Quattro (sistema de tracción a las cuatro ruedas)

En ese sistema quattro original, que más tarde se incorporó a los turismos, el motor y la transmisión se ubican longitudinalmente . El par motor se transmite a través de la transmisión a un diferencial central mecánico ^{[ 3 ]} que lo distribuye entre los ejes motrices delantero y trasero . La tracción a las cuatro ruedas estaba activa permanentemente.

Después de 1987, Audi reemplazó el diferencial central de bloqueo manual por el diferencial central Torsen (con detección de par) Tipo 1 ("T1"). Esto permitía que el par motor se distribuyera automáticamente a cada eje según las condiciones de conducción y la adherencia. En condiciones "normales" (donde el agarre en ambos ejes , delantero y trasero , es igual), el par se divide entre el eje delantero y el trasero con una distribución "predeterminada" de 50:50 en muchas versiones, aunque no en todas. En condiciones adversas (es decir, cuando hay variación en el agarre entre el eje delantero y el trasero), se puede dirigir un máximo del 90-100% (dependiendo de la transmisión o del modelo de diferencial Torsen) del par del motor a los ejes delantero o trasero. La naturaleza mecánica totalmente automatizada del diferencial central Torsen ayuda a prevenir el deslizamiento de las ruedas , desviando el par instantáneamente, sin ninguna advertencia perceptible para los ocupantes del vehículo, ^{[ 4 ]} al eje que tiene mayor agarre. Este método de funcionamiento puede describirse como proactivo. Además, a diferencia de los diversos tipos de diferenciales operados electrónicamente, Torsen no requiere datos electrónicos de fuentes como sensores de velocidad de las ruedas ; por lo tanto, tiene un elemento de " seguridad contra fallos ", a diferencia de diseños como Haldex Traction , en caso de que uno de los sensores de velocidad de las ruedas presente una falla. En comparación, el acoplamiento viscoso y Los diferenciales centrales controlados electrónicamente que se utilizan en otros sistemas de tracción a las cuatro ruedas son reactivos, ya que solo redistribuyen el par motor después de que se produce el deslizamiento de las ruedas. La ventaja se aprecia durante las aceleraciones bruscas , incluso al tomar curvas , puesto que la transferencia de par entre los ejes es fluida, lo que mantiene una dinámica estable del vehículo y reduce considerablemente la posibilidad de perder el control.

El sistema quattro basado en Torsen también ofrece una ventaja en la función opuesta a la distribución del par motor a las ruedas, es decir, el frenado del motor . Cuando se utiliza el frenado del motor para reducir la velocidad del vehículo, con los sistemas basados ​​en Torsen, las cargas de par inverso resultantes en los ejes delantero y trasero se estabilizan por igual, exactamente de la misma manera que el par de propulsión del motor se distribuye de forma totalmente autónoma y mecánica. Esto permite que el efecto del frenado del motor se extienda a las cuatro ruedas y neumáticos. El vehículo equipado con quattro basado en Torsen es capaz de realizar un giro a alta velocidad más estable durante la deceleración, con menor riesgo de perder el control debido a la pérdida de agarre en los ejes delantero o trasero.

Sin embargo, esta configuración del sistema quattro tiene algunas limitaciones:

