Cambio automatico: guida completa

Vi siete mai chiesti quale sia il principio di funzionamento di un cambio automatico? Perché non c’è più il pedale della frizione?

Cosa succede nel cambio quando la leva è su Drive? Cosa significano le lettere P R N D? In questo articolo, cercheremo di rispondere a queste domande e spiegheremo nel dettaglio come funziona un cambio automatico.

Nota importante: la trasmissione automatica è stata creata da Gogu Constantinescu, un inventore rumeno, ed è stata montata per la prima volta su un’automobile nel 1923.

A causa delle sue scarse prestazioni, non è stata prodotta in serie. Tuttavia, la General Motors è riuscita a offrire il cambio Hydramatic nel 1939. Questa è stata la prima trasmissione automatica a essere prodotta in serie.

Qual è lo scopo di un cambio automatico?

Lo scopo principale di un cambio automatico è lavorare in tandem con il motore, cambiando le marce senza che il conducente debba intervenire. Poiché, per funzionare correttamente, un motore deve girare a una certa velocità, la trasmissione è quella che aumenta o diminuisce la potenza del motore a seconda delle necessità.

Il computer elettronico del cambio è in grado di verificare ed eseguire ogni cambiamento grazie ai sensori di velocità dell’auto, di giri del motore, di posizione del pedale dell’acceleratore, ecc.

Innanzitutto, la trasmissione è un elemento molto importante della parte meccanica di un’automobile. Senza di essa, le auto avrebbero un solo rapporto di velocità, basato sulla velocità massima desiderata. Ad esempio, per una velocità di 90 km/h, questo rapporto sarebbe simile alla terza marcia di un cambio manuale. Così, l’auto partirebbe molto lentamente da fermo e si sovraccaricherebbe ad alta velocità, rendendola inutilizzabile.

Leggi anche

Cambio DSG 6 vs DSG 7

Nel nostro articolo di oggi faremo un confronto tra due cambi automatici molto popolari e diffusi sul mercato: il DSG 6...

In generale, gli ingranaggi del cambio consentono un uso corretto ed efficiente dei giri del motore e, allo stesso tempo, ottimizzano la velocità di funzionamento dello stesso. Nel caso della trasmissione automatica, a differenza di quella manuale, l’ingranaggio planetario è quello che produce i diversi rapporti di velocità. Vedremo più avanti cosa rappresenta questo componente.

Quanti tipi di cambi automatici esistono?

Ogni produttore automobilistico sceglie di utilizzare un certo tipo di trasmissione automatica, a seconda del modello di auto su cui intende montarla, ecc. Qui presenteremo cinque delle numerose varianti di questo tipo di cambio:

Cambio a doppia frizione

Considerato il più performante tra tutti i tipi di cambi automatici, questo modello ha un principio di funzionamento estremamente semplice, basato su due frizioni. Più precisamente, funzionano in sincronia, ciascuna innestando una marcia a turno.

Leggi anche

Facendo questo distruggerai sicuramente il cambio

Quando si parla delle abitudini che i guidatori hanno nel traffico, queste si imparano molto facilmente e si cambiano mo...

Il cambio automatico a doppia frizione è costituito, alla base, da due cambi manuali montati in parallelo, uno con marce dispari e uno con marce pari. Qui abbiamo due tipi:

Con frizioni a secco, con un solo disco, comandate elettricamente

Con frizioni a bagno d’olio, con dischi multipli, comandate idraulicamente

I produttori automobilistici che hanno scelto questo tipo di cambio sono:

• Volkswagen (Borg Warner) - DSG (Direct Shift Gearbox)
• Audi - S-Tronic
• Porsche (ZF) - PDK (Porsche Doppel Kupplunggetriebe)
• Seat
• Renault (Getrag) - EDC (Efficient Dual Clutch)
• Ford (Getrag) - PowerShift
• Fiat (FPT) - DDCT (Dual Dry Clutch Transmission)
• Mercedes-Benz (Getrag) - SpeedShift
• Mitsubishi (Getrag) - TC-SST (Twin Clutch Sport Shift Transmission)

Cambio con convertitore di coppia

Un cambio utilizzato dalla maggior parte dei produttori automobilistici, come:

• BMW
• Mercedes-Benz
• Jaguar La generazione più recente di questa trasmissione automatica (l’ultima versione è quella con 9 marce) è conosciuta per essere molto confortevole nell’uso, cambiando le marce senza alcun scossone e riducendo anche il consumo di carburante.

