Questo articolo è stato concepito come un tipico corso di nozioni, qualcosa come: “Tutto quello che avreste voluto sapere sulla trazione integrale, ma non sapevate a chi chiedere”. Come si differenzia la trazione differenziale da quella collegata con l’ausilio di visco-accoppiatori o unità tipo Haldex, a cosa servono i differenziali autobloccanti… Ma più studiavamo l’aspetto storico della questione, più eravamo sorpresi. È emerso che la prima autovettura con trazione integrale permanente è stata prodotta in Olanda cento anni fa! E nel 1935, ad esempio, un’auto da corsa americana a trazione integrale ha quasi salvato l’umanità dalla Seconda Guerra Mondiale.
Perché un’autovettura ha bisogno della trazione integrale? Oggi, nel 21° secolo, questa domanda sembra retorica. Naturalmente, per realizzare al meglio le forze di trazione di un motore. Per far sì che le ruote si muovano il meno possibile quando si accelera su una superficie scivolosa. Quattro ruote motrici sono meglio di due! Ma l’umanità ha compreso da tempo questa verità fondamentale. Chiedete a qualsiasi esperto di automobili e vi dirà che l’era della trazione integrale sulle autovetture di massa è iniziata solo nel 1980 con la comparsa dell’Audi Quattro. Vi citerà anche rari predecessori, come ad esempio la supercar inglese Jensen FF del 1966 e la Subaru Leone 4WD del 1972. Tuttavia, un vero esperto farà subito una riserva: le prime Subaru a trazione integrale non avevano una trazione integrale permanente, ma part-time. E questo, come si suol dire, è un rapporto tra mele e arance.
Soluzione di ripiego
La trazione part-time su una delle coppie di ruote è una soluzione palliativa per le autovetture. Il nome Part-Time 4WD deriva dal mondo dei SUV e dei camion da cross-country. Un’auto di questo tipo, in cui uno degli assi è costantemente in testa e l’altro è collegato rigidamente se necessario, è in grado di mostrare le sue caratteristiche di trazione integrale solo durante il superamento di percorsi fuoristrada. La trazione integrale integrale integrale deve essere disattivata quando si viaggia su un asfalto duro. Perché? Il motivo è la cosiddetta circolazione di potenza. In fondo, quando si gira, le ruote anteriori coprono una distanza maggiore, muovendosi lungo archi di raggio più ampio, il che significa che ruotano più velocemente di quelle posteriori. Nelle auto con questo tipo di trasmissione, la trazione sulle ruote anteriori diminuisce e quella sulle posteriori, al contrario, aumenta. In alcuni casi, la coppia di trazione può essere sostituita da una coppia frenante, cioè le ruote anteriori aumentano la resistenza al moto dell’auto. Questo va bene quando c’è sporcizia o neve sotto le ruote, a meno che l’auto non diventi più difficile da manovrare e si muova verso l’esterno come un “aratro” con le ruote fuori asse. Quando ci si muove in curva, tutte le ruote rotolano lungo le loro traiettorie e sono costrette a ruotare a velocità angolari diverse. Pertanto, per la trazione integrale permanente sono necessari tre differenziali: due inter-ruota e uno inter-asse.
Tuttavia, sulle autovetture è stata utilizzata una trazione integrale bloccata. Tuttavia, si trattava più che altro di auto da cross. Ad esempio, in URSS, già nel 1938, iniziò la produzione di piccoli lotti della GAZ-61, la “Emka” a quattro ruote motrici con motore a sei cilindri e assale anteriore part-time. Dopo la guerra, fu prodotta anche una versione “off-road” della “Pobeda”, la GAZ-M72, e la Moskvitch-410 con una trasmissione simile… E anche la Subaru Leone 4WD del 1972, tra l’altro, fu realizzata per superare l’off-road – l’altezza libera delle auto con asse posteriore part-time era superiore a quella delle Subaru convenzionali a trazione anteriore.
La Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972-1979) è una versione a quattro ruote motrici della vettura a trazione anteriore con trazione posteriore collegata manualmente. Il motore ha una capacità di 1,4 litri (72 CV) o 1,6 litri (80 CV). Oltre alla station wagon, anche una berlina e un pick-up erano dotati di trazione integrale. Fino al 1989, la trazione posteriore era collegata manualmente (sulle auto con cambio manuale) o automaticamente – con una frizione multidisco (sulle auto con cambio automatico) su tutte le Subaru a trazione integrale.
Quindi, la trazione part-time è inutile sulle strade asfaltate, dove le auto trascorrono la maggior parte del tempo, e non fa altro che appesantire l’auto. Dopotutto, per tutto questo tempo un’auto deve “portarsi dietro” un transfer case, in cui c’è una presa di forza per il secondo asse “temporaneamente in testa”, un altro albero di trasmissione, l’ingranaggio principale del secondo asse…
Nel frattempo, è molto facile trasformare la trazione integrale part-time in trazione integrale full-time. È sufficiente aggiungere un differenziale interasse al transfer case.
