La tracción en las cuatro ruedas ControlTrac es la marca de un sistema de tracción en las cuatro ruedas automático seleccionable a tiempo completo ofrecido por Ford Motor Company . El sistema de tracción en las cuatro ruedas fue diseñado y desarrollado en BorgWarner bajo su división TorqTransfer Systems a mediados de los años 1980. [1] [2] [3] BorgWarner llama al sistema Torque-On-Demand (TOD). ControlTrac fue el primer sistema automático en utilizar control de software y sin diferencial central planetario o de engranajes cónicos . [1] En lugar de un diferencial central planetario o de engranajes cónicos, el sistema utiliza un diferencial multidisco central con bloqueo inteligente variable . [4]
ControlTrac hizo su debut el 12 de enero de 1995, para el año modelo 1995 en el vehículo utilitario deportivo mediano Ford Explorer de segunda generación . [1] En 1996 se introdujo una versión de servicio pesado de ControlTrac para el año modelo 1997 en el vehículo utilitario deportivo de tamaño completo Ford Expedition de primera generación. [2]
*No tiene modo Four Low con engranaje reductor todoterreno de rango bajo.
La Ford Explorer 2011 de quinta generación (U502) reemplazó la tracción en las cuatro ruedas automática ControlTrac con tracción en las cuatro ruedas inteligente automática y Terrain Management. [5] [6]
La idea de un sistema de tracción en las cuatro ruedas controlado electrónicamente surgió en BorgWarner en 1985. [1] El diseño original de BorgWarner requería el uso de un paquete de embrague multidisco electromagnético (también llamado multidisco) controlado por software y un centro de engranajes planetarios o cónicos. diferencial juntos. El primer prototipo del sistema era tosco y su controlador original del paquete de embrague era un reóstato . [1]
El diferencial central con engranajes se usaría para permitir que los ejes de transmisión delantero y trasero giren a diferentes velocidades de rotación para eliminar cualquier "bloqueo del tren motriz" o "torsión de torsión" mientras el sistema se usa en el pavimento . El embrague multidisco inteligente se usaría para transferir progresivamente el torque de atrás hacia adelante y de adelante hacia atrás entre los ejes de transmisión delantero y trasero cuando sea necesario y también se bloquearía proporcionando una distribución de torque delantera permanentemente bloqueada 50:50 detrás. [1]
Al cabo de un año, el controlador se había vuelto más grande y complejo. Una versión electrónica de placa completa con amplificadores de sensores y grandes módulos de control consumía toda la parte trasera de una camioneta. Los datos de entrada provienen de sensores de reluctancia variable instalados en el eje de transmisión delantero, el eje de transmisión trasero, el acelerador, los frenos y la dirección. El objetivo era controlar el accionamiento del embrague controlando la corriente. [1]
Sin embargo, a medida que continuaba el proceso de desarrollo, los ingenieros de BorgWarner descubrieron que, con una programación de software inteligente , podían controlar el embrague multidisco electromagnético variable hasta un punto en el que permitiría que los ejes de transmisión delantero y trasero giraran a diferentes velocidades de rotación en sus propio, sin la ayuda de un diferencial central planetario o de engranajes cónicos. En el modo automático, los nuevos algoritmos de software permitieron que los discos de fricción y de embrague del paquete de embrague multidisco se deslizaran según fuera necesario, simulando un diferencial central con engranajes planetarios o cónicos, lo que hacía que un diferencial con engranajes fuera redundante. Por lo tanto, el diferencial de engranajes fue abandonado y, por lo tanto, nunca se incluyó en la versión de producción final del sistema de tracción a las cuatro ruedas. [1]
Nos preguntamos: ¿Por qué necesitamos un diferencial? Estaba todo ese hierro, todo ese peso, todo ese costo. Y aquí vimos que podíamos controlar el paquete de embrague con mucha precisión sin él.
