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domenica, 14 Luglio 2024
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    Le “four wheel drive”, cioè le trazioni integrali, in questi ultimi anni stanno riscuotendo un successone: lo dimostrano le vendite, così anche quelle Case che precedentemente non le producevano oggi si sono adeguate alle richieste degli automobilisti. Le soluzioni adottate sono varie perciò vi proponiamo un approfondimento sul loro funzionamento e una panoramica completa di quanto offre oggi il mercato, dalla A di Audi alla V di Volvo, passando per Bmw, Daihatsu, Fiat, Honda, Jaguar, Mazda, Mercedes, Mitsubishi, Porsche, Renault, Seat, Skoda, Subaru, Suzuki e Volkswagen.

    Lungo una strada rettilinea tutte le auto si comportano in maniera analoga e possono viaggiare bene o male tutte alla stessa velocità. I problemi sorgono quando la strada inizia a curvare, perché in questa condizione le ruote esterne percorrono una traiettoria maggiore di quelle interne, com’è facilmente dimostrabile.

    Nessun problema per le ruote dell’asse privo di trazione, poiché libere e, anche se collegate rigidamente, dotate di cuscinetti alle estremità che compensano facilmente le velocità relative (come si può ben vedere chinandosi sotto i veicoli commerciali a trazione anteriore), ma per quelle dell’asse traente (cioè collegato col motore) che succede? Il motore non può certo trasmettere la potenza a una sola ruota, altrimenti il comportamento della vettura sarebbe del tutto squilibrato, ma su entrambe le ruote di uno stesso “asse” in parti proporzionali. In curva, la potenza trasmessa alle due ruote motrici deve essere regolata quindi da un dispositivo in grado di “differenziare” la minore velocità periferica della ruota interna al raggio di curvatura, da quella esterna: il differenziale. Ancora ben visibile sui 4×4 e sui veicoli commerciali a trazione posteriore, è un dispositivo meccanico che agisce su due semiassi di uno stesso ponte traente, anteriore o posteriore che sia, e che ha risolto perfettamente il problema di diversificare la trazione sul lato sinistro e destro della vettura tranne in una condizione: quella di fondo a scarsa aderenza. Infatti, siccome il differenziale funziona sommando sulla ruota esterna i giri perduti da quella interna, se una delle due ruote si ferma, l’altra gira a velocità doppia. Di conseguenza, se una delle due ruote motrici va a finire su fondo fangoso o ghiacciato, non incontrando resistenza, questa gira a vuoto, assorbendo tutti i giri dell’altra che pertanto resta ferma. E con una ruota che gira a vuoto e l’altra ferma, non si hanno più dubbi: il veicolo è impantanato. Stesso discorso se uno dei semiassi si spezza: non si può più procedere perché lo spezzone di semiasse, essendo libero, gira a velocità doppia dell’altro, che pertanto resta fermo. Unica soluzione possibile in questi casi estremi è disporre del blocco del differenziale, un dispositivo in grado di rallentare o bloccare la ruota che gira a vuoto per conferire motricità a quella ferma. Se, come si vede, il differenziale è fondamentale per una trazione su due ruote, figuriamoci per un sistema a trazione integrale, che di differenziali ne vuole almeno due se non tre! Di gran lunga il più sicuro su fondi a scarsa aderenza (pioggia, neve, ghiaccio, fango), il sistema a quattro ruote motrici accusa però, proprio per la presenza di più meccanismi di controllo rispetto a un “tutto avanti” o “dietro”, maggiori consumi di carburante, attriti (leggi rumori), peso del veicolo e quindi inferiori doti velocistiche. Dicevamo almeno due/tre differenziali: uno per l’avantreno, l’altro per il retrotreno e l’ultimo interposto fra i due collegato all’albero di trasmissione, che quindi è diviso in due tronconi. Questo perché la coppia del propulsore deve essere opportunamente ripartita fra avantreno e retrotreno entrambi divenuti traenti (di qui il bisogno di almeno due differenziali), tramite il collegamento fra di loro con due alberi di trasmissione comandati dal terzo differenziale, quello centrale o da un giunto viscoso.

    In una visione schematica, significa che se i differenziali anteriore e posteriore devono salvaguardare principalmente la dinamica trasversale del veicolo (velocità delle ruote di destra e sinistra), quello centrale deve assistere al trasferimento di coppia longitudinalmente laddove necessaria: se l’avantreno perde aderenza, la coppia deve essere trasferita al retrotreno e viceversa o deve essere quanto meno mantenuta fissa in determinati valori studiati dal costruttore, come è il caso di Bmw serie 3 x e Mercedes classe C e S 4matic.

