LEZIONE 3: LA TRASMISSIONE

GLI ORGANI DI TRASMISSIONE: CAMBIO E DIFFERENZIALE

Una volta definiti i concetti di coppia e di potenza, si rende necessario trasferire il movimento del motore alle ruote. Teoricamente questo potrebbe avvenire in maniera diretta, ovvero attraverso dei semplici ingranaggi di rinvio, la coppia disponibile all’estremità dell’albero motore potrebbe essere trasmessa alle ruote motrici.
Esistono, tuttavia dei limiti fisici che non permettono l’applicazione di questa teoria.
Il primo di questi è rappresentato dal numero di giri del motore, variabile da 0 a 20.000, ma più normalmente da 0 a 8.000. Questo significa che, se il movimento delle ruote fosse solidale all’albero motore, le prime dovrebbero girare alla stessa velocità. Per una serie di fattori fisici, le ruote di un auto possono arrivare ad una velocità massima di 3000 giri al minuto, anche se per opportunità non si superano i 2.000 giri/min.
Detto questo, si comprende che tra il motore e le ruote motrici sono interposti degli organi meccanici che per convenzione vengono definiti “di trasmissione”.

Questi sono i seguenti:
• frizione, che permette la separazione ed il collegamento graduale fra motore e ruote motrici, ha la funzione di togliere e di trasmettere il movimento dal motore al cambio e da questo alle ruote motrici; quando è ingranata la marcia il disco della frizione viene premuto sul volano, la rotazione del volano che quella dell’albero motore, viene trasmessa al disco e questa rotazione viene trasmessa all’albero del cambio;
• cambio, che fornisce la possibilità di attribuire più valori alla riduzione di velocità fra motore e ruote motrici, esso cioè provvede a variare il rapporto fra i giri dell’albero motore e quelli compiuti dall’albero di trasmissione, in modo tale che il veicolo possa muoversi a differenti velocità senza che il motore subisca corrispondenti variazioni del numero di giri;
• albero di trasmissione, che provvede al trasmettere il movimento rotatorio dell’albero motore che fuoriesce dalla scatola del cambio alla coppia delle ruote motrici;
• differenziale, dato che il movimento di rotazione si trasmette ad entrambe le ruote dell’asse motore il differenziale permette alle ruote di ruotare a velocità differente ogni qual volta le ruote devono percorrere, nello stesso tempo percorsi di differente lunghezza (come ad esempio in curva);
• semiassi, è l’elemento finale degli organi di trasmissione che provvedono al definitivo trasferimento della rotazione e della coppia motrice alle ruote motrici.

Il cambio e la frizione, pur facendo parte degli organi di trasmissione, possono essere tranquillamente considerati come elementi a se stanti, in quanto esplicano una funzione unica e fondamentale per una automobile.
Tuttavia il fine di questa trattazione, oltre a quello di descrivere a grandi linee il funzionamento di un’auto, è quello di riuscire a spiegare in che modo è possibile intervenire sui parametri variabili che presenta GT5.
Infatti, una volta completate tutte le trasformazioni possibili, è possibile modificare i valori dei rapporti del cambio e ed i valori del differenziale a slittamento limitato (LSD).
Per questo motivo suddividerò questa lezione in due parti e proverò a spiegare gli effetti delle modifiche consentite.

IL CAMBIO

Enunciata la funzione del cambio, resta da comprendere in che modo viene esplicata la stessa.
Il cambio è costituito da un albero primario e uno o due (per i dsg) alberi secondari. L’albero primario prende forza direttamente dall’albero motore (volano + frizione), sull’ albero primario sono calettate solidamente un numero di ruote dentate tronco coniche pari al numero delle marce.
L’albero secondario, parallelo all’albero primario, presenta un altrettanto numero ruote dentate tronco coniche. L’accoppiamento di una ruota dentata dell’albero primario con una dell’albero secondario, viene definita coppia di ingranaggi.
Attraverso una serie di meccanismi di vario genere, ogni ingranaggio dell’albero primario può essere spostato quel tanto che basta per ingranare sul corrispondente ingranaggio dell’albero secondario. Quando ciò avviene, si ingrana una marcia predefinita all’origine. Numericamente parlando, l’accoppiamento produce un rapporto matematico di riduzione.
E’ fondamentale conoscere questo rapporto, perché è quello che consente di sfruttare al meglio la coppia del motore per ogni coppia di ingranaggi innestata.

