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Sistema 4WD Índice Desarrollado por Mundo Mecánica Automotriz. Todos los derechos reservados

Sistema 4 wd

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Índice

Temas Página

Ventajas del 4WD 3

Transferencia de peso y diferentes sistemas 4WD 4

Diferentes tipos y esquemas de sistemas 4WD 5

Fenómeno de curvas cerradas/tendencia al entrabamiento 6

Diferentes dispositivos de bloqueo del diferencial 7

Acople viscoso 9

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Remolque de vehículos 4WD 11

Descripción del ITM 12

Esquema del sistema de la caja de transferencia 14

Unidad de acople del ITM 15

Funcionamiento del Acople 16

Esquema de control 17

Función de bloqueo del 4WD 18

Sistema de control 19

Sensor de posición del acelerador / estrangulador 20

Sensor de ángulo de la dirección 21

Sensor de velocidad de la rueda 22

Servicio y diagnóstico 23

Sistemas 4WD de Sorento 24

Transferencia eléctrica de cambios 25

Sistema de control EST 26

Motor selector 28

Construcción de la transferencia EST 29

Sistema FRRD (Diferencial de Funcionamiento Libre) 30

Flujo de potencia en 2WD 32

Flujo de potencia en 4WD 33

Flujo de potencia en 4WD LO 34

Sistema TOD 35

Esquema de sistema TOD 36

Construcción de la transferencia 37

Señales de entrada y salida 38

Rev:0 01.01.2007 2 TR4W-2ST8K

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Ventajas del 4WD

La principal razón para utilizar el sistema 4WD es mejorar la tracción total del vehículo.

Para una facilitar la comprensión, la tracción se define como la cantidad máxima de fuerza de

tracción que el neumático puede aplicar contra el suelo. El mayor beneficio de una transmisión en

las cuatro ruedas es el potencial de duplicar la cantidad de fuerza longitudinal que los neumáticos

pueden aplicar al suelo. Esto ayuda en una variedad de situaciones, como el caso de un camino

con baja fricción (por ejemplo, un camino cubierto de nieve). En el ejemplo del lado derecho se

muestra un camino con una superficie parcialmente resbaladiza. En el caso de un vehículo 2WD,

el torque necesario para mover el vehículo es superior a la tracción disponible. Como resultado las

ruedas comienzan a deslizar y el vehículo se atasca. Un vehículo 4WD en el mismo lugar

transferirá más torque a las ruedas traseras sobre la parte no resbaladiza, de manera que el

torque que actúa sobre las ruedas delanteras y traseras es menor que la tracción disponible: el

vehículo comenzara a avanzar (Ejemplo general simplificado: la condición exacta de transferencia

de torque depende del esquema del sistema). Los siguientes factores, en general, afectan la

tracción: el peso sobre el neumático, mientras más peso actúa sobre un neumático, mayor

tracción hay disponible.

El coeficiente de fricción relaciona la cantidad de fuerza de fricción entre dos superficies con la

fuerza que sostiene las dos superficies unidas: esta es una función del tipo de neumáticos en el

vehículo y el tipo de superficie en la que se mueve el vehículo. Importante: el coeficiente de

fricción para el contacto estático es mayor que para el contacto dinámico (rueda deslizando), por

lo tanto el contacto estático suministra mejor tracción que el contacto dinámico. Deslizamiento de

la rueda: esto ocurre cuando la fuerza aplicada a un neumático excede la tracción disponible para

éste. La fuerza de tracción se reduce en este caso, como ya se explico. La transferencia de peso

debido a la aceleración del vehículo y el viraje influye en la tracción disponible de los neumáticos,

debido a que el peso que actúa sobre los neumáticos individualmente cambia.

FN = fuerza de peso sobre el neumático, FR = fuerza máxima de tracción, FA = fuerza motriz, MR

= torque motriz sobre el neumático.

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Transferencia de Peso y Diferentes Sistemas 4WD

La transferencia de peso cambia la tracción disponible en las ruedas debido a que esta reduce o

aumenta el peso que actúa sobre los neumáticos. La transferencia de peso ocurre en dirección

longitudinal debido a la desaceleración y aceleración del vehículo y en dirección lateral debido a

los virajes. Cuando un vehículo esta virando con velocidad, el peso del automóvil se traslada

desde la rueda interior hacia la rueda exterior. Cuando acelera, el peso cambia a las ruedas

traseras. La relación de cambio es proporcional a la altura del centro de gravedad (CG), la

aceleración lateral (IN G) y es inversamente proporcional al ancho de la trocha.

Transferencia de peso = (Aceleración lateral x Peso x Altura del CG) / Ancho de la trocha.

Por ejemplo, un vehículo esta virando a 0.85 g. Asumiendo que su ancho de trocha es 1600mm, la

altura del CG es 500mm y su peso es 1250 kg, entonces se puede calcular que la transferencia de

peso que es de 332 kg.

Un vehículo (ancho de trocha 1600mm, altura del CG 500mm, peso 1250kg), se balancea 10

grados cuando esta virando, D será 500 x seno de 10° = 86.8mm.

Entonces se puede calcular la carga de las ruedas exteriores como: peso x [(ancho de trocha /

2)+grados cuando esta virando] / ancho de trocha = (1250 x (800 + 86.8)) / 1600 = 693kg.

Mientras las ruedas interiores toman 557kg (1250kg – 693kg). De manera que hay una

transferencia de peso de 68 kg.

La cantidad de transferencia de peso depende no solamente del peso del vehículo o de la fuerza

G, sino que también de la construcción general del vehículo, como el diseño del tren de potencia,

etc. La imagen muestra algunos diseños típicos de 4WD para vehículos Hyundai. También existen

otros esquemas, como se muestra mas abajo.

