Introduzione
Questo articolo è stato scritto originalmente nell' autunno del 1992.
Allora come oggi, c'era una carenza generale di buone informazioni
per quanto riguarda tutti i veicoli a trazione integrale e in cosa
differiscono dai tradizionali veicoli quattro per quattro. Ho
aggiornato l' articolo originale per accennare i veicoli correnti.
Questo articolo è stato ricevuto molto bene dalla Comunità Internet.
2. Definizioni
Per prima cosa è importante dare le definizioni, poiché per qualunque
veicolo con quattro ruote, trazione integrale o quattro per quattro
significano letteralmente la stessa cosa. In generale parlare "
trazione integrale " implica le quattro ruote motrici permanentemente
agganciate o ad azionamento automatico e " quattro per quattro "
implica l'aggancio manuale e temporaneo delle quattro ruote motrici.
L' industria dell'auto rimane solitamente fedele a queste definizioni
ma non sempre. Le " trazione integrale " della Ford Tempo e della
Subaru Justy, ora non più utilizzato, erano sistemi ad aggancio
manuale e temporaneo, come il più vecchio Subaru GLs. Il termine
quattro per quattro a richiesta è abbastanza ambiguo. Può significare
sia che è un sistema ad azionamento manuale, oppure un sistema di
inserimento automatico ma temporaneo!
I media che parlano di automobili hanno una grossa parte di
responsabilità di questa confusione. Sono comuni sia gli errori
effettivi , così come l' uso trascurato di vari termini
intercambiabili.
Per questo articolo userò in modo impreciso i termini e sarò più
specifico ove necessario.
3. Differenziali
Un differenziale è un insieme meccanico di ingranaggi che prende la
coppia motrice da un albero conduttore e la divide tra i due assi di
uscita, permettendogli di ruotare a velocità diverse. Un
differenziale in un' auto a trazione anteriore o posteriore permette
che entrambe le ruote scarichino potenza sulla strada ma possano
contemporaneamente ruotare a velocità differenti in modo che l'
automobile possa girare senza resistenza.
Un sistema a quattro ruote motrici permanente deve avere tre
differenziali per poter applicare potenzaalle quattro ruote e girare
senza resistenza: i diff. (diff = abbreviazione di differenziale)
della parte anteriore, della parte posteriore e del centro. Questo
perché la distanza percorsa dalle ruote anteriori che sterzano non è
la stessa percorsa dalle ruote posteriori che non hanno articolazione.
La coppia in uscita dal cambio va per primo al diff. centrale, che la
divide e la trasferisce tramite gli alberi conduttori ai diff.
anteriore e posteriore. I sistemi quattro per quattro ad inserimento
manuale nella maggior parte dei casi non hanno un diff. centrale,
cosicchè non possono essere usati nell' asciutto. Quando sono
inserite le quattro ruote motrici in un tal sistema, la parte
anteriore e gli assi posteriori sono bloccati insieme e ruoteranno
esattamente alle stesse velocità. La differenza di velocità delle
ruote anteriori e posteriori deve essere assorbita dalle gomme.
4. Bloccaggio differenziale
Questo è il fulcro della tecnologia della trazione integrale perché
ha un effetto profondo sul comportamento su strada delle automobili.
Prendiamo ad esempio il caso dell' automobile più semplice a trazione
integrale con 3 diff. "liberi". L' automobile può essere
immobilizzata se una qualunque delle quattro ruote perde la trazione
perché i differenziali standard distribuiscono equamente la coppia
motrice in uscita. Un modo semplicistico di guardare a ciò e di
pensare che il differenziale "libero" trasmetta la potenza all'asse
con meno aderenza, in modo che se una ruota perde aderenza, tutta la
potenza è trasmessa a questa, senza lasciarne per le tre ruote
restanti. In realtà, i differenziali stanno distribuendo equamente l'
energia, in modo che in questo caso tutto è livellato a zero. Va
ricordato che in questo caso un veicolo a quattro ruote motrici ha
due volte più probabilità di perdere aderenza e rimanere
immobilizzato di uno a due ruote motrici. E poiché i veicoli quattro
per quattro tenderebbero ad essere utilizzati di più in circostanze
non ottimali di aderenza, è abbastanza importante avere certa forma
di bloccaggio differenziale. Ogni automobile trazione integrale oggi
sul mercato ha una forma di bloccaggio del diff. Un buon sistema per
capire questo concetto è di spiegare come si sono evoluti i sistemi
primordiali per arrivare allo stato dell' arte.
