ControlTrac

ControlTrac four-wheel drive es el nombre comercial de un sistema de tracción en las cuatro ruedas automático seleccionable y permanente 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 la década de 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 con engranajes cónicos o planetarios . ^[1] En lugar de un diferencial central con engranajes cónicos o planetarios, 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 de tamaño mediano Ford Explorer de segunda generación . ^[1] Una versión de servicio pesado de ControlTrac se introdujo en 1996 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 quinta generación del Ford Explorer 2011 (U502) reemplazó la tracción en las cuatro ruedas automática ControlTrac por la tracción en las cuatro ruedas inteligente automática y Terrain Management. ^{[5] [6]}

La idea de un sistema de tracción a 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 controlado por software (también llamado multidisco) y un diferencial central con engranajes cónicos o planetarios . El primer sistema prototipo era rudimentario y su controlador original del paquete de embrague era un reóstato . ^[1]

El diferencial central engranado se utilizaría para permitir que los ejes de transmisión delantero y trasero giraran a diferentes velocidades de rotación para eliminar cualquier "atasco del tren de transmisión" o "acumulación de par" mientras el sistema se utilizaba sobre pavimento . El embrague multidisco inteligente se utilizaría para transferir progresivamente el par de atrás hacia adelante y de adelante hacia atrás entre los ejes de transmisión delantero y trasero cuando fuera necesario y también se bloquearía proporcionando una distribución de par delantero 50:50 permanentemente bloqueada. ^[1]

En menos de un año, el controlador se había vuelto más grande y complejo. Una versión electrónica en placa de pruebas, completa con amplificadores de sensores y grandes módulos de control, consumía toda la parte trasera de una camioneta. Los datos de entrada provenían 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 la actuación del embrague controlando la corriente. ^[1]

Sin embargo, a medida que avanzaba 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 por sí solos, sin la ayuda de un diferencial central con engranajes cónicos o planetarios. En el modo automático, los nuevos algoritmos de software permitían que la fricción del paquete de embrague multidisco y los discos de embrague se deslizaran según fuera necesario, simulando un diferencial central con engranajes cónicos o planetarios, lo que hacía que un diferencial con engranajes fuera redundante. Por lo tanto, el diferencial con engranajes se abandonó y, por lo tanto, nunca se incluyó en la versión de producción final del sistema de tracción en las cuatro ruedas. ^[1]

Nos preguntamos: ¿para qué necesitamos un diferencial? Había tanto hierro, tanto peso, tanto coste. Y aquí vimos que podíamos controlar el paquete de embrague con mucha precisión sin él.

—  Ronald A. Schoenbach ^[1]

El equipo de diseño adquirió confianza en su concepto en 1989, cuando realizó un gran avance en el sistema de control del embrague multidisco. El desarrollo del control de circuito cerrado suavizó su funcionamiento. ^[1] Al utilizarlo, el embrague multidisco hacía ajustes más pequeños, pero lo hacía con mayor frecuencia. ^[1] El microprocesador revisaba la información de los sensores cada 20 milisegundos y decidía si el eje delantero necesitaba más par. Con esta técnica, la computadora de la unidad observaba el deslizamiento de las ruedas motrices. Si detectaba una diferencia de apenas media rpm entre los ejes delantero y trasero, enviaba una señal de potencia al embrague multidisco. El embrague se activaba, desviando el par al eje delantero en incrementos del 10 por ciento, hasta que aliviaba el deslizamiento de las ruedas motrices. Como resultado, el sistema podía controlar la velocidad descontrolada de las ruedas motrices en tan solo un tercio de una revolución de la rueda. ^[1]

Al principio del desarrollo, BorgWarner había empleado un material de embrague de bronce sinterizado que presentaba una condición de funcionamiento conocida comúnmente como "stick slip". El deslizamiento había inspirado a los ingenieros a reemplazarlo con un material a base de papel montado sobre metal . El papel ofrecía un mejor coeficiente de fricción y resolvió el problema del deslizamiento. La división de componentes de transmisión automática de BorgWarner es la responsable de la solución. ^[1]

Sin embargo, el calor resultó ser un problema persistente. La acumulación excesiva de calor quemaba el nuevo material del embrague. Para resolver el problema, los ingenieros estudiaron la capacidad de par del embrague. Se determinó que la acumulación excesiva de calor se debía a una capacidad de par inadecuada 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 a los prototipos al calor, la conducción en montaña y la arena profunda con los embragues multidisco inteligentes para una entrega de par casi continua. Al principio, el entorno quemó rápidamente los embragues. Pero a medida que los ingenieros adquirieron conocimientos, los embragues mejoraron. Finalmente, los ingenieros pudieron mejorar los paquetes de embrague lo suficiente como para que los vehículos de prueba pudieran quedar prácticamente destruidos por el uso intenso fuera de carretera, pero los paquetes de embrague seguirían teniendo un buen aspecto. ^[1]

ControlTrac tiene diferentes modos de conducción, así como diferentes comportamientos operativos para esos modos de conducción, según el vehículo en el que se utilice. Por ejemplo, la Ford Expedition utilizó una nueva función de bloqueo automático en el modo Auto. El modo Auto con bloqueo automático no estaba disponible en el Explorer en ese momento. ^[2]

Predominantemente, Explorer no estaba equipado con el modo Two High excepto en los años modelo 1995-1996. En los años modelo 1998 en adelante no estaba disponible el Two High. Solo se ofrecían los modos Auto, Four High y Four Low. 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 de eje delantero completo con cubos de bloqueo delanteros operados por vacío que desconectarían el eje delantero, el diferencial delantero y el eje de transmisión delantero cuando no fuera 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 torque se envía solo a las ruedas motrices traseras, imitando la tracción trasera .