1. Debido a la disposición longitudinal del motor y la transmisión, el eje delantero queda situado detrás del motor, lo que ha generado críticas hacia algunos vehículos Audi por tener el tren delantero demasiado pesado. Esto resulta en una distribución de peso de 55:45 (delantero:trasero).
2. El funcionamiento del Torsen es similar al de un diferencial de deslizamiento limitado, ya que, en lugar de distribuir activamente el par (como lo hace un embrague controlado por ordenador), mantiene una diferencia de par en el diferencial (la relación de reparto de par/TBR), desde el lado con menor agarre hasta el lado con mayor agarre. Por lo tanto, el Torsen está limitado en la cantidad de par que puede suministrarse al eje con mayor agarre por el par disponible en el eje con menor agarre. En consecuencia, si un eje no tiene agarre, independientemente de la TBR, el otro eje no recibirá un par sustancial. En casos extremos, con un diferencial central, la pérdida total de tracción en una sola rueda resultará en un par muy limitado para las otras tres ruedas. Audi respondió a esta limitación en los primeros vehículos equipados con Torsen añadiendo un diferencial trasero de bloqueo manual y, posteriormente, sustituyó esta característica por el Bloqueo Electrónico del Diferencial (EDL), que permite utilizar los frenos de cada rueda individualmente (monitorizados por los sensores ABS) para limitar el deslizamiento de cada rueda. El sistema EDL se implementó en los diferenciales delantero y trasero (abierto) para operar a velocidades inferiores a 80  km/h. Esto tiene el efecto de aumentar el par motor en una rueda con baja tracción, lo que permite que el diferencial Torsen transmita más par a las ruedas restantes con alta tracción.
3. Mientras que el Torsen estándar (Tipo 1 o T1 ) admite una relación de par estática de 50:50; es decir, el par de entrada se distribuye por igual entre ambos ejes de salida, el T1 tiene una relación de distribución de par (TBR) de 2,7–4:1; es decir, permite suministrar aproximadamente de 3 a 4 veces más par al eje de salida con mayor tracción que al eje con menor tracción, o una distribución de par de entre el 25 % y el 75 %. Sin embargo, por naturaleza, el Torsen T1 está bloqueado en la mayoría de las circunstancias (los ejes de salida están bloqueados entre sí). Solo cuando se alcanza la TBR (es decir, cuando hay una diferencia de par mayor entre los ejes de salida de la que puede soportar la TBR), los ejes de salida giran uno con respecto al otro y el diferencial se desbloquea. Esta característica da como resultado un movimiento de par relativamente libre entre ambas salidas del diferencial (central), dentro de los límites de la TBR. Así, la distribución estática del par del T1 Torsen en una instalación de diferencial central, en lugar de ser 50:50, reflejará la distribución del peso (tanto estática como dinámica) del vehículo debido a la tracción disponible en cada eje de salida (delantero:trasero). En un coche estándar, esto es deseable desde la perspectiva de la estabilidad, la aceleración y la tracción, pero puede ser indeseable en términos de manejo (subviraje). Si bien el quattro Torsen T1 estándar con TBR de 2,7:1 es más que suficiente en la mayoría de las condiciones, existen diferenciales Torsen T1 con TBR más altos (4:1) que pueden limitar aún más el subviraje al admitir una distribución de par más amplia. Sin embargo, una mejor solución es distribuir el par directamente entre ambos ejes de salida (delantero y trasero), y por esta razón Audi ha adoptado el diseño Torsen Tipo 3 ( T3 ) en las últimas generaciones de quattro.

El diferencial central Torsen T3 combina un conjunto de engranajes planetarios con un diferencial Torsen en un paquete compacto desarrollado para instalaciones de diferencial central. A diferencia del Torsen T1, donde la distribución del par es nominalmente 50:50, en el Torsen T3, debido al uso del conjunto de engranajes planetarios, la distribución del par es asimétrica 40:60 entre el eje delantero y el trasero (es decir, cuando el agarre es igual en ambos ejes, el 40% del par se envía al eje delantero y el 60% al trasero). Al igual que con el Torsen T1, el par se distribuirá dinámicamente según las condiciones de tracción, pero con una distribución estática real (en lugar de nominal). El T3 permite características de manejo y dinámica del vehículo más parecidas a las de los coches de tracción trasera . Este Torsen asimétrico se introdujo por primera vez en el aclamado Audi RS4 modelo 2006 (B7) . El diferencial Torsen Tipo 3 se utilizó en las transmisiones manuales de los Audi S4 y RS4 B7 desde 2006 hasta 2008, así como en los modelos S6, S8 y Q7 a partir de 2007.

