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giovedì, 18 Aprile 2024
  • Trasmissioni automatiche: stato dell’arte e prospettive

    Durante la seconda metà del secolo scorso, tre innovazioni tecnologiche hanno contrassegnato il progresso nella guidabilità degli autoveicoli commerciali: il servo-sterzo, il freno-motore, la trasmissione automatica, che specialmente per i mezzi di trasporto pesanti hanno fortemente contribuito all’incremento della sicurezza.
    Anche per gli autoveicoli passeggeri, due di tali innovazioni sono state positivamente adottate dai costruttori, benchè con diversa diffusione: servosterzo e trasmissione automatica, quest’ultima ancora sofferente di pregiudizi e di costumi di guida che ne consentono una diffusione assai più lenta e geograficamente differenziata. Ed è su questa innovazione che è incentrato il nostro rapporto al quale è attribuibile, fra l’altro, un apprezzabile contributo alla riduzione delle emissioni e al consumo di carburante, in controtendenza con quanto viene comunemente detto e creduto.

    Breve cronistoria
    Il cambio automatico ideato e realizzato negli anni ’30 dallo statunitense Borgwarner venne applicato negli anni ’40 sull’auto speciale del presidente F.D. Roosvelt il quale, notoriamente, era paralizzato alle gambe e doveva usare le mani per i comandi di acceleratore, frizione, freno, specialmente adattati sul volante, eliminandone in tal modo uno: la frizione. Da tale necessità derivò molto rapidamente una larghissima diffusione, talché l’uso del cambio automatico negli Stati Uniti d’America si aggira attualmente sull’86% dei veicoli privati, seguito a ruota dal Giappone col 73%, mentre l’Europa Occidentale oscilla attorno al 14%.
    Negli anni ’70, il cambio automatico equipaggiò per 2 o 3 stagioni anche le vetture Chaparral di F1 le quali non sfigurarono affatto rispetto alle colleghe dotate di cambio tradizionale: ma la cosa era a titolo prevalentemente di test di affidabilità, e non ebbe seguito ulteriore nello specifico.
    Costi di produzione, qualità, costante domanda globale di incremento tecnologico sono gli elementi principali che guidano l’industria mondiale dell’auto al perseguimento di rendimenti sempre migliori, e in pari tempo l’individuazione dei desideri dei clienti finali porta alla segmentazione dei modelli e a una sempre più ampia gamma di versioni sui mercati. Non sfugge a tale concetto, fra altre innovazioni, la configurazione dei sistemi di trasmissione che è anch’essa in aumento: quando diversi modelli di una marca sono basati sulla medesima base tecnica, le loro diversità (dai modelli sportivi, a quelli tradizionali, ai 4×4, ai minivan e ai pick-up) non sono limitate al solo propulsore.
    Diversi progetti di trasmissione con le loro caratteristiche variabili nei rapporti di velocità sono quelli che fanno la differenza: lo sviluppo nella trasmissione (o cambio) manuale o automatica, come ad esempio trasmissioni automatizzate, o trasmissioni a doppia frizione, oppure trasmissioni a velocità continua variabile, tutto serve a soddisfare le richieste individuali dei clienti.
    Un veloce esame della produzione mondiale mette più in chiaro che il cambiamento è irreversibile mentre alla progettazione e produzione statunitense di cambi automatici si è validamente affiancata quella europea ad opera della tedesca ZF oggi all’apice in quanto a qualità e affidabilità.
    Nel 1990, la ripartizione mondiale del tradizionale cambio manuale era del 58%, mentre dieci anni dopo, nel 2000, era scesa al 53%. In pari tempo, l’uso del cambio automatico è salito dal 42% al 46%, mentre la nuova nata CVT (Trasmissione Continua Variabile) ha incrementato la sua quota di mercato da uno modesto 0,3% ad un 1,2%.