Trazione integrale a tempo pieno
Perché è necessario un differenziale interasse? Due differenziali interasse, anteriore e posteriore, consentono a ciascuna coppia di ruote di ruotare a velocità diverse in curva. Quello interasse svolge questo lavoro per entrambi gli assi motori. Pertanto, un’auto con tre differenziali può facilmente muoversi con la trazione integrale a tempo pieno su qualsiasi strada!
Elementare? Nel frattempo, fino ai primi anni ’80, si riteneva che la trazione integrale non fosse necessaria per le auto da strada. Si diceva: perché il motore dovrebbe far ruotare costantemente la seconda coppia di ruote e i relativi organi di trasmissione sull’asfalto asciutto – questo comporta rumore e un aumento del consumo di carburante… E solo dopo la comparsa dell’Audi Quattro, l’opinione pubblica ha iniziato a cambiare verso la trazione integrale a tempo pieno. Dopo tutto, la spinta del motore viene costantemente distribuita non su due, ma su tutte e quattro le ruote, lasciando un margine di aderenza maggiore per la riflessione delle forze laterali. Un’auto di questo tipo risulta molto più stabile in curva quando si accelera o si frena con il motore.
Passiamo alla guida dell’Audi 80 Quattro della seconda metà degli anni Ottanta. Lo schema Quattro è più semplice e compatto della trasmissione Ferguson. Il differenziale autobloccante Torsen viene utilizzato da Audi dal 1984. A differenza del differenziale bloccato da un visco-accoppiatore, il Torsen reagisce alle variazioni di coppia attuate dalle ruote di ciascuno degli assi, aumenta la stabilità in frenata e consente di utilizzare un ABS, poiché si blocca solo in trazione.
Tra l’altro, la Range Rover (1970) e la Niva russa (1976) sono considerate le prime auto prodotte in serie con differenziali inter-assiali nella trasmissione. Ma poiché entrambe le vetture appartengono ancora alla tribù dei fuoristrada, l’Audi Quattro raccoglie gli allori di un pioniere tra le autovetture.
E che dire dei progettisti di auto da corsa: non avevano già utilizzato la trazione integrale a tempo pieno? Sappiamo che i tentativi di realizzare auto da corsa a trazione integrale sono stati fatti prima dell’era Quattro. Per esempio, il primo progetto del dopoguerra di Ferdinand Porsche fu un’auto da corsa a quattro ruote motrici, la Cisitalia 360, con un motore centrale e un motore 12 cilindri da 1,5 litri. Ma si sa per certo che la trazione anteriore di questa meraviglia tecnologica era part-time: un pilota doveva usarla solo sui tratti rettilinei del tracciato e passare nuovamente alla trazione posteriore prima delle curve.
La Cisitalia aveva dei predecessori? Si è scoperto, per esempio, che lo stesso Ferdinand Porsche costruì un’auto elettrica con quattro ruote motrici già nel 1900. Ma il vero shock per un esperto di auto sarà causato da un’auto da corsa del 1902 dell’azienda olandese Spyker. In quei tempi “antichi”, quando anche i freni erano realizzati solo sulle ruote posteriori, quest’auto aveva letteralmente una trazione integrale a tempo pieno – con un differenziale inter-assiale!
Spyker, un’azienda olandese per la produzione di carrozze a cavalli, fu fondata nel 1880 dai fratelli Spyker (in fiammingo il cognome si scrive Spijker). Nel 1900, i fratelli lanciarono la prima auto di loro progettazione e due anni dopo, con l’aiuto del designer belga Joseph Laviolette, svilupparono la Spyker 4WD (1902-1907) a trazione integrale da corsa con un design sorprendentemente progressivo: tre differenziali! C’erano anche tre meccanismi di frenata: due agivano sulle ruote posteriori e un altro freno era installato sull’albero di trasmissione delle ruote anteriori.
Possiamo quindi affermare con certezza che lo schema Full-Time 4WD ha più di cento anni… Non sono state prodotte molte Spyker a trazione integrale: costavano molto e non potevano avere successo nelle gare per vari motivi. Anche altre auto da corsa a trazione integrale, la Bugatti Tipo 53 e la Miller FWD dei primi anni ’30, non ebbero molto successo. Per quanto riguarda Bugatti, l’iniziativa fu dell’ingegnere Fiat Antonio Pichetto, che nel 1930 propose a Ettore Bugatti di costruire un’auto da corsa con una configurazione di ruote 4×4. Nel 1932 furono realizzate tre Bugatti Tipo 53 a trazione integrale, con potenti motori a iniezione d’aria da 300 cavalli, con trazione integrale full-time e con tre differenziali.
