Una transmisión semiautomática es una transmisión de múltiples velocidades donde parte de su operación está automatizada (generalmente el accionamiento del embrague ), pero aún se requiere la intervención del conductor para arrancar el vehículo desde parado y cambiar de marcha manualmente. Las transmisiones semiautomáticas se utilizaban 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 juegos de engranajes planetarios . [1] [2]
Los nombres para tipos específicos de transmisiones semiautomáticas incluyen transmisiones manuales sin embrague , [3] automáticas , [4] [5] manuales con embrague automático , [6] [7] y transmisiones con levas de cambio . [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 , al mismo tiempo que requieren que el conductor cambie de marcha manualmente. Esto contrasta con una caja de cambios preselectora , en la que el conductor acciona el embrague y selecciona la siguiente relación de marcha, pero el cambio de marcha dentro de la transmisión se realiza automáticamente.
El primer uso de transmisiones semiautomáticas fue en automóviles, y su popularidad aumentó a mediados de la década de 1930, cuando varios fabricantes de automóviles estadounidenses las ofrecieron. Sin embargo, menos comunes que las transmisiones automáticas hidráulicas tradicionales, las transmisiones semiautomáticas han estado disponibles en varios modelos de automóviles y motocicletas y han permanecido en producción durante todo el siglo XXI. Las transmisiones semiautomáticas con operación de cambio de marchas se han utilizado en varios autos de carreras y se introdujeron por primera vez para controlar el mecanismo de cambio de marchas electrohidráulico del auto Ferrari 640 de Fórmula Uno en 1989. Estos sistemas se usan actualmente en una variedad de vehículos de alta gama. clases de coches de carreras de niveles; incluyendo Fórmula Uno , IndyCar y carreras de turismos . Otras aplicaciones incluyen motocicletas, camiones, autobuses y vehículos ferroviarios .
Las semiautomáticas facilitan los cambios de marcha al eliminar la necesidad de presionar un pedal o palanca del embrague al mismo tiempo que se cambia de marcha. La mayoría de los automóviles que tienen transmisión semiautomática no están equipados con un pedal de embrague estándar, ya que el embrague se controla de forma remota. Del mismo modo, 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 transmisiones manuales convencionales. Pueden ser de transmisión parcialmente automatizada. Una vez que el embrague se automatiza, la transmisión se vuelve semiautomática. Sin embargo, estos sistemas aún requieren que el conductor seleccione la marcha manualmente. Este tipo de transmisión se llama manual sin embrague o manual automatizada .
La mayoría de las transmisiones semiautomáticas de los turismos más antiguos conservan la palanca de cambios en forma de H normal de una transmisión manual; De manera similar, las transmisiones semiautomáticas de las motocicletas más antiguas conservan la palanca de cambio de pie convencional, como en una motocicleta con transmisión totalmente manual. Sin embargo, los sistemas semiautomáticos en motocicletas, autos de carreras y otros tipos de vehículos más nuevos a menudo usan métodos de selección de marcha, como paletas 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 operados por vacío , [18] electromagnéticos e incluso centrífugos . Varios fabricantes también han utilizado acoplamientos de fluido (utilizados más comúnmente y anteriormente en las primeras transmisiones automáticas), generalmente junto con algún tipo de embrague de fricción mecánico, para evitar que el vehículo se cale cuando se detiene o está en 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 usa 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 actual, se alimenta a una unidad de control de la transmisión , una unidad de control electrónico , una unidad de control del motor o un microprocesador , [19] [20] o otro tipo de sistema de control electrónico. Luego, este sistema de control determina la sincronización y el torque óptimos necesarios para un acoplamiento suave del embrague.
La unidad de control electrónico acciona un actuador que acopla y desacopla el embrague de forma 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 líquido hidráulico procedente del sistema de frenado , desacopla el embrague. En otros casos, el actuador interno del embrague puede ser completamente eléctrico, donde el actuador del embrague principal es accionado por un motor eléctrico o solenoide , o incluso neumático, donde el actuador del embrague principal es un actuador neumático que desacopla el embrague.