    Ma rispettiamo l’ordine alfabetico e partiamo dall’Audi, o meglio dal gruppo Vag che comprende anche Skoda e Seat.

    Secondo il GRUPPO VAG

    I quattro marchi adottano lo stesso tipo di trasmissione integrale: per i modelli che montano il propulsore trasversale, il gruppo VAG ha scelto la frizione Haldex, per quelli con motore longitudinale, il differenziale centrale Torsen (TORque SENsing, ossia differenziale sensibile alla coppia). In particolare l’Haldex è montato su Audi A3 1.8t Quattro da 150 e 180Cv, 1.9 tdi Quattro da 130Cv, S3 1.8 da 225Cv, TT 1.8t da 180 e 225Cv, sulle Seat Leon 1.8t da 180Cv e 1.9 tdi da 150Cv e Alhambra 1.9 tdi da 115Cv, su Skoda Octavia 1.8t da 150Cv e 1.9 tdi da 101 e su Volkswagen Golf 2.0 da 115Cv, 1.9 tdi da 130 e 150, Bora 2.0 da 115 e 1.9 tdi da 130 e Passat 1.9 tdi da 130 e 150Cv. Mentre il Torsen è montato sui restanti modelli con motore in configurazione 4 cilindri longitudinali (solo per Audi dalla A4 in su), 5, 6, 8 cilindri a V e W.

    La frizione HALDEX, molto più di un giunto viscoso

    Le vetture equipaggiate con la frizione Haldex, in luogo dell’usuale giunto viscoso, che analizzeremo di seguito, non sono vere e proprie trazioni integrali permanenti, ma trazioni integrali “on demand”, cioè la trazione sull’asse posteriore viene attivata solo quando le ruote posteriori perdono aderenza: praticamente solo quando si verifica una differenza di velocità fra asse anteriore e posteriore. La reazione dell’Haldex è nettamente più veloce nel trasferire e gestire la coppia motrice ai due assi rispetto a un giunto viscoso, poiché la prima dispone di un circuito dell’olio separato gestito elettronicamente, che consente così di configurarsi perfettamente anche con l’elettronica di sicurezza del mezzo. Infatti, uno dei punti deboli delle trazioni integrali è l’incompatibilità con ABS e ESP. In frenata, se le ruote sono collegate meccanicamente tra loro (con alberi di trasmissione, differenziali, giunti viscosi) nascono effetti rotatori che i sensori attribuiscono all’aderenza di ciascun pneumatico, piuttosto che al collegamento con altre ruote. L’elettronica mal digerisce questo collegamento e impiega tempo per effettuare i calcoli. Per evitare questo disguido, nell’Haldex, appena si toccano i freni, un apposito sensore interviene sulla centralina, che a sua volta azzera la pressione, interrompendo il collegamento fra i due assali. Vediamo ora com’è costituita: il cuore della frizione Haldex a lamelle elettro-idraulica è il giunto a lamelle montato tra albero cardanico e differenziale dell’asse posteriore. Al suo interno c’è un pacchetto di lamelle a bagno d’olio, che può essere compresso dalla pressione idraulica generata da una pompa e quindi ottenere un effetto bloccante degli assali. Quanto maggiore è la pressione sulla frizione a lamelle, tanto maggiore la coppia motrice che può essere trasmessa all’asse posteriore. La pressione necessaria per comprimere il pacchetto di lamelle è fornita da due pompe a pistone assiale, azionate tramite un disco a camme dalle differenti rotazioni dell’albero di entrata e di quello d’uscita. Una valvola elettro-idraulica può modificare questa pressione con una regolazione continua. La centralina utilizza le varie informazioni, tra cui velocità della ruota, regime del motore e coppia, per intervenire opportunamente.

    Il differenziale TORSEN, il terzo differenziale

    Per motivi di spazio sulle vetture del gruppo Vag, il differenziale Torsen è montato su quelle con motore longitudinale. La concezione del Torsen permette di svolgere le due funzioni principali di un differenziale e cioè: la compensazione delle diverse velocità di rotazione delle ruote e la trasmissione della forza motrice. L’adozione dell’ingranaggio a vite senza fine ha permesso la realizzazione di questo tipo di differenziale, infatti: il valore del coefficiente di bloccaggio dipende dall’inclinazione della vite senza fine e dalle condizioni di attrito nell’ingranaggio a vite senza fine. Quanto minore è l’inclinazione, tanto maggiore è il coefficiente di bloccaggio mentre quanto maggiore è l’inclinazione, tanto minore è il coefficiente di bloccaggio. Il differenziale ripartitore Torsen autobloccante ha un coefficiente di bloccaggio con un rapporto di 1:3,5, il che equivale a dire che in una direzione si può avere una forza nell’albero d’uscita 3,5 volte maggiore rispetto a quella in uscita nell’altra direzione. In pratica se l’asse dotato di minore aderenza trasmette una forza pari a 50 Newton, l’altro asse è in grado di trasmettere al massimo una forza pari a 175 Newton (3,5 volte superiore).