In questo tipo di cambio, a un basso regime di giri, il motore disinnesta la trasmissione. La frizione è stata sostituita da un trasformatore di coppia che funziona come trasmettitore del movimento al cambio tramite l’olio di trasmissione.

Cambio CVT (a variazione continua)

Questo tipo di trasmissione è utilizzato principalmente dai produttori automobilistici asiatici, come ad esempio:

• Nissan
• Toyota
• Subaru Il cambio CVT è anche conosciuto come trasmissione a una sola marcia o senza interruzioni a causa del suo diverso principio di funzionamento. Più precisamente, riesce a aumentare la potenza del movimento di rotazione di un motore grazie a una catena o a una cinghia che modifica continuamente la propria forma.

Come breve storia interessante, possiamo dire che il primo tentativo di cambio CVT è stato realizzato da Leonardo da Vinci nel 1490, e nel 1926, George Constantinescu è riuscito a modificare questo tipo di cambio in una formula molto vicina a quella attuale.

Cambio robotizzato

Questo cambio automatico è la variante più economica tra tutte, presente nei modelli creati da Dacia e Opel. È stato creato sulla base del cambio manuale e, per questo motivo, molti non lo considerano un vero cambio automatico.

Il suo principio di funzionamento si basa sul meccanismo classico del cambio manuale. Inoltre, il comando del cambio è stato sostituito con un sistema di servomeccanismi elettroidraulici o elettrici che, allo stesso modo, comandano la frizione.

Il cambio delle marce è effettuato automaticamente da un’unità di controllo elettronica, ma può essere effettuato anche manualmente, dal conducente, tramite le palette sul volante o la leva del cambio.

Cambio sequenziale

Il cambio sequenziale è apparso per la prima volta tra gli anni ’70 e ‘80, come risultato dell’idea di cambiare le marce molto più rapidamente rispetto al cambio manuale. Come suggerisce il nome, questo cambio cambia le marce in modo sequenziale e molto rapido, senza possibilità di errore o omissione di una marcia.

Questo tipo di cambio si basa sempre su un cambio manuale (più frizione con disco e cuscinetto), ma il pedale della frizione e il comando sono stati sostituiti da sistemi elettronici o idraulici specifici. Così, le marce possono essere cambiate automaticamente o manualmente, dal conducente, senza ritardi o errori.

Quali sono, in generale, le componenti di un cambio automatico?

Il cambio automatico è, innanzitutto, composto da tre parti principali:

Trasformatore di coppia o convertitore di coppia Ingranaggi / meccanismi planetari, insieme a freni multidisco e frizioni Computer elettroidraulico del cambio (Mecatronic)

Successivamente, ciascuna parte è divisa in più sottounità, esemplificate su un cambio 7G-tronic, a 7 marce, di Mercedes-Benz:

Convertitore di coppia Turbina Statore Rotore Valvola di sfiato della scatola del cambio Pompa dell’olio - aiuta a generare pressione basata sui giri del motore Freno multidisco B1 Frizione multidisco K1 Meccanismi planetari Ravigneaux Freno multidisco B3 Frizione multidisco K2 Meccanismo planetario semplice Freno multidisco BR Frizione multidisco K3 Freno multidisco B2 Perno di blocco per la modalità Parking Anello guida del sensore di giri Leva selettore di programmi - modulo di controllo elettroidraulico Anello magnetico del sensore di giri N2 Modulo elettroidraulico di controllo, con valvole elettromagnetiche, sensori e mecatronica Anello magnetico del sensore di giri Valvole elettromagnetiche (solenoide) - azionano i freni e le frizioni multidisco Frizione a slittamento controllato che blocca il convertitore di coppia Y3/8n4 - Mecatronic / modulo elettronico di controllo e comando / computer del cambio

Spiegheremo il ruolo di ciascuna delle tre parti principali:

Convertitore di coppia

Il motivo per cui un’auto può rimanere ferma anche con il motore acceso è la discontinuità del flusso di potenza tra questo e la trasmissione. In un cambio manuale, ad esempio, questo può essere realizzato premendo il pedale della frizione. Nel caso del cambio automatico, c’è un convertitore di coppia che “si occupa” di questo aspetto.