Una trasmissione con tre differenziali distribuiva la spinta di un motore otto cilindri a iniezione da 300 cavalli a tutte e quattro le ruote. Il cambio, come di consueto su Bugatti, era installato separatamente dal motore, mentre il transfer case con il differenziale interasse formava un’unica unità con esso. Gli alberi di trasmissione per l’asse anteriore e posteriore si trovavano sul lato sinistro della vettura, mentre un corridore sedeva sul lato destro. Nonostante le raccomandazioni del progettista di auto a trazione anteriore dell’epoca, Albert Gregoire, per l’azionamento delle ruote anteriori della Bugatti T53 non vennero utilizzati giunti ortogonali del tipo Tracta, ma normali giunti cardanici. Inoltre, nella Tipo 53 si dovette utilizzare una sospensione anteriore indipendente atipica per Bugatti, con una molla trasversale. Tutto ciò comportava un aumento dei carichi sul volante: era estremamente difficile guidare l’auto in curva, anche se le velocità di superamento dei tornanti erano superiori a quelle delle auto a trazione posteriore dell’epoca. Furono costruite in totale tre Bugatti T53, che parteciparono a diverse gare fino al 1935.
È interessante notare che gli italiani studiarono attentamente la Miller da corsa americana a trazione anteriore acquistata appositamente per essere smontata prima di creare la Bugatti a trazione integrale. A sua volta, l’americano Harry Miller si interessò all’idea di Bugatti e decise di costruire anch’egli una versione a trazione integrale della sua auto, dopo essersi assicurato la sponsorizzazione dell’azienda FWD (Four Wheel Drive) che produceva camion con una configurazione di ruote 4×4. Fu così che apparvero le auto da corsa a trazione integrale Miller FWD.
Il progettista americano Harry Miller divenne famoso negli anni ’20-’30 per le sue auto da corsa per le 500 miglia sulla Indianapolis Motor Speedway, e i suoi motori a otto cilindri in linea con due alberi a camme in testa furono la base dei motori di Ettore Bugatti. È interessante notare che Miller costruì auto con trazione sia anteriore che posteriore e, nel 1932, realizzò diversi telai Miller FWD a quattro ruote motrici con tre differenziali nella trasmissione. Una delle Miller a quattro ruote motrici guidò la gara Indy 500 del 1934, ma si classificò nona a causa di problemi tecnici.
A queste vetture è legato un episodio curioso: durante la gara sul circuito Avus di Berlino nel 1935, la Miller a quattro ruote motrici era terza quando il suo motore a otto cilindri in linea non ce la fece più ed esplose letteralmente. Allo stesso tempo, i pezzi del motore raggiunsero quasi le tribune, sulle quali sedeva, tra le altre persone importanti del Partito Nazionalsocialista, lo stesso Hitler! In effetti, sono rari i casi in cui vale la pena rimpiangere l’assenza di vittime umane. Se un frammento di pistone avesse colpito la testa di una sola persona, il corso della storia mondiale sarebbe stato completamente diverso…
Ma la Bugatti T53 e la Miller FWD non ricevettero una valutazione adeguata: il design “grezzo” e i continui guasti fallirono. Ma l’episodio successivo nella storia delle autovetture a trazione integrale si rivelò davvero fatale.
Formula Ferguson
Torniamo alla teoria per valutare l’importanza di ciò che stava accadendo in Inghilterra a cavallo degli anni ’50-’60. Il differenziale interasse è progettato per “svincolare” entrambi gli assi motore. Ad esempio, le ruote posteriori sbandano all’impazzata, mentre quelle anteriori sono ferme. E il differenziale non lo impedisce in alcun modo!
La cura per questo disturbo è stata inventata per la prima volta dai progettisti di SUV: si tratta del bloccaggio positivo. Il conducente tira la leva al momento giusto, il meccanismo fissa saldamente gli ingranaggi del differenziale inter-assiale – e la trasmissione si trasforma da differenziale “libero” in un differenziale rigidamente chiuso. È secondo questo schema che sono state realizzate le prime generazioni di Range Rover, la Niva russa e molti altri SUV. E, tra l’altro, anche la prima Audi Quattro: fino al 1984, in queste auto il conducente doveva attivare da solo il blocco del differenziale interasse.
Anche in questo caso, si tratta di una soluzione palliativa: il blocco su un’auto stradale può essere attivato solo in fuoristrada. Sull’asfalto dovrebbe essere disattivato. E se un’auto si trova improvvisamente su un tratto di strada scivoloso, le ruote di un asse inizieranno a slittare prima delle altre quando si applica la trazione.
È possibile fare in modo che il differenziale si blocchi automaticamente in caso di slittamento? L’introduzione di un differenziale interasse autobloccante è associata al nome dell’inglese Tony Rolt, pilota e progettista. Lui e il suo amico Fred Dixon, anch’egli pilota e vero appassionato di hardware automobilistico, già prima della guerra aprirono il loro studio Rolt/Dixon Developments per la preparazione di auto da corsa. Dopo la guerra, i due amici si interessarono all’idea della trazione integrale. Dopo aver costruito un “carrello” sperimentale a quattro ruote motrici chiamato “Crab”, nel 1950 Rolt e Dixon passarono sotto l’ala di Harry Ferguson, un produttore di trattori di successo. Nacque così l’azienda Harry Ferguson Research.
