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Transmisión semiautomática

Una transmisión semiautomática es una transmisión de varias velocidades en la que parte de su funcionamiento está automatizado (normalmente el accionamiento del embrague ), pero...

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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 acelerar el vehículo desde parado y para cambiar de marcha manualmente. Las transmisiones semiautomáticas se utilizaban casi exclusivamente en motocicletas y se basan en transmisiones manuales convencionales o secuenciales , pero emplean un sistema de embrague automático. Sin embargo, algunas transmisiones semiautomáticas también se han basado en transmisiones automáticas hidráulicas estándar con convertidores de par y engranajes planetarios . [ 1 ] [ 2 ]

Los nombres para tipos específicos de transmisiones semiautomáticas incluyen manual sin embrague , [ 3 ] auto-manual , [ 4 ] [ 5 ] manual con embrague automático , [ 6 ] [ 7 ] y transmisiones de cambio de levas . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Coloquialmente, estos tipos de transmisiones a menudo se denominan " caja de cambios de levas abatibles ", un término acuñado por Jeremy Clarkson durante su tiempo en Top Gear . [ 11 ] 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 , aunque todavía 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, aumentando su popularidad a mediados de la década de 1930 cuando varios fabricantes de automóviles estadounidenses las ofrecieron. Menos comunes que las transmisiones automáticas hidráulicas tradicionales, las transmisiones semiautomáticas se han incorporado a diversos modelos de automóviles y motocicletas y se han mantenido en producción durante todo el siglo XXI. Las transmisiones semiautomáticas con levas de cambio 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 de Fórmula 1 Ferrari 640 en 1989. Estos sistemas se utilizan actualmente en diversas categorías de autos de carreras de primer nivel, incluyendo Fórmula 1 , IndyCar y carreras de turismos . Otras aplicaciones incluyen motocicletas, camiones, autobuses y vehículos ferroviarios .

Diseño y funcionamiento

Las transmisiones semiautomáticas facilitan los cambios de marcha al eliminar la necesidad de presionar el pedal o la palanca del embrague al mismo tiempo que se cambia de marcha. La mayoría de los automóviles con transmisión semiautomática no cuentan con un pedal de embrague convencional, ya que el embrague se controla a distancia. De manera similar, la mayoría de las motocicletas con transmisión semiautomática no cuentan con una palanca de embrague convencional en el manillar .

Transmisiones manuales sin embrague

La mayoría de las transmisiones semiautomáticas se basan en la transmisión manual convencional. Pueden ser parcialmente automatizadas. Una vez que el embrague se automatiza, la transmisión se convierte en semiautomática. Sin embargo, estos sistemas aún requieren que el conductor seleccione manualmente las marchas. Este tipo de transmisión se denomina manual sin embrague o manual automatizada .

La mayoría de las transmisiones semiautomáticas en automóviles de pasajeros antiguos conservan la palanca de cambios en H normal de una transmisión manual; de manera similar, las transmisiones semiautomáticas en motocicletas antiguas conservan la palanca de cambios convencional accionada con el pie, como en una motocicleta con transmisión totalmente manual. Sin embargo, los sistemas semiautomáticos en motocicletas más nuevas, autos de carreras y otros tipos de vehículos a menudo utilizan métodos de selección de marchas como paletas de cambio cerca del volante o gatillos cerca del manillar . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

A lo largo de los años se han utilizado varias formas diferentes de automatización para la actuación del embrague, desde embragues hidráulicos , neumáticos y electromecánicos hasta embragues accionados por vacío , [ 19 ] electromagnéticos e incluso centrífugos . Los acoplamientos de fluido (utilizados con mayor frecuencia y anteriormente en las primeras transmisiones automáticas) también han sido utilizados por varios fabricantes, generalmente junto con algún tipo de embrague de fricción mecánico, para evitar que el vehículo se cale al detenerse o al ralentí .