    Come funziona? La forza motrice del propulsore viene trasmessa alla scatola del differenziale tramite un albero cavo. La scatola del differenziale trasmette la forza motrice agli ingranaggi a vite senza fine (tramite i loro assi) che sono interconnessi con gli altri ingranaggi dello stesso tipo. Le viti senza fine trasmettono la forza motrice al differenziale anteriore (tramite il pignone) e al differenziale posteriore (tramite la flangia dell’albero cardanico). Il differenziale ripartitore Torsen, così, è in grado, grazie all’effetto di bloccaggio coadiuvato anche dai dispositivi di controllo elettronici, di assegnare più forza motrice all’asse che ruota più lentamente, cioè quello dotato di maggiore aderenza.

    Secondo BMW 3, differenziali controllati elettronicamente

    La trazione integrale per le auto stradali Bmw compare solo sulla Serie 3, contraddistinta dal monogramma “x”. I modelli sono la 330xi da 231Cv, la 325xi da 192Cv e la 330xd a gasolio da 184Cv. A differenza di parte della concorrenza, la trazione integrale Bmw non adotta sistemi di bloccaggio tradizionali, perché tale effetto è ottenuto automaticamente attraverso l’intervento frenante selettivo sulle quattro ruote. I comandi arrivano dal DSC (Dynamic Stability Control). Il sistema riprende la tecnologia utilizzata sull’X5. Nella guida normale la trazione integrale permanente distribuisce la coppia in maniera fissa per il 62% alle ruote posteriori e per il 38% a quelle anteriori, con una sensibile ripercussione sui consumi. Questa ripartizione asimmetrica è stata scelta per ridurre le influenze della propulsione sullo sterzo e garantisce la prevedibilità e controllabilità delle reazioni della vettura in ogni circostanza.

    La coppia viene trasmessa al ponte posteriore dal cambio, da un differenziale centrale e dal nostro consueto albero cardanico. Il collegamento con l’asse anteriore è assicurato da un albero di rinvio, collegato al differenziale centrale e disposto parallelamente al motore, da un differenziale anteriore e dai semiassi anteriori. Il destro attraversa la coppa dell’olio, una soluzione che permette di mantenere basso il baricentro della macchina. L’attraversamento della coppa dell’olio consente di utilizzare semiassi di uguale lunghezza.

    L’ADB-X, la centralina che supervisiona la trazione

    Quando l’ADB-X capisce che una ruota pattina, questa viene elettronicamente frenata in modo che la coppia possa essere trasmessa alle ruote che hanno ancora motricità. In tal modo è possibile ripristinare la trazione della ruota che pattina. Il sistema ADB-X ha così l’effetto di un bloccaggio tradizionale del differenziale. Il sistema di controllo della temperatura dei freni li protegge dal surriscaldamento in caso di funzionamento prolungato. In questa evenienza, il sistema riduce la potenza erogata dal motore, diminuendo l’angolo di apertura della farfalla. I vantaggi più evidenti di questo sistema sono un minor ingombro e peso.

    Secondo DAIHATSU, tradizionale, utilizza il giunto viscoso

    Le piccole Sirion e Yrv montano una presa di forza sul differenziale anteriore che trasmette all’assale posteriore la coppia solo quando serve, cioè quando l’anteriore inizia a perdere aderenza. Praticamente vanno a trazione anteriore. Per non rendere l’assale posteriore vincolato a quello anteriore, viene montato un giunto viscoso sul pignone del differenziale posteriore. Il giunto viscoso consente di collegare l’albero di trasmissione con quello cardanico pur lasciandoli liberi di avere piccoli slittamenti relativi, in modo che possano ruotare a velocità leggermente differenti. E’ costituito da una scatola riempita con un liquido siliconico, che ha la proprietà di diventare gelatinoso e sempre più denso man mano che la sua temperatura aumenta. Questa caratteristica è utilizzata per limitare, fino a impedire del tutto, lo slittamento reciproco fra due serie di dischi metallici che si fronteggiano a brevissima distanza e che sono collegati alternativamente all’albero di entrata e a quello di uscita. Quando lo slittamento termina, la temperatura del liquido interno al giunto diminuisce e, quindi, la densità del liquido si riduce consentendo nuovamente movimenti relativi fra gli alberi. In caso di frenata esso viene automaticamente scollegato per permettere un corretto funzionamento dell’ABS.

