Cambio automatico come funziona: sapevi che il primo brevetto fu registrato nel 1931 da un italiano?
Conosciamo in questa breve rassegna come usare il cambio automatico, qual è la sua storia e perché per la sua manutenzione è fondamentale utilizzare eccellenti prodotti come i nostri Additivi Blue.
Il cambio automatico richiede un minimo di interazione con l’utente. Per questo esiste una leva denominata selettore che può essere spostata su una delle posizioni di seguito elencate
Esistono anche comandi (specialmente sugli autobus) formati da una pulsantiera generalmente con:
Poi, in aggiunta, anche 1 per limitare la marcia fino alla 1ª, 2 fino alla 2ª e 3 è stata gradualmente sostituita dal tasto D. per bloccare le marce.
A motore in moto per inserire la marcia (D o qualsiasi altro pulsante) occorre, per motivi di sicurezza, tener premuto a fondo il pedale del freno. Inoltre il guidatore ha a disposizione altri comandi del cambio automatico: nel pedale del freno (comandi frenatura idraulica) e nel pedale dell’acceleratore (kick down).
Una trasmissione con cambio a rotismi epicicloidali idraulico è solitamente costituito dalle seguenti parti:
Un dispositivo interposto tra il motore e il cambio che sostituisce la tradizionale frizione. Produce una variazione della coppia alle basse velocità e durante le accelerazioni, ma soprattutto azionato “al minimo” (ossia al minimo regime del motore) non trasmette momento torcente, se non di entità minima e comunque sempre vincibile da una minima azione dei freni. Un veicolo con convertitore di coppia ha quindi (salvo casi particolari) solo due pedali: acceleratore e freno. Tale organo meccanico è diffuso anche su veicoli su cui non è presente una trasmissione a cambio automatico, come in molte macchine operatrici, e in alcuni veicoli ferroviari. Il convertitore di coppia svolge anche una limitata regolazione continua del rapporto, in aggiunta al rapporto fisso del cambio.
Costituisce la parte principale di un cambio automatico. Il rapporto di trasmissione è determinato, come già detto, da un sistema di freni e frizioni agenti su sistemi epicicloidali.
Il centro di controllo di tutto il sistema. Tradizionalmente è costituito da un sistema idraulico in cui un fluido in pressione giunge da una pompa azionata dall’albero di ingresso, e qui viene regolato da un sistema di valvole premute da molle. Il sistema di valvole elabora la pressione della pompa e la pressione di un rivelatore centrifugo (oltre a un segnale idraulico determinato dalla posizione della leva di selezione e della valvola a farfalla) per determinare il rapporto da inserire.
La differenza di pressione tra due cavità determina l’apertura o la chiusura di una valvola di comando, consentendo o meno il passaggio del fluido che aziona gli attuatori di frizioni e freni. Si tratta di un vero e proprio calcolatore idraulico, e infatti in molti cambi moderni è un microprocessore ad azionare le valvole con l’aiuto di attuatori elettromeccanici. La complessità e il notevole numero di componenti costituenti il corpo valvole rendevano in passato il cambio automatico molto costoso rispetto al manuale. Oggi la produzione di massa ha ridotto la differenza di prezzo di questo optional.
Particolari cambi automatici idraulici hanno il corpo valvole comandato manualmente dal guidatore, il quale decide così il rapporto da inserire ma senza l’uso della frizione. L’impiego di questi cambi è limitato alle auto sportive o da gara. In alcuni modelli è possibile commutare tra la modalità manuale o quella automatica. Il sistema è però superato dal corpo valvole controllato elettronicamente.
Il tipo più diffuso di cambio automatico è proprio quello a rotismi epicicloidali. In queste realizzazioni un gruppo di sistemi epicicloidali in serie consentono di realizzare ciascuno un cambio di rapporto mediante il solo intervento di freni che agiscono, a seconda dei casi, sulla corona, sul pignone o sul portasatelliti, e talvolta anche mediante l’uso di frizioni (di solito multidisco) che rendano solidali tra loro due di questi tre elementi.
Il comando automatico della cambiata viene realizzato di solito sfruttando la pressione di un fluido in un circuito idraulico azionato essenzialmente da un rilevatore di velocità finale (tradizionalmente un meccanismo a dilatazione centrifuga), ma sempre più spesso anche sulla base di altri rilevatori, ad esempio della parzializzazione della carburazione, oppure del carico sopportato, oppure della pendenza del tracciato.
Denominato “cambio automatico progressivo di velocità” venne presentato e registrato in Italia nel 1931, a nome di Elio Trenta 1912-1934 di Città della Pieve.
Il brevetto venne rilasciato dal Ministero delle Corporazioni-Ufficio delle proprietà intellettuali con il numero 298415.
I modelli Oldsmobile del 1940 furono i primi veicoli ad avere un cambio completamente automatico, chiamato Hydra-matic, a quattro rapporti e senza frizione. Su questi modelli l’opzione cambio automatico era offerta a soli 57$. Negli anni cinquanta Oldsmobile produsse milioni di automobili con cambio automatico, dimostrandone la popolarità negli Stati Uniti.
Il cambio automatico idraulico fu poi introdotto da General Motors, Chrysler e Borg-Warner (produttore di cambi per Ford) nei primi anni cinquanta.
I primi modelli avevano due rapporti e non erano in grado di trasmettere molta coppia, poi a breve furono prodotti modelli a tre rapporti.
Negli anni ottanta si è avuto un salto tecnologico con l’introduzione della quinta marcia, che ha migliorato il rendimento energetico dei cambi idraulici nei lunghi viaggi. Un altro miglioramento notevole risalente al medesimo periodo fu l’introduzione del convertitore di coppia a frizione (TCC o Lockup torque converter).
Il sistema consiste nell’abbinare al convertitore di coppia una frizione comandata da un elettromagnete, in grado di connettere direttamente l’ingresso con l’uscita quando determinato dal computer di bordo. Eliminando gli attriti del fluido nel convertitore di coppia a velocità elevate, questo sistema offre un ulteriore risparmio di carburante.
È stato fatto similmente un tentativo di migliorare il rendimento con una frizione sul rapporto per la marcia veloce che intervenga automaticamente oltre una certa velocità. Il risultato è però un sistema troppo invadente, con continui inserimenti e disinserimenti in certe condizioni che comportino piccole variazioni di velocità, quali il vento.
Con l’aumento delle prestazioni dei computer di bordo, tra gli anni ottanta e novanta una parte sempre maggiore delle funzioni delle valvole è stata trasferita nell’elettronica. Il controllo delle valvole da parte del computer (alcuni produttori dedicano un microprocessore specializzato solo per il controllo del cambio) rende l’intervento più preciso e consente in alcune auto l’adozione del controllo semi-automatico sequenziale o robotizzato o anche “semi-sequenziale”, in cui il guidatore indica al computer quali rapporti inserire o viene gestito interamente dal computer.
Questi cambi migliorano notevolmente il comportamento in discesa e l’utilizzo del freno motore; alcuni modelli sono in grado di riconoscere lo stile del guidatore e adattarsi di conseguenza.
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