De todos los dispositivos de la cadena cinemática, la caja de cambios es el principal encargado en realizar la desmultiplicación del movimiento del motor, solventando la limitación de rango de régimen de giro utilizable y permitiendo adaptar la potencia disponible a las condiciones de utilización del vehículo.
La evolución que ha provocado la aplicación de la electrónica en la gestión de la caja de cambios posibilita una conducción cada vez más autónoma y eficiente, que se ejemplifica en la utilización de nuevos tipos de cajas de cambio como las manuales robotizadas, las de variador contínuo, las automáticas de control autoadaptativo, o las de doble embrague.
La caja de cambios recibe movimiento del motor por el eje primario, conducido por el disco de embrague. El estableciendo la desmultiplicación de cada una de las velocidades se realiza a través de un conjunto engranajes de diferente relación de giro, que pueden hacerse solidarios con el eje de salida mediante el desplazamiento de un sistema de horquillas, accionadas por la palanca de cambios.
Durante el proceso del cambio de marcha, el embrague cumple una doble función: por un lado, posibilitar la transferencia progresiva del par motor al iniciar el movimiento del vehículo, y por otro, permitir el desacoplamiento del disco conducido durante la transición de una marcha a otra. El movimiento de arrastre del volante motor al eje primario de la caja de cambios se dosifica por medio del resbalamiento entre el disco de fricción y el diafragma del embrague. El empuje de mando de rozamiento depende de la posición del pedal de embrague, siendo la posición de reposo la de acoplamiento máximo.
Además de la mejoría en la sincronización, la evolución alcanzó a otros componentes: la estructura interna de la caja de cambios pasó a disponer de dos a tres ejes y el número de marchas de la caja de cambios pasó de cuatro a cinco. La tendencia actual es seguir aumentando su número, lo que, por un lado, permite una relación de desmultiplicación más cerrada para una menor caída de revoluciones entre marchas, y por otro, el mayor escalonamiento del desarrollo del cambio que se consigue con una marcha adicional permite disponer siempre de una relación adecuada, tanto si se practica una conducción deportiva en una carretera sinuosa, manteniendo del rango de revoluciones entre el par máximo a la potencia máxima, como si se realiza una conducción reposada por autopista, en una marcha larga, a un bajo régimen de giro.
La aparición de los de los primeros modelos con caja automática se remonta a la década de los 40, en EEUU, un mercado en el que su utilización llegó a imponerse en la gran mayoría de los vehiculos vendidos. El sistema llegó a Europa unos años más tarde, donde, sin tanto éxito comercial, se ofreció inicialmente como equipamiento opcional en modelos de lujo, para después extenderse paulatinamente a la mayoría de las versiones disponibles.
La irrupción masiva de la electrónica no solo se produjo en las cajas automáticas accionadas por tren epicicloidal; a finales de los 90 se presentó el sistemas de cambio manual robotizado, en el que un sistema electrohidráulico realiza el accionamiento del pedal de embrague y el movimiento de mando de la palanca. La avanzada gestión electrónica de la unidad de control permite, además, el funcionamiento automático autoadaptativo y la función manual secuencial. Los sistemas pioneros en esta aplicación tecnológica fueron el DSG de BMW y el Selespeed de Alfa Romeo
La evolución de los componentes de mando electrónico permitió la fabricación de un tipo de caja automática basada en una tecnología que tan solo se había utilzado en algunos modelos de competición de los 80: la caja de doble embrague. El sistema dispone de un embrague multidisco bañado en aceite para las marchas impares y otro para las pares, lo que permite a la unidad de control anticipar la siguiente marcha, que será accionada de forma instantánea y exenta de tirones. La gestión del cambio incluye diferentes programas de cambio automático, y también permite el accionamiento manual secuencial. El funcionamiento del cambio, tanto en modo manual (desde la palanca o con levas en el volante) como en automático adaptativo, es de tal rapidez y suavidad que su utilización, que comenzó con el DSG del grupo VW, es cada vez es más habitual en el resto de los grupos de fabricantes.
De las distintos tipos de cajas de cambios disponibles, la automática de variador contínuo CVT, aunque disponible desde hace muchos años, ha sido la menos utilizada. El sistema no utiliza engranajes ni ruedas dentadas. Se basa en las multiples relaciones de desmultiplicación que se puede obtener entre dos poleas unidas por una cadena, mediante la variación continuamente el diámetro de la polea conductora y el de la polea conducida. El mando de desmultiplicación, que inicialmente estaba compuesto por un sistema hidráulico accionado por presión de aceite, es actualmente comandado por un accionamiento electrohidráulico activado por una unidad de control. Además del programa de funcionamiento automático, está disponible el modo manual, de hasta seis etapas de marcha simuladas. El sistema tiene una limitación técnica: no es capaz de transmitir un par motor superior a 30 mkg.
En los siguientes enlaces se facilitan algunos de los ejemplos de avería-tipo más representativos de la caja de cambios, extraídos de la actividad diaria de asistencia y documentación de la plataforma https://www.averiasresueltas.com:
- https://www.averiasresueltas.com/el-motor-no-arranca-y-el-cambio-automatico-indica-averia/
- https://www.averiasresueltas.com/no-se-puede-accionar-la-gama-de-desmultiplicacion-corta-de-todoterreno-low-range-en-la-caja-de-transferencia/
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https://www.averiasresueltas.com/perdida-de-progresividad-en-la-transmision-automatica-cuando-se-cambia-de-marcha/
En los próximos años, la hibridación de las áreas tecnológicas que posibilitan las redes de comunicación del vehículo facilitará la utilización de los datos de navegación para adaptar los programas de conducción de la caja automática a la orografía del terreno, lo que posibiltará, incluso, un importante ahorro de combustible. Las exigencias derivadas de las necesidades de seguridad y antipolución, y quién sabe si del hipotético establecimiento de una futura normativa que imponga la inclusión de la conducción “semiautónoma” en los vehículos, limitarán la utilización la utilización de los vehículos “analógicos”, que podría quedar restringida a eventos o lugares destinados a tal efecto.
Cuando llegue ese momento, la destreza que requería el manejo de un vehículo tradicional, con cambio manual, será un valor que caerá en desuso en favor de, al menos sobre el papel, una utilización cada vez más autónoma e inteligente. Entonces, los entusiastas del automóvil siempre encontrarán a faltar el placer de que suscitaba la conducción deportiva de un vehículo deportivo de disposición mecánica clásica y cambio manual.