ControlTrac - ControlTrac
A tração nas quatro rodas ControlTrac é a marca de um sistema de tração nas quatro rodas automático selecionável e em tempo integral oferecido pela Ford Motor Company . O sistema de tração nas quatro rodas foi projetado e desenvolvido na BorgWarner sob sua divisão TorqTransfer Systems em meados dos anos 1980. A BorgWarner chama o sistema de Torque-On-Demand (TOD). ControlTrac foi o primeiro sistema automático a usar controle de software e nenhum diferencial central com engrenagem cônica ou planetária . Em vez de um diferencial central com engrenagem cônica ou planetária, o sistema usa um diferencial multi-disco com centro de travamento inteligente variável .
Disponibilidade
O ControlTrac fez sua estreia em 12 de janeiro de 1995, para o ano modelo de 1995 na segunda geração do veículo utilitário esportivo de tamanho médio Ford Explorer . Uma versão de serviço pesado do ControlTrac foi introduzida em 1996 para o ano modelo de 1997 na primeira geração de veículos utilitários esportivos Ford Expedition .
| Veículos disponíveis com tração nas quatro rodas ControlTrac automática | ||
|---|---|---|
| Veículo | Ano modelo | Caixa de transferência |
| Ford Explorer | MY1995–2010 | duas velocidades |
| Expedição Ford | MY1997 – presente | duas velocidades |
| Ford Expedition EL / Max | MY2007 – presente | duas velocidades |
| Lincoln Navigator | MY1998–2006 | duas velocidades |
| Lincoln Navigator | MY2007 – presente | Velocidade única* |
| Lincoln Navigator L | MY2007 – presente | Velocidade única* |
* Não tem modo Four Low com engrenagem de redução off road de baixa faixa.
A quinta geração do Ford Explorer 2011 (U502) substituiu a tração nas quatro rodas ControlTrac automática por tração nas quatro rodas inteligente e gerenciamento de terreno.
Design e desenvolvimento
A ideia de um sistema de tração nas quatro rodas controlado eletronicamente surgiu na BorgWarner em 1985. O projeto original da BorgWarner exigia o uso de um pacote de embreagem multi-disco eletromagnético controlado por software (também chamado de multi-placa) e um diferencial central com engrenagem cônica ou planetária juntos. O primeiro sistema de protótipo era bruto e seu controlador de pacote de embreagem original era um reostato .
O diferencial central com engrenagem seria usado para permitir que os eixos de transmissão dianteiro e traseiro girassem em diferentes velocidades de rotação, de modo a eliminar qualquer "travamento do trem de força" ou "enrolamento de torque" enquanto o sistema estava sendo usado no pavimento . A embreagem multi-disco inteligente seria usada para transferir progressivamente o torque de trás para a frente e de frente para trás entre os eixos de tração dianteiro e traseiro quando necessário e também travaria, fornecendo uma distribuição de torque dianteiro 50:50 permanentemente travado.
Em um ano, o controlador tornou-se maior e mais complexo. Uma versão eletrônica do breadboard completa com amplificadores de sensor e grandes módulos de controle consumia toda a extremidade traseira de uma perua. Os dados de entrada vieram de sensores de relutância variável instalados no eixo de transmissão dianteiro, eixo de transmissão traseiro, acelerador, freios e direção. O objetivo era controlar a atuação da embreagem controlando a corrente.
No entanto, conforme o processo de desenvolvimento continuou, os engenheiros da BorgWarner descobriram que, com uma programação de software inteligente , eles podiam controlar a embreagem multidisco eletromagnética variável a um ponto onde permitiria que os eixos de transmissão dianteiro e traseiro girassem em diferentes velocidades de rotação em seu própria, sem o auxílio de um diferencial central de engrenagem planetária ou cônica. No modo Auto, os novos algoritmos de software permitiram que os discos de fricção e de embreagem do pacote de embreagem de múltiplos discos deslizassem conforme necessário, simulando um diferencial central com engrenagem cônica ou planetária, tornando redundante um diferencial com engrenagem. Assim, o diferencial engrenado foi abandonado e, portanto, nunca incluído na versão final de produção do sistema de tração nas quatro rodas.