Ferguson non era interessato alle auto da corsa, ma sognava un’auto da strada sicura, le cui ruote non scivolassero in accelerazione e non si bloccassero in frenata. Rolt e Dixon decisero di progettare un’auto di questo tipo da zero, completa di carrozzeria, trasmissione e motore!
Gli amici non avevano abbastanza conoscenze e Claude Hill fu invitato a ricoprire il ruolo di capo progettista competente, che lasciò l’Aston Martin per un lavoro così interessante. Ma nonostante le finanze di Ferguson, il lavoro procedeva a rilento: la berlina sperimentale Ferguson R4 fu pronta solo dopo sei anni. Ma che auto fu realizzata: a trazione integrale, con un motore piatto a quattro cilindri, con freni a disco su tutte le ruote e il sistema antibloccaggio elettromeccanico Dunlop MaxaRet ripreso dall’aviazione!
La Ferguson R4 (1956) era una vettura sperimentale con la trasmissione Ferguson Formula. Il prototipo aveva un convertitore di coppia al posto del cambio.
Ma la cosa più interessante per noi era all’interno del transfer case del prototipo. Se l’avessimo smontato, avremmo visto, oltre al differenziale, un’ulteriore “serie” di ingranaggi, due frizioni a sfera e due pacchi di giunti a frizione. Finché le ruote non slittavano, il tutto girava tranquillamente al minimo. Ma quando le ruote di uno degli assi iniziavano a slittare e la differenza tra le velocità di rotazione degli alberi di uscita raggiungeva un certo valore, una delle frizioni scattava, stringeva il “suo” pacco di giunti di attrito e frenava gli ingranaggi del differenziale, bloccandoli istantaneamente e trasformando il differenziale in una trasmissione solida!
Il prototipo successivo, la Ferguson R5 del 1962, che richiese sei anni per essere preparata, si rivelò ancora più interessante: era una station wagon a quattro ruote motrici. Gli esperti della rivista Autocar, che in seguito provarono la Ferguson R5, condivisero le loro impressioni: “L’auto raggiunge il limite di scorrevolezza a velocità incredibilmente elevate!”.
La Ferguson R5 fu preparata per la produzione in serie nel 1962.
Ma nessuna casa automobilistica ha intrapreso la produzione della prima station wagon a trazione integrale del mondo con differenziale autobloccante interasse e ABS: la Ferguson di serie si sarebbe rivelata troppo complicata e costosa. Tuttavia, nel 1962, Rolt riuscì comunque a interessare la direzione dell’azienda Jensen: propose di adattare una trasmissione a trazione integrale per la coupé Jensen CV8 con motore Chrysler V8 da 300 CV, che all’epoca veniva preparata per la produzione in serie. La trazione integrale si rivelò molto utile per questa potente e veloce coupé!
Tre anni dopo, fu costruita la Jensen CV8 FF a quattro ruote motrici. E nel 1966, il modello successivo fu la Jensen Interceptor, con un motore a otto cilindri da 325 CV ancora più potente. Oltre alla coupé a trazione posteriore, fu offerta anche un’opzione con una modesta targhetta JFF. Si trattava della famosa Jensen FF, la prima auto di serie a trazione integrale al mondo con differenziale interasse autobloccante e ABS! Le lettere FF sono Formula Ferguson, la denominazione della trasmissione brevettata da Rolt e colleghi.
Tutti i giornalisti dell’epoca menzionavano l’eccezionale stabilità delle Jensen a quattro ruote motrici e “un margine di spinta quasi illimitato sull’asfalto bagnato”. È un peccato che Ferguson stesso non fosse più in vita a quell’epoca: morì nel 1960…
Perché parliamo tanto della Formula Ferguson? Perché è stata la Harry Ferguson Research a dedicare per la prima volta al mondo un’attenzione così seria alla trazione integrale come mezzo per aumentare la sicurezza attiva!
Abbiamo già detto che la trazione integrale lascia un margine di aderenza maggiore per la riflessione delle forze laterali. E questo è un vantaggio. Ma c’è anche uno svantaggio: si perde l’univocità delle reazioni all’alimentazione. Se si preme il gas su un’auto potente a trazione posteriore in una curva scivolosa, l’asse posteriore sbanderà. Su un’auto a trazione anteriore, invece, le ruote anteriori slittano quando viene applicata la trazione. Che sia un bene o un male non è questo il punto. L’importante è che il conducente sappia sempre come si comporterà l’auto in questo caso.