Questa componente è posizionata nella parte anteriore del cambio, esattamente dove si crea il collegamento diretto con il motore.

La cassa del convertitore è fissata con bulloni al volano del motore, e il suo movimento di rotazione avviene alla stessa velocità del motore. Le funzioni principali del convertitore di coppia sono:

Intermedia il trasferimento di potenza dal motore all’albero di ingresso del cambio Aumenta la coppia prodotta dal motore

Il convertitore di coppia funziona sulla base della potenza idraulica fornita da un fluido di trasmissione (ATF). Il suo principio di funzionamento può essere spiegato in dettaglio tramite le sue componenti:

Pompa

Questa sottounità di tipo centrifugo è montata direttamente sulla cassa del convertitore, che è anche fissata al volano del motore, come detto in precedenza.

Mentre ruota alla stessa velocità del motore, la pompa invia il fluido verso l’esterno creando, allo stesso tempo, un vuoto che attira una grande quantità di fluido verso il suo centro e poi verso la turbina. Il design della pompa assomiglia a quello di un ventilatore.

Statore

È posizionato tra la pompa e la turbina. Lo statore ha il compito di inviare l’olio del cambio dalla turbina indietro alla pompa, di aumentare la coppia proveniente dal motore per poter muovere le ruote dell’automobile e di ridurre questa coppia quando l’auto prende velocità. Lo statore assomiglia all’elica di un aereo.

Turbina

La turbina è posizionata all’interno del convertitore di coppia e assomiglia come forma alla pompa. È collegata direttamente all’albero di ingresso del cambio, ma non alla pompa. Questo le consente di ruotare a una velocità diversa, consentendo al motore di funzionare in modo diverso rispetto alle altre componenti della trasmissione.

Frizione di blocco

A causa della dinamica dei fluidi, la potenza si perde durante la trasmissione dell’olio tra la pompa e la turbina. In questo caso, la turbina avrà un movimento di rotazione inferiore a quello della pompa, situazione che non disturba quando l’auto parte da ferma. Tuttavia, quando l’automobile è in movimento, si sentirà una diminuzione della potenza.

Per risolvere questo problema, i moderni convertitori di coppia hanno in più una frizione di blocco collegata alla turbina. Questa inizia a funzionare, tramite un computer, quando l’auto raggiunge una certa velocità e ha il compito di regolare la velocità di rotazione della turbina con quella della pompa.

Nel caso dei cambi automatici di ultima generazione, il convertitore di coppia funziona solo durante la partenza da fermo, fino a una velocità massima di 25 km/h, e durante il cambio delle marce. Per il resto, rimane bloccato perché, in questo modo, può aumentare il rendimento della trasmissione.

Ingranaggi / meccanismi planetari, freni multidisco e frizioni

Quando l’automobile raggiunge una velocità maggiore, sarà necessaria meno coppia per mantenere il livello di velocità. Normalmente, la trasmissione può aumentare o diminuire il livello di coppia necessario per muovere le ruote in base ai rapporti di trasmissione.

Così, quando il rapporto è più alto, la coppia sarà minore e viceversa. Nel caso di un cambio automatico, i rapporti di velocità aumentano e diminuiscono automaticamente grazie ai meccanismi planetari.

Le tre componenti degli ingranaggi planetari sono:

Ruota dentata centrale (Sun Gear) - posizionata al centro dell’ingranaggio planetario

Ruote dentate planetarie piccole più un supporto - la ruota dentata centrale è collegata a tre o quattro ruote più piccole poste intorno ad essa e sostenute da un supporto. Ogni ruota ha un proprio asse su cui ruota, collegato al supporto. Allo stesso tempo, tutte queste ruote orbitano intorno alla ruota dentata centrale.

Ingranaggio anulare - la ruota esterna con denti interni. Questa è in costante connessione con le ruote dentate planetarie, inglobando l’intero gruppo.