    Previsioni future
    Ma questi dati non rivelano le differenze esistente tra il mercato NAFTA (America Free Trade Agreement, un accordo di libero scambio tra le nazioni del continente americano), l’Asia (col Giappone in testa) e l’Europa Occidentale. Nel NAFTA, i numeri non cambieranno molto tra il 2000 e il 2010, dato che il rapporto tra cambio automatico e cambio manuale è già solidamente sul 9 a 1. Ci sarà invece un cambiamento all’interno dei sistemi di trasmissione automatica dove 1 su 10 sarà del tipo CVT a trasmissione continua variabile.
    In Giappone, nel 2010 le trasmissioni automatiche manterranno e consolideranno l’attuale 80% di cui il 4% è costituito da CVT la cui quota è destinata ad aumentare. In alcune nicchie di mercato, le trasmissioni semi-automatiche (ovvero manuali ma senza frizione) occuperanno un 3% del totale, e ciò farà diminuire vieppiù la quota del tradizionale cambio manuale.
    Nell’Europa Occidentale invece la situazione è completamente diversa. L’Europa in generale, e l’Italia in particolare, è stata da sempre un mercato a predominante presenza di cambio manuale, e non si prevedono sostanziali mutamenti nel futuro; ma ci sarà comunque una diminuzione della quota di mercato. Nel 2010, il mercato dell’Europa Occidentale sarà diviso in diverse quote: le trasmissioni automatiche con marce differenziate e il CVT aumenteranno la quota dal 14% al 17%, mentre le trasmissioni semi-automatiche saliranno dal 4% al 7%. In nitense Borgwarner venne applicato negli anni ’40 sull’auto speciale del presidente F.D. Roosvelt il quale, notoriamente, era paralizzato alle gambe e doveva usare le mani per i comandi di acceleratore, frizione, freno, specialmente adattati sul volante, eliminandone in tal modo uno: la frizione. Da tale necessità derivò molto rapidamente una larghissima diffusione, talché l’uso del cambio automatico negli Stati Uniti d’America si aggira attualmente sull’86% dei veicoli privati, seguito a ruota dal Giappone col 73%, mentre l’Europa Occidentale oscilla attorno al 14%.
    Negli anni ’70, il cambio automatico equipaggiò per 2 o 3 stagioni anche le vetture Chaparral di F1 le quali non sfigurarono affatto rispetto alle colleghe dotate di cambio tradizionale: ma la cosa era a titolo prevalentemente di test di affidabilità, e non ebbe seguito ulteriore nello specifico.
    Costi di produzione, qualità, costante domanda globale di incremento tecnologico sono gli elementi principali che guidano l’industria mondiale dell’auto al perseguimento di rendimenti sempre migliori, e in pari tempo l’individuazione dei desideri dei clienti finali porta alla segmentazione dei modelli e a una sempre più ampia gamma di versioni sui mercati. Non sfugge a tale concetto, fra altre innovazioni, la configurazione dei sistemi di trasmissione che è anch’essa in aumento: quando diversi modelli di una marca sono basati sulla medesima base tecnica, le loro diversità (dai modelli sportivi, a quelli tradizionali, ai 4×4, ai minivan e ai pick-up) non sono limitate al solo propulsore.
    Diversi progetti di trasmissione con le loro caratteristiche variabili nei rapporti di velocità sono quelli che fanno la differenza: lo sviluppo nella trasmissione (o cambio) manuale o automatica, come ad esempio trasmissioni automatizzate, o trasmissioni a doppia frizione, oppure trasmissioni a velocità continua variabile, tutto serve a soddisfare le richieste individuali dei clienti.
    Un veloce esame della produzione mondiale mette più in chiaro che il cambiamento è irreversibile mentre alla progettazione e produzione statunitense di cambi automatici si è validamente affiancata quella europea ad opera della tedesca ZF oggi all’apice in quanto a qualità e affidabilità.
    Nel 1990, la ripartizione mondiale del tradizionale cambio manuale era del 58%, mentre dieci anni dopo, nel 2000, era scesa al 53%. In pari tempo, l’uso del cambio automatico è salito dal 42% al 46%, mentre la nuova nata CVT (Trasmissione Continua Variabile) ha incrementato la sua quota di mercato da uno modesto 0,3% ad un 1,2%.