Un sistema manual sin embrague, llamado Autostick , era una transmisión semiautomática introducida por Volkswagen para el año modelo 1968. Comercializado como Volkswagen Automatic Stickshift , una transmisión manual convencional de tres velocidades estaba conectada a un sistema de embrague automático accionado por vacío. La parte superior de la palanca de cambios fue diseñada para presionar y activar un interruptor eléctrico, es decir, cuando lo toca la mano del conductor. Cuando se presionaba, el interruptor accionaba un solenoide de 12 voltios , que a su vez accionaba el actuador del embrague de vacío, desacoplando así el embrague y permitiendo cambiar de marcha. 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 al coche funcionar en ralentí como en una automática, así como parar y arrancar desde parado en cualquier marcha. [21] [22] [23]
A partir de finales de la década de 1990, los fabricantes de automóviles introdujeron lo que ahora se llama transmisión manual automatizada (AMT), que es mecánicamente similar a los sistemas de transmisión manual sin embrague anteriores y tiene sus raíces en ellos. Un AMT funciona de la misma manera que las transmisiones manuales semiautomáticas y sin embrague más antiguas, pero con dos excepciones; es capaz de operar el embrague y cambiar automáticamente y no utiliza un convertidor de par. El cambio se realiza automáticamente desde una unidad de control de la transmisión (TCU) o manualmente desde la perilla de cambio o las paletas de cambio montadas detrás del volante. Los 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 necesaria ] 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 hasta 2007, no ha habido ningún automóvil de producción en serie con tales funciones. [ necesita actualización ] En los automóviles de pasajeros, los AMT modernos generalmente tienen seis velocidades (aunque algunos tienen siete) y una marcha bastante larga. En combinación con un programa de cambio inteligente, esto puede reducir significativamente el consumo de combustible. En general, existen dos tipos de AMT: AMT integrados y AMT complementarios. Los AMT integrados se diseñaron para ser AMT dedicados, mientras que los AMT complementarios son conversiones de transmisiones manuales estándar en AMT. [ cita necesaria ]
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 pueden describirse como una transmisión manual estándar con un embrague automatizado y control de cambio de marchas automatizado, lo que les permite operar de la misma manera que las transmisiones automáticas tradicionales. La TCU cambia de marcha automáticamente si, por ejemplo, el motor tiene una línea roja . El AMT se puede cambiar a un modo manual sin embrague en el que se pueden realizar cambios ascendentes o descendentes utilizando un selector de cambios montado en la consola o paletas 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 " manumática " (comercializada con nombres comerciales como Tiptronic , Steptronic , Sportmatic y Geartronic ). Si bien estos sistemas parecen superficialmente similares, una transmisión manual utiliza un convertidor de par como una transmisión automática, en lugar del embrague que se usa en la transmisión manual automatizada. Un manual automatizado puede darle al conductor control total de la selección de marcha, mientras que un manual denegará una solicitud de cambio de marcha que provocaría que el motor se cale (por muy pocas RPM ) o acelere demasiado. [24] El modo automático de una transmisión manual automatizada a velocidades bajas o frecuentes de parada y arranque es menos suave que el de la transmisión manual y otras transmisiones automáticas. [27]
Varias transmisiones semiautomáticas utilizadas por motocicletas y coches de carreras en realidad se basan mecánicamente en transmisiones manuales secuenciales . Las transmisiones de motocicletas semiautomáticas generalmente omiten la palanca del embrague, pero conservan la palanca de cambios convencional con el pie y la punta del talón. [28] [29] [30] [31] [32] [33]
Las transmisiones semiautomáticas de motocicletas se basan en transmisiones manuales secuenciales convencionales y suelen utilizar un embrague centrífugo . [34] Al ralentí, el motor se desconecta del eje de entrada de la caja de cambios, lo que permite que tanto él como la bicicleta giren libremente ; a diferencia de las automáticas con convertidor de par, no hay marcha lenta con un embrague centrífugo correctamente ajustado. A medida que aumenta la velocidad del motor, los contrapesos dentro del conjunto del embrague giran gradualmente 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" efectivo o "punto de mordida" [35] se encuentra automáticamente mediante el equilibrio, donde la potencia que se transmite a través del embrague (aún patinando) es igual a la que el motor puede proporcionar. Esto permite despegues relativamente rápidos a toda velocidad (con el embrague ajustado para que el motor tenga el par máximo) sin que el motor desacelere o se atasque, así como arranques más relajados y maniobras a baja velocidad con aceleración y RPM más bajas .