I freni multidisco sono realizzati in metallo rivestito con materiale di attrito organico, e il loro compito è fermare la ruota dentata o l’ingranaggio anulare quando necessario. Questi sono controllati da un sistema idraulico specifico.

Inoltre, un cambio automatico presenta una serie di frizioni collegate in diversi punti degli ingranaggi planetari. Realizzate con più dischi di metallo e attrito, queste possono azionare la frizione quando vengono premute.

Una singola frizione ha la possibilità di modificare lo stato di un ingranaggio planetario, trasformandolo in un ingranaggio di ingresso o stazionario. Le frizioni sono azionate automaticamente da un meccanismo meccanico, elettrico e idraulico allo stesso tempo.

Computer elettroidraulico del cambio (Mecatronic)

Questa componente è responsabile dell’azionamento idraulico degli accoppiamenti e delle trasmissioni parziali. Il termine “mecatronic” è composto dai concetti di meccanico ed elettronico, poiché è composto da:

Sistema elettronico che comanda la trasmissione - è responsabile della selezione della marcia corretta e calcola il momento esatto per cambiare marcia basandosi sulle informazioni ricevute da: velocità e programma di marcia, giri del motore e posizione del pedale dell’acceleratore.

Sensori

Il sistema idraulico di comando - aziona i comandi di accoppiamento attraverso una serie di azioni complesse eseguite in perfetta coordinazione.

In termini più tecnici, il mecatronic è composto da un gruppo di valvole collegate tramite un percorso idraulico che azionano le forchette che muovono gli ingranaggi.

Cosa significano P R N D?

A differenza del cambio manuale che ha indicate le marce sul coperchio ornamentale montato sul pomello del cambio, quello automatico presenta, in generale, le lettere P R N D. Cosa rappresentano queste lettere?

P (Park) - la modalità di parcheggio che blocca le ruote motrici, ma non sostituisce il freno di stazionamento e non è collegata ad esso. Quando si ferma l’auto, il selettore deve essere spostato su P per poter spegnere e riavviare il motore.

R (Reverse) - la retromarcia. Può essere utilizzata solo quando l’auto è completamente ferma. Di solito, può essere selezionata solo premendo un pulsante.

N (Neutral) - la modalità neutra, proprio come nel cambio manuale. Quando è selezionata, l’auto non può muoversi. Viene utilizzata, ad esempio, durante le soste più lunghe di 20 secondi per non usurare le frizioni (nei cambi a doppia frizione) o durante un traino.

D (Drive) - la modalità di marcia, utilizzata per mettere in movimento l’auto e per circolare. Consente l’uso di tutte le marce, esclusa la retromarcia.

Inoltre, esistono alcune modalità opzionali:

S (Sport) - alcune auto hanno anche questa modalità che consente di cambiare le marce a regimi di giri più elevati per una guida più sportiva.

E (Eco) - la modalità economica, utilizzata per ridurre il consumo di carburante.

A (Adaptive) - il computer del cambio automatico ha la capacità di dedurre lo stile di guida del conducente basandosi sulle informazioni ricevute dal pedale del freno, dell’acceleratore e dalla velocità dell’auto. In base al risultato, seleziona la modalità più adatta tra Sport ed Eco.

Pulsante Winter - quando è attivato, consente di partire direttamente in seconda marcia e limita la trazione delle ruote cambiando le marce a regimi di giri più bassi.

Conclusione Negli ultimi anni, il cambio automatico ha guadagnato molto terreno rispetto a quello manuale grazie ai suoi numerosi vantaggi, come:

Cambi di marcia corretti e rapidi Trasmissione di coppie più elevate Comfort durante la guida, specialmente nel traffico o su lunghe distanze Amplificazione della coppia del motore Il principio di funzionamento di un cambio automatico è molto complesso, come si è visto nel corso di questo articolo, ma il risultato è straordinario. Inoltre, l’introduzione dei cambi automatici ha rivoluzionato il mercato automobilistico fin dai primi tentativi.

Fonti delle immagini: mercom.ro, auto-bild.ro, cars.ro, 4tuning.ro, constructionmanuals.tpub.com, micro-tronik.com, artofmanliness.com, e-automobile.ro, motorstory.ro