Un diseño típico de transmisión semiautomática puede funcionar mediante sensores de efecto Hall o microinterruptores para detectar la dirección del cambio solicitado al accionar la palanca de cambios. La señal de estos sensores, junto con la de un sensor conectado a la caja de cambios que mide su velocidad y marcha actuales, se envía a una unidad de control de la transmisión , una unidad de control electrónico , una unidad de control del motor o un microprocesador [ 20 ] [ 21 ] , 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 forma suave. En algunos casos, el embrague se acciona mediante un servomotor acoplado a un engranaje para un actuador lineal que, a través de un cilindro hidráulico lleno de fluido hidráulico del sistema de frenado , desacopla el embrague. En otros casos, el actuador interno del embrague puede ser completamente eléctrico, donde el actuador principal del embrague se alimenta mediante un motor eléctrico o un solenoide , o incluso neumático, donde el actuador principal del embrague es un actuador neumático que desacopla el embrague.

Un sistema manual sin embrague, denominado 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 accionado por vacío. La parte superior de la palanca de cambios estaba diseñada para presionar y activar un interruptor eléctrico, es decir, al ser tocada por la mano del conductor. Al presionarlo, 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 el cambio de marchas. Al retirar la mano del conductor de la palanca de cambios, el embrague se acoplaba automáticamente. La transmisión también estaba equipada con un convertidor de par, lo que permitía que el coche funcionara al ralentí en cualquier marcha, como con una transmisión automática, así como arrancar y detenerse desde parado en cualquier marcha. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

Transmisiones manuales automatizadas

Palancas de cambio en un coche.

A partir de finales de la década de 1990, los fabricantes de automóviles introdujeron lo que ahora se conoce como transmisión manual automatizada (AMT), mecánicamente similar a los sistemas de transmisión manual sin embrague anteriores, de los que tiene sus raíces. Una AMT funciona de la misma manera que las antiguas transmisiones semiautomáticas y manuales sin embrague, pero con dos excepciones: puede accionar el embrague y cambiar de marcha automáticamente, y no utiliza un convertidor de par. El cambio de marchas se realiza automáticamente desde una unidad de control de la transmisión (TCU) o manualmente desde la palanca de cambios o las levas ubicadas detrás del volante. Las AMT combinan la eficiencia de combustible de las transmisiones manuales con la facilidad de cambio de las automáticas. Su principal desventaja es la poca comodidad al cambiar de marcha debido a que la TCU desacopla el embrague mecánico, lo que se percibe fácilmente como una sacudida. Algunos fabricantes de transmisiones han intentado solucionar este problema utilizando anillos sincronizadores sobredimensionados y sin abrir completamente el embrague durante el cambio de marchas; si bien en teoría funciona, hasta 2007 no existían vehículos de producción en serie con estas características.En los turismos, las transmisiones automáticas modernas suelen tener seis velocidades (aunque algunas tienen siete) y una relación de marchas bastante larga. En combinación con un programa de cambio inteligente, esto puede reducir significativamente el consumo de combustible. En general, existen dos tipos de transmisiones automáticas: las integradas y las automatizadas. Las integradas se diseñaron como transmisiones automáticas exclusivas, mientras que las automatizadas son conversiones de transmisiones manuales estándar a automáticas.

Una transmisión manual automatizada puede incluir un modo totalmente automático en el que el conductor no necesita cambiar de marcha en absoluto. [ 25 ] Estas transmisiones pueden describirse como una transmisión manual estándar con embrague automatizado y control de cambio de marchas 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 alcanza su límite de revoluciones . La AMT puede cambiarse a un modo manual sin embrague en el que se puede subir o bajar de marcha utilizando un selector de marchas montado en la consola o paletas de cambio. [ 26 ] Tiene un coste menor que las transmisiones automáticas convencionales. [ 27 ]