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Sistema 4WD

Diferentes Tipos y Esquemas de Sistemas 4WD

SKIPIF 1 < 0

Estos son algunos esquemas de sistemas 4WD posibles y comúnmente aplicados. La razón para

la disponibilidad de diferentes sistemas es el uso en diferentes vehículos y por supuesto también

el costo del vehículo, así un sistema de transmisión a las cuatro ruedas de tiempo completo es

mucho más costoso que uno simple o uno 2WD. Otras diferencias en la construcción puede

depender por ejemplo del vehículo base, si es un vehículo de tracción delantera o de tracción

trasera. Otro punto a considerar es el tipo general de vehículo y su utilización prevista, por ejemplo

un vehículo de pasajero deportivo o un pick up para trabajo pesado, etc. Los vehículos que están

diseñados para trabajo pesado generalmente tienen una sección de reducción incorporada en la

línea de propulsión para aumentar el torque disponible si es necesario. Al tener la ventaja de

costo, el demerito de un sistema de tiempo parcial es que este no puede ser conducido en el

modo 4WD en un camino con alto coeficiente de fricción. Como no hay un diferencial central, la

línea completa de propulsión es puesta bajo tensión en esta condición, lo que causa desgaste y

ruido. Una tracción a las cuatro ruedas de tiempo completo generalmente esta equipada con un

diferencial central (o, en algunos casos con acople viscoso en su lugar) y por lo tanto puede

utilizarse también en un camino seco en modo 4WD sin ningún problema. Lo mismo es valido para

la transmisión a todas las ruedas o transmisión permanente a las cuatro ruedas. La diferencia es

que la 4WD no puede desconectarse. En caso de la transmisión a todas las ruedas no hay una

sección HI y LO en la transferencia, debido a que los vehículos están diseñados solamente para

utilizarse en caminos (On Road). Téngase en cuenta que los términos dados arriba pueden ser

utilizados de forma diferente, dependiendo del fabricante. Recientemente se han desarrollado los

sistemas controlados electrónicamente, que utilizan automáticamente el 4WD y solamente en el

caso de ser necesario, un ejemplo para tal sistema es el ITM, o el Sorento equipado con TOD.

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Fenómeno de Curva Cerrada / Tendencia al Entrabamiento

Los vehículos que no están equipados con un diferencial central, sino que tienen solamente

diferencial delantero y trasero deben utilizarse únicamente con 4WD en condiciones específicas,

como un camino resbaladizo. Por lo tanto este sistema se conoce como 4WD de tiempo parcial.

La conducción de este tipo de vehículo en condición de 4WD en un camino pavimentado causará

alta tensión en los neumáticos y en la línea de propulsión. Esto puede reconocerse fácilmente

durante los virajes, pues el conductor notara un entrabamiento en curva del chasis y una alta

resistencia al viraje. Esto se produce por el hecho que las ruedas traseras y las ruedas delanteras

recorren una distancia diferente durante el viraje, como se muestra en la imagen. La única forma

de compensar esto sin un diferencial central es con un ligero deslizamiento del neumático. Debido

al alto coeficiente de fricción en un camino seco, se necesita una gran fuerza antes de que el

neumático comience a deslizar, por lo tanto la tensión en la línea de propulsión es alta. Por esta

razón en algunos vehículos 4WD se ha instalado un Sensor G. Como las ruedas delanteras y

traseras están conectadas mecánicamente e influyen unas en otras, la tendencia de bloquear una

sola rueda se reduce. Pero la tendencia de bloquear todas las ruedas juntas aumenta en

comparación a un vehículo convencional. Esto ocurrirá con mayor probabilidad bajo dos diferentes

condiciones: una fuerza de frenado muy alta aplicada en un camino normal o una fuerza

relativamente baja aplicada en condición de camino resbaladizo, resultando en desaceleración

diferente. Esta desaceleración es medida por el sensor G, de forma que la unidad de control

puede aplicar la mejor estrategia de frenado para la situación actual. Esto significa que el sensor

G se utiliza para un mejor control del ABS y no se utiliza directamente para el control de 4WD.

Para información relevante, referirse a la sección de ABS.

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Dispositivos de Bloqueo de Diferencial

Un sistema 4WD convencional, simple, con diferenciales normales (abierto) puede fácilmente

perder tracción bajo ciertas condiciones. Esto se indica en el ejemplo de la derecha. Un diferencial

abierto puede enviar solamente la cantidad de torque a los neumáticos que no producen que el

que tenga menor tracción resbale. El torque transferible por lo tanto podría no ser suficiente para

sacar el automóvil de la condición de atascado si ambos eje están en la superficie resbaladiza

(como se indica en la imagen), debido a que los neumáticos en estos comenzaran a deslizar. En la

situación que se muestra esto puede significar que ambas ruedas del lado derecho deslicen y el

vehículo no se mueva. Como esto no es deseable para un uso real off road, existen algunas

formas de mejorar un sistema como este. El reemplazar los diferenciales convencionales por

diferenciales con deslizamiento limitado es uno de los métodos más comunes, esto asegura que

las ruedas con mayor adherencia son capaces de aplicar algún torque sin importar lo que ocurra

con las otras (las que están deslizando). El dispositivo de bloqueo puede clasificarse en dos tipos:

dispositivo de bloqueo parcial, usualmente llamados diferenciales de deslizamiento limitado y

dispositivos de bloqueo completo: bloqueo del diferencial. Los diferenciales de deslizamiento

limitado desarrollan una función adicional sobre los diferenciales normales, esto es, suministrar

mayor fuerza motriz a la rueda con tracción cuando una de ellas comienza a deslizarse. Existen

diferentes diseños disponibles para estos dispositivos, como se indica en la figura.

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Sistema 4WD

Por ejemplo el LSD tipo EATON con discos de fricción precargados o con acople viscoso. El

dispositivo LSD puede ser subclasificado en tipo sensible al torque o tipo sensible a la velocidad.

Para una mayor explicación referirse a la sección de transmisión manual. Otra opción es el

diferencial de bloqueo total. Este tipo de diferencial tiene los mismos componentes que un

diferencial abierto, pero agrega un mecanismo mecánico, eléctrico, neumático o hidráulico para

bloquear en conjunto los piñones de salida. El mecanismo generalmente se activa de forma

manual y cuando esta activado, ambas ruedas giraran a la misma velocidad. Por lo tanto, aún con

una rueda sin contacto con el camino, la otra rueda puede aplicar el torque a éste. En caso que la

rueda en contacto con el camino comience a deslizar, ambas ruedas deslizaran a la misma

velocidad y habrá cierta tracción disponible (pero puede no ser suficiente para mover el vehículo).