Audi è stato il primo produttore a vendere con successo la trazione
integrale per auto ad alte prestazioni con il quattro, rilasciato in
Europa nel 1981 e negli Stati Uniti nel 1983. (l' automobile uscì con
il nome più conosciuto turbo quattro coupe negli Stati Uniti e più
recentemente, in tutto il mondo come Ur Quattro). Queste automobili
riuscirono molto bene nei rally, vincendo parecchi titoli mondiali e
hanno condizionato il mondo perché il quattro per quattro non era mai
stato associato in precedenza alle auto ad altissime prestazioni.
Anche se il Jensen 1966 FF fu il primo veicolo ad avere un sistema a
quattro ruote motrici permanenti (ed anche l'anti-bloccaggio dei
freni) l' auto fu un fallimento commerciale e fu lasciato all' Audi
il compito di cambiare la coscienza pubblica ed entrare nei libri di
storia per aver lanciato la rivoluzione delle quattro ruote motrici
permanenti.
Durante gli anni 80 l'Audi decise di far uscire il quattro per
quattro ed il nome quattro sull'intera gamma di automobili. I quattro
di prima generazione avevano dei sistemi semplici di bloccaggio per i
diff. centrali e posteriori, che ne bloccavano uno o entrambi in modo
solido (nessuna differenza di velocità) per tirare fuori il veicolo
dalle condizioni di più profonda difficoltà. Quando entrambi i diff.
erano bloccati, bisognava perdere aderenza su una ruota posteriore e
su una anteriore per rimanere immobilizzati. Quando sia il diff.
centrale che quello posteriore erano bloccati, bisognava perdere
aderenza su entrambe le ruote posteriori ed una ruota anteriore per
restare fermo. I bloccaggi su queste Audi erano azionabili
manualmente ed erano abbastanza impegnativi poiché il guidatore oltre
a questo doveva già preoccuparsi di guidare e sterzare. L'Audi si
accorse che molti guidatori si dimenticavano di disinnestare i
bloccaggi una volta che riprendevano l'andatura.
Così la ricerca andò nella direzione dei differenziali autobloccanti.
In primo luogo sulla scena arrivò l' accoppiamento viscoso
(abbreviazione VC) che usava un silicone liquido in un'intelaiatura
progettata in modo che le differenze di velocità, fra i due assi,
minime fossero permesse ma l'aumento dello slittamento conducesse ad
un veloce aumento della viscosità del liquido che bloccasse l'
accoppiamento degli assi. L' accoppiamento viscoso è stato usato in
due modi radicalmente differenti:
Alcuni fornitori hanno usato differenziali normali insieme con il VC
dove il VC ha funzionato come bloccaggio del diff. che si inseriva
automaticamente quando le circostanze lo rendevano necessario. L'
attuale Mitsubishi Eclipse GSX e le attuali Subaru integrali con
cambio manuale usano questo schema. Anche la BMW 325ix e la Toyota
Celica turbo all-trac non più in produzione usavano lo stesso sistema.
Anche l'Audi, durante lo sviluppo del quattro originale, ha giocato
con i VC ed ha realizzato un modo completamente differente di usare
il VC. In questa implementazione, il VC era usato come diff.
centrale, con conseguente sistema di azionamento automatico e
temporaneo del quattro per quattro. In questa implementazione, l'
automobile era basata su una trazione anteriore, con le ruote
posteriori che venivano trascinate e le piccole differenze di
velocità, quando il veicolo girava, erano assorbite dal VC. Quando
accadeva un pattinamento dell'anteriore, la differenza di velocità
aumentava fino al punto in cui il VC con il suo bagno di liquido
viscoso cominciava a trasferire coppia motrice dalla parte anteriore
alle ruote posteriori ed il veicolo si trasformava così in un quattro
per quattro.Va notata la differenza fra questo sistema ed il
precedente. L'ultimo era un quattro per quattro ad inserimento
automatico, mentre il primo era una trazione integrale con
differenziale autobloccante.