En 1901, Amédée Bollée desarrolló un método para cambiar de marcha 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 ofrecieron varios dispositivos para reducir la cantidad de embrague o cambio de marcha requerido. [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 primer paso hacia las transmisiones automatizadas fue el REO Self-Shifter de 1933-1935, [38] [39] [40] [41] que cambiaba automáticamente entre dos marchas de avance en el modo "avance" (o entre dos relaciones de transmisión más cortas en el modo "bajo de emergencia"). Los arranques parados requerían que el conductor usara el pedal del embrague. El Self-Shifter apareció por primera vez en mayo de 1933 y se ofreció 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 juego 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 el Hydra-Matic completamente automático para el año modelo 1940. [46] [47]
El Buick Special 1938-1939 estaba disponible con otra transmisión semiautomática Self-Shifter de 4 velocidades, [48] [49] [50] que usaba un embrague manual para arrancar desde parado y un embrague automatizado para cambios de marcha.
La transmisión Chrysler M4 Vacamatic de 1941 era una transmisión manual de dos velocidades con una unidad de submarcha integral, un embrague manual tradicional y un acoplamiento fluido entre el motor y el embrague. [51] [52] [53] La transmisión de dos velocidades tenía rangos "altos" y "bajos", y el embrague se usaba cuando el conductor quería cambiar entre rangos. Para una conducción normal, el conductor presionaría el embrague, seleccionaría el rango alto y luego soltaría 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 y 32 km/h), el conductor levantaba el acelerador y la unidad de submarcha se desconectaba. El Vacamatic fue reemplazado 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 combinaron una transmisión manual de 3 velocidades con cambio automático entre la segunda y la tercera marcha, en lugar de la unidad de "submarcha" del Vacamatic.
El Packard Electro-Matic, introducido en el Packard Clipper y el Packard 180 de 1941 , fue una de las primeras transmisiones manuales sin embrague que utilizaba un embrague de fricción tradicional con funcionamiento automático de vacío, que estaba controlado por la posición del acelerador.
El sistema automático de productos automotrices, disponible en el Ford Anglia 100E de 1953 , era un sistema de embrague automático accionado por vacío que se activaba mediante un interruptor que se activaba cada vez que se movía la palanca de cambios. El sistema podría 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 sucesivo sistema Newtondrive, disponible en el Ford Anglia 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 , introducido en 1955, utilizaba un sistema hidráulico con un controlador de velocidad operado hidráulicamente y un dispositivo de aumento de velocidad de ralentí para seleccionar marchas y operar el embrague, que de otro modo sería convencional. Esto permitió realizar cambios sin embrague con un selector montado en una sola columna , mientras que el conductor levantaba simultáneamente el acelerador para cambiar de marcha. Este sistema recibió el sobrenombre de "Citro-Matic" en 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 utilizaba la presión del aceite del motor como fuente hidráulica y estaba disponible por menos de 60 dólares. [61] En comparación con las transmisiones totalmente 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 ofrecía en los modelos Rambler Classic más grandes , junto con una unidad de sobremarcha. [62] El sistema sólo estaba disponible con motores de 6 cilindros, y la falta de embrague resultó impopular, por lo que se suspendió después de 1964. [63]
La Volkswagen WSK de 1967 ( Wandlerschaltkupplungsgetriebe ; inglés: Torque Converter Shift/Clutch Transmission ), utilizada en el Escarabajo , el Tipo 3 y el Karmann Ghia , fue una de las primeras cajas de cambios de su tipo, con un embrague mecánico automático y un convertidor de par. También era conocido como Autostick . El cambio lo hacía manualmente el conductor. El embrague mecánico automático permitía al coche acelerar desde parado, mientras que el convertidor de par permitía hacerlo en cualquier marcha. Amortiguando las vibraciones del motor y multiplicando el par, funcionaba como una especie de "caja de cambios reductora", por lo que la caja de cambios mecánica real sólo necesitaba tres marchas hacia adelante (es por eso que las transmisiones automáticas convencionales con convertidor de par normalmente tienen menos marchas que las transmisiones manuales). El WSK no tenía "primera" marcha; en cambio, la primera marcha se convirtió en marcha atrás y la segunda marcha se etiquetó como primera (y la tercera y cuarta marchas respectivamente se etiquetaron como segunda y tercera). [64]
La transmisión Chevrolet Torque-Drive , introducida en los Chevrolet Nova y Camaro de 1968 , es uno de los pocos ejemplos en los que una transmisión semiautomática se basó en una transmisión automática hidráulica convencional (en lugar de una transmisión manual estándar). El Torque-Drive era esencialmente una transmisión automática Powerglide de 2 velocidades sin el modulador de vacío, lo que requería que el conductor cambiara manualmente de marcha entre "Baja" y "Alta". El indicador de cuadrante en los automóviles Torque-Drive era "Park-RN-Hi-1st". El conductor arrancaría el automóvil en "1ª" y luego movería la palanca a "Hola" cuando lo deseara. El Torque-Drive se suspendió a finales de 1971 y se reemplazó por una transmisión automática hidráulica tradicional. Otros ejemplos de transmisiones semiautomáticas basadas en automáticas hidráulicas fueron la transmisión semiautomática Ford de 3 velocidades utilizada en el Ford Maverick de 1970-1971, las primeras versiones de las transmisiones Hondamatic de 2 y 3 velocidades de 1972-1988 de Honda , y el Daihatsu. Transmisión diamática de 2 velocidades utilizada en el Daihatsu Charade 1985-1991 .