El diferencial de bloqueo total es útil para los vehículos verdaderamente off road.

Nota: últimamente existen sistemas que utilizan el sistema de frenos para conseguir tracción, en

este caso, frenan la(s) rueda(s) deslizando y el torque se transfiere a la(s) otra(s) rueda(s).

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Acople Viscoso

Ahora se veremos más de cerca el funcionamiento del acople viscoso. El acople viscoso puede

encontrarse comúnmente en los vehículos de tracción a todas la ruedas. Se utiliza comúnmente

para conectar las ruedas traseras a las ruedas delanteras de forma que cuando un juego de

ruedas comienza deslizar, el torque se transferirá al otro juego. Por lo tanto veamos como ejemplo

un acople viscoso entre el eje delantero y el eje trasero. Al acople viscoso tiene dos juegos de

placas dentro de un alojamiento sellado que esta lleno con un fluido espeso (aceite de silicona).

Un conjunto de placas esta conectado al eje de salida delantero y el otro conjunto de placas esta

conectado al eje de salida trasero. Bajo condiciones normales de conducción, ambos conjuntos de

placas y el líquido viscoso se deslizan juntos a la misma velocidad y no se produce diferencia de

velocidad en los ejes.

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Cuando un conjunto de ruedas comienza a girar más rápido, por ejemplo debido al deslizamiento,

el conjunto de placas conectado a esas ruedas gira más rápido que las otras placas. El fluido

viscoso entre las placas, trata de alcanzar los discos que están girando más rápido, arrastrando

consigo a los más lentos. Esto transfiere el torque a las ruedas con movimiento más lento: las

ruedas que no están deslizando. Mientras mayor es la velocidad de las placas con relación a las

otras, mayor torque transfiere el acople viscoso desde un conjunto al otro. Cuando el vehículo esta

virando, la diferencia en velocidad entre las ruedas no es mayor. Por lo tanto, el acople no

interfiere con los virajes debido a que la cantidad de torque transferido durante la curva es muy

pequeña. Sin embargo, esto también representa una desventaja del acople viscoso: no se

producirá transferencia de torque hasta que una rueda comience efectivamente a deslizar con

cierta velocidad. Esto se llama sensibilidad a la velocidad. Como el acople viscoso es sensitivo a

la velocidad pero no al torque, esto no ayuda si el vehículo esta atascado en una condición donde

la rueda esta deslizando lentamente, pero con un torque relativamente alto (por ejemplo off road,

lodo pesado). Puede producirse un efecto especial si la carga en el acople viscosos es alta debido

a un eje girando constantemente (rueda). Si la condición de “deslizamiento” del acople viscoso

continua por cierto tiempo, el acople viscoso comenzará a calentarse. Esto aumentará la presión

interna, de forma que finalmente las placas estarán en contacto directo unas con otras. Esto

aumenta el coeficiente de fricción, conduciendo a un repentino aumento en el torque transmitido,

lo que ayudará a sacar el vehículo de su condición de atascamiento. Esto se llama efecto HUMP.

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Remolque de Vehículos 4WD

Un vehículo 4WD no debe ser remolcado levantando sólo un par de ruedas, debido a que hay un

alto riesgo de accidente o daño. Lo mismo es valido para una prueba con dos ruedas levantadas

por un elevador o un gato de garaje. La prueba con dinamómetro en todos los casos debe

realizarse solamente con un dinamómetro a las 4 ruedas. Como existe peligro al conducir el

vehículo, solamente personal calificado debe llevar a cabo tal prueba. Siempre es necesario

referirse a las precauciones suministradas en el Manual de Servicio.

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Descripción del ITM

El Manejo de Torque Interactivo (o Inteligente) es una marca registrada de Borg Warner y esta

disponible para Sportage hasta ahora. El sistema ITM ofrece características de transferencia de

torque completamente controlable y activación y desactivación extremadamente rápida y

automáticamente del sistema 4WD. El desempeño máximo y seguridad se consiguen bajo todas

las condiciones de manejo. Esto ofrece una tracción mejorada del vehículo donde se necesite y

dinámicas mejoradas durante la aceleración y desaceleración. Como el 4WD se utiliza solamente

cuando es necesario, no se produce entrabamiento durante los virajes cerrados o al estacionar.

La línea propulsora del 4WD esta compuesta por menos componentes que otros sistemas,

resultando en una reducción de peso y menor consumo de combustible. El control variable de

torque permite distribuir el 100% de tracción de las ruedas motrices delanteras hasta 50:50 %

entre el eje delantero y el eje trasero. El acople esta en comunicación en línea con otro sistema de

seguridad (por ejemplo, ABS) para mejorar la conducción del vehículo. Por ejemplo: durante la

activación del ABS se desconecta la 4WD para permitir un control independiente de los ejes por el

ABS para una mejor estabilidad.

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Sistema 4WD

El sistema esta basado en un tren de potencia para las ruedas delanteras y esta compuesto por

los siguientes componentes principales: Desde el punto de vista mecánico: caja de transferencia,

eje de propulsión, unidad de acople ITM electrónicamente controlada y diferencial trasero. Desde

el punto de vista eléctrico: módulo de control, interruptor de bloqueo del 4WD, sensor de posición

del acelerador, sensores de velocidad de las ruedas, sensor de ángulo de la dirección, luz de

bloqueo del 4WD y la luz indicadora de fallas. Cuando se activa el bloqueo del 4WD (posiblemente

sólo a cierta velocidad) el acople se realiza completamente y el vehículo esta en modo 4WD

(50:50), indicado por la luz de bloqueo de 4WD. Como no hay un diferencial central se producirá

un entrabamiento en curvas cerradas en esta condición. En el modo normal (interruptor de

bloqueo OFF), la distribución de torque entre el eje delantero y trasero se controla sobre la base

de las entradas desde el sensor de posición del acelerador, sensores de velocidad de las ruedas y

sensor de ángulo de la dirección. Como la condición 4WD se utiliza solamente cuando es

necesario (básicamente cuando se detecta deslizamiento de una rueda), el consumo de

combustible se reduce en comparación a un vehículo normal de tracción a todas las ruedas. En

caso de un problema en el sistema, el conductor es informado mediante la luz indicadora de fallas.