Il sistema ad inserimento automatico e temporaneo della trazione
quattro per quattro non è mai stato messo in produzione da Audi ma fu
invece emesso dalla VW, che lo ha immesso nel mercato con il nome di
sistema syncro. La semplicità di questa implementazione ha spinto una
vasta gamma di fornitori ad usarla, da tutt le implementazioni dei
minivan, molte delle nuove SUV (Sport Utility Vehicles) fino alle
esotiche come l'attuale Porsche 911 turbo e Carrera 4 ed la
Lamborghini Diablo VT (queste hanno la trazione permanente sulle
ruote posteriori, naturalmente). Volvo è un nuovo giocatore in questo
campo e la sua offerta finale di trazione integrale usava anch'essa
questo schema, ma con un cocktail insolito di dispositivi di
riduzione dello slittamento, vale a dire un sistema con controllo di
trazione anteriormente e un diff. meccanico a slittamento limitato
nella parte posteriore. Parecchi giornali specializzati trovarono
questo sistema bisognoso di un ulteriore perfezionamento.
Dopo arrivò il differenziale torsen (abbreviazione di TORque SENsing,
sensibilità alla coppia motrice), che è stato abbracciato dall'Audi
nel sistema quattro di seconda generazione. L'Audi vi si è avvicinata
a tramite lo sviluppo della FF (proprietaria del brevetto VC) durante
lo sviluppo della parte posteriore del quattro originario verso la
fine degli anni 70 ma del VC fu rifiutato per le ragioni che chiarirò
presto. Il diff. torsen è stato inventato dall'azienda americana
(Gleason corp.) e aveva tutti i vantaggi del VC e nessuno degli
svantaggi. È un dispositivo completamente meccanico costituito da
ingranaggi a vite senza fine e da una ruota con vite senza fine, i
cui funzionamenti possono essere abbastanza difficili da descrivere a
parole e probabilmente oltre la portata di questo articolo. Tuttavia,
il torsen ha le caratteristiche che interessano in questo articolo.
Il differenziale torsen in condizioni di non slittamento dividerà la
coppia motrice 50:50. Tuttavia, quando un asse slitta, il diff.
torsen trasmetterà più coppia all'asse con più presa, cioè funziona
esattamente in modo opposto rispetto ad un diff. convenzionale. Sono
disponibili tutte le suddivisioni di coppia motrice fino a 80:20, a
seconda del passo degli ingranaggi con vite senza fine. E poiché è un
dispositivo completamente meccanico, l' azione di bloccaggio è
istantanea e progressiva al contrario del VC, che ha un ritardo molto
leggero per il liquido viscoso da riscaldare e che si blocca
improvvisamente. Le caratteristiche di sensibilità alla coppia
motrice del torsen inoltre gli permettono di essere preventivo
nell'evitare il pattinamento piuttosto che reattivo, nel correggere
una situazione di slittamento delle ruote. Il diff. torsen è così "
più sensibile " allo slittamento del VC. E' inoltre più progressivo.
(Anche la Porsche rifiutò il VC nella 964 Carrera 4 perché ritennero
che il VC fosse troppo difficile da gestire e che avesse una
caratteristica di bloccaggio esponenziale piuttosto che lineare.)
Più importante, il torsen non blocca o non inibisce le differenze di
velocità durante la frenata, permettendo così che tutte e 4 le ruote
ruotino in modo indipendente alle loro proprie velocità quando non è
applicata nessuna potenza.Il diff. torsen si blocca soltanto in una
situazione di applicazione di potenza mentre VC si blocca sia in
accelerazione che in frenata. Il torsen ha la caratteristica di
percepire la coppia mentre il VC ha rileva la rotazione.
La caratteristica di rilevamento della rotazione del VC inizialmente
ha causato molti problemi agli ingegneri. I sistemi anti-bloccaggio
dei freni contano quasi interamente sulle differenze di velocità fra
le 4 ruote per rilevare il bloccaggio di una ruota. Quindi, quando la
trasmissione prova a forzare le 4 ruote a ruotare alla stessa
velocità, crea grosse difficoltà al sistema ABS.