    Secondo FIAT

    FIAT utilizza anch’essa uno dei più classici schemi di trazione: quella anteriore con posteriore inseribile. Ovviamente sulla Panda 4×4.

    La piccola Panda di sempre in versione 4×4 dispone di un sistema di trazione integrale inseribile presentando uno schema estremamente semplice e robusto, costituito da una presa di forza all’uscita del cambio, un albero per la trasmissione del moto alle ruote posteriori diviso in tre segmenti e il comando per il collegamento fra la presa di forza e l’albero di trasmissione tramite leva.

    La Panda 4×4 Country Club è l’unica fra quelle che abbiamo affrontato che si avvicina più che altro a un fuoristrada vero e proprio, offrendo un comportamento su strada affidabile e sicuro anche in presenza di asfalto bagnato o innevato, grazie anche alla corretta distribuzione dei pesi, alle dimensioni contenute, alla manovrabilità del cambio e dello sterzo. Si disimpegna senza particolari problemi anche in presenza di ripide discese o salite (fino al 45%), fango, sabbia o altre difficoltà.

    La meccanica non nasconde queste attitudini essendo dotata ancora di sospensioni posteriori ad assale rigido, con balestre semiellittiche longitudinali e ammortizzatori idraulici a doppio effetto.

    Secondo HONDA, un giunto viscoso a doppia pompa

    Su quella che noi tutti abbiamo sentito chiamare dalla pubblicità “the joy machine”, cioè la HRV, viene montato un sistema 4WD a doppia pompa. Normalmente l’HRV funziona come una vettura a trazione anteriore, ma se durante la guida le ruote anteriori iniziano a slittare, la HRV diventa automaticamente una vettura a 4 ruote motrici. Questa commutazione è ottenuta grazie all’inserimento idraulico di una frizione interna al differenziale posteriore. La soluzione adottata permette il funzionamento del sistema ABS anche quando sono in azione le 4 ruote motrici. Se la rotazione delle ruote anteriori differisce da quella delle ruote posteriori per più del 2,5%, allora, nel sistema a doppia pompa diventa diversa anche la velocità della pompa olio anteriore rispetto alla posteriore. Ne risulta una pressione idraulica applicata alla frizione idraulica del sistema a doppia pompa: quando la frizione s’innesta, la forza motrice viene trasmessa, tramite la scatola di rinvio retrotreno, alle ruote posteriori e l’auto diventa così a quattro ruote motrici. Durante la guida normale le velocità delle ruote anteriori e posteriori si eguagliano. Quindi, la velocità della pompa anteriore è uguale a quella della pompa posteriore. L’olio scaricato dalla pompa anteriore viene aspirato dalla pompa posteriore e messo in circolo nel sistema. Poiché non c’è pressione applicata sul pistone della frizione, questa non s’innesta e la vettura funziona a due ruote motrici (trazione anteriore). In partenza, se le ruote anteriori vanno più veloci di quelle posteriori, allora anche la pompa anteriore gira più velocemente di quella posteriore. La pompa anteriore aspira olio attraverso la valvola di controllo B e lo scarica. Una parte dell’olio scaricato viene aspirata dalla pompa posteriore

    Secondo JAGUAR, giunto viscoso meccanico davanti

    Anche la signora Jaguar si premunisce di trazione integrale sulla “piccola” X-Type, con motorizzazione da 2,5 e 3 litri. Il sistema si chiama Jaguar Traction 4 e prevede la ripartizione della coppia in maniera fissa del 60% al posteriore e del 40% all’anteriore, mantenendo come da tradizione lo spiccato carattere di una trazione posteriore. Per trasferire la coppia sull’anteriore, si fa uso di un giunto viscoso meccanico posizionato sull’avantreno che agisce sui due classici differenziali anteriore e posteriore. Il giunto viscoso opera al 100%, cioè appena viene rilevata una leggera differenza di velocità tra la trazione posteriore e quella anteriore, opera in modo tale che le due parti ritornino a ruotare alla stessa velocità. Il controllo della trazione viene assistito, come le sue concorrenti, da un intervento selettivo dei freni comandati dalla centralina DSC.

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