IL CAMBIO AUTOMATICO PIACE SEMPRE DI PIÙ

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IL CAMBIO AUTOMATICO
 PIACE SEMPRE DI PIÙ

La storia di un componente che,
grazie all’impiego in Formula 1,
                                          L         a storia del cambio per le automobili va di
                                                    pari passo con la storia del motore a combu-
                                        stione interna. All’inizio del secolo scorso si era arriva-
sta incontrando i favori del pubblico   ti alla conclusione che quest’ultimo fosse superiore (in
Primi esperimenti,                      quanto a prestazioni) ai due concorrenti del periodo
                                        pionieristico e cioè quello elettrico e quello a vapore.
le sue varianti tecniche                Era però necessario un sistema per superare i suoi due
                                        punti deboli: l’incapacità di avviarsi sotto carico e la
come il Variomatic                      ristretta gamma di funzionamento in condizioni otti-
                                        mali. In parole povere il motore a combustione interna
di Gianni Rogliatti                     sviluppa la sua potenza massima ad un regime elevato,

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per cui è necessario ridurre in modo adeguato il nume-          stessa - ma sviluppato anche da altre marche per i loro
ro dei giri alle ruote (con un proporzionale incremento         modelli stradali con modalità di controllo diverse.
della coppia) per affrontare sia l’avviamento del veico-        Su alcune vetture i vantaggi del cambio automatico
lo sia le salite.                                               sono tali da aver relegato il comando manuale nella
Stabilita la necessità del cambio, inizia anche la ricerca      categoria degli “optional”, perché un cambio automa-
di un sistema per l’azionamento automatico, per sop-            tico, oltre ad agire assai meglio di molti umani, per-
perire alla difÀcoltà di molte persone a comprendere la         mette anche di selezionare le marce manualmente e
funzione ed il controllo del cambio stesso.                     le perdite di potenza sono ridotte e limitate al tempo
C’è poi la fatica del frequente azionamento di frizione         della cambiata.
e cambio nel trafÀco urbano; infatti i cambi automa-
tici si sono diffusi sulle auto per uso generale, mentre
quelle sportive sono state per anni caratterizzate dai
cambi manuali, addirittura non sincronizzati: la bra-
vura del guidatore si giudicava appunto dalla rapidità
con cui riusciva a cambiare marcia eseguendo la “dop-
pietta”, ossia il doppio azionamento della frizione per
sincronizzare il regime del motore con la velocità delle
ruote.
Il motore viene avviato “in folle” e poi collegato alla
trasmissione per mezzo della frizione: se il cambio è
automatico, anche la frizione (o un organo simile come
il giunto idraulico e il convertitore di coppia) deve fun-
zionare in modo automatico.
A ritardare per lungo tempo una più larga applicazione
del cambio automatico è stata la perdita di potenza cau-
sata dagli automatismi, una cosa non tollerabile nelle
auto da corsa dove la massima potenza è fondamentale,
ma anche sulle auto da turismo di piccola cilindrata.
Ci sono stati esempi di cambi automatici sviluppati per
auto di serie applicati anche ad auto da corsa (tipico il       Schema costruttivo del cambio Fleischel, anni Trenta,
Variomatic della DAF). Ma si è trattato di casi sporadi-        con selezione delle marce desmodromica.
ci, mentre risale a oggi l’enorme successo del cambio
messo a punto dalla Ferrari per le sue monoposto a
partire dal 1989 - poi copiato da tutti i costruttori di F1
e Ànalmente diffuso sui modelli stradali della Ferrari          LA STORIA
Nella pagina a sinistra, il padre dei moderni cambi             Non a caso abbiamo citato il sistema Variomatic,
di Formula 1, quello sperimentale Ferrari del 1979.             perché inizialmente sono stati sperimentati cambi a
                                                                variazione continua del rapporto, i quali se pure non
In questa pagina, in basso, il “Àglio” che ha fatto carriera:   automatici erano meno brutali di quelli a innesto di-
il cambio automatico Ferrari del 1989.                          retto degli ingranaggi. Nel Museo Svizzero dei tra-
                                                                sporti a Lucerna esiste una vettura marca Weber del
                                                                1898 dotata di un cambio a variazione continua del
                                                                rapporto mediante pulegge coniche a diametro va-
                                                                riabile collegate da una cinghia; un’altra vettura nel-
                                                                lo stesso museo, la Turicum del costruttore Fisher,
                                                                ha un cambio nel quale la variazione del rapporto
                                                                avviene grazie al movimento di un rullo motore su
                                                                un disco di grandi dimensioni, così quando il rullo
                                                                è vicino al bordo esterno del disco si ha la massima
                                                                demoltiplicazione, che diminuisce quando il rullo si
                                                                sposta verso il centro del disco.
                                                                Ovviamente in questi esempi la variazione avviene a
                                                                mano, e non si tratta ancora del vero cambio automa-
                                                                tico e neppure della “guida con due pedali”,