Gli ingegneri hanno dovuto creare una serie di modifiche per
risolvere questo problema. Mitsubishi aveva fatto ritardare ABS per
un istante per la GSX di prima generazione, infine aveva deciso di
fare in modo che l' ABS e il posteriore a slittamento limitato con VC
fossero opzionals che si escludevano reciprocamente. Il sistema
syncro della VW semplicemente staccava trazione a quattro ruote
motrici nel momento in cui veniva premuto il pedale del freno tramite
una seconda frizione. La maggior parte degli altri veicoli che
usavano questa versione del VC avevano una caratteristica molto
simile di disinnesto. La Lancia Delta Integrale, che ebbe molti
successi nel campionato del mondo di rally, arrivò ad applicare una
piccola quantità di potenza (attraverso la centralina elettronica del
motore) per ridurre la resistenza del VC quando erano premuti i
freni! Alcuni sistemi molto grezzi utilizzavo un dispositivo di
sovraccarico che è concettualmente simile alla ruota libera della
bicicletta. Questo faceva sì che il quattro per quattro fosse
disinnestato durante la frenata ma era ugualmente disinserito quando
era inserita la retromarcia!
Il sistema più facile fu di ridurre la viscosità effettiva del
liquido, di modo che si ridusse la resistenza. Questo significò anche
una riduzione dell'efficacia del bloccaggio del VC, che è
probabilmente abbastanza accettabile per un veicolo concepito
soprattutto per le strade asfaltate. La caratteristica del VC è la
relativa semplicità e il basso costo, e non la relativa
sofisticazione.
Verso la fine degli anni 80 Porsche e Mercedes stavano procedendo
lentamente ed uscirono con veicoli a trazione integrale di
complessità imparagonabile. Il sistema 4Matic della Mercedes
utilizzava i sensori dell' ABS per determinare il pattinamento. Nell'
asciutto, la Benz era un'automobile a trazione posteriore. Quando i
sensori sulla ruota segnalavano che le ruote posteriori stavano
slittando, un segnale veniva trasmesso al computer che iniziava
l'azionamento della frizione idraulica multi-piastra per trasmettere
potenza alle ruote anteriori. L'inserimento della frizione rea
regolato progressivamente dal computer. Quando il computer
determinava che era necessaria ancora più trazione, una seconda
frizione cominciava a bloccare il diff. posteriore. Appena era
premuto il pedale del freno, entrambe le frizioni erano disinnestate
per permettere all' ABS di funzionare senza interferenze.
Il Mercedes 4Matic era un sistema quattro per quattro automatico e
temporaneo. La spiegazione fornita dalla Mercedes sul perché avessero
avuto tutti questi problemi per progettare un sistema quattro per
quattro è stata che non desideravano rovesciare la loro clientela di
affezionati con sistema integrale, che a causa della trazione sulle
ruote anteriori , "avrebbe cambiato lo stile di guida d'una
Mercedes ". Si potrebbe anche commentare dicendo che erano troppo
fieri per usare qualche cosa meno complicato dell' Audi, che nel
mercato è considerata " più bassa ". In pratica, il sistema 4Matic ha
funzionato ne meglio ne peggio dell' altro tipo di trazione
integrale, ma il costo e la complessità lo hanno messo in cattiva
luce. Il sistema originale 4Matic è stato dismesso e l' ultimo 4WD
Mercedes ora è un sistema permanente, compreso il sistema usato nella
classe "M" delle SUV. La Nissan skyline GTR usa un sistema che è
concettualmente simile al 4Matic originale.
