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24/04/2013
CORRERE IN MODALITÀ IBRIDA A 300 ALL'ORA

DAL MOTORE ALLE RUOTE

Conciliare sportività, ecologia ed efficienza: è questa la promessa del nuovo cambio Hybrid Amt

Nicodemo Angì

LE SFIDE più difficili sono le più belle da vincere e la cosa vale anche nel campo della tecnologia.
Come coniugare, ad esempio, la trazione ibrida (con tanto di recupero dell’energia in frenata e marcia a emissioni zero) con velocità dell’ordine dei 300 km/h e cambi di marcia che durano pochi millisecondi, così come richiesto dalle supercar sportive?
La soluzione è in due nomi: Graziano e Oerlikon. Il primo, schiettamente italiano, è quasi sinonimo di trasmissioni, ingranaggeria e cambi di velocità. Il nome Graziano non è forse notissimo al grande pubblico ma gli addetti ai lavori sanno bene che l’azienda ha una grande esperienza – ha iniziato a operare nel 1951 – nelle trasmissioni per veicoli di ogni tipo, con un ventaglio di applicazioni che spaziano dalla Fiat Panda ai bus cittadini e alle supercar leggendarie a marchio Aston Martin, Ferrari e Lamborghini.
L’esser entrata a far parte, nel 2007, del gruppo Oerlikon ha espanso ulteriormente le competenze di Graziano, che ha potuto così, fra l’altro, approfondire le sue esperienze nel settore della trazione ibrida ed elettrica.
Prima di parlare di questo cambio così speciale apriamo un inciso per elencare, molto in breve, pregi e difetti dei vari tipi di cambio attualmente usati.


Schemi, differenze, pregi e difetti
Il cambio automatico “all’americana” (quello con il convertitore di coppia) ha una dolcezza di funzionamento proverbiale e un’altrettanto famosa ingordigia energetica, essendo poco efficiente e pesante. Questa sua bulimia è imputabile in gran parte proprio al convertitore di coppia e ai suoi slittamenti e trascinamenti, ragion per cui i gruppi più moderni bloccano il convertitore stesso nei rapporti superiori.
Il cambio a doppia frizione è molto simile ai classici manuali ma si discosta da questi per il fatto di avere tre alberi al posto della classica coppia primario-secondario. In pratica si tratta di due cambi in parallelo, uno dei quali implementa le marce pari e l’altro le dispari. Ognuno dei due alberi secondari ha la sua frizione e questo permette cambi di rapporto molto veloci, dato che la marcia successiva – ad esempio la terza – può essere già innestata mentre è ancora attiva la seconda. La cambiata si effettua così “aprendo” una frizione e “chiudendo” l’altra, ottenendo passaggi di rapporto veloci e senza interruzioni nel flusso della coppia motrice grazie al preciso controllo operato dalle moderne gestioni elettroniche. Questo schema è però più complicato, pesante e con maggiori attriti rispetto allo schema a due alberi manuale, che rimane un campione di efficienza e leggerezza.
Il cambio robotizzato ha pregi simili a quelli del cambio manuale (semplicità, leggerezza e rendimento) ed è facile capire il perché: si tratta infatti di un cambio a due alberi nel quale la selezione delle marce e l’innesto della frizione sono operati da servomeccanismi. La sua vicinanza concettuale con il cambio manuale fa sì che esso ne erediti anche il senso di “vuoto” nel cambio di marcia, ossia l’interruzione del flusso della coppia quando si disinnesta la frizione.
La proposta Oerlikon Graziano, che inizierà le prove su strada fra pochi mesi, si chiama Hybrid Amt (Automated Manual Transmission) e prevede un gruppo robotizzato al quale l’abbinamento con un motore elettrico e una sofisticata elettronica di controllo donano molte delle doti della doppia frizione senza ereditarne i difetti.
Uno dei più importanti compiti ai quali è deputata la macchina elettrica è infatti colmare il “vuoto” nella coppia motrice che si avverte quando si disinnesta la frizione durante il cambio di marcia. La logica di comando dell’Hybrid Amt, che “sa” quando verrà disinnestata la frizione, attiverà il motore elettrico in modo da colmare – con un meccanismo chiamato Torque Infill – il buco di coppia e rendere così praticamente inavvertibile il cambio di marcia.


L’ibrido tuttofare
Il compatto ma prestante motore elettrico – 120 kW di potenza e 200 Nm di coppia massimi – immette la sua energia tramite un innesto e un gruppo epicicloidale a due velocità, la cui presenza ha ben fondate ragioni tecniche e prestazionali.
I motori elettrici hanno una grande attitudine a girare “in alto”, dato che il rotore ha simmetria circolare e può essere bilanciato perfettamente; questa dote è ancor più sviluppata nelle unità brushless, vista l’assenza dei contatti striscianti (spazzole).
Questa peculiarità permette di impiegarli, in molti casi, collegandoli alle ruote tramite una semplice riduzione di ingranaggi a rapporto fisso.
Se il veicolo raggiunge velocità molto alte un rapporto di riduzione unico potrebbe però non bastare ed è per questo che l’Hybrid Amt interpone fra il motore elettrico (che arriva comunque a 14.000 giri/minuto) e il differenziale il già citato riduttore epicicloidale a due rapporti.
La macchina elettrica associata a questo cambio a 6 marce assolve anche ad altri importanti compiti, come il recupero di energia in frenata ed eventualmente l’attuazione di una funzione Kers, ottenibile caricando dei supercondensatori in frenata per ottenere poi un surplus di accelerazione scaricandoli sul motore elettrico in uscita di curva.
È interessante sapere che il motore elettrico permette poi di eliminare l’alberino ausiliario e gli ingranaggi necessari alla marcia indietro (esso può invertire tranquillamente il suo verso di rotazione), permette la marcia a emissioni zero e può essere usato per ricaricare la batteria.
La robusta coppia che il motore elettrico può erogare, velocemente e in maniera molto flessibile, permette inoltre di ottenere uno sfruttamento ottimale dei motori sportivi – magari un po’ “scorbutici” – anche con un cambio a soli 6 rapporti.
Il motore elettrico interviene anche per limitare i carichi termici sulla frizione, contenendoli in limiti accettabili anche nell’uso gravoso.
Possiamo anche ipotizzare che la versatilità di questo cambio “elettrificato” permetterà di implementare facilmente varie modalità (sport, eco, rain e così via) di funzionamento del gruppo motore-trasmissione selezionando differenti mappature di controllo. Al riguardo va citato il contributo di Vocis, azienda del gruppo specializzata nell’integrazione elettro-idraulica e nei sistemi e software di controllo.
Il gruppo Hybrid Amt di Oerlikon Graziano, quindi, non è soltanto un concentrato di tecnologia e inventiva ma incarna una delle tendenze più evolute dell’attuale panorama motoristico: l’uso a tutto campo dei motori elettrici nella trazione ibrida. Essi infatti non verranno usati soltanto per recuperare energia o muoversi a emissioni zero ma permetteranno di aumentare il comfort e le prestazioni delle unità termiche migliorandone, in maniera flessibile, le caratteristiche di erogazione e sfruttabilità.

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