                                                                                                  LaManovella/febbraio2008   27
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intendendo l’eliminazione di quello della frizione.        Il primo vero cambio automatico dei tempi moderni è
Si può dire, infatti, che l’automazione è avvenuta in      stato senza dubbio quello messo a punto dalla ameri-
due fasi: prima con l’automatizzazione della frizione      cana Oldsmobile, il cui principio di funzionamento è
(o la sostituzione con altro dispositivo come il giun-     stato variamente adattato da numerose altre marche e
to idraulico) e poi automatizzando anche la variazione     risulta valido ancora oggi per certe applicazioni.
del rapporto, sia col sistema a variazione continua sia
con meccanismi che azionano gli ingranaggi secondo         HYDRA-MATIC
una logica preÀssata.                                      Nel 1939 la Oldsmobile, che è una delle marche della
Molti inventori si sono cimentati nella difÀcile impresa   General Motors, iniziava ad offrire il cambio Hydra-
di realizzare meccanismi per la variazione del rapporto    matic come alternativa a quello manuale delle proprie
che non fossero ad attrito, come nei sistemi Weber e       vetture: si trattava di un sistema che metteva insieme
Fisher e in quello inglese Hobbs: tra questi si possono    alcuni dispositivi ben noti come il giunto idraulico di
citare il Sensaud de Lavaud ed il Costantinesco (anni      Föttinger per sostituire la frizione e un gruppo di in-
Trenta) che funzionano per mezzo di complicati mec-        granaggi epicicloidali per ottenere 4 rapporti di mar-
canismi a biellette e che non hanno superato la fase       cia avanti e la retromarcia.
sperimentale. Più efÀcienti sono i cambi Cotal e Wilson    L’automatismo (una volta inserita la marcia avanti
con ingranaggi epicicloidali e comando elettrico dei       mediante la apposita leva) era garantito da un in-
cambi di marcia, associati a frizioni automatiche. Sono    gegnoso sistema idraulico di valvole, che in base
stati applicati su alcuni modelli degli anni Trenta.       a tre dati (posizione dell’acceleratore, velocità del
Non va dimenticato inÀne l’impiego della trasmissione      motore e velocità delle ruote) stabiliva quale rap-
elettrica, ottima come funzionamento, ma pesante e         porto inserire. Ed era previsto un controllo manua-
costosa: venne proposta da Ferdinand Porsche per la        le per mantenere inserite le marce basse in caso di
austriaca Lohner e consisteva in una dinamo aziona-        bisogno; la leva di selezione, oltre alle posizioni di
ta dal motore a benzina. La corrente prodotta dalla        marcia avanti, folle e retromarcia, aveva anche la
dinamo veniva utilizzata per azionare motori elettrici     posizione P (parcheggio) con la quale si bloccava
direttamente sulle ruote, per un funzionamento asso-       la trasmissione impedendo movimenti alla vettura.
lutamente dolce e uniforme. Oggi è tornata sulle auto
a propulsione ibrida nelle quali viene sfruttato anche
un altro vantaggio: il recupero di energia in frenata.     Tipico cambio a convertitore di coppia parzialmente sezionato.




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                                                            Il maggior costo, la complicazione con aggravio del
                                                            peso e per molto tempo il maggior consumo, hanno
                                                            limitato per molti anni l’impiego del cambio automa-
                                                            tico descritto alle sole auto di grossa cilindrata, in par-
                                                            ticolare a quelle americane che in un certo periodo tra
                                                            gli anni ’80 e ’90 sono arrivate ad avere questo tipo
                                                            di cambio quasi sul 100 per cento della produzione.
                                                            Tanto che si diceva che una intera generazione di auto-
                                                            mobilisti americani ignorava l’esistenza della frizione,
                                                            salvo i pochi appassionati di vetture sportive europee.
Sopra, una delle tante soluzioni studiate per una cinghia   Dopo la General Motors hanno presentato modelli
metallica applicata ad un cambio a variazione continua;     con cambi automatici tutte le case automobilistiche,
                                                            sia direttamente sia fornendosi dai produttori speciali-
sotto, cambio automatico Renault a controllo elettronico.   stici come la Borg Warner, la Automotive Products, la
                                                            tedesca ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen).
                                                            La Renault è entrata in questo settore nel 1963 con un
                                                            cambio che adottava un primo sistema elettronico di
                                                            comando sviluppato in collaborazione con la Jaeger,
                                                            che venne poi ulteriormente perfezionato nel 1969 per
                                                            la applicazione in serie. In Italia anche Lancia ed Alfa
                                                            Romeo hanno sviluppato i loro modelli di cambio au-
                                                            tomatico.
                                                            Il miglioramento dei circuiti elettronici integrati con-
                                                            sentiva il crescente impiego di nuovi impianti nelle
                                                            automobili, compreso quindi il cambio automatico, la
                                                            cui diffusione cresceva grazie ai miglioramenti ed al
                                                            progressivo aumento delle potenze dei motori.