La transmisión manual automatizada (nombres comerciales como SMG-III ) no debe confundirse con la transmisión automática " manumática " (comercializada con nombres como Tiptronic , Steptronic , Sportmatic y Geartronic ). Si bien estos sistemas parecen superficialmente similares, una manumática utiliza un convertidor de par como una transmisión automática, en lugar del embrague que se usa en la transmisión manual automatizada. Una transmisión manual automatizada puede darle al conductor control total de la selección de marchas, mientras que una manumática rechazará una solicitud de cambio de marcha que resultaría en que el motor se cale (por muy pocas RPM ) o se acelere en exceso. [ 25 ] El modo automático de una transmisión manual automatizada a bajas velocidades o con arranques y paradas frecuentes es menos suave que el de las manumáticas y otras transmisiones automáticas. [ 28 ]

Transmisiones manuales secuenciales

Varias transmisiones semiautomáticas utilizadas en motocicletas y autos de carreras 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-tacón. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

Las transmisiones semiautomáticas de motocicletas se basan en transmisiones manuales secuenciales convencionales y suelen utilizar un embrague centrífugo . [ 35 ] A velocidad de ralentí, el motor se desconecta del eje de entrada de la caja de cambios, lo que permite que tanto el motor como la moto giren libremente . A diferencia de las transmisiones automáticas con convertidor de par, no hay arrastre de ralentí con un embrague centrífugo correctamente ajustado. A medida que aumenta la velocidad del motor, los contrapesos dentro del conjunto del embrague pivotan gradualmente hacia afuera hasta que comienzan a hacer contacto con el interior de la carcasa exterior y transmiten una cantidad creciente de potencia y par motor. El "punto de acoplamiento" efectivo [ 36 ] se encuentra automáticamente por equilibrio, donde la potencia que se transmite a través del embrague (que aún patina) es igual a la que el motor puede proporcionar. Esto permite arranques relativamente rápidos a máxima aceleración (con el embrague ajustado para que el motor esté en su par máximo) sin que el motor se ralentice o se ahogue, así como arranques más suaves y maniobras a baja velocidad con menor aceleración y RPM .

Uso en automóviles de pasajeros

Décadas de 1900 a 1920

Bollée Tipo F Torpedo con anillo selector de marchas ubicado dentro del volante.

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. [ 37 ] Un automóvil que utilizaba este sistema fue el Bollée Type F Torpedo de 1912.

Décadas de 1930 a 1940

Antes de la llegada de la primera transmisión automática hidráulica producida en masa (la Hydra-Matic de General Motors ) en 1940, varios fabricantes estadounidenses ofrecieron diversos dispositivos para reducir la cantidad de embrague o de cambio de marchas necesarios. [ 38 ] 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 frecuentes.

Un primer paso hacia las transmisiones automatizadas fue el REO Self-Shifter de 1933-1935, [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] que cambiaba automáticamente entre dos marchas hacia adelante en el modo "adelante" (o entre dos relaciones de marcha más cortas en el modo "baja de emergencia"). Los arranques desde parado requerían que el conductor utilizara el pedal del embrague. El Self-Shifter apareció por primera vez en mayo de 1933 y se ofreció de serie en el Royale y como opción en el Flying Cloud S-4. [ 43 ]

En 1937, se introdujo la transmisión automática de seguridad Oldsmobile de cuatro velocidades en los modelos Oldsmobile Six y Oldsmobile Eight. [ 39 ] Utilizaba un conjunto de engranajes planetarios con un pedal de embrague para arrancar desde parado y cambiar entre las gamas "baja" y "alta". [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] La transmisión automática de seguridad fue reemplazada por la Hydra-Matic totalmente automática para el año modelo 1940. [ 47 ] [ 48 ]

El Buick Special de 1938-1939 estaba disponible con otra transmisión semiautomática Self-Shifter de 4 velocidades, [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] que utilizaba un embrague manual para arrancar desde parado y un embrague automatizado para los cambios de marcha.

