Come funziona: La trasmissione

Che tu guidi un’auto sportiva da 500 cavalli o una utilitaria economica da 96 cavalli, tutta quella potenza sotto il cofano della tua auto o del tuo camion è inutile se la coppia del motore non arriva alle ruote motrici attraverso un complesso labirinto di ingranaggi.

In effetti, la trasmissione può essere la parte meno compresa di un veicolo. Le nuove innovazioni nella trazione integrale e a quattro ruote hanno solo peggiorato questa confusione per molti guidatori. Ecco un’introduzione che aiuta a spiegare il mistero sotto il pianale: cosa succede davvero quando si preme sull’acceleratore.

DRIVA ANTERIORE

Anche se la trazione anteriore si trova in classici come la Cord del 1929, la configurazione moderna più popolare è basata sulla Mini del 1959. Il suo creatore, Sir Alec Issigonis, mise il piccolo motore trasversalmente – di lato – sotto il cofano, montò la trasmissione e il differenziale in un’unità chiamata transaxle, e la installò sotto e dietro il motore. Mentre alcune front-driver hanno una trasmissione montata longitudinalmente da davanti a dietro, tutti i componenti sono ancora davanti. Poiché le ruote anteriori devono sterzare oltre che spingere, sono collegate ai semiassi tramite complessi giunti cardanici, chiamati giunti omocinetici, che possono trasmettere la potenza senza intoppi pur essendo gravemente articolati.

PRO

– Più spazio per le persone e il carico.
– Migliore economia di carburante grazie al peso ridotto.
– Migliore trazione sul bagnato grazie al peso sopra le ruote motrici.

CON
– Maggiore usura dei pneumatici anteriori e della sospensione.
– Il vano motore angusto rende difficile la manutenzione.
– Limita la quantità di potenza che le ruote anteriori possono gestire senza rendere lo sterzo imprevedibile.
– Trazione sul bagnato ridotta sugli aggiornamenti.

Transaxle

Il funzionamento di qualsiasi transaxle è esattamente lo stesso di qualsiasi trasmissione. La differenza è questa: Invece di essere collegato tramite un lungo albero di trasmissione all’asse posteriore, l’albero di uscita della trasmissione aziona un grande ingranaggio che si ingrana direttamente con la corona del differenziale. E il differenziale stesso (che sarebbe montato sull’asse posteriore in un’auto rwd) si trova nell’alloggiamento del transaxle, montato parallelamente alla trasmissione. Quando viene applicata la potenza, il differenziale la distribuisce alle due ruote anteriori tramite semiassi.

Trasmissione a variazione continua (CVT)

I CVT stanno guadagnando popolarità e sono utilizzati in diverse nuove Ford, Saturn e Audi. Invece di ingranaggi, il CVT usa una cinghia tra due pulegge. Una è guidata da un albero dal motore, l’altra guida un albero verso il differenziale e gli assi motore. Entrambe le pulegge sono divise in modo che le loro metà possano scorrere più vicine e più lontane. Man mano che la cinghia sale e scende nelle pulegge, cambiano i rapporti di trasmissione effettivi tra l’albero motore e quello guidato.

DRIVA POSTERIORE

Sempre il classico, la trazione posteriore è stata praticamente l’unico sistema di trasmissione per molti anni. Un motore montato longitudinalmente, con la trasmissione avvitata direttamente su di esso, invia la potenza tramite un albero di trasmissione a un differenziale sull’asse posteriore. Il differenziale gira la potenza di 90° e la invia alle ruote posteriori. (Alcune auto sportive come Corvette, Ferrari e Porsche mettono una trasmissione combinata e un differenziale – o transaxle – nella parte posteriore.)

L’albero di trasmissione si collega tramite giunti cardanici di tipo yoke e un giunto di espansione scanalato per permettere il movimento verticale e longitudinale della sospensione.

PRO
– Una migliore distribuzione del peso anteriore/posteriore si traduce in una gestione più agile.
– Facilità di servizio grazie alla diffusione dei componenti.
– Meno usura perché i pneumatici anteriori non devono sia sterzare che tirare la macchina.

CON
– Scarsa trazione e stabilità sul bagnato senza sofisticati controlli elettronici.
– Spazio ridotto per passeggeri e carico.

Trasmissione manuale

Il cambio è accoppiato al motore tramite un disco frizione caricato a molla e rivestito su entrambi i lati di materiale d’attrito. La frizione deve essere disinnestata per cambiare le marce, e la trasmissione deve essere in folle, o la frizione disinnestata, per fermare il veicolo mentre il motore è in funzione. La trasmissione consiste in un albero di entrata dal motore e un albero di uscita alle ruote motrici. Gli ingranaggi in entrata possono scorrere avanti e indietro per ingranare con i loro compagni in uscita. I coni di sincronizzazione tra gli ingranaggi scorrevoli e l’albero permettono un cambio fluido. La retromarcia è sul proprio albero.

Trasmissione automatica

Un convertitore di coppia pieno d’olio che moltiplica la coppia del motore all’interno della scatola della trasmissione permette un certo slittamento in modo che il veicolo possa essere fermato mentre il motore funziona. Una frizione a frizione incorporata nel centro del convertitore blocca i suoi alberi di entrata e di uscita alla stessa velocità per la navigazione in autostrada. La pressione idraulica controllata dal computer seleziona quale combinazione di ingranaggi all’interno di diversi set planetari può ruotare, cambiando i rapporti tra gli alberi di entrata e uscita.

