Cajas de cambio automáticas

Introducción

Han sido varias las personas que me han preguntado recientemente por el funcionamiento de las cajas de cambio automáticas.

Es una pregunta cada vez más habitual, ya que la mayoría de fabricantes de automóviles están incorporando esta opción en sus diferentes gamas y, poco a poco, el cambio automático se va haciendo un hueco en el un mercado europeo reacio, a priori, al cambio automático en contra de lo que sucede en el mercado americano donde lo extraño es encontrar cajas manuales.

En pleno siglo XXI el hecho de tener que accionar con el pie un embrague para llevar a cabo una operación tan sencilla como cambiar de marcha es todo un atraso. Un atraso, eso sí, que viene motivado por el mayor control que ofrecen al conductor las cajas manuales frente a las tradicionales automáticas.

Modo de funciomiento: secuencial o directo

La primera mejora destacable en las cajas automáticas es el modo secuencial, que permite al conductor seleccionar la marcha a pesar de que el cambio cuente con un sistema automático y, a su vez, en este sistema se pueden encontrar dos variantes: aquellas en las que sólo es posible determinar la marcha máxima o aquellas en las que el cambio engrana exactamente la marcha demandada por el conductor.

Obsérvese como el cambio incorpora la posición "S" (Sequential) y el carril para el cambio manual de marcha.

Existe una variante de este mecanismo que la mayoría de personas recordarán por sus nombres comerciales como «Tiptronic» (VW / Audi y Porsche), «Steptronic» (BMW) introducido por Chrysler con el nombre comercial «Autostick» y que se caracteriza por permitir el cambio en marcha usando una palanca o un mando en el volante de modo que con una pulsación se sube una marcha y con una pulsación en sentido contrario se baja una marcha. Son los cambios llamados secuenciales y su particularidad es precisamente la de incorporar la posibilidad de subir y bajar una marcha.

Embragues pilotados

Por último es posible encontrar un conjunto de vehículos en el mercado, tradicionalmente de baja cilindrada, que cuentan con los llamados cambios robotizados o embragues pilotados y que no son más que un conjunto de sensor y motor hidráulico que lleva a cabo la acción de embragar y desembragar cuando el primero (sensor) detecta un movimiento de la palanca. En este caso, la palanca de cambio puede utilizar un recorido «normal» en H o puede incorporar sólo las posiciones N, + y – (Punto muerto, subir marcha y bajar marcha).

Se puede observar cómo el Smart ForTwo no lleva pedal de embrague y una palanca secuencial que efectúa los cambios con un mecanismo electrohiráulico.

Este tipo de cambio es el cambio automático más simple y el más sencillo de aplicar a una gama que cuente sólo con cajas de cambio manuales, pero como contrapartida es el cambio más lento y, en ocasiones, no permite el funcionamiento completamente automático forzando al conductor a cambiar de marcha manualmente, aunque, eso sí, sin necesidad de accionar ningún pedal de embrague.

Tecnología aplicada en el cambio automático.

Para la mayoría de conductores es suficiente con conocer lo comentado en los párrafos anteriores, pero siempre es interesante conocer qué tecnología hay exactamente detrás de cada cambio automático. Cuando se visita el configurador Audi y se elige por ejemplo un modelo A4 se presentan varias opciones de cambio automático: Tiptrónic, Multitrónic y S-Tronic. Todos ellos son nombres comerciales, pero esconden sistemas de gestión del cambio distintos y, a su vez, permiten es uso del cambio en modo completamente automático donde el conductor sólo tiene que preocuparse de acelerar y frenar o en modo secuencial donde el conductor dispone de un carril para subir y bajar de marcha a voluntad.

El hecho de que en modo secuencial un cambio automático permita seleccionar exactamente la marcha a utilizar o que por las condiciones de la conducción decida automáticamente cambiar de marcha (por ejemplo por estar apurando el motor en la zona roja del cuentarrevoluciones) depende exclusivamente de la gestión electrónica del mismo y de cómo haya sido programada ésta, siendo la opción más habitual la que entrega un funcionamiento semi-automático al conductor a pesar de las críticas que recibe este sistema por restar capacidad de control al conductor cuando se selecciona un modo explícitamente manual.

Convertidor de par

Los cambios automáticos por convertidor de par son los tradicionales cambios automáticos que podemos ver en los coches de las películas americanas de los años 70 y 80. En esos coches, la palanca de cambio se encuentra saliendo por detrás del volante, pero también es posible encontrar la palanca en el piso del vehículo entre los asientos delanteros.

Hasta hace muy poco, hablar de un coche automático era sinónimo de hablar de convertidor de par. La wikipedia explica con bastante detalle en qué consiste el cambio por convertidor de par, que no es más que un embrague anulador, que a regímenes altos transmite la fuerza del motor directamente al árbol primario del cambio sin resbalamiento mientras que a regímenes bajos permite un resbalamiento que es más alto conforme disminuye el régimen de giro del motor.