{{quote | text = Nos perguntamos: Por que precisamos de um diferencial? Havia todo aquele ferro, todo aquele peso, todo aquele custo. E aqui, vimos que poderíamos controlar o pacote de embreagem com muita precisão sem ele. | Author = Ronald A. Schoenbach |}
A equipe de design ganhou confiança em seu conceito em 1989, quando fez uma inovação no sistema de controle da embreagem multidisco. O desenvolvimento do controle em malha fechada suavizou seu funcionamento. Usando-a, a embreagem multi-disco fazia ajustes menores, mas com mais frequência. O microprocessador revisaria a entrada dos sensores a cada 20 milissegundos e decidiria se o eixo dianteiro precisava de mais torque. Usando essa técnica, o computador da unidade observou o deslizamento da roda motriz. Se detectasse uma diferença de apenas meia rpm entre os eixos dianteiro e traseiro, ele enviava um sinal de força para a embreagem multi-disco. A embreagem engatou, desviando o torque para o eixo dianteiro em incrementos de 10 por cento, até aliviar a patinagem da roda motriz. Como resultado, o sistema pode controlar a velocidade descontrolada da roda motriz em apenas um terço de uma rotação da roda.
Testes off road
No início do desenvolvimento, a BorgWarner empregou um material de embreagem de bronze sinterizado que exibia uma condição operacional comumente conhecida como "stick slip". O deslizamento inspirou os engenheiros a substituí-lo por um material à base de papel montado sobre metal . O papel ofereceu um melhor coeficiente de atrito e resolveu o problema de escorregamento. A divisão de componentes de transmissão automática da BorgWarner é responsável pela solução.
No entanto, o calor provou ser um problema persistente. O acúmulo de calor excessivo queimaria o novo material da embreagem. Para resolver o problema, os engenheiros estudaram a capacidade de torque da embreagem. Foi determinado que o acúmulo excessivo de calor foi causado pela capacidade inadequada de torque da embreagem. Os engenheiros aumentaram a capacidade do sistema e equiparam uma frota de veículos de teste, que levaram ao deserto de Anza-Borrego , no sul da Califórnia . Eles fizeram um total de 11 viagens, submetendo os protótipos ao calor, condução em montanha e areia profunda com as embreagens multi-disco inteligentes sendo acionadas para entrega quase contínua de torque. No início, o ambiente rapidamente esgotou as garras. Mas, à medida que os engenheiros ganharam conhecimento, as embreagens melhoraram. Eventualmente, os engenheiros foram capazes de melhorar os pacotes de embreagem o suficiente para que os veículos de teste pudessem ser virtualmente destruídos pelo uso off-road pesado, mas os pacotes de embreagem ainda teriam uma boa aparência.
Os modos
O ControlTrac possui diferentes modos de direção, bem como diferentes comportamentos operacionais para esses modos de direção, dependendo do veículo em que é usado. Por exemplo, o Ford Expedition usou um novo recurso de bloqueio automático no modo Automático. O modo automático com bloqueio automático não estava disponível no Explorer naquela época.
Dois modos altos
Predominantemente, o Explorer não estava equipado com o modo Two High, exceto nos anos modelo 1995-1996. Nos anos-modelo de 1998, nenhum Two High estava disponível. Somente os modos Auto, Four High e Four Low foram oferecidos. O modo Two High era exclusivo da Expedição, embora tenha sido descontinuado entre os anos modelo de 1999–2002. O modo Two High foi reintroduzido na expedição redesenhada de segunda geração (U222) para o modelo do ano de 2003 e apresentava um novo sistema de desconexão do eixo dianteiro completo com cubos de travamento dianteiros operados a vácuo que desconectariam o eixo dianteiro, diferencial dianteiro e eixo de transmissão dianteiro quando não necessária para uma operação mais silenciosa e econômica no pavimento. A Ford afirmou que o modo Two High melhorado poderia ajudar a aumentar a economia de combustível em até 800 metros por galão de gasolina. No modo Two High, o torque é direcionado apenas para as rodas motrizes traseiras, imitando a tração traseira .
Modo automático
O modo automático foi apresentado no Explorer e no Expedition e permite a capacidade de tração nas quatro rodas em todos os climas e em tempo integral no pavimento, conforme necessário. No modo Auto, o torque do motor é normalmente direcionado para as rodas motrizes traseiras. Um equívoco sobre o sistema é que ele muda continuamente para dentro e para fora da tração nas quatro rodas conforme necessário. Isto não é verdadeiro, para quando o modo Auto é seleccionada, os eixos dos cubos dianteiros são permanentemente engatada, bloqueando-os para os veios do eixo dianteiro, diferencial frente e frente veio de accionamento . Isso ocorre para que o eixo de transmissão dianteiro sempre gire (gire) quando o veículo está sendo conduzido em velocidade . O sistema de controle do computador precisa que o eixo motor dianteiro gire, para que possa monitorar e comparar a velocidade de rotação dos eixos motor dianteiro e traseiro. Se o eixo de transmissão traseiro começar a girar mais rápido do que o dianteiro, o sistema interpretará isso (junto com a entrada de outros sensores) como perda de tração. Quando a perda de tração é detectada, o torque é enviado para o diferencial dianteiro em incrementos de 10 por cento, por meio da embreagem multi-disco central. Ao fazer isso, o software de controle inteligente permite que a embreagem multi-disco central se comporte como um diferencial central com engrenagens, de forma que "emperramento da linha de transmissão" e "windup de torque" não ocorram.