Differenziale aperto

In curva, le ruote esterne formano un arco più ampio di quelle interne. Il differenziale deve garantire che le ruote esterne e interne possano girare a velocità diverse – da qui il nome – pur continuando a fornire potenza a entrambe le ruote. L’alloggiamento del differenziale di base contiene un grande ingranaggio ad anello che si ingrana con un piccolo pignone azionato dall’albero di trasmissione. Il rapporto tra l’anello e il pignone è noto come rapporto di trasmissione finale o rapporto dell’asse posteriore. L’anello dentato fa anche girare un supporto che contiene ingranaggi a ragno che ingranano perpendicolarmente e che permettono ai semiassi destro e sinistro di girare indipendentemente. Un rovescio della medaglia: La ruota con meno trazione limita la potenza applicata alla strada.

Differenziale a slittamento limitato

Il concetto di fornire trazione alla ruota motrice che non slitta con un differenziale a slittamento limitato risale almeno alla fine degli anni 50. Anche se ora ci sono molte rughe al vecchio tema, l’essenziale è lo stesso. Gli ingranaggi del ragno sono collegati meccanicamente per condividere la coppia indipendentemente dalle condizioni. Questo può essere fatto semplicemente aggiungendo pacchi frizione caricati a molla che impediscono agli ingranaggi a ragno di girare. La potenza scorre quindi verso entrambe le ruote fino al limite della capacità dei pacchi frizione. I ragni possono anche essere bloccati insieme pneumaticamente o elettricamente, ma questo vanifica la funzione differenziale.

FOUR- & TRAZIONE ALL-WHEEL DRIVE

Dal punto di vista della trazione, il migliore dei mondi è quando entrambe le ruote anteriori e posteriori spingono il veicolo. Tuttavia, l’asse anteriore e quello posteriore ruotano a velocità diverse, tranne quando si guida in una linea perfettamente dritta. Quindi l’unico modo in cui entrambi possono alimentare il veicolo nelle curve su strada asciutta è se c’è un differenziale tra loro. (Su superfici scivolose lo slittamento dei pneumatici compensa le differenze di velocità delle ruote.)

Molti veicoli a trazione integrale condividono gran parte della loro trasmissione con modelli simili a trazione anteriore ma aggiungono un differenziale centrale compatto, un albero di trasmissione e un differenziale posteriore. I veicoli a quattro ruote motrici usano un transfer case posto dopo la trasmissione che dirige la potenza ad entrambi gli assi anteriore e posteriore quando necessario. Quando è innestato, il transfer case guida due alberi di trasmissione separati che azionano differenziali individuali. Nessun differenziale centrale è usato sui veicoli 4wd veri che vanno fuori strada in modalità 4wd.

PRO
– Massima trazione su una varietà di superfici.

CON
– Peso aggiunto, che riduce il risparmio di carburante.
– Più cose da rompere.
– Costo più alto.

GUIDA FUTURA

Due decenni da oggi, ci si può aspettare che la potenza per spostare il vostro veicolo sarà elettrica. Probabilmente avrà un motore elettrico relativamente piccolo per ogni ruota, e i concetti di trazione anteriore, posteriore e integrale diventeranno obsoleti. L’elettronica sarà in grado di dirigere la potenza a qualsiasi ruota, a tutte le ruote allo stesso tempo, o a qualsiasi combinazione. L’elettricità sarà fornita da una cella a combustibile a idrogeno o da un motore a combustione interna alimentato a idrogeno che gira un generatore. Poiché i costi di sviluppo delle celle a combustibile sono ancora vertiginosi, un’alternativa più economica potrebbe essere quella di sostituire le stazioni di servizio con stazioni di rifornimento di idrogeno.

Accoppiamento viscoso

Questo è un differenziale senza ingranaggi. L’albero di ingresso dal transaxle (alle ruote anteriori) e l’albero di uscita alle ruote posteriori portano ciascuno una serie di piastre che sono alternativamente intrecciate e strettamente distanziate. tutte le piastre nuotano in un fluido speciale che trasferisce la potenza dall’ingresso alle piastre di uscita quando necessario. Se le ruote anteriori cominciano a slittare, il loro albero e le piastre girano più velocemente delle altre. Questo differenziale di velocità all’interno dell’alloggiamento agita e riscalda il fluido, che lo addensa e lega più strettamente le piastre alternate. Una parte della coppia viene ora inviata alle ruote più aderenti fino a quando quelle che girano riacquistano la trazione.

Differenziale Torsen

Il Torsen risale al 1983. Da allora è stato utilizzato da varie case automobilistiche, tra cui Audi e Hummer. Il Torsen moltiplica la coppia disponibile dall’asse che sta iniziando a girare o a perdere trazione, e la invia all’asse che gira più lentamente e ha una migliore trazione. Gli ingranaggi permettono un rapporto di coppia-bias di 4:1, il che significa che possono fornire quattro volte più potenza all’asse che non slitta rispetto a quella che può essere supportata dall’asse che slitta. Un grande vantaggio dei sistemi Torsen è che, essendo puramente meccanici, reagiscono molto rapidamente allo slittamento.

Caso di trasferimento

Questo è un cambio separato montato dietro la trasmissione. La potenza va alla cassa di trasferimento per essere diretta alle sole ruote posteriori o a quelle anteriori e posteriori. Un albero di trasmissione separato collega il transfer case a un differenziale sull’asse anteriore. La maggior parte dei casi di trasferimento offre anche due rapporti di marcia, per una gamma alta e una bassa. Mentre molti veicoli hanno ancora un caso di trasferimento innestato manualmente, molti ora offrono un innesto elettrico.

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