La distribución del par motor entre los ejes y entre las ruedas izquierda y derecha se ha logrado mediante las distintas evoluciones del sistema quattro, a través de un diferencial autoblocante seleccionable por el conductor (solo en el eje trasero) y, finalmente, mediante diferenciales abiertos con bloqueo electrónico del diferencial (EDL). El EDL es un sistema electrónico que utiliza el sistema de frenos antibloqueo (ABS) existente, parte del programa electrónico de estabilidad (ESP), el cual frena únicamente la rueda que patina en un eje, permitiendo así la transferencia del par motor a través del eje a la rueda que sí tiene tracción. ^{[ 5 ]}

Audi presentó una nueva generación de quattro en el RS5 de 2010. El cambio clave reside en la sustitución del diferencial central Torsen tipo "C" por un diferencial "Crown Gear" desarrollado por Audi. Si bien superficialmente es igual que un diferencial abierto convencional, adaptado para su uso como diferencial central, presenta algunas diferencias fundamentales:

1. El portador central y los engranajes satélite asociados se acoplan directamente a dos ruedas dentadas conectadas a los ejes de transmisión delantero y trasero.
2. Las dos coronas dentadas se acoplan a los engranajes satélite con diámetros diferentes, por lo que generan distintos pares de torsión al girar. Esto está diseñado para producir una distribución de par estático de 40:60 entre el eje delantero y el trasero.
3. Cada corona dentada se acopla directamente al eje de salida correspondiente, mientras que el soporte del engranaje se acopla a cada eje de salida mediante un paquete de embragues que le da a la unidad la capacidad de controlar la distribución del par más allá de la distribución estática del par.

Si un eje pierde tracción, se generan diferentes velocidades de rotación dentro del diferencial, lo que provoca un aumento de las fuerzas axiales que fuerzan el cierre de los discos de embrague. Una vez cerrados, el eje de salida se bloquea, desviando la mayor parte del par motor al eje, lo que mejora la tracción. En el diferencial de engranajes de corona, hasta el 85 % del par motor puede dirigirse al eje trasero y hasta el 70 % al eje delantero.

Las características del diferencial Crown Gear ofrecen los siguientes beneficios sobre el Torsen Tipo "C":

1. La capacidad de establecer una distribución de par más estable, con bloqueo total, mientras que el Torsen solo puede proporcionar una distribución de par hasta la relación de sesgo de par; es decir, el diferencial de engranajes de corona puede bloquearse completamente, independientemente de la relación de sesgo. A diferencia del Torsen, el diferencial de engranajes de corona no funciona como un diferencial de deslizamiento limitado y puede funcionar, completamente bloqueado, sin tracción en uno de los ejes de salida.
2. Integración más sencilla en la electrónica de control, permitiendo la vectorización electrónica del par en las cuatro ruedas con o sin diferencial deportivo trasero activo.
3. Reducción considerable de tamaño y peso (con 4,8  kg, unos 2  kg menos que el Torsen Tipo C).

El resultado final de este avance en el sistema quattro es la capacidad de la electrónica del vehículo para gestionar completamente la dinámica del vehículo en todas las situaciones de tracción, ya sea en curvas, aceleración o frenado, o en cualquier combinación de estas.

Audi nunca ha presentado oficialmente el sistema quattro en generaciones específicas. Por lo general, las modificaciones a la tecnología quattro se han introducido con una gama o modelo específico dentro de la gama, y ​​posteriormente se han incorporado a otros modelos en momentos oportunos del ciclo de vida del modelo.

La excepción a lo anterior fue el debut del RS5 de 2010, que, entre otras cosas, Audi anunció como el debut de una "nueva generación de quattro".

Quattro Generación I

Se utilizó de 1981 a 1987 en el Audi Quattro turbo coupé, la plataforma Audi 80 B2 (1978-1987, Audi 4000 en el mercado norteamericano ), la plataforma Audi Coupé quattro B2 (1984-1988) y la plataforma Audi 100 C3 (1983-1987, Audi 5000 en el mercado norteamericano). Además, a partir de 1984, se utilizó en la plataforma Volkswagen VW Passat B2 ( VW Quantum en el mercado estadounidense), donde se la conocía como Syncro .