La Porsche ha usato un sistema simile di bloccaggio tramite frizioni
(benché fossero azionate in modo abbastanza diverso) come la Mercedes
nella produzione limitata, stato dell'arte 959, ma il diff. centrale
(che in realtà era soltanto una frizione idraulica) era sempre
inserito tranne quando si parcheggiava in modo che lo sterzo era più
facile da azionare. La suddivisione della coppia motrice nelle 959
variava con il carico e le circostanze. (tramite il bloccaggio
progressivo della frizione). Diversamente da tutte le altre
implementazioni della trazione integrale, la ripartizione della
coppia motrice nella 959 variava anche in condizioni di non
slittamento. Cioè in ogni altra trazione integrale, la ripartizione
era fissa fino a che non accadeva uno slittamento, dopo di che i vari
dispositivi anti-slittamento cominciavano ad alterare la
ripartizione. Nella 959, il computer della trazione integrale
riceveva le informazioni da molte sorgenti, inclusa la posizione
della valvola a farfalla, angolo di sterzata, gli accelerometri e
perfino la quantità di spinta fornita dal turbo. In rettilineo, alla
massima accelerazione, il sistema trasmetterà fino all' 80% della
potenza (da una ripartizione normale di 40 davanti/60 dietro) alle
ruote posteriori, anche se tutte e 4 le ruote stanno girando
esattamente alla stessa velocità. Questo era di gran lunga il più
complesso e sofisticato sistema di trazione integrale mai costruito.
Alla 959 seguì la 964 che fu introdotta per la prima volta nel 1989
come la 911 Carerra 4. La Porsche sosteneva che questo era uno
sviluppo del sistema usato nella 959 ed è ancora più avanzato.
Tuttavia, questo era un sistema a ripartizione fissa come tutti gli
altri, con frizioni gestite dal computer che fungevano da dispositivi
di limitazione dello slittamento. La caratteristica peculiare della
964, comunque, era che i sensori di velocità e gli accelerometri
erano utilizzati, assieme al differenziale posteriore con il
bloccaggio gestito dal computer, per curare la tendenza naturale
dalle 911 al sovrasterzo nel caso in cui la valvola a farfalla fosse
chiusa improvvisamente percorrendo una curva. Il diff. posteriore
cominciava bloccarsi quando il computer riteneva che il sovrasterzo
era imminente. Un diff posteriore bloccato produce sottosterzo, che a
sua volta controbilanciava il sovrasterzo. Attraverso l'utilizzo
della trazione integrale e dei differenziali intelligenti, la Porsche
fu in grado di addomesticare una bestia senza controllo in un animale
molto più docile. Questo, secondo i loro migliori ingegneri era il
motivo principale per implementare l'integrale anche nella 911, dato
che la 911 con la sua distribuzione posteriore del peso non aveva un
reale bisogno di ulteriore trazione.
Nel 1993 la Porsche ha aggiornato la 911 con una sospensione
posteriore di nuova concezione. Anche la versione a trazione
posteriore è stata addomesticata e così è sparita la motivazione per
usare una trazione integrale gestita da computer molto complesso. La
versione quattro per quattro di questa 911 (anche detta 993), ha a un
sistema VC ad inserimento automatico e temporaneo molto più semplice,
più leggero e meno costoso come quello trovato nel syncro della Golf
e nella maggior parte dei minivan. Tuttavia, il differenziale
posteriore intelligente che combatte il sovrasterzo mortale è stato
mantenuto per eliminare la tendenza al sovrasterzo restante. Il nuovo
911 con raffreddamento ad acqua (aka 996) C4 ha usato essenzialmente
lo stesso sistema della 993 C4, ma con un pizzico di assistenza della
stabilità gestita da un computer supplementare. È piuttosto deludente
vedere quella Porsche, che una volta era chiaramente alla guida
tecnologica in questo settore, mantenere in produzione l'
accoppiamento viscoso nel suo ultimo AWD mentre molte altre nuove
offerte di AWD come la nuova Golf 4Motion della VW e la 1999 Jeep
Grand Cherokee ricorrere a disegni più sofisticati.
Subaru in questo merita di essere menzionata perché nella versione
automatica della Legacy e del Impreza (comprese le varianti Outback),
usa un sistema di controllo computerizzato come quelli trovati nelle
Mercedes 4Matic, nell' Audi A8/V8 automatiche e nelle prime Porsche.
Subaru ha offerto questo sistema specializzato per lungo tempo in
automobili relativamente economiche. Molto più recentemente altri
creatori hanno cominciato offrire i sistemi concettualmente simili.
