En la actualidad, la industria del automóvil ofrece numerosas tecnologías de transmisión alternativas a la tradicional caja de cambios manual. En este blog hemos dedicado varios contenidos a contarte, por ejemplo, las ventajas del cambio CVT o a comparar las ventajas de las cajas de cambio de embrague doble con la tecnología tradicional de convertidor de par en este interesante post.
En este caso, vamos a tratar de explicarte los fundamentos de las cajas de cambio automatizadas, una tecnología implantada en los segmentos más pequeños del mercado.
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Un primer paso hacia la automatización
Por sencillez y costes, las cajas de cambios automatizadas representan el primer escalón de la automatización del cambio de marchas. Son, en esencia, una caja manual, pero permiten al conductor prescindir del pedal del embrague y de realizar el cambio de marchas. Por lo tanto, proporcionan un confort equivalente al de un cambio automático.
Sus características hacen que esta tecnología sea interesante para vehículos de los segmentos más pequeños y medios, dado que sus costes también se sitúan claramente por debajo de un sistema totalmente automático. Además, son muy ligeras y ocupan menos espacio que estos, por lo que son la elección de numerosos constructores para una parte importante de su gama.
Otras importantes ventajas que se esconden detrás de esta tecnología son su elevada eficacia gracias a la aplicación de puntos de cambio óptimos, su capacidad para funcionar en modo automático o manual o la facilidad para realizar maniobras sin que el motor se cale.
¿Cómo se maneja una caja de cambios automatizada?
El manejo de esta caja de cambios es muy similar al de una caja de cambios automática. Consta de una palanca selectora. Dispone de las posiciones de punto muerto (N), marcha atrás (R), automática (A) y manual (M). La palanca selectora es totalmente electrónica y no está unida mecánicamente con la transmisión. Dado que la caja de cambios automatizada se basa en la caja de cambios manual, no dispone de una posición de estacionamiento (P). Al igual que en las cajas de cambio manuales, al desconectar el encendido, se introduce la marcha actual, y el embrague se cierra automáticamente. El motor puede arrancarse de forma similar que en el caso de las cajas de cambio automáticas si la palanca de cambio está situada en la posición “N” o si la caja de cambios indica la posición de punto muerto y está pisado el pedal de freno.
¿Cómo funciona?
La caja de cambios equipa una serie de motores eléctricos. Estos motores son los que marcan la diferencia, ya que se encargan de realizar los movimientos del embrague y cambio de marchas en el lugar del conductor, motivo por el que también reciben el nombre de cajas de cambios robotizadas. Una unidad de mando de la caja de cambios asume la función de coordinación y tratamiento de las señales u órdenes. La mayoría de estas se reciben y emiten a través del bus CAN, al que está conectadas la unidad de mando del motor, la unidad de mando ABS o ESP así como la unidad de mando del tablero de mandos, que muestra información sobre la marcha actual y el estado de la caja de cambios. En la caja de cambios automatizada desarrollada por LuK, esta unidad de mando está dispuesta en una carcasa común con el motor eléctrico y el sistema mecánico que se ocupa del accionamiento del embrague.
Conviene tener en cuenta que, al cambiar la unidad de mando, debe instalarse el software específico del vehículo y realizarse una puesta en servicio. El resto de las unidades de mando también están adaptadas a la unidad de mando de la caja de cambios, por lo que no resulta útil técnica y económicamente equipar a posteriori una caja de cambios automatizada. En la imagen inferior se pueden ver con detalle los actuadores de la caja de cambios y el embrague.
Embrague autoajustable SAC
De acuerdo con la filosofía de las cajas de cambio automatizadas, los motores eléctricos responsables de este tipo de cajas deben ser pequeños y ligeros. De otro modo, no se podrían cumplir las especificaciones de los constructores. Además, deben ser capaces de reaccionar con rapidez para que el conductor perciba lo menos posible los cambios de marcha.
Ante estos condicionantes, el embrague debe accionarse con la mínima fuerza posible. Para lograrlo, las cajas de cambio automatizadas emplean un embrague autoajustable SAC. En este caso, se sustituye la esfera de cambio manual de la caja de cambios manual por un módulo con dos motores eléctricos. El primero de ellos es el encargado de realizar el movimiento transversal hacia la marcha adecuada, y el segundo motor se encarga de la introducción de las marchas.
Funciones especiales
A la hora de automatizar una caja de cambios manual, es necesario replicar muchas de las situaciones que se producen durante la conducción del vehículo sin que se produzcan daños en los componentes. Para ello, el sistema cuenta con 5 modos especiales de funcionamiento:
1. Función ultra lenta
La denominada función ultra lenta es la que permite que, al soltar el freno, el embrague se coloque ligeramente para que el vehículo ruede suavemente sobre el terreno sin necesidad de pisar el acelerador. En este modo el par está limitado para proteger el embrague y, al aumentar la temperatura del embrague, se reduce el par.
2. Determinación del punto de contacto del embrague
Debido a las oscilaciones de temperatura y otras influencias externas, el punto en el que el embrague comienza a transmitir el par motor a las ruedas puede variar. Este punto se denomina punto de contacto. La caja de cambios automatizada adapta este punto de contacto siempre que el vehículo permanece durante un largo intervalo de tiempo con el motor en marcha y sin freno, por ejemplo, en un semáforo.
En este caso, el embrague siempre se cierra brevemente hasta que el ligero contacto de la placa de presión con el disco de embrague provoca una reacción del motor. Después, el embrague vuelve a abrirse inmediatamente. El conductor normalmente no percibe este proceso y presupone un ralentí estable del motor. Un punto de contacto correcto garantiza un funcionamiento suave sin largos tiempos de deslizamiento.
3. Protección del embrague
Otra de las funciones especiales de la caja de cambios automatizada es detectar cuándo se sobrecalienta el embrague. Esto puede suceder, por ejemplo, tras varios arranques en pendiente o después de circular con muy baja adherencia. Para reducir este aumento de la temperatura, se desactiva la función ultra lenta y, al arrancar, el embrague se cierra más rápido acortando los intervalos de tiempo con embrague deslizante.
4. Apoyo del freno ABS
Durante una frenada de emergencia, la eficacia del sistema antibloqueo ABS aumenta con el embrague abierto. Por eso, cuando la unidad de mando ABS comunica una frenada con actuación del ABS, el sistema puede abrir el embrague para mejorar la eficacia de la regulación ABS gracias al desacople del motor.
5. Control de seguridad ISM
El denominado sistema de control de seguridad inteligente ISM (Intelligent Safety Monitoring) controla el procesador principal a través de un segundo procesador. De este modo, y en caso de producirse un fallo, la unidad de mando puede reaccionar de dos formas diferentes: desconectando las fases finales de los actuadores para evitar el funcionamiento erróneo del sistema, o bien reiniciando la unidad de mando para que, tras unos segundos, ésta recupere su funcionamiento normal. Gracias a este sistema se controlan los efectos negativos que podrían producirse ante el hipotético fallo de la unidad de mando.