Tipo de sistema: Tracción integral permanente .

Diferencial central abierto , bloqueable manualmente mediante un interruptor en la consola central.¹

Diferencial trasero abierto, bloqueable manualmente mediante un interruptor en la consola central.¹

Diferencial delantero abierto, sin bloqueo.

¹ El ABS se desactiva cuando está bloqueado.

Cómo funciona el sistema: Cuando todos los diferenciales están desbloqueados, el coche no podrá moverse si una rueda (delantera o trasera) pierde tracción (está sobre hielo o se levanta del suelo). Cuando el diferencial central está bloqueado y el trasero desbloqueado, el coche no podrá moverse si una rueda delantera y una trasera pierden tracción. Cuando el diferencial trasero está bloqueado y el central desbloqueado, el coche no podrá moverse si ambas ruedas traseras o una delantera pierden tracción. Cuando ambos diferenciales, central y trasero, están bloqueados, el coche no podrá moverse si ambas ruedas traseras y una delantera pierden tracción.

Generación V de quattro

Empezó con el Audi RS4 B7 y la versión con transmisión manual del Audi S4 B7 de 2006. Se adoptó en toda la gama S4, S6 y S8 en 2007. ^{[ 1 ]}

Tipo de sistema: Tracción integral asimétrica permanente .

Diferencial central Torsen tipo 3 (tipo "C"), con reparto de par 40:60 por defecto entre los ejes delantero y trasero, que distribuye automáticamente hasta el 80 % del par a un eje mediante un diferencial central de alta preponderancia 4:1. Con la ayuda del ESP, se puede transferir hasta el 100 % del par a un solo eje.

Diferencial trasero abierto, bloqueo electrónico del diferencial (EDL). ^{[ 5 ]}

Diferencial delantero abierto, bloqueo electrónico del diferencial (EDL). ^{[ 5 ]}

Sistema de vectorización quattro

El nuevo diferencial deportivo de Audi introdujo la función de "vectorización de par" en la quinta generación de quattro. Este diferencial permitía la distribución dinámica del par en el eje trasero del vehículo de debut: el B7 (2008) S4, y ahora es una opción disponible para todos los vehículos quattro, que siguen utilizando el diferencial central Torsen asimétrico 40:60 (tipo "C"). El diferencial deportivo sustituye al diferencial trasero abierto convencional, mientras que el eje delantero sigue utilizando un diferencial abierto con EDL. ^{[ 5 ]}

El diferencial de par vectorial del eje trasero está diseñado y fabricado por Magna Powertrain ^{[ 7 ]} y se ofrece en los Audi A4, A5, A6 y sus derivados (incluidos los modelos RS ). El diferencial deportivo distribuye selectivamente el par a las ruedas del eje trasero, generando así un momento de guiñada que mejora la maniobrabilidad y estabiliza el vehículo en caso de sobreviraje o subviraje, aumentando así la seguridad.

El diferencial deportivo funciona mediante dos engranajes de superposición ("de aumento de velocidad") en el diferencial, accionados por embragues multidisco a cada lado de la corona del diferencial. Cuando el software lo requiere (utilizando sensores de guiñada lateral y longitudinal, sensores de rueda ABS y un sensor de volante), el software de control (ubicado en una unidad de control cerca del diferencial trasero) acciona el paquete de embragues correspondiente. Esto tiene el efecto de transmitir la potencia del eje de salida a través del engranaje de aumento de velocidad a la rueda acoplada, mientras que el otro eje continúa impulsando su rueda directamente (es decir, el paquete de embragues no se acciona). El eje de salida de mayor velocidad produce un par motor mayor en la rueda, generando un momento de guiñada (giro). En funcionamiento normal, el par motor mayor se transmite a la rueda exterior de la curva, aumentando así el momento de giro del vehículo, es decir, su capacidad para girar en la dirección indicada por el volante.