L' Honda CR-V, la VW Golf 4Motion 1999 ed i relativi derivati come
l'Audi TT ora usano un sistema che è concettualmente simile.
Anche l' Audi A8 (così come la versione automatica del Audi V8)
utilizza un innesto gestito dal computer per bloccare il
differenziale centrale, in un modo simile ai sistemi appena
descritti. La trasmissione automatica fornisce una sorgente sempre
pronta di pressione idraulica utile per bloccare un pacchetto di
frizioni, così è stato fatto. Questo sistema ha rappresentato il
primo successo dell'Audi per ciò che riguarda la trasmissione
automatica con la trazione integrale quattro. Gli attuali modelli
quattro con la trasmissione automatica usano un differenziale
centrale torsen ad eccezione della A8.
5. Controllo della trazione
Per tutto il suo contenuto tecnologico negli anni '80, le automobili
a trazione integrale risultarono un fallimento commerciale ad
eccezione delle marche di nicchia come Audi e Subaru. Verso la fine
degli anni '80 c'erano offerte di trazione integrale da parte di
tutti i principali produttori come fu accertato in seguito. Da allora
molti di questi fornitori hanno lasciato i loro modella a trazione
integrale per dei veicoli di utilità sportiva (detti in breve SUV)
basati su camion altamente più redditizi. Per le automobili un'
alternativa più semplice e più economica stava attendendo là, pronta
per essere sfruttata.
I freni anti-bloccaggio hanno sensori di velocità su due - quattro
ruote per rilevare le differenze di velocità fra le ruote in modo che
il computer possa intervenire e " pompare " il freno sulla ruota che
sta bloccando. Attraverso alcune semplici estensioni del sistema, si
poteva far frenare una ruota che stesse slittando, trasferendo così
effettivamente la potenza a quella con la presa. I sistemi più
specializzati ridurrebbero la potenza del motore per rallentare
ulteriormente il pattinamento, ma parlando in generale, il controllo
della trazione è soltanto un' ottimizzazione della trazione su due
ruote tramite l'utilizzo della tecnologia dell'ABS.
Le versioni correnti del quattro dell'Audi (detto quattro IV°) usano
la trazione integrale insieme al controllo della trazione delle 4
ruote. In condizioni di non slittamento le circostanze, la potenza è
trasferita 50-50 all' anteriore e posteriore attraverso differenziale
centrale torsen, che si occupa di limitare lo slittamento fra gli
assi. Il sistema di controllo della trazione si occupa di limitare lo
slittamento tra le ruote di un dato asse. Così per la prima volta, i
quattro devono perdere la trazione su tutte e 4 le ruote prima che
l'auto diventi immobile.
La generazione precedente dei quattro aveva il differenziale centrale
torsen (tranne A8/V8) e i diffs posteriori bloccabili manualmente che
lo bloccavano in modo solido. Questi ultimi si sbloccavano
automaticamente alle velocità superiori a 15 mph per aiutare il
guidatori distratti. La V8 quattro aveva un diff. torsen nella parte
posteriore ed invece una frizione gestita dal computer al centro (per
la trasmissione automatica) o il torsen (trasmissione manuale).
Il nuovo Mercedes ML320 (e ML430) SUV usa un' implementazione
relativamente semplice dei differenziali liberi e del controllo della
trazione sulle quattro ruote. Questa implementazione è stata
criticata da parecchie fonti perché inadeguata. Lo svantaggio
principale dell'implementazione AWD della classe M è che in
circistanze estreme i freni sono sottoposti ad eccessive richieste ed
il sistema può anche essere incline a delle rotture. Gli ingegneri
della Zexel hanno trovato che se si aggiunge un differenziale
centrale torsena a questo sistema questo si azionerebbe prima dell'
inizio del pattinamento e l' attivazione dei freni da parte del TCS
(Traction Control System) sarebbe ridotta di più del 50%. La presenza
di questi dati suggerisce che la Mercedes potrebbe essere andata un
po' troppo oltre con il taglio dei costi eliminando la limitazione
dello slittamento o la sensibilità alla coppia nel suo differenziale
centrale.