La transmisión Chrysler M4 Vacamatic de 1941 era una transmisión manual de dos velocidades con una unidad de reducción integrada, un embrague manual tradicional y un acoplamiento hidráulico entre el motor y el embrague. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] La transmisión de dos velocidades tenía rangos "alto" y "bajo", y el embrague se usaba cuando el conductor quería cambiar entre rangos. Para la conducción normal, el conductor presionaba el embrague, seleccionaba el rango alto y luego lo soltaba. Una vez que se presionaba el acelerador, el acoplamiento hidráulico se activaba y el automóvil comenzaba a moverse hacia adelante, con la unidad de reducción activada para proporcionar una relación de transmisión más baja. Entre 15 y 20 mph (24 y 32 km/h) , el conductor levantaba el pie del acelerador y la unidad de reducción se desacoplaba. La Vacamatic fue reemplazada por una transmisión M6 Presto-Matic similar para el año modelo 1946.  

Diseños similares se utilizaron para el Hudson Drive-Master de 1941-1950 [ 55 ] [ 56 ] y el desafortunado Lincoln Liquimatic de 1942. [ 57 ] [ 58 ] Ambos combinaban una transmisión manual de 3 velocidades con cambio automático entre la 2.ª y la 3.ª marcha, en lugar de la unidad de "reducción" 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, controlado por la posición del acelerador.

Décadas de 1950 y 1960

The Automotive Products manumatic system, available on the 1953 Ford Anglia 100E, was a vacuum-powered automatic clutch system that was actuated by a switch that was triggered whenever the gear stick was moved. The system could control the throttle cable (to keep the engine at the required RPM for the gear change) and vary the rate of clutch engagement.[59] The successive Newtondrive system, available on the 1957–1958 Ford Anglia, also had a provision for choke control. A similar product was the German Saxomat automatic clutch system, which was introduced in the mid-1950s and available on various European cars.[60]

The Citroën DS, introduced in 1955, used a hydraulic system with a hydraulically-operated speed controller and idle speed step-up device to select gears and operate the otherwise conventional clutch. This allowed clutchless shifting with a single column-mounted selector, while the driver simultaneously lifted off the accelerator to change gear. This system was nicknamed "Citro-Matic" in the U.S.

For the 1962 model year, American Motors introduced the E-Stick, which eliminated the clutch pedal in the Rambler American with standard three-speed manual transmissions.[61] This automatic clutch used engine oil pressure as a hydraulic source and was available for less than $60.[62] Compared to fully automatic transmissions of the time, the E-Stick offered the fuel economy of a stick-shift, with vacuum and electric switches controlling the clutch. The E-Stick three-speed transmission was offered on the larger Rambler Classic models, along with an overdrive unit.[63] The system was only available with 6-cylinder engines, and the lack of a clutch proved unpopular, so it was discontinued after 1964.[64]

La caja de cambios Volkswagen WSK ( Wandlerschaltkupplungsgetriebe ; en español: caja de cambios con convertidor de par/embrague ) de 1967, utilizada en el Beetle , el Tipo 3 y el Karmann Ghia , fue una de las primeras de su tipo, con embrague mecánico automático y convertidor de par. También se la conocía como Autostick . El conductor realizaba los cambios manualmente. El embrague mecánico automático permitía acelerar el coche desde parado, mientras que el convertidor de par le permitía hacerlo en cualquier marcha. Amortiguando las vibraciones del motor y multiplicando el par, funcionaba como una especie de "caja 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 suelen tener menos marchas que las manuales). La WSK no tenía "primera" marcha; en su lugar, la primera marcha se convertía en marcha atrás, y la segunda se denominaba primera (mientras que la tercera y la cuarta se denominaban segunda y tercera, respectivamente). [ 65 ]

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 basaba en una transmisión automática hidráulica convencional (en lugar de una transmisión manual estándar). La Torque-Drive era esencialmente una transmisión automática Powerglide de dos velocidades sin modulador de vacío, lo que requería que el conductor cambiara manualmente las marchas entre "Low" y "High". El indicador de cuadrante en los autos con 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 descontinuó a finales de 1971 y fue reemplazada por una transmisión automática hidráulica tradicional. Otros ejemplos de transmisiones semiautomáticas basadas en sistemas automáticos hidráulicos 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 .

