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03/11/2015
TRASMISSIONI AUTOMOTIVE, L'EVOLUZIONE CONTINUA

Dal motore alle ruote

 

Non sono programmi radiotelevisivi ma quei gruppi meccanici che permettono di portare alle ruote motrici la potenza del motore. Le trasmissioni stanno conoscendo importanti evoluzioni, vediamone qualcuna

Nicodemo Angì

La trasmissione è indubbiamente uno dei componenti più importanti dell’automobile perché in sua assenza l’automobile non si muoverebbe, anche avendo il motore più potente sotto il cofano. Le moderne trasmissioni hanno raggiunto un grado di perfezionamento solamente immaginabile agli albori dell’automobilismo, periodo nel quale c’erano frizioni rivestite di cuoio e magari un cambio a due marce azionato da una leva lunga un metro o giù di lì.

La realtà di oggi è ben diversa: se gli ingegneri dell’epoca vedessero, per esempio, il nuovo cambio ZF a 9 rapporti probabilmente non crederebbe ai loro occhi. Questo moderno gruppo meccanico, pur avendo 9 marce e una notevole complicazione interna, è così compatto da poter essere montato in posizione trasversale nel vano motore delle auto a trazione anteriore.

 

Hai sempre la marcia giusta

I vantaggi sono evidenti: un numero così elevato di marce permette al motore di lavorare sempre al regime giusto e l’ampio range di rapporti permette di avere marce “corte” per accelerazioni brucianti così come rapporti distesi per diminuire i consumi e il rumore. ZF dichiara che alla velocità di 120 chilometri l’ora si ottiene una riduzione nei consumi del 16% mentre nel ciclo di omologazione europeo la diminuzione è del 10%. La possibilità di far lavorare il motore sempre ai regimi migliori permette anche un incremento dell’accelerazione: nello stacco da 0 a 100 km/h il miglioramento è di due secondi. Il punto di cambiata e la dinamica della cambiata stessa possono essere ritagliati su misura, avendo per esempio il massimo comfort o una guida sportiva. Il gruppo è abbastanza flessibile da permettere sia la trazione integrale sia l’uso di sistemi start-stop per il miglioramento dei consumi urbani. Il sistema prevede due frizioni e due freni di tipo multidisco, due innesti a denti diritti e quattro treni di ingranaggi epicicloidali; il convertitore di coppia bloccabile permette di eliminare le sue perdite di trascinamento.

Un’altra interessante evoluzione dei cambi automatici è proposta da Honda, che equipaggia la sua Acura TLX con un gruppo simile a un cambio a doppia frizione nel quale una delle due frizioni è sostituita da un convertitore di coppia. Questo accorgimento unisce la fluidità e l’assenza di strappi a bassa velocità dell’automatico classico con l’efficienza energetica dei doppia frizione. Il convertitore di coppia ha inoltre il gradito effetto collaterale di aumentare la coppia disponibile alle ruote, con un vantaggio nell’accelerazione, mentre il consumo migliora grazie alla spaziatura più fitta dei rapporti disponibili. Si potrà obiettare come il convertitore di coppia pesi e costi di più rispetto a una frizione ma, in realtà, gli svantaggi sono compensati dal poter fare a meno del costoso e pesante volano bimassa richiesto da un doppia frizione classico.

 

L’elettrico che ti aiuta

Grandi miglioramenti nelle trasmissioni sono poi consentiti dagli abbinamenti con motori elettrici, possibili in molti modi e finalità. Ricordiamo come le macchine elettriche non soltanto possano funzionare da generatori ma abbiano prestazioni complementari rispetto ai motori a scoppio, sviluppando coppie elevatissime a regimi di rotazione prossimi allo zero e riuscendo a girare molto “in alto”, essendo costituiti soltanto da organi in rotazione ben bilanciati. Queste caratteristiche permettono di costruire veicoli con rapporto di trasmissione fisso e privi di frizione. Questa soluzione è però adatta a vetture a basse prestazioni, quali le citycar: se si cercano prestazioni e rendimenti migliori occorre pensare a soluzioni diverse. Graziano, che fa parte del gruppo Oerlikon, ha una lunga tradizione nella costruzione di trasmissioni e cambi e ha concepito almeno un paio di interessanti soluzioni. Una prevede l’integrazione di un motore elettrico, dotato di una trasmissione a due velocità che gli consente di operare anche alle alte velocità, in un cambio sequenziale sportivo. La macchina elettrica recupera l’energia, implementa la retromarcia, aumenta le prestazioni (“sostenendo” il motore a scoppio quando serve) e può effettuare il torque infill, ossia rendere inavvertibili le interruzioni della trazione durante il cambio di marcia. Ancor più radicale, per così dire, è la sua proposta di un cambio a doppia frizione che usa due motori elettrici al posto delle frizioni stesse. La soluzione, che può montare i motori in posizione opposta o parallela, dispone di 4 marce e permette di fare a meno dei sincronizzatori perché un sofisticato controller - sviluppato da Vocis, una società del gruppo – permette ai motori di far girare gli alberi del cambio alla giusta velocità nel momento della cambiata. Usare due motori elettrici più piccoli – che possono funzionare anche contemporaneamente per le massime prestazioni - al posto di uno più grande permette poi di diminuire peso, ingombri e consumo.

 

L’ibrido retrofit

Un’altra interessante evoluzione delle trasmissioni è sviluppata da Bosch e consiste di una frizione a controllo elettronico che non solo permette di dosare finemente l’attacco della frizione, impedendo lo spegnimento del motore nel caso di manovra troppo brusca, ma permette di cambiare marcia senza premere il pedale e aiuta nel cammino a passo d’uomo in città. La eClutch disinnesta inoltre il motore durante i rallentamenti ad acceleratore rilasciato, consentendo così il cosiddetto “veleggiamento”. Questa frizione è azionata in maniera elettrico idraulica: il cilindro maestro viene azionato da una pompa elettrica invece che direttamente dal cilindretto collegato al pedale.

Ritornando all’elettrificazione dei powertrain segnaliamo, infine, un interessante prodotto che Schaeffler ha esposto all’edizione 2015 del Salone di Francoforte. Si tratta di un componente che permette di implementare la trazione ibrida in maniera piuttosto facile, inserendola eventualmente in trasmissioni già esistenti. Il modulo si chiama P2 e prevede una macchina elettrica, che può agire sia da motore sia da generatore, una frizione unidirezionale e una d’innesto. Le dimensioni sono molto compatte: il diametro esterno è di 270 mm mentre lo spessore è di 86 mm per la versione da 25 kW e 115 mm per quella da 48 kW (80 kW di picco). Il P2 permette di trasmettere fino a 800 Newtonmetri di coppia grazie a una robusta frizione che trasporta la coppia in una sola direzione. Il modo one-way è utile, per esempio, quando la macchina elettrica recupera l’energia: la frizione “stacca” e il motore termico non vien trascinato inutilmente. La coppia del motore elettrico è trasmessa da una frizione da 300 Newtonmetri e che usa un sistema elettromeccanico di azionamento, non richiedendo così componenti idraulici. La macchina elettrica riesce anche a stabilizzare il regime del minimo attivamente, permettendo l’uso di un volano più piccolo e recuperando quindi parte dello spazio occupato dal motore elettrico.

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