6. Ripartizione della coppia
L'argomento della ripartizione della coppia motrice è proprio stato
compreso male. Di base, ogni veicolo quattro per quattro ad eccezione
della Porsche 959 ha suddivisione fissa della coppia quando non c'è
slittamento. Per i sistemi a permanenti, 50-50 è comune, ma
egualmente non insolita la 60+% dietro 30+% avanti. Quest'ultimo si
trova solitamente sulle automobili che iniziano come veicoli a
trazione posteriori, mentre il primo su automobili che erano
originalmente a trazione anteriore.
Per i sistemi a inserimento temporaneo con il VC questo rapporto è
solitamente ritenuto 95% anteriore, 5% posteriore. Alcuni hanno
sostenuto che la trazione costante al posteriore di un 5% della
coppia li qualificherebbe come sistemi permanenti. Senza entrare nel
merito di quest'argomento, il fatto rimane che il motivo per cui c'è
una goccia di potenza che và alle ruote posteriori è che un poco " di
slittamento " è deliberatamente indotto nell' albero di trasmissione
per mantenere il VC sotto pressione, in modo che quando le ruote
anteriori slittano ci sia poco o nessun ritardo prima dell'inizio
dell'azionamento delle ruote posteriori. In questa implementazione il
VC pensa sempre che l' anteriore stia slittando un po' rispetto al
posteriore anche se tutte e quattro le ruote stanno andando
esattamente alla stessa velocità. Per realizzare ciò sono usati dei
rapporti finali un po' differenti tra anteriore e posteriore.
L' idea convenzionale dello slittamento suggerisce un piano d'azione
in cui una o più ruote stanno slittando quando il veicolo si trova in
circostanze sdrucciolevoli. C'è tuttavia un concetto supplementare di
slittamento da considerare. Ricordare che le ruote anteriori
percorrono una distanza più grande confronto a quelle posteriori in
una curva. Così per un dispositivo di limitazione dello slittamento
che risiede sul differenziale centrale, l' asse anteriore
sta "slittando" rispetto a quello posteriore. Così esso dirige più
potenza verso la parte posteriore in curva. Per i veicoli da muso
pesanti come le Audi, questo effetto riduce la quantità guida che le
gomme anteriori devono fare, permettendogli così di essere usate per
potenziare la sterzata. Questa piccola ottimizzazione dinamica nella
distribuzione della coppia motrice ha permesso all'Audi di ridurre
notevolmente il sottosterzo finale sperimentato nelle automobili di
prima generazione.
Prendiamo il caso della Mercedes ML 320 SUV dove, con un controllo
della trazione sulle quattro ruote e un diff. centrale libero, quando
un' estremità perde completamente aderenza, il sistema trasferirebbe
una certa potenza all' altra estremità. Teoricamente parlando, se uno
dovesse sollevare da terra la parte posteriore del veicolo, il
sistema potrebbe potenzialmente trasferire il 100% della potenza alla
parte anteriore, rendendolo un veicolo a trazione anteriore e
viceversa. In realtà poiché il controllo della trazione pompa
soltanto i freni anzichè bloccare completamente le ruote che
slittano, può essere trasferita alla parte anteriore meno del 100%
della potenza.
Il punto da notare è che le ripartizioni di coppia motrice citate
come 37/63 si applicano soltanto quando non c'è slittamento. Dato l'
esempio estremo di cui sopra, di un asse che è sollevato da terra, un
sistema AWD con qualunque tipo di dispositivi di limitazione dello
slittamento può andare teoricamente dalla sua ripartizione nominale
dichiarata 50/50 (o qualunque possa essere) a 0/100 o a 100/0 secondo
quanto solidamente blocca il dispositivo centrale di limitazione
dello slittamento o il controllo della trazione sulle 4 ruote. La
Mercedes non cita il fattore di bloccaggio in percentuale sul suo
sistema di controllo della trazione, in modo che uno non possa
realmente dire quali siano le relative variazioni di suddivisione
della coppia in circostanze estreme. I sistemi ad inserimento manuale
e temporaneo senza il differenziale centrale così come i sistemi
permanenti dei primi tempi come i quattro di prima generazione con i
bloccaggi manuali potevano avere una variazione che andava fra 100/0
avanti/dietro e 0/100. Queste variazioni estreme stanno anche a
significare che non sarà permessa nessuna differenza di velocità fra
gli assi, che è motivo per cui i più moderni i sistemi non realizzano
mai il trasferimento del 100% di potenza. Un rapporto di bloccaggio
dell'80% permetterebbe differenze di velocità alle ruote che sterzano
tali da fa girare senza interferenze.