Quindi partendo dai valori di coppia espressi da un motore, rapportati con il numero di giri, si ottiene la cosiddetta curva di coppia.
Ad ogni rapporto innestato, corrisponde un numero di giri dell’albero secondario (misurato al pignone del cambio e trasmesso alla corona del differenziale).

I valori di ogni rapporto, si traducono graficamente, in una serie di linee, dove sull’asse delle ordinate vi è il numero di giri del motore, mentre sull’asse delle ascisse vi è la velocità misurata alle ruote.
Questo significa che, partendo dal numero di giri minimo (di solito 1000 giri al minuto) e fino al numero di giri massimo consentito (questo dipende dal motore) ogni rapporto di marcia può essere riportato per comprenderne l’andamento in funzione della velocità.

A questo punto entrano in gioco la curva di coppia e la curva di potenza. Come abbiamo già detto nella lezione precedente, esiste un preciso rapporto matematico tra i due valori che varia un funzione del numero di giri. Di conseguenza esiste un valore massimo per tutte e due i valori.

Tenendo conto di questi valori, si ottiene un range ottimale di utilizzo del motore.

Per capirci e tradurre la cosa in termini comprensibili, prendiamo un’auto qualsiasi presente su GT5, applichiamo tutte le trasformazioni possibili e consideriamo i valori finali ottenuti.
Io ho preso un’AUDI R8 4.2 tronic, l’ho rodata a modino e dopo 1000 km ho ottenuto i seguenti valori: Potenza max 760 CV a 8400 G/min, Coppia Max 656Nm a 6900 G/min.
Nella pratica si traduce che ho un range di utilizzo del motore abbastanza elevato, poiché osservando la curva di coppia, si nota che già intorno ai 6000 giri/min è disponibile il 90% della coppia massima. Il che significa che, per quanto performante, il motore ha anche una certa elasticità.
Facendo qualche semplice calcolo, tenendo conto che il limitatore interviene a 9400 giri/min, è possibile far girare il motore tra i 6500 giri e gli 8500 giri/min.

Quindi tornando al cambio, essendo possibile modificare ogni singolo rapporto, basta osservare il grafico che in GT5 viene associato ad ogni autovettura e creare la cosiddetta seghettatura grafica per aggiornare i vari rapporti.

Questo è il passaggio più difficile da comprendere, ma anche da spiegare.

Osservando il grafico, si nota che ad ogni marcia corrisponde una linea, anche se viene rappresentata perlopiù spezzata, essa in realtà parte sempre dal numero minimo di giri del motore. Viene rappresentata spezzata, perché si vuole indicare l’inizio ottimale, in termine di giri, per quel determinato rapporto. Ora tutte le linee terminano a 9400 G/min, ma come abbiamo detto, il massimo del numero di giri per quest’auto dev’essere 8500. Per cui, si traccia idealmente questo limite sul grafico. E si traccia anche l’altro limite che avevamo stabilito, ovvero 6500.
Il grafico su GT5 non è preciso, ma i quadratini ci aiutano. Infatti essendo composto da 8 quadratini, sappiamo che ognuno di essi corrisponde a circa 1175 giri min.

Quindi partendo dalla linea rossa del limitatore, a metà dell’ultimo quadratino in alto si traccia una linea parallela a quella rossa. E’ il limite massimo al quale bisogna far girare il motore prima della cambiata. Allo stesso modo si traccia il limite minimo di giri al quale deve girare il motore, posto circa un quadratino e mezzo più in basso.
A questo punto, prima di fare qualsiasi altra cosa, bisogna prendere l’auto e scendere in pista per definire, in base al circuito, la velocità massima che si riesce a raggiungere.
Naturalmente anche questo è un calcolo per approssimazione e varia proprio in base ai rapporti del cambio. Io di solito, assolvo a questo compito, provando fino a far coincidere la velocità massima con l’entrata in funzione del limitatore. Poi aumento il valore di circa 20/25 Km/h.

Avendo tutti questi parametri, ora si può lavorare sul cambio.
Si può agire in tre modi: semplicemente variando la velocità massima, intervenendo su ogni singolo rapporto oppure modificando il rapporto finale. Nulla esclude che si possa intervenire in tutti e tre i modi contemporaneamente.