Otros ejemplos

Ilustración del sistema de transmisión manual sin embrague Sensonic de Saab .

Uso en motocicletas

Un ejemplo temprano de transmisión semiautomática para motocicletas fue el uso de un embrague centrífugo automático a principios de la década de 1960 por el fabricante checoslovaco Jawa Moto . [ 84 ] 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. [ 84 ]

Otras transmisiones semiautomáticas utilizadas en motocicletas incluyen:

Uso en deportes de motor

Las transmisiones semiautomáticas en los coches de carreras suelen accionarse mediante levas de cambio conectadas a una unidad de control de la transmisión específica.

El primer coche de Fórmula Uno en utilizar una transmisión semiautomática fue el Ferrari 640 de 1989. [ 37 ] [ 115 ] Utilizaba actuadores hidráulicos y solenoides eléctricos para el control del embrague y el cambio de marchas, y se cambiaba mediante dos paletas montadas detrás del volante. Otra paleta en el volante controlaba el embrague, que solo era necesario al arrancar desde parado. [ 116 ] El coche ganó su carrera de debut en el Gran Premio de Brasil , pero durante gran parte de la temporada sufrió problemas de fiabilidad. [ 117 ] 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 ), que permitió un diseño más compacto que requería solo un actuador para girar el tambor y cambiar de marchas. Un desarrollo posterior fue posible con la introducción del control electrónico del acelerador poco después, que permitió que el coche igualara automáticamente las revoluciones durante las reducciones de marcha. [ 118 ] Para 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 , compitió en 1995. [ 119 ]

Following concerns about the potential for Formula One cars to shift gears automatically without any driver input, mandatory software was introduced in 1994[120] that ensured that gear changes only occurred when instructed by the driver. Pre-programmed, computer-controlled, fully-automatic upshifts and downshifts were re-introduced and allowed from 2001, and were permitted from that year's Spanish Grand Prix, but were banned again in 2004.[121][122][123][124][125][126][127][128] Buttons on the steering wheel to shift directly to a particular gear (instead of having to shift sequentially using the paddles) are permitted. The 2005 Minardi PS05, Renault R25, and Williams FW27 were the last Formula 1 cars to use a 6-speed gearbox before the switch to a mandatory 7-speed gearbox for the 2006 season. Since 2014 season, Formula 1 cars currently use mandatory 8-speed paddle-shift gearboxes.

The now-defunct CARTChamp Car Series switched from a lever-shift sequential system to a 7-speed paddle-shift system for the 2007 season. This transmission was introduced with the new-for-2007 Panoz DP01 chassis.

The rival IndyCar Series introduced their 6-speed semi-automatic paddle-shift system for the 2008 season, also replacing the previous lever-shifted sequential transmission, introduced with the Dallara IR-05 chassis for 2008.[129] IndyCars currently use the Xtrac P1011 sequential transmission, which uses a semi-automatic paddle shift system supplied by Mega-Line called AGS (Assisted Gearshift System). AGS uses a pneumatic gearshift and clutch actuator controlled by an internal transmission control unit.[130][131][132][133][134]

Both the FIA Formula 2 and Formula 3 Championships currently use 6-speed sequential gearboxes with electro-hydraulic operation via shift paddles. Manual control of the multi-plate clutch systems via a lever behind the steering wheel is used to launch the cars.

Actualmente, DTM utiliza una transmisión secuencial Hewland DTT-200 de 6 velocidades con levas de cambio en el volante, que se introdujo para la temporada 2012 con el cambio de reglamento. Este nuevo sistema reemplazó la antigua transmisión secuencial con palanca, que se había utilizado durante las 12 temporadas anteriores (desde el año 2000 ).

Uso en otros vehículos

Otros usos destacables de las transmisiones semiautomáticas incluyen:

See also

References

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