No início dos anos 2000, o ControlTrac foi atualizado e introduzido em 2002 com programação de software mais avançada, com base na inteligência artificial do sistema . A inteligência artificial atualizada do sistema de tração nas quatro rodas permitiu ao sistema prever a perda de tração antes que acontecesse, de modo que o torque pode ser transferido antes de ser necessário. Essa melhoria significava que o sistema podia operar mais como outros sistemas de tração nas quatro rodas "sempre ligados" em tempo integral, já que não precisava mais "esperar" que a perda de tração ocorresse. Outra melhoria foi a capacidade de " polarização de torque " da frente para trás no modo Auto. O diferencial multi-disco inteligente do ControlTrac agora pode enviar 100 por cento do torque do motor para a frente, enviando-o para o diferencial dianteiro se uma perda de tração severa for antecipada, prevista ou detectada.
Quatro modos altos e quatro baixos
Quatro modos High e Four Low também foram apresentados no Explorer e no Expedition. O modo Four High diz ao diferencial de múltiplos discos de travamento inteligente para travar, fornecendo uma distribuição de torque permanentemente travada 50:50. Os eixos de tração dianteiro e traseiro estão totalmente travados, forçando-os a girar na mesma velocidade, independentemente das condições de tração. O modo Four Low também diz ao diferencial de múltiplos discos com travamento inteligente para travar, no entanto, instrui a caixa de transferência da BorgWarner a selecionar a marcha de redução off-road de baixa faixa . A engrenagem de redução é utilizada para reduzir a velocidade do veículo a um rastejo gerenciável e para aumentar (multiplicar) o torque fornecido pelo motor. Assim, as rodas motrizes têm amplo torque para mover o veículo em baixas velocidades. É também utilizado para controlar a velocidade de descida enquanto descendente íngreme gradientes e para melhorar a fora de estrada do veículo proporção de rastreamento .
Os modos Four High e Four Low não podem ser usados no pavimento, pois podem ocorrer "emperramento da linha de transmissão" e "windup de torque", causando danos ao sistema de tração nas quatro rodas.
AdvanceTrac
O sistema automático de tração nas quatro rodas ControlTrac pode ser acoplado ao controle eletrônico de estabilidade AdvanceTrac , que inclui o controle eletrônico de tração nas quatro rodas . A combinação desses dois sistemas é inovadora pelo fato de um veículo equipado como tal, poder continuar avançando com apenas uma roda tendo tração. O sistema de controle eletrônico de tração nas quatro rodas do AdvanceTrac usa o sistema de travagem antibloqueio de quatro canais (ABS) de quatro rodas com sensor de quatro rodas e é programado com uma lógica anti-derrapante adicional para simular bloqueios de diferencial por meio de " travamento de freio " agressivo ou diferenciais do eixo motriz traseiro . Com o freio ABS travando os diferenciais dianteiro e traseiro, até 100 por cento do torque pode ser enviado para qualquer roda motriz, permitindo que o veículo continue em movimento, mesmo com duas de suas rodas motrizes (uma dianteira, uma traseira) completamente fora do solo .
ControlTrac II
ControlTrac II era um sistema de tração nas quatro rodas da Ford baseado em uma unidade de acoplamento viscosa . O acoplamento viscoso substituiu o diferencial central típico usado em aplicações de tração nas quatro rodas. O sistema funcionava normalmente na tração dianteira, mas além das rodas dianteiras serem acionadas, é acionado um eixo que segue para o acoplamento viscoso na parte traseira. Se as rodas dianteiras derraparem, o acoplamento viscoso libera o torque progressivamente nas rodas traseiras. Além disso, o sistema ControlTrac II fornecia uma trava mecânica de tração nas quatro rodas, embora não houvesse faixa baixa fornecida pelo sistema.
O ControlTrac II foi substituído pelo sistema automático de tração nas quatro rodas inteligente, um sistema semelhante com o acoplamento viscoso substituído por uma embreagem controlada por computador. O sistema 4WD inteligente atua funcionalmente de forma semelhante ao sistema ControlTrac II, com as rodas dianteiras sendo acionadas predominantemente com o torque sendo enviado para as rodas traseiras apenas conforme as condições exigirem. O sistema 4WD inteligente também não possui a trava mecânica fornecida pelo ControlTrac II.