    Previsioni future
    Ma questi dati non rivelano le differenze esistente tra il mercato NAFTA (America Free Trade Agreement, un accordo di libero scambio tra le nazioni del continente americano), l’Asia (col Giappone in testa) e l’Europa Occidentale. Nel NAFTA, i numeri non cambieranno molto tra il 2000 e il 2010, dato che il rapporto tra cambio automatico e cambio manuale è già solidamente sul 9 a 1. Ci sarà invece un cambiamento all’interno dei sistemi di trasmissione automatica dove 1 su 10 sarà del tipo CVT a trasmissione continua variabile.
    In Giappone, nel 2010 le trasmissioni automatiche manterranno e consolideranno l’attuale 80% di cui il 4% è costituito da CVT la cui quota è destinata ad aumentare. In alcune nicchie di mercato, le trasmissioni semi-automatiche (ovvero manuali ma senza frizione) occuperanno un 3% del totale, e ciò farà diminuire vieppiù la quota del tradizionale cambio manuale.
    Nell’Europa Occidentale invece la situazione è completamente diversa. L’Europa in generale, e l’Italia in particolare, è stata da sempre un mercato a predominante presenza di cambio manuale, e non si prevedono sostanziali mutamenti nel futuro; ma ci sarà comunque una diminuzione della quota di mercato. Nel 2010, il mercato dell’Europa Occidentale sarà diviso in diverse quote: le trasmissioni automatiche con marce differenziate e il CVT aumenteranno la quota dal 14% al 17%, mentre le trasmissioni semi-automatiche saliranno dal 4% al 7%. In controtendenza, le trasmissioni automatiche sui mezzi pesanti (specialmente i mezzi di trasporto pubblico) incrementano notevolmente la propria diffusione.
    Qual è la causa di questo lieve ma sicuro avvicinamento del mercato europeo ai sistemi di trasmissione automatica? La richiesta per una guida migliore e più comoda e consumi inferiori richiede non soltanto soluzioni tecnologiche ma anche economiche. Dei 14.5 milioni di trasmissioni automatiche attualmente installate su autovetture nell’Europa Occidentale, 12.2 milioni provengono direttamente dai fabbricanti d’auto. L’acquisto di componenti e sistemi per automatizzare le trasmissioni manuali realizza due obiettivi: i reparti delle trasmissioni automatiche dei fabbricanti d’auto proseguono a lavorare secondo richiesta e capacità, mentre l’automatizzazione delle trasmissioni aumenta la comodità di guida e di cambio marce, e ha anche il potenziale di ridurre il consumo di carburante.
    Il numero significativamente elevato di diversi modelli d’auto rappresenta un impulso addizionale per la segmentazione del mercato: le iniziative parzialmente sovrapponentesi per lo sviluppo di trasmissioni manuali e automatiche, ciascuna con 4, 5 o 6 rapporti, rendono quel segmento di mercato sempre più interessante.

