sistemas aún requieren la selección manual de marchas por parte del conductor. Este tipo de transmisión se denomina manual sin embrague o manual automatizada .
La mayoría de las transmisiones semiautomáticas en los automóviles de pasajeros más antiguos conservan la palanca de cambios en forma de H normal de una transmisión manual; de manera similar, las transmisiones semiautomáticas en motocicletas más antiguas conservan la palanca de cambios de pie convencional, como en una motocicleta con una transmisión completamente manual. Sin embargo, los sistemas semiautomáticos en motocicletas más nuevas, autos de carrera y otros tipos de vehículos a menudo utilizan métodos de selección de marchas como levas de cambio cerca del volante o gatillos cerca del manillar . [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]
A lo largo de los años se han utilizado varias formas diferentes de automatización para el accionamiento del embrague, desde embragues hidráulicos , neumáticos y electromecánicos hasta embragues accionados por vacío , [18] electromagnéticos e incluso centrífugos . Varios fabricantes también han utilizado acoplamientos de fluido (más comúnmente y anteriormente utilizados en las primeras transmisiones automáticas), generalmente junto con alguna forma de embrague de fricción mecánico, para evitar que el vehículo se detenga al detenerse o al ralentí .
Un diseño típico de transmisión semiautomática puede funcionar mediante el uso de sensores de efecto Hall o microinterruptores para detectar la dirección del cambio solicitado cuando se utiliza la palanca de cambios. La salida de estos sensores, combinada con la salida de un sensor conectado a la caja de cambios que mide su velocidad y marcha actuales, se envía a una unidad de control de transmisión , una unidad de control electrónico , una unidad de control del motor o un microprocesador [19] [ 20] u otro tipo de sistema de control electrónico. Este sistema de control determina entonces la sincronización y el par óptimos necesarios para un acoplamiento suave del embrague.
La unidad de control electrónico acciona un actuador, que acopla y desacopla el embrague de manera suave. En algunos casos, el embrague es accionado por un servomotor acoplado a un conjunto de engranajes para un actuador lineal , que, a través de un cilindro hidráulico lleno de fluido hidráulico del sistema de frenos , desacopla el embrague. En otros casos, el actuador interno del embrague puede ser completamente eléctrico, donde el actuador principal del embrague es accionado por un motor eléctrico o solenoide , o incluso neumático, donde el actuador principal del embrague es un actuador neumático que desacopla el embrague.
Un sistema manual sin embrague, llamado Autostick , fue una transmisión semiautomática introducida por Volkswagen para el año modelo 1968. Comercializada como Volkswagen Automatic Stickshift , una transmisión manual convencional de tres velocidades estaba conectada a un sistema de embrague automático operado por vacío. La parte superior de la palanca de cambios estaba diseñada para presionar y activar un interruptor eléctrico, es decir, cuando lo tocaba la mano del conductor. Cuando se presionaba, el interruptor operaba un solenoide de 12 voltios , que a su vez operaba el actuador del embrague de vacío, desacoplando así el embrague y permitiendo cambiar entre marchas. Con la mano del conductor retirada de la palanca de cambios, el embrague se volvería a acoplar automáticamente. La transmisión también estaba equipada con un convertidor de par, lo que permitía que el automóvil funcionara al ralentí en una marcha como con una automática, así como detenerse y arrancar desde parado en cualquier marcha. [21] [22] [23]
A finales de los años 90, los fabricantes de automóviles introdujeron lo que ahora se denomina transmisión manual automatizada (AMT), que es mecánicamente similar a los sistemas de transmisión manual sin embrague anteriores y tiene sus raíces en ellos. Una AMT funciona de la misma manera que las transmisiones manuales semiautomáticas y sin embrague más antiguas, pero con dos excepciones: puede operar el embrague y cambiar automáticamente, y no utiliza un convertidor de par. El cambio se realiza automáticamente desde una unidad de control de transmisión (TCU) o manualmente desde la perilla de cambio o las levas de cambio montadas detrás del volante. Las AMT combinan la eficiencia de combustible de las transmisiones manuales con la facilidad de cambio de las transmisiones automáticas. Su mayor desventaja es la poca