Un ejemplo temprano de transmisión semiautomática de motocicleta 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 resultó en 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 funcionan mediante levas de cambio conectadas a una unidad de control de transmisión designada.
El primer coche de Fórmula Uno que utilizó una transmisión semiautomática fue el Ferrari 640 de 1989 . [36] [114] Utilizaba actuadores hidráulicos y solenoides eléctricos para el control del embrague y los cambios, y se cambiaba mediante dos paletas montadas detrás del volante. Otra paleta en el volante controlaba el embrague, que sólo 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 confiabilidad. [116] Otros equipos comenzaron a cambiar a transmisiones semiautomáticas similares; El Williams FW14 de 1991 fue el primero en utilizar un mecanismo de rotación secuencial del tambor (similar a los utilizados en las transmisiones de motocicletas ), lo que permitió un diseño más compacto que requería solo un actuador para girar el tambor y cambiar de marcha. Un mayor desarrollo fue posible gracias a la introducción del control electrónico del acelerador poco después, que hizo posible que el automóvil igualara automáticamente las revoluciones durante los cambios descendentes. [117] En 1993, la mayoría de los equipos utilizaban transmisiones semiautomáticas. El último coche de F1 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 Uno cambiaran de marcha automáticamente sin la intervención del conductor, en 1994 se introdujo un software obligatorio [119] que garantizaba que los cambios de marcha sólo se produjeran cuando el conductor lo indicara. Los cambios ascendentes y descendentes preprogramados, controlados por computadora y totalmente automáticos se reintrodujeron y permitieron a partir de 2001 , y se permitieron a partir del Gran Premio de España de ese año , pero se prohibieron nuevamente en 2004 . [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] Se permiten botones en el volante para cambiar directamente a una marcha particular (en lugar de tener que cambiar secuencialmente usando las paletas). [ cita necesaria ] El Minardi PS05 2005 , el Renault R25 y el Williams FW27 fueron los últimos autos de Fórmula 1 en usar 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 con levas de cambio de 8 velocidades.
La ahora desaparecida Serie CART Champ Car cambió de un sistema secuencial de cambios de palanca a un sistema de paletas de cambios de 7 velocidades para la temporada 2007 . Esta transmisión se introdujo con el chasis Panoz DP01 (novedad en 2007) .
La Serie IndyCar rival introdujo su sistema de paletas de cambio semiautomático de 6 velocidades para la temporada 2008 , reemplazando también la transmisión secuencial con palanca de cambios anterior, introducida con el chasis Dallara IR-05 para 2008. [128] Los IndyCars actualmente usan el Xtrac Transmisión secuencial P1011, que utiliza un sistema de cambio de marchas con levas semiautomáticas suministrado por Mega-Line llamado AGS (Assisted Gearshift System). AGS utiliza un actuador de embrague y cambio de marchas neumático controlado por una unidad de control de transmisión interna. [129] [130] [131] [132] [133]
Tanto el Campeonato FIA de Fórmula 2 como el de Fórmula 3 utilizan actualmente cajas de cambios secuenciales de 6 velocidades con funcionamiento electrohidráulico mediante levas de cambio. Para arrancar los coches se utiliza el control manual de los sistemas de embrague multidisco mediante una palanca situada detrás del volante.
Actualmente, el DTM utiliza una transmisión secuencial de 6 velocidades Hewland DTT-200 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 cambios de palanca, que se había utilizado durante las 12 temporadas anteriores (desde 2000 ).
Otros usos notables de las transmisiones semiautomáticas incluyen:
La transmisión de palanca "E" ofrecida por AMC en el 64 se eliminó.
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