E quale asse slitterà su un’auto a trazione integrale? Non è facile rispondere a questa domanda. Se la carrozzeria anteriore è attualmente più scarica o se sotto le ruote anteriori c’è una superficie più scivolosa, inizierà la deriva. E se le ruote posteriori hanno le condizioni di aderenza peggiori, l’auto sbanderà. La reazione può essere ambigua! E non è sicura.
La Jensen FF (1966-1971) è una versione a quattro ruote motrici della Jensen Interceptor coupé. È la prima vettura di serie a trazione integrale con differenziale interasse autobloccante. Il motore Chrysler V8 a blocco grande da 6,3 litri sviluppava 325 CV e azionava tutte le ruote attraverso il cambio automatico TorqueFlite a tre velocità o un cambio manuale a 4 velocità. Con pneumatici diagonali da 6,70-15 (come la Volga GAZ-21), la Jensen FF con un peso a vuoto di 1800 kg sviluppava 212 km/h e raggiungeva i 100 km/h in 7,7 secondi. Altre caratteristiche tecniche: sterzo a cremagliera con servosterzo, freni a disco su tutte le ruote, ABS monocanale Dunlop MaxaRet (ritardo massimo), sospensioni anteriori indipendenti a doppio braccio oscillante e posteriori a molla dipendente con barra Panhard. Nel 1968, nel Regno Unito, la Jensen FF costava 6.000 sterline, circa quanto la Rolls-Royce più economica. Furono prodotte in totale 318 vetture a trazione integrale.
Fortunatamente, Tony Rolt era lui stesso un pilota da corsa, e molto bravo: una volta, nei primi anni ’50, vinse addirittura la 24 Ore di Le Mans. Per questo motivo, Rolt e i suoi colleghi cercarono di evitare l’ambiguità della trazione integrale fin dall’inizio, utilizzando un differenziale interasse non equalizzatore. Il 63% della coppia veniva applicato alle ruote posteriori di tutte le vetture con trasmissioni Ferguson, il 37% alle anteriori. In questo modo, la reazione all’aumento della trazione era vicina alla trazione posteriore.
Il differenziale autobloccante permetteva alla Jensen di trarre il meglio da entrambi i tipi di trasmissione. La facilità di ingresso in curva e l’assenza di circolazione di potenza nelle modalità di guida normali senza slittamenti sono dovute alla trazione differenziale. E la migliore realizzazione della spinta del motore in fase di slittamento è data dalla trasmissione integrale.
Ma le frizioni del meccanismo di blocco funzionavano rigidamente, in modalità pulsata, trasformando istantaneamente una trasmissione differenziale asimmetrica in una bloccata e viceversa. Pertanto, l’ambiguità aumentava in caso di slittamento! Era necessario un meccanismo che modificasse in modo più flessibile e fluido il grado di blocco del differenziale interasse. Alla fine degli anni ’60, Tony Rolt e Derek Gardner, che in seguito fu il capo progettista delle auto da corsa Tyrrell, si cimentarono in strani esperimenti, a prima vista, con il liquido siliconico utilizzato nei giunti di trasmissione delle ventole dei radiatori. Sì, furono proprio Rolt e Gardner a entrare nella storia come inventori del visco-accoppiatore!
Si sviluppano i differenziali autobloccanti
Un cilindro con all’interno pacchetti di giunti a frizione, riempito di liquido siliconico, era perfettamente adatto allo scopo previsto da Rolt: frenare gli ingranaggi del differenziale interasse quando le ruote slittano. Poiché le velocità di rotazione di tutte le ruote sono approssimativamente uguali, il viskodrive non interferisce in alcun modo con il funzionamento del differenziale interasse. Ma ora le ruote di uno degli assi slittano. Gli ingranaggi del differenziale interasse iniziano immediatamente a girare, i pacchi visco-accoppiatori dei giunti di attrito ad esso collegati “montano” il liquido siliconico e la frizione “grippa”, bloccando parzialmente o completamente il differenziale interasse.
Questo dispositivo bloccava il differenziale in modo più dolce e delicato, con un effetto positivo sulla maneggevolezza. Dopo aver ottenuto i brevetti per un visco-accoppiatore, nel 1971 Tony Rolt costituì la società FF Developments, appositamente per equipaggiare le auto con trasmissioni a quattro ruote motrici di sua concezione. Ad esempio, le versioni a quattro ruote motrici dei furgoni Bedford per i dipartimenti forestali britannici, un lotto di Ford Zephyr FF per la polizia o le berline Opel Senator 4×4 per la missione militare britannica a Berlino furono tra i primi ordini dell’azienda. Ma la trasmissione per l’auto americana AMC Eagle, prodotta dal 1979 al 1988, è stato il risultato più importante di FFD. Si trattava della normale autovettura AMC Concord, ma con una carrozzeria rialzata di 75 mm e pneumatici “off-road” maggiorati. E, naturalmente, con una trasmissione a trazione integrale. Inoltre, l’auto di serie era dotata per la prima volta al mondo di un differenziale interasse bloccato da un visco-accoppiatore!