comodidad al cambiar debido a que la TCU desacopla el embrague mecánico, lo que se nota fácilmente como "sacudidas". [ cita requerida ] Algunos fabricantes de transmisiones han intentado resolver este problema utilizando anillos sincronizadores de gran tamaño y no abriendo completamente el embrague durante el cambio, lo que funciona en teoría, pero a partir de 2007, no ha habido ningún automóvil de producción en serie con tales funciones. [ necesita actualización ] En los automóviles de pasajeros, las transmisiones automáticas modernas generalmente tienen seis velocidades (aunque algunas tienen siete) y una relación de transmisión bastante larga. En combinación con un programa de cambios inteligente, esto puede reducir significativamente el consumo de combustible. En general, hay dos tipos de transmisiones automáticas: las integradas y las complementarias. Las integradas fueron diseñadas para ser exclusivas, mientras que las complementarias son conversiones de transmisiones manuales estándar en transmisiones automáticas. [ cita requerida ]
Una transmisión manual automatizada puede incluir un modo completamente automático en el que el conductor no necesita cambiar de marcha en absoluto. [24] Estas transmisiones se pueden describir como una transmisión manual estándar con un embrague automatizado y un control de cambio de marcha automatizado, lo que les permite funcionar de la misma manera que las transmisiones automáticas tradicionales. La TCU cambia de marcha automáticamente si, por ejemplo, el motor está en la línea roja . La AMT se puede cambiar a un modo manual sin embrague en el que uno puede cambiar a una marcha superior o inferior utilizando un selector de cambios montado en la consola o palancas de cambio. [25] Tiene un costo menor que las transmisiones automáticas convencionales. [26]
La transmisión manual automatizada (los nombres comerciales incluyen SMG-III ) no debe confundirse con la transmisión automática " manumatic " (comercializada bajo nombres comerciales como Tiptronic , Steptronic , Sportmatic y Geartronic ). Si bien estos sistemas parecen superficialmente similares, una manumatic utiliza un convertidor de par como una transmisión automática, en lugar del embrague utilizado en la transmisión manual automatizada. Una manual automatizada puede darle al conductor control total de la selección de marcha, mientras que una manumatic rechazará una solicitud de cambio de marcha que daría como resultado que el motor se detenga (por muy pocas RPM ) o se acelere demasiado. [24] El modo automático de una transmisión manual automatizada a velocidades de parada y arranque bajas o frecuentes es menos suave que el de la manumatic y otras transmisiones automáticas. [27]
Varias transmisiones semiautomáticas utilizadas por motocicletas y autos de carrera en realidad se basan mecánicamente en transmisiones manuales secuenciales . Las transmisiones semiautomáticas de motocicletas generalmente omiten la palanca de embrague, pero conservan la palanca de cambios convencional de punta y talón. [28] [29] [30] [31] [32] [33]
Las transmisiones semiautomáticas de motocicletas se basan en transmisiones manuales secuenciales convencionales y generalmente utilizan un embrague centrífugo . [34] A velocidad de ralentí, el motor se desconecta del eje de entrada de la caja de cambios, lo que permite que tanto él como la motocicleta giren libremente ; a diferencia de las automáticas con convertidor de par, no hay deslizamiento en ralentí con un embrague centrífugo ajustado correctamente. A medida que aumenta la velocidad del motor, los contrapesos dentro del conjunto del embrague giran gradualmente más hacia afuera hasta que comienzan a hacer contacto con el interior de la carcasa exterior y transmiten una cantidad cada vez mayor de potencia y par del motor. El "punto de mordida" o "punto de mordida" efectivo [35] se encuentra automáticamente por equilibrio, donde la potencia que se transmite a través del embrague (que aún resbala) es igual a lo que el motor puede proporcionar. Esto permite despegues a toda velocidad relativamente rápidos (con el embrague ajustado para que el motor esté en el par máximo) sin que el motor disminuya la velocidad o se atasque, así como arranques más relajados y maniobras a baja velocidad con menor aceleración y RPM .
En 1901, Amédée Bollée desarrolló un método de cambio de marchas que no requería el uso de un embrague y se activaba mediante un anillo montado dentro del volante. [36] Un automóvil que utilizó este sistema fue el Bollée Type F Torpedo de 1912.