El modo automático se incluyó tanto en Explorer como en Expedition y permite la capacidad de tracción en las cuatro ruedas permanente en todo tipo de clima sobre pavimento según sea necesario. En el modo automático, el torque del motor normalmente se envía a las ruedas motrices traseras. Un concepto erróneo sobre el sistema es que cambia continuamente entre y fuera de la tracción en las cuatro ruedas según sea necesario. Esto no es cierto, ya que cuando se selecciona el modo automático, los cubos del eje delantero están permanentemente acoplados, bloqueándolos a los semiejes delanteros, al diferencial delantero y al eje de transmisión delantero . Esto es para que el eje de transmisión delantero siempre gire (gire) cuando el vehículo se conduce a alta velocidad . El sistema de control de la 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 interpreta eso (junto con la información de otros sensores) como pérdida de tracción. Cuando se detecta pérdida de tracción, el torque se envía hacia adelante al diferencial delantero en incrementos del 10 por ciento, a través del embrague multidisco central. Al hacerlo, un 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 en la transmisión" ni "aumentos de 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 que el sistema predijera la pérdida de tracción antes de que ocurriera, de modo que el par se pudiera transferir 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 "siempre activos" a tiempo completo, ya que ya no tenía que "esperar" a que la pérdida de tracción entrara en acción. ^{[8] Otra mejora fue la capacidad de "} sesgo de par " de adelante hacia atrás en el modo automático. El diferencial multidisco inteligente de ControlTrac ahora podía enviar el 100 por ciento del par del motor hacia adelante, desviándolo hacia el diferencial delantero si se anticipaba, predecía o detectaba una pérdida de tracción grave. ^[8]

El Explorer y el Expedition también contaban con cuatro modos altos y cuatro bajos. El modo cuatro altos indica al diferencial multidisco con bloqueo inteligente que se bloquee, lo que proporciona una distribución de par 50:50 bloqueada permanentemente. ^[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 cuatro bajos también indica al diferencial multidisco con bloqueo inteligente que se bloquee, sin embargo, indica a la caja de transferencia BorgWarner que seleccione un engranaje de reducción todoterreno de rango bajo . ^[4] El engranaje de reducción se utiliza para reducir la velocidad del vehículo a un avance lento manejable y para aumentar (multiplicar) el par suministrado que proviene del motor. Por lo tanto, las ruedas motrices tienen un par suficiente para mover el vehículo a bajas velocidades. También se utiliza para controlar las velocidades descendentes al descender pendientes pronunciadas y para mejorar la relación de arrastre todoterreno del vehículo .

Tanto el modo Cuatro Altos como el modo Cuatro Bajos no se pueden usar en pavimento ya que pueden producirse "atascos en la transmisión" y "aceleraciones bruscas", lo que causa daños al sistema de tracción en las cuatro ruedas.

El sistema automático de tracción en las cuatro ruedas ControlTrac se puede combinar con el control electrónico de estabilidad AdvanceTrac , que incluye el control electrónico de tracción en las cuatro ruedas . La combinación de estos dos sistemas es innovadora debido a que un vehículo equipado como tal, puede continuar avanzando con solo una rueda que tenga tracción. ^[7] El sistema de control electrónico de tracción en las cuatro ruedas AdvanceTrac utiliza el sistema de frenos antibloqueo (ABS) de cuatro sensores y cuatro canales en las cuatro ruedas del vehículo y está programado con una lógica antideslizamiento adicional para simular bloqueos diferenciales mediante un "bloqueo de freno " agresivo de los diferenciales del eje de tracción delantero o trasero . Al bloquear los frenos ABS de los diferenciales delantero y trasero, se puede enviar hasta el 100 por ciento del torque a cualquiera de las ruedas motrices, lo que permite que el vehículo siga moviéndose, incluso con dos de sus ruedas motrices (una delantera, una trasera) completamente fuera del suelo. ^[7]

ControlTrac II era un sistema de tracción en 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 con tracción delantera, pero además de impulsar las ruedas delanteras, se impulsaba un eje que llegaba hasta el acoplamiento viscoso en la parte trasera. Si las ruedas delanteras patinaban, el acoplamiento viscoso liberaba progresivamente el par motor 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 una gama baja.

Desde entonces, el ControlTrac II ha sido reemplazado por el sistema de tracción en las cuatro ruedas inteligente, un sistema similar en el que el acoplamiento viscoso ha sido reemplazado por un embrague controlado por computadora. El sistema de tracción en las cuatro ruedas inteligente funciona de manera similar al sistema ControlTrac II, ya que las ruedas delanteras son impulsadas predominantemente y el par se envía a las ruedas traseras solo cuando las condiciones lo exigen. El sistema de tracción en las cuatro ruedas inteligente también carece del bloqueo mecánico que proporciona el ControlTrac II.

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