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Esquema del Sistema de Caja de Transferencia

La caja de transferencia del KM esta compuesta por un eje de entrada conducido a través del

diferencial delantero mediante estrías y un tren de engranajes para suministrar el torque al eje de

propulsión. El eje de entrada de la transferencia es un tubo, de modo que el eje propulsor de las

ruedas del lado delantero derecho puede pasar por su interior y conectarse al diferencial

delantero. El tren de engranajes se utiliza para cambiar la velocidad del eje de entrada al valor de

velocidad requerido por el eje trasero y para cambiar la dirección de salida hacia el eje de

propulsión. El tren de engranajes esta compuesto por dos engranajes convencionales, una corona

y un engranaje cónico. Con el acople ITM activo, la potencia se transfiere mediante el tren de

engranajes, el eje de propulsión, el acople ITM activado hacia el diferencial trasero y finalmente

hacia las ruedas. En caso de que el acople ITM no este activado, los engranajes en la

transferencia y el eje de propulsión giran libres y solamente las ruedas delanteras tienen tracción.

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Sistema 4WD

Unidad de Acople del ITM

El corazón del sistema es el acople ITM (junto con la unidad electrónica de control). Los

componentes principales de la unidad de acople son el cuerpo y cojinetes, la bobina

electromagnética, el embrague primario, la leva de aplicación, las bolas de acero y el embrague

secundario. Ambos embragues son del tipo de discos múltiples. El embrague primario se utiliza

para crear presión sobre el embrague secundario a través de la leva de aplicación. Para el

funcionamiento detallado, referirse a la página siguiente.

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Page 16: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Funcionamiento del Acople

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El eje de entrada del acople ITM esta conectado al alojamiento del embrague. Al energizar el

embrague electromagnético, el inducido es atraído hacia el embrague magnético. El inducido

presiona los discos del embrague primario (o modulador) contra el alojamiento del embrague,

conectando así el embrague primario al eje de entrada. La diferencia de velocidad entre la leva

base y la leva de aplicación creada de esta forma, causa que las bolas de acero entre la leva base

y la leva de aplicación muevan la pista de las bolas. Por lo tanto la leva de aplicación es empujada

hacia el conjunto de embrague secundario que ahora conecta el alojamiento del embrague (eje de

entrada) al eje de salida. La fuerza aplicada al embrague secundario depende de la cantidad de

presión suministrada por las bolas de acero. La cantidad de presión desde las bolas de acero

depende de la cantidad que ellas se muevan sobre la pista, lo que finalmente depende de la

fuerza del campo del embrague magnético. La fuerza del campo del embrague magnético es

controlada de forma variable por el ITMCM al controlar la relación de trabajo. Dependiendo de la

cantidad de deslizamiento de rueda detectada en las ruedas delanteras, el ITMCM aplica la

relación de trabajo necesaria para alcanzar la presión objetivo creada por el mecanismo de la

rampa de bolas. De esta forma el control del embrague secundario y el torque final al eje trasero

se obtiene por la relación de trabajo variable suministrada a la bobina energizada y puede

alcanzar cualquier valor entre 100% adelante y 0% atrás y una distribución de 50:50 entre el eje

delantero y el eje trasero.

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Page 17: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Esquema de Control

El ITMCM varía la corriente aplicada al EMC para conseguir la distribución apropiada de torque a

las ruedas traseras. La forma de onda superior muestra una condición en la que cierta cantidad de

torque se aplica a las ruedas traseras, la inferior muestra una distribución de torque de 50:50.

Junto con el control en relación a la apertura del acelerador y deslizamiento de las ruedas, existen

otros factores, como se indica en la carta. Por ejemplo, aún si el bloqueo de 4WD esta activado, la

relación de trabajo se reducirá a OFF en caso de funcionamiento del ABS. Existen tres modos

básicos de conducción: modo de conducción normal a velocidad constante: casi estado 2WD.

Modo de conducción 4WD de control interactivo, distribución variable de torque hasta una relación

de 50% - 50% controlando el suministro de corriente de salida al embrague electromagnético. La

distribución de torque (estado 4WD), cambia de acuerdo al estado de conducción, por ejemplo,

salida repentina, bloqueo del 4WD durante el viraje en una superficie de baja fricción: distribución

de torque de 50:50 % en conducción 4WD.

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Page 18: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Función de Bloqueo del 4WD

El conductor tiene la posibilidad de bloquear la tracción a las cuatro ruedas, utilizando el

interruptor de bloqueo. Esto fija la transferencia de torque en 50% al eje delantero y 50% al

trasero. La función de bloqueo esta activa hasta una velocidad máxima de 35km/h. Sobre esta

velocidad el sistema volverá al modo de funcionamiento normal, y estará listo para ser activado si

es necesario. En caso que el interruptor quede en posición ON y la velocidad vuelva a ser menor

a 35km/h, el sistema nuevamente reasumirá la condición de bloqueo.

Para Sportage: dependiendo del modelo y la opción, hay disponibles dos paneles de interruptor,

TCS o ESP. La condición de bloqueo de 4WD se indica al conductor por la luz de bloqueo de 4WD

en el tablero.

Nota: el modo 4WD esta solamente pensado para condiciones de nieve, lodo o camino

resbaladizo. Al utilizar esta característica en caminos secos puede producir excesivo desgaste de

neumáticos y radio de viraje más amplio.