- Ronald A. Schoenbach [1]
El equipo de diseño ganó confianza en su concepto en 1989, cuando lograron un gran avance en el sistema de control del embrague multidisco. El desarrollo del control de circuito cerrado suavizó su funcionamiento. [1] Al usarlo, el embrague multidisco realizó ajustes más pequeños, pero lo hizo con más frecuencia. [1] El microprocesador revisaría la información de los sensores cada 20 milisegundos y decidiría si el eje delantero necesitaba más torque. Usando esta técnica, la computadora de la unidad observó el deslizamiento de las ruedas motrices. Si detectaba tan solo media diferencia de rpm entre los ejes delantero y trasero, enviaba una señal de potencia al embrague multidisco. El embrague se activó, desviando el par al eje delantero en incrementos del 10 por ciento, hasta que alivió el deslizamiento de la rueda motriz. Como resultado, el sistema podría controlar la velocidad descontrolada de las ruedas motrices en tan solo un tercio de revolución de la rueda. [1]
Al principio del desarrollo, BorgWarner había empleado un material de embrague de bronce sinterizado que presentaba una condición operativa comúnmente conocida como "stick slip". El deslizamiento había inspirado a los ingenieros a reemplazarlo con un material a base de papel montado sobre metal . El documento ofreció un mejor coeficiente de fricción y resolvió el problema del deslizamiento. A la división de componentes de transmisión automática de BorgWarner se le atribuye la solución. [1]
Sin embargo, el calor resultó ser un problema persistente. Una acumulación excesiva de calor quemaría el nuevo material del embrague. Para solucionar el problema, los ingenieros estudiaron la capacidad de par del embrague. Se determinó que la acumulación excesiva de calor se debía a una capacidad inadecuada de par del embrague. Los ingenieros aumentaron la capacidad del sistema y equiparon una flota de vehículos de prueba, que llevaron al desierto de Anza-Borrego, en el sur de California . Hicieron un total de 11 viajes, sometiendo los prototipos a calor, conducción en montaña y arena profunda, con los embragues multidisco inteligentes siendo utilizados para una entrega casi continua de par. Al principio, el medio ambiente rápidamente quemó las garras. Pero a medida que los ingenieros adquirieron conocimientos, los embragues mejoraron. Con el tiempo, los ingenieros pudieron mejorar los paquetes de embrague lo suficiente como para que los vehículos de prueba pudieran quedar prácticamente destruidos por el uso todoterreno intenso, pero los paquetes de embrague aún se verían bien. [1]
ControlTrac tiene diferentes modos de conducción, así como diferentes comportamientos operativos para esos modos de conducción dependiendo del vehículo en el que se utilice. Por ejemplo, la Ford Expedition utilizó una nueva función de bloqueo automático en el modo Auto. El modo automático con bloqueo automático no estaba disponible en el Explorer en ese momento. [2]
Predominantemente, el Explorer no estaba equipado con el modo Two High, excepto en los años modelo 1995-1996. En los años modelo 1998 en adelante no había Two High disponible. Solo se ofrecieron los modos Auto, Cuatro Altos y Cuatro Bajos. El modo Two High era exclusivo de la Expedition, aunque se suspendió entre los años modelo 1999-2002. El modo Two High se reintrodujo en la Expedition de segunda generación rediseñada (U222) para el año modelo 2003 y presentaba un nuevo sistema de desconexión del eje delantero completo con bujes de bloqueo delantero operados por vacío que desconectaban el eje delantero, el diferencial delantero y el eje de transmisión delantero cuando no estaban necesario para un funcionamiento más silencioso y con mayor eficiencia de combustible en el pavimento. [7] Ford afirmó que el modo Two High mejorado podría ayudar a aumentar la economía de combustible hasta media milla por galón de gasolina. [7] En el modo Two High, el par se dirige únicamente a las ruedas motrices traseras, imitando la tracción trasera .
El modo automático se presentó tanto en el Explorer como en el Expedition y permite la capacidad de tracción en las cuatro ruedas en todo momento y en todo clima en el pavimento, según sea necesario. En el modo Automático, el par del motor normalmente se envía a las ruedas motrices traseras. Una idea errónea sobre el sistema es que cambia continuamente de tracción a las cuatro ruedas según sea necesario. Esto no es cierto, porque cuando se selecciona el modo Automático, los cubos del eje delantero están acoplados permanentemente, bloqueándolos a los semiejes delanteros, el diferencial delantero y el eje de transmisión delantero . Esto es para que el eje de transmisión delantero siempre gire cuando el vehículo se conduce a gran velocidad . El sistema de control por computadora necesita que el eje de transmisión delantero gire para poder monitorear y comparar la velocidad de rotación de los ejes de transmisión delantero y trasero. Si el eje de transmisión trasero comienza a girar más rápido que el delantero, el sistema lo interpreta (junto con la información de otros sensores) como pérdida de tracción. Cuando se detecta pérdida de tracción, el torque se envía al diferencial delantero en incrementos del 10 por ciento, a través del embrague multidisco central. Al hacerlo, el software de control inteligente permite que el embrague multidisco central se comporte como un diferencial central con engranajes, de modo que no se produzcan "atascos de la línea motriz" ni "aumento del par".
