Cambio automatico del futuro: leggi tutte le informazioni utili su caratteristiche e potenzialità.
Il cambio su di un veicolo ha la funzione di portare in modo soft dolce e graduale una coppia contraria a quella della resistenza all’avanzamento del mezzo. Lo scopo è, poi, di aumentarla ed ottenere la velocità desiderata dal driver.
I motori termici hanno il grande limite di avere una coppia che riesce appena a tenere in moto un motore, se è a basso numero di giri. In base ai giri di motore, invece, eseguono la coppia massima tra i 2000 e 4000 giri oltre il punto di coppia massima. I costruttori di veicoli evitano di portare il regime di giri motore. Questo, infatti, farebbe diminuire in modo radicale il punto di coppia massima (quindi la potenza alle ruote). Il tutto, naturalmente, a discapito anche dei consumi (questo avviene tramite gestione centralina).
Nel voler analizzare il cambio automatico del futuro, occorre precisare un’altra funzione importante del cambio in generale. Il supporto del veicoli in salita tramite il cambio è fondamentale. Il mezzo, infatti, possiede una coppia limitata e di scarsa elasticità. Senza il cambio, il motore, anche spingendo tutto il gas, non ce la farebbe.
Il cambio, quindi, passando ad una marcia inferiore, sostiene la salita dell’auto o del veicolo.
Può essere utile un esempio. Un ciclista, in salita, ha bisogno di maggiore forza, pur restando uguali i giri di pedale. Nel momento in cui la sua forza non è più sufficiente, dovrà intervenire sul cambio. Nello specifico, avrà bisogno di un rapporto di cambio per sviluppare meno velocità, diminuendo lo sforzo al pedale.
Per parlare di cambio automatico del futuro, è bene spiegare il funzionamento di moderni motori.
I motori da competizione presentano coppia molto alta e poca elasticità. Hanno, dunque, bisogno di molte marce. Da questo si intuisce che il numero di marce va a sopperire alla scarsa elasticità.
I motori moderni derivano sempre di più dalle competizioni. Essi, quindi, hanno la necessità di avere un numero di marce molto elevato. Esse, infatti, aiutano ad avere elasticità e a limitare i consumi di carburante. Il tutto deve garantire la coppia, tentando di di non perderla a seguito di un cambio di rapporto troppo elevato. Sarebbe utile avere un infinito numero di rapporti per non perdere mai la coppia motore.
Nel settore delle automobili i costruttori stanno sempre più dotando i veicoli di motori elettrici. Quali vantaggi hanno?
Il motore elettrico ha la sua coppia da subito, quindi a veicolo quasi fermo. Si sa, infatti, quale grande spunto possiedono questi mezzi in partenza. Possiamo, quindi, comprendere per quale motivo molte di queste auto sono dotate di un cambio C.V.T. a variazione continua. Da un regime di coppia immediata e costante, il cambio opera tutte le variazioni di rapporto di continuo. Questo processo avviene anche senza l’intervento radicale sui giri del motore (funzionamento tipo degli scooter con variatore).
I costruttori fanno a gara per aumentare il numero dei rapporti nei veicoli da loro proposti. Ecco alcuni esempi:
Questi aspetti, in realtà, sono stati modificati dalla Comunità europea nel 2001 con le direttive sulla C02 e sui consumi.
L’utilizzo dell’elettronica legata all’iniezione dei carburanti nel motore, ha permesso di ridurre l’importanza del regime di coppia e la sua elasticità. I motori moderni, a benzina o a Diesel, viaggiano ad un regime di 1500-1800 giri a pieno gas (Full Throttle). La massima potenza, quindi, verrà raggiunta con un utilizzo intenso del cambio. Questo richiederà tante marce così da raggiungere accelerazioni eccellenti con consumi al minimo. Il cambio cercherà di arrivare alla velocità massima consentita nella marcia più alta e al regime motore più conveniente per i consumi.
Le normative europee impongono delle specifiche richieste alle case costruttrici di veicoli. La prima è di percorrere tre accelerazioni fino a 50 km orari nelle tre marce inferiori. La seconda è di eseguire una prova sino a 90 km orari. L’ultima prova richiesta è a 120 km orari in autostrada. Il risultato migliore, naturalmente, lo darà chi consuma e inquina di meno. In questo modo si ottiene il titolo di auto dell’anno.
Per superare le prove e vincere, i costruttori seguono una serie di politiche e di alchimie. L’aspetto prioritario, però, è il numero di rapporti del cambio. Con un numero infinito di rapporti e con l’elettronica a regime di giri costanti, a garanzia di consumo minimo, cambiando di continuo i rapporti del cambio, il veicolo arriverebbe alle velocità consentita. Il motore, inoltre, avrebbe una rotazione costante (meno consumi).
Se si arriva al consumo fuori norma, le centraline motore-cambio riescono a rilevarlo nell’immediato. La reazione, quindi, è il taglio della potenza e della coppia per favorire i consumi.
Vi sveliamo una curiosità, i moderni cambi sono in grado di memorizzare lo stile di guida del driver, adattandosi ad esso. Addirittura, con cambio automatico del futuro e nei cambi più moderni, diversi stili possono essere memorizzati.
Questa caratteristica della memorizzazione della guida non è possibile nel cambio a 5 rapporti fissi. Occorre, in tal caso, aumentare il numero di rapporti. Se ne deduce, allora, che i cambi manuali non ci saranno più nei veicoli prossimi. Il cambio automatico del futuro sarà elettronico e consentirà alte performance su consumi e sicurezza.
La sfida del cambio automatico del futuro con molti rapporti è di arrivare alla variazione continua (vedi cambio C.V.T molto in uso in Asia). Questo servirà a dare slancio alle vetture pesanti e potenti, che hanno penalità in partenza.
L’alto numero di rapporti non riduce comfort nella guida su strada. Il driver, infatti, una volta aver inserito la funzione “drive”, dà completa affidabilità alle decisioni impercettibili della centralina di gestione. Quest’ultima, tramite le doppie frizioni e la sincronia veloce e perfetta della gestione elettronica, cambierà in modo dolce e non percettibile da conducente.
L’articolo scritto è indirizzato soprattutto ai miei colleghi meccanici, spesso dubbiosi sull’efficienza dell’incremento elevato delle marce. Loro, infatti, credevano che fosse un’ azione commerciale e di propaganda dei costruttori, piuttosto che una reale esigenza.
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La manutenzione, lo ricordiamo sempre, è la chiave della corretta funzionalità del cambio automatico del futuro e dei cambi nuovi.
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Area Tecnica Prime Technology
Paolo Salce
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