    Da trasmissioni standard a soluzioni individuali.
    Di fronte a rilevanti costi di sviluppo di una nuova linea di trasmissioni, la ZF, leader nel settore e partner dei fabbricanti di automobili in Europa, segue e indirizza la richiesta per più e diverse trasmissioni. Molti progetti di base, ciascuno con una varietà di modifiche, sono attualmente in produzione, e un certo numero di nuovi sviluppi sono quasi pronti per la produzione in serie: ma non è sempre stato così. Quando nel 1925 la ZF presentò la sua prima trasmissione “standard”, ne vennero venduti 300 mila esemplari ai fabbricanti di automobili, semplicemente perché la fabbrica era in grado di produrli a costi più vantaggiosi di quanto potessero fare i fabbricanti di automobili. Il 1965 vide una innovazione fondamentale: un nuovo cambio automatico a 3 marce per motori di cilindrata tra 1,5 e 2,2 litri. Negli anni ’90, ZF è stata la prima in assoluto a offrire una linea completa di trasmissioni automatiche a 5 marce, il che permise ai fabbricanti di automobili di disporre di una trasmissione a 5 velocità adatta a quasi ogni loro sistema di trasmissione. Oggi, con la sua nuova trasmissione automatica a 6 velocità (myTronic6) la ZF guida ancora il settore, e sta curando ulteriori progetti innovativi, come CVT con convertitore di coppia, cambi in versione manuale e automatizzata, trasmissioni automatiche per installazioni longitudinali per veicoli a trazione anteriore, posteriore e 4×4, così fornendo nel mondo più di 20 fabbricanti d’auto.

    Il fattore ecologico come motore dell’innovazione
    Dal 2008, le automobili di nuova immatricolazione dovranno emettere il 25% in meno di ossido di carbonio rispetto a quelle immatricolate nel 1995: gli impegni dei fabbricanti in tal senso possono essere rispettati soltanto implementando una serie di misure atte a ridurre il consumo del carburante e le relative emissioni allo scarico. Uno sguardo alle passate generazioni di trasmissioni automatiche dimostra come soluzioni tecnologiche innovative nelle trasmissioni possono contribuire a realizzare tali riduzioni dei fattori inquinanti. Per esempio, il passaggio dal cambio automatico a 3 velocità a quello a 4 velocità ha portato a una riduzione del 4% nel consumo del carburante, e un ulteriore 5% è stato ottenuto con l’adozione del cambio automatico a 5 velocità. La nuovissima trasmissione a 6 velocità, già installata su alcuni modelli Bmw, Audi, Jaguar, e sulle nuove Rolls Royce, fa risparmiare il 15% del carburante rispetto agli stessi veicoli dotati di una trasmissione a 3 velocità. Uno dei motivi di tali risultati è la maggiore distribuzione dei rapporti di velocità: in particolare, il nuovo cambio a 6 velocità ha un rapporto molto maggiore che consente alte velocità con relativamente basso numero di giri del motore.
    Due versioni, 6HP26 e 6HP32, già introdotte in produzione di serie, sono destinate a motori con controtendenza, le trasmissioni automatiche sui mezzi pesanti (specialmente i mezzi di trasporto pubblico) incrementano notevolmente la propria diffusione.
    Qual è la causa di questo lieve ma sicuro avvicinamento del mercato europeo ai sistemi di trasmissione automatica? La richiesta per una guida migliore e più comoda e consumi inferiori richiede non soltanto soluzioni tecnologiche ma anche economiche. Dei 14.5 milioni di trasmissioni automatiche attualmente installate su autovetture nell’Europa Occidentale, 12.2 milioni provengono direttamente dai fabbricanti d’auto. L’acquisto di componenti e sistemi per automatizzare le trasmissioni manuali realizza due obiettivi: i reparti delle trasmissioni automatiche dei fabbricanti d’auto proseguono a lavorare secondo richiesta e capacità, mentre l’automatizzazione delle trasmissioni aumenta la comodità di guida e di cambio marce, e ha anche il potenziale di ridurre il consumo di carburante.
    Il numero significativamente elevato di diversi modelli d’auto rappresenta un impulso addizionale per la segmentazione del mercato: le iniziative parzialmente sovrapponentesi per lo sviluppo di trasmissioni manuali e automatiche, ciascuna con 4, 5 o 6 rapporti, rendono quel segmento di mercato sempre più interessante.