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Page 19: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sistema de Control

Todas las operaciones descritas están controladas por el Módulo de Control de Manejo Interactivo

del Torque (ITMCM). Este procesa las señales de entrada y controla las salidas. Las siguientes

señales de entrada se suministran al ITMCM (dependiendo del vehículo, parcialmente vía CAN

Bus). La condición de frenado desde la señal de freno / señal de ABS activo: en el modo 4WD

todas las ruedas están conectadas mecánicamente, por lo tanto una rueda bloqueada influirá en

todas las demás, produciendo dificultad para controlar el vehiculo durante el frenado. Por lo tanto,

el 4WD se deshabilita cuando se activa el ABS. El torque de entrada se decide basado en la señal

del sensor de posición del acelerador, para determinar la cantidad correcta de distribución de

torque (con el control de relación de trabajo del EMC). La condición de viraje se obtiene desde el

sensor de ángulo de la dirección para prevenir el entrabamiento del tren de propulsión durante los

virajes. La velocidad del vehículo y la diferencia de velocidad de las ruedas (delanteras y traseras)

desde los sensores de velocidad de las ruedas se usan para detectar la condición de

deslizamiento de las ruedas y controlar la distribución de torque adecuadamente. Todas estas

señales se utilizan para controlar la relación de trabajo del EMC y con esto la distribución de

torque a los ejes, que corresponde a la señal de salida principal. Otras salidas que controla el

EMC son la luz de bloqueo de 4WD, la luz de advertencia de 4WD y la señal de diagnóstico.

Sensor de Posición del Acelerador / Estrangulador

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Page 20: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Una de las principales entradas para el ITMCM es la señal de TPS o APS, la que es información

básica para la entrada de torque. El uso de APS o TPS depende del vehículo, por ejemplo, si esta

equipado con motor gasolina o diesel. El ejemplo muestra dos esquemas típicos y la forma de la

señal. Para el sistema / forma de onda actualmente aplicado, referirse al Manual de Servicio.

Para mayor información acerca del TPS o APS referirse a la sección EMS.

.

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Page 21: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sensor de Ángulo de la Dirección

El Sensor de Ángulo de la Dirección (SAS) es del tipo foto interruptor (por ejemplo KM). La señal

del ST1 y ST2 están desalineadas con el fin de detectar no solamente la cantidad de giro, sino

también la dirección del giro. Con el fin de detectar la posición neutral, se ha implementado una

ranura adicional en el disco, de forma que se puede generar una señal STN. El SAS esta ubicado

detrás del volante de dirección. Si la señal del sensor esta defectuosa, se deshabilita el 4WD y se

genera un código de falla. Para información detallada del funcionamiento del sensor de ángulo de

la dirección referirse a la sección ESP.

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Page 22: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sensor de Velocidad de las Ruedas

El sensor de velocidad de las ruedas suministra información acerca de la velocidad de las ruedas,

necesaria para detectar la condición de deslizamiento y que es la base para la activación del

acople. Los datos actuales para la información de velocidad de las ruedas pueden revisarse

solamente en un sistema ABS/ESP, ya que no hay datos actuales disponibles para el sistema

4WD. Una descripción detallada del funcionamiento del sensor de las ruedas se suministra en la

sección ABS. La señal de velocidad de las ruedas también puede observarse con la función de

osciloscopio, para la forma de onda correcta referirse al Manual de Servicio del vehículo

relacionado.

Rev:0 01.01.2007 22 TR4W-2ST8K

Page 23: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Servicio y Diagnóstico

El ITMCM monitorea periódicamente sus entradas y salidas. Si se detecta una falla, el ITM se

desactiva y se almacena un código de falla en la memoria de la ECU. La Luz de Diagnóstico

parpadea con una relación de 2HZ para alertar al conductor acerca de la falla en el sistema. La

primera vez que se detecta una falla se almacena un DTC en la memoria permanente de la ECU y

permanece en la memoria hasta que sea borrada con el tester de diagnóstico. Los DTC no se

eliminan al desconectar la energía del IMTCM.

Rev:0 01.01.2007 23 TR4W-2ST8K

Page 24: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sistema 4WD de Sorento

En Sorento se utilizan dos sistemas diferentes de 4WD: la Transferencia Electrónica de Cambio

(EST), algunas veces también llamada Cambio sobre la Marcha (SOTF) y el sistema Torque de

acuerdo a la Demanda (TOD), algunas veces también llamado Transferencia Activa del Torque

(ATT). La construcción general de estos dos sistemas es muy similar en términos de transferencia.

La mayor diferencia es la activación de la 4WD: en el sistema EST esto se realiza con una

horquilla de cambios, que conecta las salidas delantera y trasera. En el caso del sistema TOD,

esta tarea la realiza un embrague de placas múltiples. Además, el EST aplica lo que se conoce

como Diferencial de Giro Libre (FRRD), que desconecta el eje delantero en el modo 2WD con el

fin de ahorrar combustible. En el caso del TOD no hay aplicado un sistema FRRD, sino que se

utiliza un diferencial convencional. Esto se debe al hecho que el 4WD se utiliza según la demanda,

de forma que es necesaria una conexión permanente del eje delantero. Ambos sistemas incluyen

una sección de LO para la conducción off road. Para acoplar la selección de baja (LO), el vehículo

debe estar completamente detenido, esto aplica para ambos sistemas: EST y TOD. En ambos

sistemas se utiliza una bomba de aceite, pero no tiene una función especial en ellos. La finalidad

de la bomba es únicamente lubricar las partes internas.

Rev:0 01.01.2007 24 TR4W-2ST8K

Page 25: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Transferencia Eléctrica del Cambio

El EST: Transferencia Eléctrica del Cambio es un sistema 4WD de tiempo parcial y esta equipado

en todos los modelos y condiciones permitiendo al conductor “cambiar sobre la marcha” entre

modos de tracción de dos a cuatro ruedas a velocidades hasta 80km/h. Este es un sistema de

control de la línea motriz que habilita al conductor para conmutar entre 2WD y 4WD mientras

conduce un vehículo en línea recta con velocidades de hasta 80km/h. Al utilizar todas las opciones

disponibles para este sistema de control de la línea motriz, el conductor puede seleccionar los

siguientes modos de caja de transferencia:

2 HI: Transmisión a dos ruedas, alta relación de marcha

4 HI: Transmisión a las cuatro ruedas, alta relación de marcha

4 LO: Transmisión a las cuatro ruedas, baja relación de marcha

El sistema EST esta compuesto por los siguientes componentes principales:

Unidad Electrónica de Control (ECU)

Interruptor 4WD

Luz Indicadora de 4WD

Caja de transferencia con motor actuador

Sistema de diferencial delantero con FRRD (diferencial de giro libre)

Motor de bomba de aire

La unidad de control de 4WD es responsable de enganchar y desenganchar el modo de tracción

en las cuatro ruedas. El cambio entre “4H” y “4L” debe realizarse manualmente utilizando el

interruptor de 4WD.