                                                            VARIOMATIC
                                                            Il cambio Variomatic merita una descrizione. Si tratta
Era prevista anche la possibilità di tenere inserite le     del vecchio sistema con pulegge di diametro variabile
marce basse in caso di necessità.                           e collegate da una cinghia, ma rivisitato dall’olandese
Il giunto idraulico è formato da una girante motri-         Hub Van Doorne titolare della DAF (Doorne Auto-
ce a forma di ciambella con numerose alette, con-           mobiel Frabrieken), che nel 1959 lanciava la vetturet-
tenuta in una scatola piena d’olio ed affacciata ad         ta Daffodil, un modello di nicchia come si direbbe
una analoga girante, che per effetto del movimen-           oggi. Infatti era la macchina ideale per chi non riu-
to dell’olio viene a sua volta trascinata in un moto        sciva a districarsi con frizione e cambio, quando non
proporzionale a quello della motrice.                       addirittura per chi avesse problemi alle gambe.
Questo dispositivo ha subìto negli anni due impor-          Dotata di un motorino bicilindrico da 600 cm3 ante-
tanti miglioramenti, come l’aggiunta di un terzo            riore, aveva una trasmissione a cinghia per ciascuna
elemento (statore), la cui presenza modifica il moto        delle ruote posteriori, cosa questa che consentiva di
dell’olio e consente di avere una variazione di cop-        eliminare anche il differenziale. La frizione era au-
pia variabile approssimativamente tra 2 a 1 e 1 a 1.        tomatica centrifuga ed il comando del cambio era
Il che equivale ad avere un primo rapporto di ri-           ridotto ad una levetta con tre posizioni: avanti-folle-
duzione che consente in pratica di ridurre a tre i          indietro. E’ stata un successo e nei primi cinque anni
rapporti forniti dagli ingranaggi. In questo caso ab-       ne sono stati prodotti 100 mila esemplari, seguiti poi
biamo un cambio con il “convertitore di coppia”.            dai nuovi e più potenti modelli DAF 33, 44 e 55 e
Il secondo miglioramento è stato l’aggiunta di una          inÀne la 66 Marathon.
frizione interna che, oltre una certa velocità, bloc-       Nel 1966 la trasmissione Variomatic venne anche
ca il giunto idraulico ed elimina le perdite per slit-      sperimentata su una monoposto di F3 con motore di
tamento che peggiorano lievemente il rendimento             oltre 100 CV con buoni risultati. Nel frattempo Hub
del cambio automatico. In questo modo i consumi             Van Doorne aveva creato un’azienda specializzata nel-
del veicolo risultano simili ad uno equivalente con         la ricerca sul cambio a variazione continua, che aveva
cambio meccanico.                                           messo a punto una versione totalmente nuova.