    Da trasmissioni standard a soluzioni individuali.
    Di fronte a rilevanti costi di sviluppo di una nuova linea di trasmissioni, la ZF, leader nel settore e partner dei fabbricanti di automobili in Europa, segue e indirizza la richiesta per più e diverse trasmissioni. Molti progetti di base, ciascuno con una varietà di modifiche, sono attualmente in produzione, e un certo numero di nuovi sviluppi sono quasi pronti per la produzione in serie: ma non è sempre stato così. Quando nel 1925 la ZF presentò la sua prima trasmissione “standard”, ne vennero venduti 300 mila esemplari ai fabbricanti di automobili, semplicemente perché la fabbrica era in grado di produrli a costi più vantaggiosi di quanto potessero fare i fabbricanti di automobili. Il 1965 vide una innovazione fondamentale: un nuovo cambio automatico a 3 marce per motori di cilindrata tra 1,5 e 2,2 litri. Negli anni ’90, ZF è stata la prima in assoluto a offrire una linea completa di trasmissioni automatiche a 5 marce, il che permise ai fabbricanti di automobili di disporre di una trasmissione a 5 velocità adatta a quasi ogni loro sistema di trasmissione. Oggi, con la sua nuova trasmissione automatica a 6 velocità (myTronic6) la ZF guida ancora il settore, e sta curando ulteriori progetti innovativi, come CVT con convertitore di coppia, cambi in versione manuale e automatizzata, trasmissioni automatiche per installazioni longitudinali per veicoli a trazione anteriore, posteriore e 4×4, così fornendo nel mondo più di 20 fabbricanti d’auto.

    Il fattore ecologico come motore dell’innovazione
    Dal 2008, le automobili di nuova immatricolazione dovranno emettere il 25% in meno di ossido di carbonio rispetto a quelle immatricolate nel 1995: gli impegni dei fabbricanti in tal senso possono essere rispettati soltanto implementando una serie di misure atte a ridurre il consumo del carburante e le relative emissioni allo scarico. Uno sguardo alle passate generazioni di trasmissioni automatiche dimostra come soluzioni tecnologiche innovative nelle trasmissioni possono contribuire a realizzare tali riduzioni dei fattori inquinanti. Per esempio, il passaggio dal cambio automatico a 3 velocità a quello a 4 velocità ha portato a una riduzione del 4% nel consumo del carburante, e un ulteriore 5% è stato ottenuto con l’adozione del cambio automatico a 5 velocità. La nuovissima trasmissione a 6 velocità, già installata su alcuni modelli Bmw, Audi, Jaguar, e sulle nuove Rolls Royce, fa risparmiare il 15% del carburante rispetto agli stessi veicoli dotati di una trasmissione a 3 velocità. Uno dei motivi di tali risultati è la maggiore distribuzione dei rapporti di velocità: in particolare, il nuovo cambio a 6 velocità ha un rapporto molto maggiore che consente alte velocità con relativamente basso numero di giri del motore.
    Due versioni, 6HP26 e 6HP32, già introdotte in produzione di serie, sono destinate a motori con alte prestazioni; ulteriori versioni adatte anche a motori con coppia più bassa e ai 4×4 seguiranno a breve a completamento della linea e nel medio termine andranno a sostituire gradualmente, ma completamente, le attuali trasmissioni a 5 velocità, largamente applicate.