Naturalmente, l’AMC Eagle è stata creata principalmente per coloro che periodicamente si lanciano in una tempesta fuoristrada: la trazione integrale è apparsa su queste auto non per il desiderio di ottenere un’accelerazione più solida o una migliore stabilità e maneggevolezza, come nel caso della supercar Jensen FF o dell’Audi Quattro. Ma dal punto di vista della trasmissione, auto come la Subaru Impreza Turbo o la Mitsubishi Lancer Evo dalla prima alla sesta generazione, sono diventate le eredi dirette della AMC Eagle. Anche i loro differenziali inter-assiali sono bloccati da visco-accoppiatori integrati.
Il visco-accoppiatore del transfer case di AMC Eagle è un corpo cilindrico con dischi di attrito, riempito con un liquido viscoso organosiliconico (silossano), incorporato nel differenziale inter-assiale. Quando le ruote di uno degli assi slittano, i pacchetti di dischi del visco-accoppiatore ruotano l’uno rispetto all’altro, la pressione e la temperatura all’interno aumentano, la viscosità del silossano cambia e il visco-accoppiatore frena uno degli ingranaggi di uscita, impedendogli di ruotare rispetto al corpo e bloccando il differenziale inter-assi.
La coupé di serie Audi Quattro, apparsa nel 1981, due anni dopo il debutto dell’AMC Eagle, era dotata di un differenziale interasse aperto convenzionale con bloccaggio positivo. Tuttavia, Ferdinand Piech, che all’inizio degli anni ’80 era a capo del dipartimento di ingegneria Audi, scelse per la Quattro uno schema molto elegante, che si adattava perfettamente al layout delle vetture di Ingolstadt. Il propulsore della vettura a trazione anteriore, posizionato longitudinalmente, puntava direttamente alle ruote posteriori con la faccia terminale del cambio: restava solo da integrare un differenziale interasse nella scatola di trasmissione. Ma i progettisti di Piech non costruirono uno schema tradizionale per le auto a trazione integrale con un transfer case separato per la trazione anteriore. I tedeschi hanno reso cavo l’albero secondario della scatola e vi hanno fatto passare l’albero di trasmissione delle ruote anteriori. Davvero, la semplicità del genio…
Fin dall’inizio, gli ingegneri scelsero per l’Audi, a differenza della FFD, una distribuzione simmetrica della coppia lungo gli assi – 50 : 50. E nel 1984, le arcaiche maniglie di bloccaggio positivo del “centro” scomparvero definitivamente dagli abitacoli delle Audi a trazione integrale: il differenziale autobloccante Torsen, a noi ben noto, fece la sua comparsa nelle trasmissioni Quattro. Il nome Torsen deriva dalle parole “torque sensing” (rilevamento della coppia) e riflette la capacità di questo dispositivo puramente meccanico di aumentare istantaneamente e senza problemi il grado di blocco in risposta alle variazioni di coppia sugli alberi di uscita. Pertanto, il Torsen non ha bisogno di un visco-accoppiatore: si blocca da solo. Inoltre, viene attivato non dalla differenza di velocità di rotazione dopo l’inizio dello slittamento, ma anche prima: Il Torsen è in grado di rispondere alle variazioni delle condizioni di aderenza nell’area di contatto del pneumatico!
Tra l’altro, quando i progettisti di grandi SUV hanno cominciato a pensare di ottenere una maneggevolezza da “autovettura”, si sono ricordati anche del Torsen: è utilizzato nelle trasmissioni di auto come la Range Rover, la VW Touareg/la Porsche Cayenne e il Toyota Land Cruiser Prado.
Ma torniamo agli anni ’80. L’ingresso trionfale dell’Audi Quattro sul palcoscenico dei rally fu l’inizio di un boom della trazione integrale: tutti i team di rally del Gruppo B si affrettarono a creare versioni 4×4. Una dopo l’altra, apparvero la Peugeot 205 T16, la Metro 6R4, la Lancia Delta S4, la Ford RS200. Tutte come una sola, con accoppiatori viscoelastici nei differenziali autobloccanti sviluppati da FFD. Stuart Rolt, figlio di Tony, era responsabile della collaborazione con i team di rally di FFD…
All’inizio degli anni ’90, anche lo stabilimento AZLK si rivolse a FFD quando si decise di progettare una modifica a trazione integrale da rally della Moskvitch-2141. Con l’aiuto degli inglesi, fu creata una trasmissione con tre differenziali autobloccanti, anteriore, posteriore e interasse (esattamente come sulle auto da corsa Ford RS200). La guidabilità delle Moskvitch sperimentali a quattro ruote motrici in modalità estrema meritava le valutazioni più lusinghiere: il comportamento delle vetture in fase di slittamento era prevedibile e conveniente per i piloti. È emerso che è possibile regolare la maneggevolezza della vettura in un’ampia gamma selezionando la “rigidità” dei visco-accoppiatori di blocco in tutti e tre i differenziali. Ad esempio, un bloccaggio più “rigido” del differenziale posteriore aumenta la tendenza dell’auto a sbandare sull’asse posteriore. Un aumento del coefficiente di blocco del differenziale anteriore o inter-assiale, al contrario, aumenta il margine di stabilità: l’auto è meno disposta a entrare in curva a causa dello slittamento e del sottosterzo delle ruote anteriori.
