Per capire come funziona un cambio semiautomatico, dobbiamo ricordare la struttura di un cambio manuale tradizionale. La base di un classico cambio manuale è costituita da due alberi: uno primario (di guida) e uno secondario (di comando). La coppia del motore viene trasmessa all’albero primario attraverso un ingranaggio della frizione. La coppia convertita viene trasferita alle ruote motrici dall’albero secondario. Sia l’albero primario che quello secondario sono dotati di ingranaggi che si innestano a coppie. Sul primario, però, gli ingranaggi sono fissati rigidamente, mentre sul secondario ruotano liberamente. In posizione “neutra”, tutti gli ingranaggi secondari girano liberamente sull’albero, cioè la coppia non viene trasmessa alle ruote.
Prima di inserire una marcia, il conducente preme una frizione, scollegando l’albero primario dal motore. Quindi, utilizzando una leva del cambio, speciali dispositivi, i sincronizzatori, vengono spostati attraverso il sistema di trazione sull’albero secondario. Al momento del collegamento, la frizione del sincronizzatore blocca rigidamente sull’albero l’ingranaggio secondario della velocità desiderata. Dopo l’innesto della frizione, la coppia con un determinato coefficiente inizia a essere trasmessa all’albero secondario e da questo all’ingranaggio principale e alle ruote. Per ridurre la lunghezza totale della scatola, l’albero secondario è spesso diviso in due, distribuendo gli ingranaggi guidati tra di essi.
Il principio di funzionamento dei riduttori semiautomatici è assolutamente lo stesso. L’unica differenza è che i servoattuatori sono impegnati nella chiusura/apertura della frizione e nella selezione degli ingranaggi. Nella maggior parte dei casi si tratta di un motore elettrico passo-passo con un riduttore e un’unità di asservimento. Ma esistono anche attuatori idraulici.
Un’unità elettronica controlla gli attuatori. Al comando di commutazione, il primo servo preme la frizione, il secondo muove i sincronizzatori, inserendo la marcia desiderata. Poi il primo rilascia lentamente la frizione. In questo modo, il pedale della frizione non è più necessario in cabina: quando viene ricevuto il comando, l’elettronica fa tutto da sola. In modalità automatica, il comando di cambio marcia proviene da un computer che tiene conto della velocità, del regime del motore, dei dati provenienti da ESP, ABS e altri sistemi. In modalità manuale, invece, è il conducente a dare l’ordine di cambiare utilizzando il selettore del cambio o le palette del cambio.
Il problema del cambio semiautomatico è la mancanza di feedback della frizione. Una persona sente il momento della chiusura dei dischi e può cambiare la velocità in modo rapido e fluido. E l’elettronica deve fare attenzione: per evitare scatti e mantenere la frizione, il cambio semiautomatico interrompe a lungo il flusso di potenza dal motore alle ruote durante la cambiata. Durante l’accelerazione compaiono fastidiosi avvallamenti. L’unico modo per ottenere il comfort durante la commutazione è ridurre i tempi. E questo, ahimè, significa un aumento del prezzo dell’intera unità.
Il cambio a doppia frizione (DCT), apparso all’inizio degli anni ’80, è stato una soluzione rivoluzionaria. Consideriamo il suo funzionamento sull’esempio di un cambio DSG a 6 rapporti della Volkswagen. Il cambio ha due alberi secondari con ingranaggi guidati e sincronizzatori situati su di essi – come il cambio meccanico della Golf a sei velocità. Il trucco è che ci sono anche due alberi primari: sono inseriti l’uno nell’altro secondo il principio della bambola matrioska. Ciascuno degli alberi è collegato al motore attraverso una frizione multidisco separata. Gli ingranaggi della seconda, quarta e sesta marcia sono fissati sull’albero primario esterno, mentre quelli della prima, terza, quinta e retromarcia sono fissati su quello interno. Supponiamo che un’auto inizi ad accelerare da ferma. La prima marcia è effettiva (la frizione blocca la marcia condotta della prima velocità). La prima frizione è chiusa e la coppia viene trasmessa alle ruote attraverso l’albero primario interno. Si parte! Ma contemporaneamente all’innesto della prima velocità, l’elettronica intelligente prevede il successivo innesto della seconda e blocca la sua marcia secondaria. Per questo motivo tali scatole sono chiamate anche preselettive. In questo modo, due marce sono attive contemporaneamente, ma non c’è alcun inceppamento: l’ingranaggio della seconda velocità si trova sull’albero esterno, la cui frizione è ancora aperta.
Quando l’auto accelera abbastanza e il computer decide di passare alla marcia superiore, la prima frizione si apre e la seconda si chiude contemporaneamente. La coppia passa ora attraverso l’albero primario esterno e una coppia della seconda marcia. La terza marcia è già selezionata sull’albero interno. Quando si rallenta, le stesse operazioni avvengono in ordine inverso. La transizione avviene quasi senza interrompere il flusso di potenza e a una velocità fantastica. La scatola di serie della Golf commuta in otto millisecondi. A confronto con i 150 ms della Ferrari Enzo!
I cambi a doppia frizione sono più efficienti e veloci di quelli meccanici tradizionali, oltre che più confortevoli di quelli automatici. Il loro principale svantaggio è il prezzo elevato. Il secondo problema, l’incapacità di trasmettere una coppia elevata, è stato risolto con l’avvento del DSG di Ricardo sulla coupé Bugatti Veyron da 1000 CV. Ma per il momento il destino della maggior parte delle supercar è quello delle trasmissioni semiautomatiche. Anche se, ad esempio, la scatola della Ferrari 599 GTB Fiorano non può competere con l’Easytronic di Opel: il tempo di commutazione del super robot è stimato in decine di millisecondi.
Oggi non solo Volkswagen dispone di scatole DCT, ma anche BMW, Ford, Mitsubishi e FIAT. Le scatole preselettive sono state riconosciute anche dagli ingegneri Porsche, che nelle loro auto utilizzano solo tecnologie collaudate. Gli analisti prevedono che, in futuro, le trasmissioni DCT e CVT saranno le più comuni. E i giorni del terzo pedale, a quanto pare, sono contati: presto scomparirà anche dalle migliori auto sportive. L’umanità sceglie ciò che è più comodo.
Questa è una traduzione. Potete leggere l’originale qui: https://www.drive.ru/technic/4efb332e00f11713001e3f50.html