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                                                                     sistema elettro-idraulico derivato da quelli utilizzati
                                                                     nelle macchine utensili che la Ferrari aveva costruito
                                                                     durante la guerra.
                                                                     Il meccanismo venne effettivamente costruito e appli-
                                                                     cato ad una monoposto che, provata da Gilles Ville-
                                                                     neuve, ricevette un giudizio sfavorevole e quindi accan-
                                                                     tonato. Il fatto è che l’elettronica del tempo non era
                                                                     ancora all’altezza delle richieste di rapidità e precisione
                                                                     delle auto da corsa.
                                                                     Sono stati necessari dieci anni prima che un nuovo si-
                                                                     stema fosse messo a punto, questa volta su richiesta di
                                                                     John Barnard, il quale voleva abolire il comando mec-
                                                                     canico per avere maggiore libertà nel disegno della par-
                                                                     te posteriore della monoposto.
Sopra, il primo cambio continuo DAF: l’albero in basso               La bellezza del nuovo sistema Ferrari era dovuto al fat-
è collegato al motore, poi si notano le due pulegge motrici il cui   to che si usavano sia la normale frizione sia il cambio
diametro viene modiÀcato dai contrappesi per effetto della forza     classico ad ingranaggi, azionati da servomeccanismi
centrifuga, man mano che la velocità aumenta. Le cinghie             idraulici, a loro volta pilotati da un sistema elettronico
                                                                     molto rafÀnato facente capo a due leve poste sotto al
trasmettono la coppia alle pulegge che azionano e ruote,             volante.
ed il cui diametro è regolato da una molla.                          Nella prima versione, che è anche quella tuttora uti-
Sotto, sezione di un cambio automatico classico a convertitore       lizzata per le auto stradali, le marce vengono inserite
di coppia, il PowerÁite della Chrysler.                              e disinserite da pistoncini idraulici che muovono le
                                                                     forcelle che spostano gli ingranaggi come nei comandi
                                                                     manuali.
                                                                     Per le monoposto, da qualche anno a questa parte viene
                                                                     utilizzato invece un sistema desmodromico: un cilindro

                                                                     Una delle varianti del cambio a pulegge coniche con cinghia
                                                                     metallica.




Era sempre basata sul sistema delle pulegge a diame-
tro inversamente variabile, ma la cinghia non era più
di gomma ed esterna bensì fatta di anelli di acciaio e
contenuta in una scatola a bagno d’olio e il tutto sosti-
tuiva il cambio classico con l’aggiunta di un inversore
per la retromarcia.
Grazie al fatto che la cinghia era di acciaio e non più
di gomma, la potenza gestibile poteva essere molto
maggiore, tanto che ad un certo punto venne presa in
considerazione la possibilità di impiegare il dispositi-
vo anche in Formula 1. E la scuderia Williams preparò
una vettura che nei primi anni Novanta fu esibita ad un
Salone di Ginevra con una dimostrazione stradale, gui-
data dall’allora giovane pilota David Coultard. Ma nel
frattempo era arrivata la Ferrari con la sua soluzione.
Il cambio Ferrari aveva avuto un preludio semisegre-
to nel 1979: era stato lo stesso Enzo Ferrari a chie-
dere ai suoi tecnici se non fosse possibile eliminare
il lungo e complesso (e perciò delicato) leveraggio
necessario ad azionare il cambio posteriore con un

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Il progresso simboleggiato dal salto tra la vecchia leva        susseguono in un crescendo impressionante.
                                                                Il “sistema Ferrari”, caratterizzato dalle due leve che
dei pionieri (a sinistra) ed il selettore moderno, sostituito   consentono anche il comando manuale senza lasciare
oggi dalle levette sotto al volante.                            il volante, si vede ormai sui modelli di molte altre mar-
                                                                che anche se i meccanismi interni possono variare da
scanalato gira e muove le forcelle e viene mosso a sua          costruttore a costruttore.
volta mediante un motore idraulico passo passo.                 E concludiamo sfatando un mito, quello della Chapar-
A prima vista sembra che i pistoncini siano un sistema          ral, la vettura sport costruita dal taciturno texano Jim
più rapido rispetto al desmodromico perché, per passa-          Hall, che tra le sue molte vittorie ha ottenuto anche
re ad esempio dalla marcia più alta alla più bassa occor-       quella alla 1000 km del Nürburgring nel 1966, guidata
rono solo due movimenti, mentre col desmodromico il             da Joachim Bonnier e Phil Hill. Per anni è stato soste-
cilindro deve effettuare una rotazione completa.                nuto che la macchina fosse dotata di un misterioso
Tuttavia è il risultato quello che conta e i tecnici di         e formidabile cambio automatico, ma si è poi saputo
Maranello sono riusciti a ridurre il tempo complessivo          che il cambio era derivato da un GM di serie, e il pilota
della cambiata delle monoposto a poche decine di mil-           utilizzava due sole marce scegliendole con comando
lesimi di secondo.                                              manuale.
Sulla 430 Scuderia, dotata invece del sistema a piston-         Le notevoli prestazioni erano dovute alla leggerezze
cini, il tempo è di 60 millesimi, comunque incredibil-          della vettura (una delle prime costruite in vetroresina)
mente breve e quasi impercettibile quando in acce-              e al motore di generosa cilindrata, unito ad un buon
lerazione si tiene l’acceleratore a fondo e le marce si         convertitore di coppia.

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