El Audi Q7 (primera generación), que comparte plataforma con el Volkswagen Touareg y el Porsche Cayenne , no utiliza la misma plataforma que ninguno de los modelos anteriores. En su lugar, BorgWarner proporciona el sistema de tracción integral para este SUV más apto para la conducción todoterreno. Se utiliza un diferencial Torsen Tipo 3 (T3).

Audi anunció "Audi Quattro con Ultra Technology" en febrero de 2016, un sistema de tracción delantera con predominio de la tracción delantera para su uso en plataformas con motores montados longitudinalmente. ^{[ 8 ]}

Este sistema de tracción a las cuatro ruedas se utilizó únicamente en vehículos de la marca Volkswagen , y nunca se utilizó en ningún automóvil Audi , excepto en los modelos Audi R8 .

El mencionado sistema de tracción integral con acoplamiento viscoso se encontraba en la segunda generación (Mk2) de vehículos con plataforma A2 y motor transversal, incluidos el Volkswagen Golf Mk2 y el Jetta . También se encontraba en el Volkswagen Tipo 2 (T3) (Vanagon en EE. UU.), la tercera generación (Mk3) del Golf y el Jetta, la tercera generación del Volkswagen Passat B3 (que se basaba en una plataforma A muy modificada) y la Volkswagen Eurovan .

El sistema Vanagon priorizaba la tracción trasera; el motor y la transmisión se ubicaban en la parte posterior, mientras que el acoplamiento viscoso se encontraba en el eje delantero, cerca de la transmisión final. Este sistema de tracción integral se conocía como Syncro en todos los vehículos.

Qué: Tracción automática a las cuatro ruedas (bajo demanda).

En lugar de un diferencial central, se ha instalado un acoplamiento viscoso con un mecanismo de rueda libre para desconectar el eje motriz al frenar.

Diferencial trasero abierto (bloqueo diferencial mecánico opcional en la Vanagon).

Diferencial delantero abierto (bloqueo diferencial mecánico opcional en Vanagon).

Normalmente, se trata de un vehículo de tracción delantera (excepto la Vanagon, véase más arriba). En condiciones normales de conducción, el 95 % del par se transfiere al eje delantero. Dado que el acoplamiento viscoso se considera de acción lenta (el fluido de silicona necesita tiempo para calentarse y solidificarse), el 5 % del par se transfiere al eje trasero en todo momento para pretensarlo y reducir el tiempo de activación. El acoplamiento se bloquea cuando se produce un deslizamiento y hasta cerca del 50 % del par se transfiere automáticamente al eje trasero (delantero en la Vanagon). En condiciones de carretera, el vehículo no se moverá si una rueda delantera y una trasera pierden tracción.

El segmento de rueda libre , instalado dentro del diferencial trasero, permite que las ruedas traseras giren más rápido que las delanteras sin bloquear el acoplamiento viscoso e impidiendo que el ABS aplique los frenos a cada rueda de forma independiente. Debido a la rueda libre, el par motor solo se puede transferir al eje trasero cuando el vehículo avanza. Para que la tracción a las cuatro ruedas funcione al dar marcha atrás , se instala un elemento de control del acelerador accionado por vacío en la carcasa del diferencial. Este dispositivo bloquea el mecanismo de rueda libre cuando se engrana la marcha atrás. El mecanismo de rueda libre se desbloquea al mover la palanca de cambios hacia la derecha, más allá de la tercera marcha. La rueda libre no se desbloquea inmediatamente después de salir de la marcha atrás a propósito; esto es para evitar que la rueda libre se bloquee y desbloquee si el coche se atasca y el conductor intenta moverlo cambiando de primera a marcha atrás y viceversa.

Las desventajas de este sistema de tracción a las cuatro ruedas están relacionadas con el tiempo de actuación del acoplamiento viscoso.

1. Al tomar una curva acelerando sobre una superficie resbaladiza, el eje trasero se acopla con cierto retraso, lo que provoca un cambio repentino en el comportamiento del coche (de subviraje a sobreviraje).
2. Al arrancar sobre una superficie arenosa, las ruedas delanteras pueden hundirse en la arena antes de que se active la tracción a las cuatro ruedas.