A principios de la década de 2000, ControlTrac se actualizó y se introdujo en 2002 con una programación de software más avanzada, basándose en la inteligencia artificial del sistema . [8] La inteligencia artificial actualizada del sistema de tracción en las cuatro ruedas permitió al sistema predecir la pérdida de tracción antes de que ocurriera, de modo que el torque pueda transferirse antes de que fuera necesario. [7] [8] Esta mejora significó que el sistema podría funcionar más como otros sistemas de tracción en las cuatro ruedas permanentes "siempre encendidos" ya que ya no tenía que "esperar" a que la pérdida de tracción actuara. [8] Otra mejora fue la capacidad de " desviación de par " de adelante hacia atrás en el modo automático. El diferencial multidisco inteligente de ControlTrac ahora podía enviar todo el 100 por ciento del torque del motor hacia adelante, desviándolo hacia el diferencial delantero si se anticipaba, predecía o detectaba una pérdida severa de tracción. [8]
También se incluyeron cuatro modos Alto y Cuatro Bajo tanto en Explorer como en Expedition. El modo Four High le indica al diferencial multidisco de bloqueo inteligente que se bloquee, proporcionando una distribución de torsión 50:50 permanentemente bloqueada. [4] Los ejes de transmisión delantero y trasero están completamente bloqueados, lo que los obliga a girar a la misma velocidad independientemente de las condiciones de tracción. El modo Four Low también le indica al diferencial multidisco de bloqueo inteligente que se bloquee, sin embargo, indica a la caja de transferencia BorgWarner que seleccione una marcha reductora todoterreno de rango bajo . [4] El engranaje reductor se utiliza para reducir la velocidad del vehículo a un avance manejable y para aumentar (multiplicar) el par suministrado proveniente del motor. Por tanto, las ruedas motrices tienen un par suficiente para mover el vehículo a bajas velocidades. También se utiliza para controlar la velocidad de descenso al descender pendientes pronunciadas y para mejorar la relación de avance todoterreno del vehículo .
Tanto el modo Four High como el modo Four Low no se pueden usar en el pavimento, ya que se puede producir un "bloqueo de la línea motriz" y un "aceleración del par", lo que causa daños al sistema de tracción en las cuatro ruedas.
El sistema de tracción a las cuatro ruedas automático ControlTrac se puede combinar con el control electrónico de estabilidad AdvanceTrac , que incluye control electrónico de tracción en las cuatro ruedas . La combinación de estos dos sistemas es innovadora ya que un vehículo equipado como tal puede seguir avanzando con una sola rueda con tracción. [7] El sistema de control electrónico de tracción en las cuatro ruedas de AdvanceTrac utiliza el sistema de frenos antibloqueo (ABS) de cuatro canales , cuatro sensores y cuatro ruedas del vehículo y está programado con lógica antideslizante adicional para simular bloqueos de diferencial mediante un "bloqueo de frenos " agresivo . ya sea los diferenciales del eje motriz delantero o trasero . Al bloquear el freno ABS los diferenciales delantero y trasero, se puede enviar hasta el 100 por ciento del torque a cualquier rueda motriz, lo que permite que el vehículo siga moviéndose, incluso con dos de sus ruedas motrices (una delantera y otra trasera) completamente separadas del suelo. . [7]
ControlTrac II era un sistema de tracción a las cuatro ruedas de Ford basado en una unidad de acoplamiento viscoso . El acoplamiento viscoso reemplazó al diferencial central típico utilizado en aplicaciones de tracción en las cuatro ruedas. El sistema funcionaba normalmente en tracción delantera, pero además de las ruedas delanteras motrices, se acciona un eje que va hasta el acoplamiento viscoso de las traseras. Si las ruedas delanteras patinan, el acoplamiento viscoso libera progresivamente par a las ruedas traseras. Además, el sistema ControlTrac II proporcionaba un bloqueo mecánico de la tracción en las cuatro ruedas, aunque el sistema no proporcionaba rango bajo.
Desde entonces, ControlTrac II ha sido reemplazado por el sistema automático inteligente de tracción en las cuatro ruedas, un sistema similar en el que el acoplamiento viscoso se reemplazó por un embrague controlado por computadora. El sistema inteligente 4WD actúa funcionalmente de manera similar al sistema ControlTrac II, con las ruedas delanteras impulsadas predominantemente y el torque se envía a las ruedas traseras solo según lo dictan las condiciones. El sistema 4WD Inteligente también carece del bloqueo mecánico proporcionado por ControlTrac II.