En otras palabras, es un sistema que provoca un resbalamiento continuo en la transmisión y que se va acoplando lentamente conforme aumentan las revoluciones del motor para llegar a ser completamente solidario en un determinado punto.

Es un sistema suave y confortable que puede programarse electrónicamente para determinar en qué momento se debe cambiar de relación. Tradicionalmente, los cambios automáticos por conertidor de par aumentan el consumo con respecto al mismo modelo con cambio manual debido al resbalamiento que producen, pero alargan la vida útil del propio cambio y del vehículo al no estar sometidos a grandes esfuerzos.

Los sistemas Tiptronic (VAG, Porsche), Steptronic (BMW), Autostick (Chrysler) y otros con otras denominaciones comerciales o sin denominación comercial explícita utilizan converidores de par ayudados por un sistema secuencial gestionado electrónicamente que determina a qué régimen se debe subir o bajar cada marcha. Muchos de estos cambios cuentan con programas deportivos que procuran que el motor funcione en una gama más alta de revoluciones o los modos económicos que procuran lo contrario.

Para conocer con detalle cómo funcionan estos sistemas secuenciales puede ser interesante este artículo sobre el cambio Tiptronic de VAG.

Variador continuo

Los cambios CVT o de variador continuo se han popularizado en los coches modernos, aunque son un sistema muy simple ya conocido y que se usa masivamente en motocicletas.

Consiste en un conjunto de poleas que giran sobre unas superficies cónicas de manera que el diámetro de giro de las mismas es variable.

Este modo de funcionamiento otroga al vehículo infinitas relaciones de cambio posibles y cuando el vehículo incorpora el modo manual secuencial, la electrónica se encarga de bloquear las poleas en posiciones conocidas que presenten una distribución de 6 – 7 marchas concretas con desarrollos crecientes.

Utilizar un cambio CVT en modo manual no supone ninguna diferencia apreciable con respecto a su uso con un convertidor de par o un pilotado, pero utilizarlo en modo automático sí, o al menos sí en los primeros cambios de este tipo que se comercializaron donde el uso de la electrónica no estaba tan extendido.

En particular los coches con cambio CVT en modo automático revolucionan el motor hasta un determinado régimen (por ejemplo 4.000 r.p.m. en un motor de gasolina o 3.000 r.p.m. en un diésel) y el vehículo comienza a moverse. El diámetro de las poleas que mueven la correa comieza a cambiar y el vehículo empieza a ganar velocidad, pero el régimen de giro del motor no varía hasta pasados unos segundos.

Este funcionamiento aumenta ligeramente el consumo del vehículo (aunque no tanto como el resbalamiento del convertidor de par) pero la queja generalizada es el aumento de rumorosidad mecánica que los ocupantes del vehículo tienen que soportar debido a su peculiar funcionamiento.

Cambios automáticos por variador continuo se pueden encontrar en la gama VAG como Multitronic, denominación que comparten algunos fabricantes, y, en general, como CVT «a secas» en otras gamas como Nissan.

Cambios pilotados de doble embrague

Al principio de este artículo se ha hablado de cambios pilotados o embragues robotizados que consisten en un sistema muy similar al cambio manual pero donde un mecanismo electrohidráulico acciona un pedal de embrague que no existe para el conductor.

El sistema de cambio pilotado por doble embrague mejora una de las principales deficiencias de los embragues pilotados, ya que cuenta con dos embragues independientes que, gestionados electrónicamente, aseguran que cuando se debe engranar una marcha ya exista un segundo embrague con la marcha engranada a punto para entrar en acción. Su funcionamiento se ve muy claramente en este vídeo sobre l sistema PDK de Porsche:

Este tipo de cambio está revolucionando de verdad la introducción del cambio automático en Europa y está enusiasmando a los conductores.

Los primeros modelos en incorporarlo fueron los Volkswagen con el nombre comercial DSG que, poco a poco fue propagándose a sus hermanos de marca (Seat y Skoda) y or último a Audi, pero con el nombre comercial «S-Tronic».

Otros, como Porsche (véase el vídeo dos párafos más arriba) no han tardado en poner en marcha su sistema PDK y una inusualmente lenta BWM permite montar un cambio denominado DKG en algunos de sus modelos más deportivos. Todos ellos utilizan el mismo esquema de funcionamiento de doble embrague pilotado.

Conclusión

Se ha dado un repaso al estado actual de los cambios automáticos en el mercado automovilístico de consumo. Hay que destacar el esfuerzo notable que están haciendo algunos fabricantes alemanes, en especial VAG para innovar en este terreno y construir sistemas de cambio automático que gusten al público europeo, a pesar de que el precursor de los cambios automáticos con modos manuales secuanciales fuera la americana Chrysler con su modelo Autostick.

A día de hoy todos los sistemas están gobernados por una electrónica que minimiza sus carencias, pero los sistemas más interesantes son los de doble embrague pilotado que están cosechando éxitos de críticas y ventas entre los coches que los montan.

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