A partir de 1998, la unidad sueca Haldex Traction LSC reemplazó al acoplamiento viscoso. Audi utiliza Haldex en las versiones quattro del Audi S1 , Audi A3 , Audi S3 y Audi TT . También lo utiliza Volkswagen en las versiones 4motion de las generaciones Mk4 y Mk5 del Volkswagen Golf , Volkswagen Jetta y Golf R32, Volkswagen Sharan , VW Passat de sexta generación (también basado en la plataforma A) y Transporter T5 . En los Audi, la marca registrada se mantiene y siguen denominándose quattro, mientras que los Volkswagen reciben el nombre 4motion. El Škoda Octavia 4x4 y el SEAT León 4 y SEAT Alhambra 4 también utilizaban Haldex LSC, al estar basados ​​en modelos del Grupo Volkswagen . Curiosamente, el Bugatti Veyron también utiliza Haldex, aunque con transmisión, PTU y ejes delantero y trasero independientes.

Qué: Tracción automática a las cuatro ruedas (bajo demanda).

Embrague multidisco Haldex Traction LSC con control electrónico ECU, que actúa como un pseudo diferencial central.

Diferencial trasero abierto, sin EDL.

Diferencial delantero abierto, EDL.

Cómo: Normalmente, en vehículos de tracción delantera , una unidad Haldex Traction LSC puede desviar hasta un máximo del 100% del par al eje trasero según las condiciones lo requieran. A muchos les resulta confusa la distribución del par en los sistemas Haldex Traction. En condiciones normales de funcionamiento, el embrague Haldex LSC opera al 5% (dividiendo el 5% entre el eje delantero y el trasero, el 97,5% del par va al delantero y el 2,5% al ​​trasero). En condiciones adversas, cuando ambas ruedas delanteras pierden tracción, el embrague Haldex puede bloquearse con una fuerza de sujeción del 100%. Esto significa que, al no transferirse par al eje delantero, todo el par (menos las pérdidas) debe transferirse al eje trasero. La distribución del par entre las ruedas izquierda y derecha se logra con un diferencial abierto convencional. Si un lado del eje motriz pierde agarre, el bloqueo electrónico del diferencial (EDL) lo controla. El EDL frena una rueda que gira, transfiriendo así el par a la rueda opuesta a través del diferencial abierto. En todos los coches con motor transversal equipados con el sistema de tracción a las cuatro ruedas Haldex Traction LSC , el EDL solo controla las ruedas delanteras, y no las traseras.

En los vehículos equipados con EDL solo en las ruedas delanteras, el coche no se moverá si tanto las ruedas delanteras como una de las traseras pierden tracción.

De nuevo, debido a las limitaciones del bloqueo electrónico del diferencial (véase la descripción del quattro IV más arriba), en condiciones todoterreno basta con que una rueda delantera y una trasera pierdan tracción para que el coche no se mueva.

El sistema de tracción Haldex es más reactivo que preventivo, ya que requiere una diferencia en el deslizamiento (o velocidad de rotación) entre los dos ejes para que el Haldex se active y envíe par al eje trasero. Esto no es lo mismo que el patinaje de las ruedas, puesto que el sistema puede reaccionar en menos de la rotación completa de cualquier rueda del vehículo. La distribución uniforme y permanente del par del Torsen en condiciones sin deslizamiento reduce la probabilidad de que este se produzca.

La unidad de control electrónico (ECU) Haldex desacopla el embrague Haldex en el acoplamiento central en cuanto se aplican los frenos para permitir el correcto funcionamiento del ABS . Al realizar giros cerrados a baja velocidad (por ejemplo, al estacionar), la unidad de control electrónico desacopla el embrague para evitar la torsión excesiva en la transmisión. Cuando se activan los programas electrónicos de estabilidad (ESP), el Haldex se desacopla para que el sistema ESP controle eficazmente el vehículo, tanto en aceleración como en deceleración.