Diciamo che il nostro intervento si è limitato a definire solo la velocità massima. Si rende necessario verificare che, almeno graficamente, i cambi di marcia avvengano entro i regimi che volevamo.
Per cui, dal punto in cui la retta raffigurante la prima marcia interseca il limite di 8500 giri/min, si traccia retta parallela all’asse delle ordinate che, verso il basso, fino ad intersecare la retta raffigurante la seconda marcia. Se le due rette si intersecano prima di raggiungere la retta raffigurante il limite dei 6500 G/min, allora la cambiata tra 1° e 2° è corretta.

Se invece ciò avviene al di sotto di questa linea, è necessario intervenire per modificare qualcosa.
L’intervento più semplice è quello di accorciare la marcia successiva, o allungare la marcia precedente.
Ovviamente questa operazione va ripetuta per ogni intervallo di marcia.

La modifica del rapporto finale è una degli interventi che richiedono maggior dimestichezza e sensibilità. Poiché si rischia di avere un cambio troppo corto o troppo lungo, in quanto si determina una variazione su tutti i rapporti.

Il consiglio che posso dare per settare correttamente un cambio è quello di diminuire la velocità massima generale, allungare tutti i rapporti dalla primo all’ultimo ed infine agire sul rapporto finale, allungandolo fino alla velocità desiderata.

In questo modo si ottiene un cambio che sfrutta meglio la curva di coppia, poiché le linee di ogni marcia risulteranno più inclinate, di contro, si perderà qualcosa in progressione, ma si risparmieranno un bel po’ di cambiate e di conseguenza anche le gomme.


IL DIFFERENZIALE

Partendo dall’uscita del cambio, andiamo ora ad osservare il percorso che trasmette il moto alle ruote motrici. Tutto dipende da come siano le posizioni reciproche del motore e delle ruote motrici. Nel caso che essi siano vicini, allora dopo il cambio troveremo una semplice coppia (o un “treno” di 3-4 elementi) di ingranaggi chiamata riduzione finale. Essa è a monte del differenziale e riduce di un fattore pari a circa tre - quattro volte il numero di giri delle ruote rispetto quello dell’albero di uscita del cambio. Un’altra variante deriva dall’orientamento reciproco fra gli assi del motore e delle ruote: se il motore è disposto longitudinalmente sarà infatti necessario che due ingranaggi siano conici oppure ipoidali, in modo da “girare” di 90° l’asse del differenziale rispetto a quello del cambio. Se anche il motore è trasversale allora sarà possibile usare ingranaggi cilindrici, dato che gli assi di motore e differenziale saranno paralleli. Qualora le ruote motrici siano lontane dal motore e in ogni caso se l’auto è a trazione integrale sarà necessario ricorrere ad un albero di trasmissione, un elemento che serve a collegare l’uscita del cambio alla scatola del differenziale.

La prima cosa importante da sapere è che tutte le auto montano il differenziale. Il suo scopo è quello di permettere alle ruote di uno stesso asse di girare a velocità differenti. Questo è fondamentale per curvare, dato che, in curva, la ruota esterna percorre più strada di quella interna.

Un differenziale autobloccante ha in più la capacità di trasferire la coppia dalla ruota che slitta a quella con maggior grip. Molto diverso da quanto fa un controllo di trazione TCS che invece taglia potenza a entrambe.

Proviamo a chiarire le idee con un esempio. Chi non è rimasto una volta bloccato sulla neve o nel fango? Un differenziale libero (come quello montato sulle nostre comuni auto di tutti i giorni) fa si che la potenza venga trasferita alla ruota che slitta e che oppone quindi meno resistenza. Il risultato è che quando si dà gas, una ruota gira a vuoto e l'altra rimane ferma (e non si esce dal fango).

Con un differenziale limitato, invece, il trasferimento di coppia è appunto limitato a un certo valore; così facendo, parte della coppia va alla ruota con più grip.

Le regolazioni di questo dispositivo sono quindi atte a bilanciare i due aspetti: da un lato la necessità delle ruote di girare a velocità diverse per percorrere una curva, dall'altro far si che nessuna delle due ruote assorba da sola tutta la coppia.