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Page 26: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sistema de Control EST

Las señales de entrada son: el interruptor selector del EST, donde puede seleccionarse el modo

requerido. La señal AT N o la señal de embrague para detectar la condición neutral de la

transmisión en caso de selección del modo 4L. Esta se necesita para habilitar el cambio a 4L. El

sensor de velocidad para detectar la velocidad de vehículo, esta señal se utiliza para verificar si es

posible el cambio de modo (por ejemplo, permitir el cambio a 4L). La señal del sensor posición del

motor, para detectar la posición actual del motor selector (y a través de esta las horquillas de

cambios). Esta señal es necesaria para detener el motor selector en la posición necesaria para el

enganche del modo seleccionado y también para detectar una condición de cambio inconclusa.

Las señales de salida son: la salida del motor selector, el embrague electromagnético, el motor de

la bomba de aire del sistema FRRD, los indicadores en el tablero de instrumentos y al conector de

diagnóstico. El sistema de control permite los siguientes modos:

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Page 27: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Modo 2H

El cambio al modo 2H puede realizarse mientras se conduce, esto se conoce como Cambio Sobre

la Marcha SOTF.

Modo 4H

El modo 4WD de alta velocidad también puede activarse mientras se conduce el vehículo, con una

velocidad de hasta 80km/h. Si el cambio de la transferencia es exitoso, se activa el sistema de

desconexión del eje central para conectar el eje delantero de forma que la 4WD se acopla y la luz

de 4WD alto se enciende. La operación del FRRD se explicará en detalles posteriormente.

Modo 4L

El vehículo debe detenerse (3km/h o menos) para seleccionar el modo 4L. Si el acople es exitoso,

se encenderá la luz de 4L.

Para enganchar y desenganchar el modo 4WD, la unidad de control debe realizar las siguientes

tareas: cambiar el engranaje de salida delantero de la caja de transferencia (conectar o

desconectar el engranaje al eje de propulsión delantero a través de un motor eléctrico). En

condiciones de clima frío o alta velocidad, enganchar la caja de transferencia puede ser difícil.

Cuando esto es reconocido por la unidad de control 4WD, el sistema ejecuta dos intentos

adicionales para cambiar la caja de transferencia. Si estos reintentos no tienen éxito, la unidad de

control 4WD notificará al conductor con las luces indicadoras. En el caso de una falla ambas luces

de advertencia permanecerán encendidas y el EST no funcionará. Las luces de advertencia se

apagaran después de la reparación apropiada la próxima vez que se encienda el motor.

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Page 28: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Motor Selector

En ambos casos, en el EST / TOD se instala un motor selector en la transferencia. Para habilitar

el cambio en ambas direcciones, la polaridad del suministro de energía a los terminales puede ser

conmutada por la unidad de control, adicionalmente el motor selector incorpora un sensor de

posición que se utiliza para monitorear el progreso del cambio y la posición del motor.

Básicamente este está compuesto por un disco de contacto en el extremo trasero del tornillo sin

fin del motor selector y deslizadores que hacen contacto con el disco. Esto habilita a la ECU para

detectar la posición del motor con la señal de voltaje en los terminales individuales. Abajo hay una

carta de la condición de los terminales de acuerdo con la posición del motor. La condición HI o LO

de cada línea depende de la posición de la placa de contacto (posición del motor). El retorno

común esta conectado a tierra solamente durante el funcionamiento del motor por un periodo

breve de tiempo (7 segundos) para detectar la correcta operación de cambio. Si el cambio falla, la

luz 4H/4L se enciende si el vehículo fue puesto en el modo 4WD y la luz se apaga en caso de

seleccionar el modo 2WD. Si el cambio falla, el sistema hará un reintento, si este falla

nuevamente, se genera un código de falla y el sistema se desactiva. El conductor será informado

mediante el parpadeo de la luz 4WD. (Información adicional: la condición del sistema FRRD no

puede ser comprobada por el sensor). Téngase en cuenta que los botones de selección para los

sistemas EST y TOD son diferentes y no pueden ser intercambiados, aunque parezcan similares.

Construcción de la Transferencia EST

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Page 29: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Esta imagen muestra la transferencia para el sistema EST. Pueden observarse dos horquillas de

cambio. La del lado derecho es para conectar y desconectar la sección motriz del 4WD, la otra a

la izquierda es para cambiar entre la sección LO y HI. Ambas horquillas se mueven accionadas

por un motor eléctrico y de acuerdo con la señal desde la unidad de control. El motor incorpora un

sensor de posición para detectar la posición actual. Puede observarse la bobina al lado derecho,

la que es energizada por un corto periodo de tiempo mientras se cambia desde 2WD a 4WD con

el fin de asistir al motor selector y así asegurar un cambio suave sobre la horquilla. Cuando la

horquilla se desplaza hacia la derecha, conecta el piñón de la cadena dentada con el eje trasero

de forma que el torque se distribuye en 50:50 entre los ejes delantero y trasero. Si el conductor

necesita alto torque, puede aplicar la reducción del conjunto de engranajes planetarios. Para

engancharlo, debe detener el vehículo y seleccionar la posición 4L con el interruptor. El motor

selector entonces moverá la horquilla HI LO y acoplará los planetarios, lo que reduce la velocidad,

pero aumenta el torque en un factor de 2,48. Al utilizar todas las opciones disponibles en el

sistema de control de la línea motriz, el conductor puede seleccionar los siguientes modos: 2HI:

Transmisión a dos ruedas, alta relación de engranajes, 4HI: Transmisión a cuatro ruedas, alta

relación de engranajes, 4LO: Transmisión a cuatro ruedas con baja relación de engranajes.