Antes de la llegada de la primera transmisión automática hidráulica producida en masa (la General Motors Hydra-Matic ) en 1940, varios fabricantes estadounidenses ofrecían varios dispositivos para reducir la cantidad de embrague o entrada de cambio requerida. [37] Estos dispositivos estaban destinados a reducir la dificultad de operar las transmisiones manuales no sincronizadas , o "cajas de cambios de choque", que se usaban comúnmente, especialmente en la conducción con paradas y arranques.
Un paso temprano hacia las transmisiones automáticas fue el REO Self-Shifter de 1933-1935, [38] [39] [40] [41] que cambiaba automáticamente entre dos marchas hacia adelante en el modo "adelante" (o entre dos relaciones de transmisión más cortas en el modo "baja de emergencia"). Para arrancar desde parado, el conductor debía utilizar el pedal del embrague. El Self-Shifter apareció por primera vez en mayo de 1933 y se ofrecía como estándar en el Royale y como opción en el Flying Cloud S-4. [42]
En 1937, se introdujo la transmisión automática de seguridad Oldsmobile de cuatro velocidades en los modelos Oldsmobile Six y Oldsmobile Eight. [38] Utilizaba un conjunto de engranajes planetarios con un pedal de embrague para arrancar desde parado y cambiar entre los rangos "bajo" y "alto". [43] [44] [45] La transmisión automática de seguridad fue reemplazada por la Hydra-Matic completamente automática para el año modelo 1940. [46] [47]
El Buick Special de 1938-1939 estaba disponible con otra transmisión semiautomática Self-Shifter de 4 velocidades, [48] [49] [50] que utilizaba un embrague manual para arrancar desde parado y un embrague automatizado para los cambios de marcha.
La transmisión Vacamatic del Chrysler M4 de 1941 era una transmisión manual de dos velocidades con una unidad de submarcha integral, un embrague manual tradicional y un acoplamiento de fluido entre el motor y el embrague. [51] [52] [53] La transmisión de dos velocidades tenía rangos "alto" y "bajo", y el embrague se usaba cuando el conductor quería cambiar entre rangos. Para una conducción normal, el conductor presionaba el embrague, seleccionaba el rango alto y luego soltaba el embrague. Una vez que se presionaba el acelerador, el acoplamiento de fluido se activaba y el automóvil comenzaba a avanzar, con la unidad de submarcha activada para proporcionar una relación de transmisión más baja. Entre 15 y 20 mph (24 a 32 km/h), el conductor levantaba el pie del acelerador y la unidad de submarcha se desacoplaba. La Vacamatic fue reemplazada por una transmisión M6 Presto-Matic similar para el año modelo 1946.
Se utilizaron diseños similares para el Hudson Drive-Master de 1941-1950 [54] [55] y el desafortunado Lincoln Liquimatic de 1942. [56] [57] Ambos combinaban una transmisión manual de 3 velocidades con cambios automáticos entre la 2.ª y la 3.ª marcha, en lugar de la unidad de "submarcha" del Vacamatic.
La Packard Electro-Matic, introducida en los Packard Clipper y Packard 180 de 1941 , fue una de las primeras transmisiones manuales sin embrague que utilizaba un embrague de fricción tradicional con funcionamiento automático por vacío, que se controlaba mediante la posición del acelerador.
El sistema manumatic de Automotive Products , disponible en el Ford Anglia 100E de 1953 , era un sistema de embrague automático accionado por vacío que se accionaba mediante un interruptor que se activaba cada vez que se movía la palanca de cambios. El sistema podía controlar el cable del acelerador (para mantener el motor a las RPM requeridas para el cambio de marcha) y variar la velocidad de acoplamiento del embrague. [58] El sistema Newtondrive sucesivo, disponible en el Ford Anglia de 1957-1958, también tenía una disposición para el control del estrangulador . Un producto similar fue el sistema de embrague automático alemán Saxomat , que se introdujo a mediados de la década de 1950 y estaba disponible en varios automóviles europeos. [59]
El Citroën DS , presentado en 1955, utilizaba un sistema hidráulico con un controlador de velocidad de accionamiento hidráulico y un dispositivo de aumento de velocidad de ralentí para seleccionar las marchas y operar el embrague, que de otro modo sería convencional. Esto permitía cambiar de marcha sin embrague con un selector montado en una sola columna , mientras que el conductor levantaba simultáneamente el pie del acelerador para cambiar de marcha. Este sistema recibió el apodo de "Citro-Matic" en los EE. UU.