    CVS – il cambio automatico a trasmissione continua variabile
    Diversamente dalle trasmissioni a 3, 4, 5 e 6 velocità, automaticamente ascendenti e discendenti, con gestione elettronica, il CVS offre una gamma illimitata di rapporti di cambio e velocità. Poiché ciò consente al motore di funzionare in modo ottimale nel suo ambito di giri al minuto, il CVT riduce anche il consumo del carburante del 10% rispetto alle trasmissioni tradizionali. Questo fatto della riduzione dei consumi va a sfatare certe leggende che parlano invece di aumenti di consumo in presenza di trasmissioni automatiche: se, forse, era così una volta, oggi la situazione si è capovolta. E questo rappresenta un beneficio importante per motivi che è superfluo sottolineare. Difficile stabilire quale tipo di trasmissione automatica è migliore: dipende molto dal tipo di automobile, dall’uso che l’utente intende fare della stessa, dalla percorrenza annuale, ecc. Quindi, la domanda circa quale dei due tipi di trasmissione automatica prevarrà nel futuro, a lungo dibattuta, è tuttora controversa. Importante è invece che i fabbricanti di auto possano disporre di un’ampia scelta di prodotto: sono loro a giudicare e decidere quale tipo di trasmissione è più confacente a quel determinato modello, quale assicura una guida più confortevole, o più sportiva, o semplicemente più divertente. Alcuni fabbricanti arrivano a proporre, per lo stesso modello di veicolo, fino a 3 diversi sistemi di trasmissione, lasciando al cliente la decisione. E la Bmw Z4 è l’esempio più recente: chi desidera una guida molto sportiva oppure chi preferisce “lavorare di cambio” ordina la Z4 con cambio manuale; chi preferisce una guida più rilassante, opta per la trasmissione automatica; e per coloro che sono indecisi, c’è una Z4 in versione semi-automatica. Tre diverse soluzioni offerta dalla ZF.

    Veicoli commerciali e da trasporto
    C’è un cambio automatico anche per loro: lo ZF AS Tronic, adottato da molte prestigiose marche del settore. Chi non ricorda i mezzi di trasporto urbani dotati di cambio manuale, con gli autisti impegnati a frequentissime e estenuanti manovre sulla leva del cambio, e conseguenti sobbalzi, vibrazioni, partenze e arresti in perdita di equilibrio? I nuovi bus urbani, dotati di cambio automatico, hanno completamente capovolto la situazione, con un vantaggio sia dei passeggeri sia dei conducenti ottenendo consumi inferiori e inquinamento ambientale ridotto.

    Leggende
    Oltre alla leggenda sul maggior consumo, ora vorremmo spendere poche parole su un’altra leggenda: “il cambio automatico è delicatissimo e si rompe facilmente”, e lo facciamo con un paio di esempi.
    Nel cambio manuale, ogni qualvolta si cambia una marcia (specialmente a scalare, vero il basso) si fa intervenire la frizione la quale si comporta egregiamente quando le sue condizioni sono ottimali, quando cioè “stacca” e poi “riattacca” bene e consente un agevole inserimento dei diversi ingranaggi delle velocità. Quando invece tali condizioni ottimali non esistono, per molteplici motivi, oppure quando il fattore umano (il conducente) non sceglie bene i tempi, si hanno le famose “grattate”, oppure c’è la frizione che “slitta” specialmente in salita. Chi non è mai incorso in una di tali situazioni, scagli la prima pietra.
    Nella trasmissione automatica la frizione non esiste, e il collegamento tra gruppo propulsore e trasmissione avviene mediante il cosiddetto “convertitore di coppia” all’interno del quale c’è un liquido di trasmissione azionato da due turbo-eliche contrapposte, il quale fa cambiare le marce in funzione della velocità di giri del motore, a salire o a scendere. Da cui, impossibili le “grattate”, quindi niente danni agli ingranaggi, niente “slittate”, anche perché le singole marce possono essere usate anche in modo “fisso” ossia bloccandone il passaggio a quella superiore, quando necessario. Per rompere un cambio automatico (a meno di difetti originali di fabbrica, improbabili ma possibili) occorre farlo apposta: o trascurando il rabbocco del fluido di trasmissione (che è come dimenticare il livello olio nel motore e in un cambio tradizionale: si ingrippa tutto), oppure inserendo a forza e manualmente, agendo sul selettore e durante la guida in piena velocità, la retromarcia o la posizione “P” di parcheggio, cose ipotetiche che rientrano nel campo della follia pura (fattore umano, non meccanico). E cose peraltro impedite nei nuovi cambi automatici da un dispositivo di blocco del selettore stesso se il veicolo non è fermo, così come non è possibile inserire la marcia all’avviamento se non si preme il pedale del freno. Questa si chiama sicurezza!

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