Sistema FRRD (Diferencial de Giro Libre)

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Page 30: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

El sistema SOTF (Cambio Sobre la Marcha) para Sorento es del tipo FRRD. El Sportage, modelo

previo 4WD de KIA, tiene incorporado dos tipos de sistema SOTF, uno es el sistema automático

de cubos de rueda libre del tipo Leva, utilizados hasta el modelo 1999, el otro es el sistema de

cubos del tipo de rueda libre por vacío.

El tipo de vacío ha tenido un mejor desempeño que el tipo de Leva. Pero tiene el problema que se

produce por pérdida de aire en el cubo, ya que éste esta expuesto todo el tiempo.

El sistema FRRD esta instalado en el eje delantero. Cuando el conductor selecciona el modo

4WD, el motor de la bomba de aire es energizado y el embrague se engancha conectando el eje

delantero de propulsión y el eje motriz delantero. Si el conductor selecciona el modo 2WD

mientras conduce, el embrague se desengancha, desconectando la fuerza motriz al eje

propulsado.

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[Cuerpo FRRD] [Cuerpo exterior FRRD]

Page 31: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Funcionamiento del FRRD

Cuando se selecciona el modo 4H o 4L, el piñón del eje del diferencial se acopla al embrague, que

esta fijo en el alojamiento del diferencial, el FRRD funciona como un diferencial convencional. El

motor de la bomba de aire del FRRD genera presión de aire para operar el actuador que empuja

al embrague. El motor es activado por el módulo de control del EST en el modo 4H o 4L. En el

modo 2H, el motor de la bomba de aire del FRRD no esta activado. El embrague en el FRRD no

esta enganchado. En este momento el eje del piñón no esta fijo en el alojamiento del diferencial y

gira libremente. Por lo tanto, la conexión de torque entre el eje frontal que esta conectado con los

engranajes del lado del FRRD y el eje frontal de propulsión que esta acoplado con el alojamiento

del FRRD, esta desconectado.

① Cuando el conductor selecciona 4H, se suministra energía al motor de la bomba de aire.

② En ese momento, el eje propulsor delantero comienza a girar y la diferencia de velocidad entre

el cuerpo interior y el cuerpo exterior es casi la misma.

③ Se carga presión de aire al interior de la bomba de aire.

④ La presión empuja un anillo de levas y el embrague de acople y el cuerpo interior se acoplan al

mismo tiempo, realizando el modo 4WD.

⑤ Si el conductor selecciona el modo 2H, la fuerza motriz se interrumpe dentro de la transferencia

y se desactiva la energía a la bomba de aire.

⑥ El anillo de levas vuelve a su posición por la acción de un resorte de retorno, la conexión con el

cuerpo interior se interrumpe y vuelve al modo 2WD.

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Page 32: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Condición de Flujo de Potencia 2WD

El sistema de vacío utilizado para acoplar y desacoplar el eje delantero, esta compuesto por los

siguientes elementos. Dos válvulas conmutadoras de vacío se utilizan para controlar el actuador

de vacío, estas válvulas conmutadoras de vacío no pueden ser identificadas por su color. En

cuanto a su funcionalidad, las válvulas solenoide de vacío no son idénticas. Una válvula esta

normalmente abierta mientras que la otra es opuesta a esta. Cuando el encendido esta en ON y el

modo 2WD esta seleccionado, ambos solenoides están en condición ON. Por lo tanto, se

suministra vacío a la cámara que esta localizada al lado del diferencial mientras que se suministra

presión atmosférica a la otra cámara. Esto moverá la horquilla de cambios a la posición de

desconexión. Cuando se selecciona el modo 4WD, ambas válvulas solenoide de vacío están en

condición OFF. Esto produce el cambio de cámara sobre las que actúan la presión atmosférica y

de vacío, haciendo que el actuador se mueva y conecte el eje delantero. Tan pronto como la

función 4WD esta completamente conectada, la luz permanece constantemente encendida. Debe

prestarse atención a la conexión de las mangueras, al quedar intercambiadas y el FRRD se

conectara durante el modo 2WD, pero se desconectara en el modo 4WD debido a que se ha

perdido el vacío. Por lo tanto, el modo 4WD no estaría disponible bajo estas circunstancias. No se

generan códigos de falla en caso de intercambiar las conexiones eléctricas o las mangueras de

suministro de vacío.

Condición del Flujo de Potencia 4WD

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Page 33: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Cuando el conductor posiciona el interruptor de 4WD en ON, la unidad de control recibe una señal

de conexión a tierra (4WD), como resultado, la horquilla de cambios se mueve por efecto del

motor eléctrico y conecta el piñón y cadena al eje de salida. También se activa el FRRD

conectando el eje delantero, de forma que la fuerza motriz se transmite por igual al eje trasero y

eje delantero (50:50).

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Page 34: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Flujo de Potencia 4WD LO

Cuando el conductor gira el interruptor de 4WD LO a la posición ON, la unidad de control recibe

una señal de conexión a tierra (4WD LO). Nota: para conectar la 4WD LO el vehículo debe

detenerse completamente, debido a que no hay disponible ningún mecanismo sincronizador para

la conexión del planetario al eje de salida. El funcionamiento es básicamente el mismo que para la

4WD HI, pero esta vez también esta activado el juego de engranajes planetarios a través de la

segunda horquilla de cambios, de modo que se produce una reducción en la relación de

engranajes y por lo tanto aumenta del torque disponible a las ruedas.

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Page 35: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Sistema TOD

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El sistema de torque de acuerdo a la demanda o algunas veces ATT (Transferencia Activa de

Torque), transfiere electrónicamente la potencia y el torque adelante o atrás según se necesite,

aumentando la tracción off road, agilidad en el manejo y precisión en la dirección. El sistema TOD

es un tipo de sistema de tracción a las cuatro ruedas de tiempo completo y su nombre completo

es “Torque On Demand”. TOD es una marca registrada de Borg Warner en USA.