Tuttavia, questa regolazione è rilevante solo in un caso: con uno stile di guida da rally con slitte. Pertanto, tre differenziali autobloccanti sono una prerogativa delle auto da rally del gruppo WRC. Inoltre, di norma, su queste vetture non vengono integrati nei differenziali i visco-accoppiatori, ma pacchetti di frizioni multidisco con azionamento idraulico e controllo elettronico. In questo modo, i progettisti hanno le più ampie possibilità di configurare la sterzabilità in tempo reale. Ad esempio, il computer di bordo può “sciogliere” le frizioni di tutti e tre i differenziali quando si entra in curva, trasformandole in frizioni aperte, in modo che la vettura possa affrontare più facilmente la curva. E quando il guidatore inizia ad accelerare entrando in rettilineo, l’elettronica impartisce il comando e il servocomando “blocca” le frizioni dei differenziali in modo da ottenere uno slittamento minimo di tutte le ruote e, allo stesso tempo, da non oltrepassare la linea di sottosterzo accettabile, oltre la quale l’auto sbanda in curva.
A proposito, le prime frizioni controllate sono state utilizzate in Daimler-Benz, nella trasmissione della Mercedes-Benz Classe E 4Matic del 1986 con carrozzeria W124. Inoltre, le frizioni erano tre: se necessario, l’elettronica collegava prima la trasmissione alle ruote anteriori e poi attivava in sequenza il blocco dei differenziali dell’interasse e delle ruote posteriori. Ma una trasmissione di questo tipo si è rivelata irragionevolmente complicata. Inoltre, l’elettronica collegava e scollegava alternativamente le ruote anteriori su una superficie instabile…
La Porsche è stata un’altra pioniera dell’uso delle frizioni a controllo elettronico nelle auto ad alta velocità: sulla Porsche 959 del 1986 c’erano due frizioni e l’elettronica funzionava in quattro modalità che il conducente poteva scegliere. In seguito, i giapponesi iniziarono a produrre auto di serie con trasmissioni di analoga complessità: è il caso, ad esempio, della Mitsubishi Lancer Evo, l’auto stradale a trazione integrale più avanzata di tutte quelle mai testate dalla popolare rivista russa Autoreview. L’evoluzione con il differenziale inter-assiale controllato ACD (Active Central Differential) e il differenziale posteriore AYC (Active Yaw Control) con distribuzione attiva della coppia è in grado di fare miracoli…
Al posto del differenziale
Mentre gli ingegneri dei rally si dedicarono ai meccanismi autobloccanti, i progettisti delle autovetture di massa, al contrario, adottarono la linea della semplificazione: abbandonarono del tutto il differenziale interasse, sostituendolo con un visco-accoppiatore. La Volkswagen Golf II Syncro del 1985 è stata la prima autovettura europea con una trasmissione di questo tipo, sviluppata dagli ingegneri di GKN, che aveva acquisito FFD nel 1969. La semplicità e l’unificazione del modello a trazione integrale con quello di base erano i vantaggi di questo schema. In condizioni normali, la vettura manteneva le caratteristiche e la controllabilità della trazione anteriore e, in caso di slittamento delle ruote anteriori, dopo 0,2 secondi si attivava il visco-accoppiatore, in grado di distribuire fino al 70% della coppia al posteriore.
Prestiamo attenzione alla trasmissione della VW Golf III Syncro. Il transfer case è collegato al cambio, mentre il visco-coupler è installato nel blocco con la trasmissione principale dell’asse posteriore e collega la trasmissione alle ruote posteriori quando le ruote anteriori slittano. Sulla VW Golf IV, l’accoppiatore Haldex ha preso il posto del visco-accoppiatore.
Ma questa trasmissione “semplificata” delle ruote posteriori aveva uno svantaggio significativo: anche un leggero ritardo nel funzionamento del visco-accoppiatore aggravava l’ambiguità delle reazioni. Quando si dava gas in una curva scivolosa, l’auto dapprima derivava verso l’esterno come una vettura a trazione anteriore e poi, con il collegamento delle ruote posteriori, cambiava drasticamente il suo comportamento di guida e poteva sbandare.