Questo tipo di differenziali vengono chiamati LSD che è l’acronimo di LIMITED SLIP DIFFERENTIAL, ovvero appunto Differenziale a slittamento limitato. Fatto questo piccolo inciso, va ricordato ancora che gli LSD lavorano solo sulle ruote motrici e che nel caso di 4WD O AWD è possibile regolare indipendentemente asse anteriore e posteriore.

Essendo che l’importanza dell'LSD cresce con l'aumentare dei cavalli e delle potenze, chiaramente cresce anche il beneficio che una perfetta regolazione può produrre.

A questo punto veniamo alle regolazione dell’LSD in GT5.
Viene definito Liberamente personalizzabile e di solito è necessario installarlo dopo l’acquisto dell’auto.

Una volta effettuata l’installazione è possibile procedere alla sua regolazione.

I valori regolabili sono 3: coppia iniziale, valore in accelerazione e valore in decelerazione.

Coppia Iniziale
La coppia iniziale determina la sensibilità del differenziale, influenzando anche i settaggi degli altri 2 parametri. Con valori alti (60) avremo un comportamento libero, con valori bassi (5) un comportamento bloccato.

Effetti dinamici.
Valore coppia iniziale alta (differenziale più libero), aumenta la manovrabilità dell’auto ma si riducono gli effetti benefici sia in fase di rilascio che in fase di accelerazione, inoltre c’è il rischio che la potenza venga trasmessa tutta alla ruota con meno grip.

Valore coppia iniziale bassa (differenziale più bloccato), si ottiene un maggior grip nelle due fasi, poiché la coppia viene trasmessa alla ruota con più aderenza, si riduce però la maneggevolezza poiché essendo discontinuo questo trasferimento, in quanto legato al numero di giri del motore, la perdita di aderenza è a singhiozzo, come pure il grip.

Valore in Accelerazione
Effetti Dinamici
Valore accelerazione Basso, Aiuta a limitare lo slittamento delle ruote in uscita di curva, ma rende più difficile curvare se si sta accelerando
Valore Accelerazione Alto Aiuta l'auto nelle curve strette, ma aumenta anche il rischio di slittamento e di perdere trazione

Valore in Decelerazione
Effetti Dinamici
Valore Decelerazione Basso Aiuta l'auto a rimanere stabile in frenata, ma alo stesso tempo rende difficile l'inserimento in curva
Valore Decelerazione Alto Migliora l'inserimento in curva, perdendo qualcosa in stabilità in ingresso in curva.

Il differenziale è un parametro difficile da regolare e che può modificare radicalmente il comportamento della vettura, quindi è da modificare con cura e a piccoli gradini.
Come riferimento generale possiamo dire che per le trazione anteriore è meglio settare valori alti in decelerazione e più importanti in accelerazione.

Per le trazioni posteriori ci sono spesso i maggiori benefici con valori più bassi in accelerazione, facendo però attenzione ai valori in decelerazione, considerando che maggiore è il valore maggiore è il freno motore.

Le trazioni integrali sono le più difficili da settare. In generale si hanno maggiori benefici da valori alti, quindi da differenziali più liberi, che evitano comportamenti sottosterzanti. Nella pratica però suggerisco di lasciare più libero (con valori più alti) il differenziale con minor trazione, che di solito è quello anteriore.

A proposito delle auto a trazione integrale, è bene fare un accenno al tipo particolare di differenziale di cui sono dotate ovvero il ripartitore di coppia.
Posizionato a monte dei differenziali, esso serve per suddividere fra i vari assi di trazione, in una misura prestabilita, la coppia prodotta dal motore.

Intervenire sul ripartitore è un’operazione di per se semplice, ma gli effetti sulla dinamica di guida sono molto rilevanti.
Si può passare da un 10/90 ad un 50/50, che tradotto in strada significa passare da una trazione posteriore ad un’integrale pura.
Sull’asfalto è meglio preferire un posteriore più carico, quindi il valore consigliato va da 75 a 60. Personalmente preferisco non distaccarmi troppo dai valori preimpostati, a meno che non si tratti di un tracciato particolare o di una grande potenza disponibile.
Sappiate, comunque che la regolazione del ripartitore di coppia va effettuata prima della regolazione dell’LSD, tenendo a mente che ogni successiva regolazione dovrà trovare una corrispondenza anche nella modifica dei valori del differenziale.

Spero di aver reso tutte queste nozioni comprensibili, altrimenti.....continuate a studiare