4WD de acuerdo a la demanda: es un sistema 4WD que suministra potencia la mayor parte del

tiempo sólo a las ruedas traseras en un vehículo que es básicamente de transmisión trasera

(RWD) o solamente a las ruedas delanteras en un vehículo que es básicamente de transmisión a

las ruedas delanteras (FWD). La caja de transferencia, o su equivalente, suministra potencia al

otro conjunto de ruedas cuando las ruedas motrices principales comienzan a perder tracción. La

figura indica la mayor diferencia en distribución de torque durante la conexión 4WD entre el

sistema EST y el sistema TOD. En el sistema EST, el torque es distribuido en una relación de

50:50, en el sistema TOD, este es flexible y controlado por el módulo de control de acuerdo con

las señales de entrada. Básicamente la relación de distribución de torque será 0:100 (esta es una

situación “FR”) en conducción en carretera con velocidad baja y media del vehículo. Si se produce

algún deslizamiento en las ruedas traseras, la cantidad óptima de torque se distribuirá a las

ruedas delanteras para un desempeño estable de la conducción. El rango de relación de

distribución de torque es desde 0:100 a 50:50. Esto significa que la cantidad máxima de torque de

las ruedas delanteras no puede ser mayor que el de las ruedas traseras en cualquier tipo de

camino o condición del vehículo.

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Page 36: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Esquema del Sistema TOD

Como se indica en la figura, el eje delantero del sistema TOD no esta equipado con el sistema

FRRD, sino que esta conectado todo el tiempo. Por lo tanto, se aplica un diferencial delantero

convencional. El interruptor permite seleccionar solamente entre dos modos: Automático: el torque

se distribuye automáticamente con el control del TCCM. l 4WD funciona “de acuerdo a la

demanda”. La relación optima de distribución de torque del motor entre el eje delantero y trasero

es controlada por la caja de transferencia del TOD. Esta caja de transferencia es controlada y

accionada por un módulo independiente de control, el TCCM (Módulo de Control de la Caja de

Transferencia) y esta ubicado debajo del panel frontal en el lado del pasajero. La relación de

transmisión de torque del lado delantero y trasero no es fija y su control y cambio continuo

depende del camino y la condición de conducción del vehículo. La lista de abajo muestra la

distribución de torque aproximada bajo ciertas condiciones de conducción.

LO: el 4WD esta conectado todo el tiempo y el engranaje planetario de reducción se conecta para

conseguir el mayor torque a las ruedas.

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Page 37: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

Construcción de la Transferencia

La construcción general de la transferencia es muy similar al sistema EST, pero la sección de

conexión del 4WD se cambia desde el tipo mecánico con horquilla de cambios al tipo de

embrague de placas múltiples. El funcionamiento de este embrague es muy similar al sistema de

embrague utilizado en el ITM de Sportage. Si el 4WD es requerido, se activa el embrague

electromagnético, de forma que las bolas de acero se moverán en la pista y pondrán presión

sobre el embrague de placas múltiples, en este caso el 4WD estará conectado. Como el eje

delantero esta conectado todo el tiempo, esto significa que el eje de propulsión esta siempre

girando, aún en 2WD (conducido por el eje delantero), por lo tanto la conexión y desconexión

puede realizarse muy suavemente. El torque suministrado al eje delantero depende de la corriente

aplicada a la bobina (fuerza magnética), por lo que la cantidad de presión en el embrague de

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Page 38: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

placas múltiples creado por la rampa de bolas depende de la fuerza de atracción de la placa de

levas. En la figura del lado derecho se indica el flujo de potencia y la secuencia de activación del

sistema. Las señales principales son las señales los sensores de ruedas delanteros y traseros y la

señal del acelerador. Basado en estas, la ATT ECU activa el embrague magnético y con este el

embrague múltiple a través de la rampa de bolas. Esto hace posible la transferencia de torque al

eje de propulsión delantera (vía piñón y cadena).

Señales de Entrada y Salida

El TCCM necesita varias señales de entrada para un control apropiado del sistema. Estas señales

de entrada son: el Sensor de Posición del Motor, para conocer la posición del motor selector para

la conexión del 4WD LO. El interruptor de auto/low para saber si esta seleccionado en modo

automático o 4WD LO. En caso de la transmisión automática, la señal N desde el relé de neutro.

El relé de neutro es controlado por el interruptor inhibidor. En caso de una transmisión manual, el

interruptor del embrague. Esto es para asegurar que la AT esta en neutro y que en caso de la MT,

el embrague esta presionado (similar a neutro), para una conexión fácil de la selección baja. La

entrada desde los sensores de velocidad de las ruedas para detectar la condición de detención del

vehículo para el enganche del 4WD LO si esta ha sido seleccionada y para detectar el

deslizamiento de las ruedas (delanteras/traseras) en caso del modo automático. La señal del TPS

para decidir la distribución de torque al eje delantero/trasero en caso del modo automático. El

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Page 39: Sistema 4 wd

Sistema 4WD

interruptor de freno para detectar la condición de distribución de frenado entre 0:100 y 10:90

dependiendo de la velocidad de la rueda del eje delantero o del eje trasero (para un frenado

estable y una menor distancia de frenado). La señal de ABS desde la unidad del ABS para

detectar su funcionamiento, en este caso, la distribución de torque es de 30:70 para conseguir una

condición estable de frenado. Después de procesar estas señales de entrada, el TCCM controla

las siguientes señales de salida: el motor selector para conectar y desconectar la selección baja.

El embrague electromagnético para controlar la distribución de torque entre el eje delantero y

trasero. La luz LO y la luz de 4WD para indicar la condición al conductor y para informar la

existencia de algún problema (4WD parpadeando). La salida de diagnóstico para el medidor (línea

K) y en caso de la transmisión automática, la señal LO a la unidad de control de la transmisión

para un mayor control de cambio. La finalidad de esta señal es ajustar el patrón de cambio a la

completa reducción de relación de engranajes.

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LIN Fits in at the

low

104.521Incremental cost per node

125K1M2M20K25.6MCAN-Cevent triggereddual wire

CAN-Bevent triggeredfault tolerant

LINmaster-slave

single wire bus