I giapponesi si distinsero in questo caso: cercarono ripetutamente di attenuare questo inconveniente selezionando le caratteristiche dei visco-accoppiatori e utilizzandoli non solo per attivare la trazione sulle ruote posteriori, ma anche per bloccare i differenziali inter-ruota. Su alcuni modelli (ad esempio, la Nissan Sunny/Pulsar del 1988) erano presenti ben tre visco-accoppiatori: uno comprendeva la trazione posteriore, mentre gli altri due servivano a bloccare i differenziali inter-ruota. Nella Mazda Concerto 4WD, i visco-accoppiatori sostituivano non solo l’interasse, ma anche il differenziale posteriore…
Ma poi si è scoperto che è molto più conveniente usare solo una frizione, i cui pacchi sono compressi da un azionamento idraulico, invece di un visco-accoppiatore nella trazione posteriore. Inoltre, l’elettronica è in grado di controllare perfettamente la compressione delle frizioni e quindi di regolare il valore della coppia applicata alle ruote posteriori.
Oggi, la maggior parte delle autovetture e dei SUV a trazione integrale ha una frizione controllata nella trasmissione di uno degli assi, che si tratti dell’Haldex sulla piattaforma VW Golf, del sistema VTM-4 di Honda o dell’xDrive sulle BMW. Inoltre, la velocità di funzionamento delle moderne frizioni ha reso quasi impercettibile il ritardo nel collegamento delle ruote: ora tutto dipende solo dalla configurazione dell’elettronica di controllo. Ad esempio, le trasmissioni della Golf 4Motion e dell’Audi A3 Quattro sono completamente identiche nel design. Ma un software diverso permette ai progettisti Volkswagen di scegliere una distribuzione simmetrica della coppia tra gli assi, mentre gli ingegneri Audi preferiscono distribuire solo il 40% della spinta al posteriore, conferendo alle loro auto un carattere più da trazione anteriore. È una questione di gusti…
E quali sono gli schemi preferiti dagli automobilisti? Le autovetture con trasmissione collegata manualmente al secondo asse, grazie a Dio, non vengono più prodotte. E per quanto riguarda gli altri tre schemi…
Naturalmente, dal nostro punto di vista, le auto più interessanti sono le eredi della Formula Ferguson, nelle cui trasmissioni è presente un differenziale interasse autobloccante. E non importa in che modo venga effettuato il blocco: tramite un visco-accoppiatore, come sulle Subaru, tramite il differenziale meccanico Torsen, come sulle Audi A4-A6-A8 Quattro, sulla VW Phaeton, o tramite frizioni a controllo elettronico (la Mitsubishi Lancer Evo). L’aspetto principale è che il blocco automatico del “centro”, con una configurazione adeguata, può migliorare significativamente la maneggevolezza dell’auto, rendendola più sicura e piacevole per un guidatore sofisticato.
La tendenza principale oggi è un vettore di spinta variabile, quando la coppia viene applicata preventivamente su comando dell’elettronica alla ruota, che è in grado di attuarla nel modo più efficiente possibile. Attualmente, la Mitsubishi Lancer Evo X è dotata della trasmissione a trazione integrale più complessa al mondo. I riduttori supplementari sono in grado di trasferire la coppia tra le ruote posteriori, il centro è bloccato da una frizione a controllo elettronico e nella parte anteriore è presente un dispositivo meccanico autobloccante convenzionale. L’era della trazione integrale come la conosciamo finirà con la comparsa di un’auto elettrica con quattro ruote motrici.
Ma non sono da escludere le auto con trazione posteriore part-time, che sono sempre più numerose. Il giunto Haldex è stato recentemente utilizzato attivamente da Volvo e Saab. Anche le trasmissioni con differenziali interassiali aperti trovano applicazione, ad esempio su vetture ad alta velocità come la Mercedes 4Matic di tutte le classi. Su queste vetture, però, oltre al differenziale a trazione integrale, deve necessariamente funzionare l’elettronica antisaltellamento full-time, che in qualche misura compensa la mancanza di un meccanismo autobloccante.
La frizione multidisco Haldex si attiva al minimo disallineamento delle velocità di rotazione degli alberi. La rotazione di una delle camme frontali fa sì che i rulli inizino a rotolare sulle superfici di lavoro e si muovano avanti e indietro, spingendo i pistoni nei cilindri ad anello della pompa. I pistoni pompano l’olio nel cilindro slave con un pistone che comprime il pacco dischi. Ma l’elettronica, con l’aiuto di un’elettrovalvola, può rilasciare la pressione, regolando così in modo flessibile il valore della coppia fornita alle ruote.
Tuttavia, di recente abbiamo notato che le reali caratteristiche di guida delle auto con diverse trasmissioni a quattro ruote motrici si stanno avvicinando l’una all’altra – naturalmente, quando si guida su strade pubbliche e non su piste da rally. E quanto più avanzati diventano i sistemi elettronici anti-slittamento e i programmi di controllo della frizione di tipo Haldex, tanto meno si differenzierà la guidabilità delle auto che ne sono dotate. Ovviamente, si tratta di un progresso.
Questa è una traduzione. Potete leggere l’originale qui: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html