Para el año modelo 1962, American Motors introdujo el E-Stick, que eliminó el pedal del embrague en el Rambler American con transmisiones manuales estándar de tres velocidades. [60] Este embrague automático usaba la presión del aceite del motor como fuente hidráulica y estaba disponible por menos de $60. [61] En comparación con las transmisiones completamente automáticas de la época, el E-Stick ofrecía la economía de combustible de una palanca de cambios, con interruptores eléctricos y de vacío que controlaban el embrague. La transmisión E-Stick de tres velocidades se ofreció en los modelos Rambler Classic más grandes , junto con una unidad de sobremarcha. [62] El sistema solo estaba disponible con motores de 6 cilindros, y la falta de un embrague resultó impopular, por lo que se suspendió después de 1964. [63]
La caja de cambios con convertidor de par WSK ( Wandlerschaltkupplungsgetriebe ; en inglés: Caja de cambios con convertidor de par/embrague ) de Volkswagen de 1967, utilizada en el Beetle , Type 3 y Karmann Ghia , fue una de las primeras cajas de cambios de su tipo, con un embrague mecánico automático y un convertidor de par. También se la conocía como Autostick . El conductor realizaba los cambios manualmente. El embrague mecánico automático permitía que el coche acelerara desde parado, mientras que el convertidor de par le permitía hacerlo en cualquier marcha. Amortiguaba las vibraciones del motor y proporcionaba multiplicación del par, y funcionaba como una especie de "caja de cambios reductora", por lo que la caja de cambios mecánica real solo necesitaba tres marchas hacia adelante (por eso las transmisiones automáticas convencionales con convertidor de par normalmente tienen menos marchas que las transmisiones manuales). La WSK no tenía una "primera" marcha; en su lugar, la primera marcha se convertía en marcha atrás y la segunda marcha se denominaba primera (y la tercera y la cuarta marcha se denominaban respectivamente segunda y tercera). [64]
La transmisión Chevrolet Torque-Drive , introducida en el Chevrolet Nova y el Camaro de 1968 , es uno de los pocos ejemplos en los que una transmisión semiautomática se basaba en una transmisión automática hidráulica convencional (en lugar de una transmisión manual estándar). La Torque-Drive era esencialmente una transmisión automática Powerglide de 2 velocidades sin el modulador de vacío, lo que requería que el conductor cambiara manualmente las marchas entre "Low" y "High". El indicador de cuadrante en los autos Torque-Drive era "Park-RN-Hi-1st". El conductor arrancaba el auto en "1st" y luego movía la palanca a "Hi" cuando lo deseaba. La Torque-Drive se suspendió a fines de 1971 y se reemplazó por una transmisión automática hidráulica tradicional. Otros ejemplos de transmisiones semiautomáticas basadas en automáticas hidráulicas fueron la transmisión semiautomática de 3 velocidades de Ford utilizada en el Ford Maverick de 1970-1971 , las primeras versiones de las transmisiones Hondamatic de 2 y 3 velocidades de Honda de 1972-1988, y la transmisión Daihatsu Diamatic de 2 velocidades utilizada en el Daihatsu Charade de 1985-1991 .
Un ejemplo temprano de una transmisión de motocicleta semiautomática fue el uso de un embrague centrífugo automático a principios de la década de 1960 por parte del fabricante checoslovaco Jawa Moto . [83] Su diseño se utilizó sin permiso en la Honda Cub 50 de 1965 , lo que dio lugar a que Jawa demandara a Honda por infracción de patente y Honda aceptara pagar regalías por cada motocicleta que utilizara el diseño. [83]
Otras transmisiones semiautomáticas utilizadas en motocicletas incluyen:
Las transmisiones semiautomáticas en los autos de carreras generalmente se operan mediante levas de cambio conectadas a una unidad de control de transmisión designada.
El primer coche de Fórmula 1 en utilizar una transmisión semiautomática fue el Ferrari 640 de 1989. [36] [114] Utilizaba actuadores hidráulicos y solenoides eléctricos para el control del embrague y el cambio, y se cambiaba a través de dos levas montadas detrás del volante. Otra leva en el volante controlaba el embrague, que solo era necesario al arrancar desde parado. [115] El coche ganó su carrera de debut en el Gran Premio de Brasil , pero durante gran parte de la temporada sufrió problemas de fiabilidad. [116] Otros equipos comenzaron a cambiar a transmisiones semiautomáticas similares; el Williams FW14 de 1991 fue el primero en utilizar un mecanismo de rotación de tambor secuencial (similar a los utilizados en las transmisiones de motocicletas ), lo que permitió un diseño más compacto que solo requería un actuador para girar el tambor y cambiar de marcha. Un desarrollo posterior fue posible gracias a la introducción del control electrónico del acelerador poco después, lo que hizo posible que el coche igualara automáticamente las revoluciones durante los cambios descendentes. [117] En 1993, la mayoría de los equipos utilizaban transmisiones semiautomáticas. El último monoplaza de Fórmula 1 equipado con una caja de cambios manual convencional, el Forti FG01 , corrió en 1995. [118]
A raíz de las preocupaciones sobre la posibilidad de que los coches de Fórmula 1 cambiaran de marcha automáticamente sin ninguna intervención del conductor, en 1994 [119] se introdujo un software obligatorio que garantizaba que los cambios de marcha solo se produjeran cuando lo indicara el conductor. Los cambios ascendentes y descendentes totalmente automáticos, controlados por ordenador y preprogramados se reintrodujeron y se permitieron a partir de 2001 , y se permitieron a partir del Gran Premio de España de ese año , pero se volvieron a prohibir en 2004. [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] Se permiten botones en el volante para cambiar directamente a una marcha concreta (en lugar de tener que cambiar secuencialmente utilizando las levas). [ cita requerida ] El Minardi PS05 de 2005 , el Renault R25 y el Williams FW27 fueron los últimos coches de Fórmula 1 en utilizar una caja de cambios de 6 velocidades antes del cambio a una caja de cambios obligatoria de 7 velocidades para la temporada 2006. Desde la temporada 2014 , los coches de Fórmula 1 utilizan actualmente cajas de cambios obligatorias de 8 velocidades con levas en el volante.
La ahora extinta CART Champ Car Series cambió de un sistema secuencial de cambios por palanca a un sistema de cambios con levas de siete velocidades para la temporada 2007. Esta transmisión se introdujo con el nuevo chasis Panoz DP01 de 2007.
La serie rival IndyCar introdujo su sistema de cambio de marchas semiautomático de 6 velocidades con levas para la temporada 2008 , reemplazando también la transmisión secuencial con palanca de cambios anterior, introducida con el chasis Dallara IR-05 para 2008. [128] Actualmente, los IndyCar utilizan la transmisión secuencial Xtrac P1011, que utiliza un sistema de cambio de marchas semiautomático suministrado por Mega-Line llamado AGS (Sistema de cambio de marchas asistido). El AGS utiliza un actuador neumático de cambio de marchas y embrague controlado por una unidad de control de transmisión interna. [129] [130] [131] [132] [133]
En la actualidad, tanto en el Campeonato de Fórmula 2 como en el de Fórmula 3 de la FIA se utilizan cajas de cambios secuenciales de seis marchas con accionamiento electrohidráulico mediante levas de cambio. Para poner en marcha los coches se utiliza un control manual de los sistemas de embrague multidisco mediante una palanca situada detrás del volante.
Actualmente, el DTM utiliza una transmisión secuencial Hewland DTT-200 de 6 velocidades con levas de cambio montadas en el volante, que se introdujo para la temporada 2012 con el nuevo cambio de reglas. Este nuevo sistema reemplazó a la antigua transmisión secuencial con palanca de cambios, que se había utilizado durante las 12 temporadas anteriores (desde 2000 ).
Otros usos notables de las transmisiones semiautomáticas incluyen:
La transmisión tipo "E" ofrecida por AMC en 1964 ha sido eliminada.
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