In un sistema che possa bloccare in modo solido il diff. centrale
significherebbe anche che ogni asse dovrebbe essere costruito in modo
da potere sopportare il 100% della potenza del motore, quando in
realtà gli ne sarebbe scaricata soltanto il 50% per la maggior parte
del tempo. Questo condurrebbe ad un sistema virtualmente
indistruttibile con una durata maggiore del resto dell' automobile.
L'altro lato della medaglia è che il raddoppiarsi delle masse in
rotazione renderebbero l' automobile pigra in uscita nei rettilinei,
e ancora peggio nelle trasmissioni a variazione automatica perché
queste tendono ad avere una prima marcia più lunga (numericamente più
bassa).
7. Sistemi di gestione della Stabilità
Una tendenza emergente nello sviluppo dinamico dei veicoli è l'
uso "di sistemi di gestione di stabilità ", che sfruttano gran parte
dell' ABS e dell' hardware dell'AWD gestito dal computer per
ottimizzare ulteriormente l'aderenza disponibile. I sistemi AWD più
sofisticati riproporzionano la distribuzione dell'energia a seconda
della trazione disponibile in ogni ruota, portando ad un
comportamento molto sicuro e neutro quando si da gas in uscita da una
curva. Tuttavia questi sistemi non funzionano se il guidatore toglie
completamente il piede dal pedale dell'acceleratore in curva.
Ricordate quella Porsche che bloccava progressivamente il
differenziale posteriore per controllare una tal situazione. L'
ultima 996 di Carerra 4 oltre che questo, frena selettivamente le
diverse ruote a seconda della necessità per stabilizzare l automobile
quando è guidata al suo limite in modo inesperto. Più precisamente
frenerà la ruota posteriore interna per correggere una situazione
sottosterzo e la ruota anteriore esterna per un sovrasterzo. Ciò è
fatto indipendentemente dalle azioni del guidatore. I sistemi di
gestione della stabilità sono comparsi in altri modelli di automobili
più costose ed indubbiamente scenderanno verso il basso e un giorno
diventeranno comuni come l' ABS.
8. Considerazioni da consumatore
Molti potenziali compratori di automobili a trazione integrale si
domandano se " la tecnologia " in più significhi anche più problemi o
se il sistema porti a un maggior consumo di carburante. L' esperienza
del mondo reale ha indicato che tutti i sistemi di trazione integrale
non hanno manifestato alcun tipo di problema. La probabilità che di
avere più guasti agli alberi di trasmissione è risultata essere come
quella che un motore V8 si guasti soltanto perché ha il numero di
cilindri doppio rispetto a un 4 in-linea. Questa è una buona analogia
perché con la suddivisione della potenza su più ruote, la
trasmissione è meno sollecitata.
Quelle implementazioni che contano sui sensori dell' ABS posti nelle
ruote per bloccare i differenziali hanno la stessa probabilità di
avere dei problemi quanto tutte le altre automobili con anti-
bloccaggio dei freni cioè non superiore alla media.
Infatti, molti dei sospetti sulla trazione integrale vengono dal
mondo dei sistemi ad inserimento manuale e temporaneo in cui sono
stati fatti dei tentativi di rendere l'inserimento del quattro per
quattro meno ingombrante, con caratteristiche come il bloccaggio
automatico dei mozzi e/o l'inserimento "in corsa" del quattro per
quattro. Un sistema integrale è sempre inserito ed è realmente più
semplice perché elimina il bisogno di queste
convenienti "caratteristiche" e le parti collegate ad esse, che sono
la sorgente principale dei problemi.
L'accusa che le quattro ruote motrici sprechino un bel po' di
carburante è applicabile soltanto ai sistemi ad inserimento manuale e
temporaneo. Un sistema a permanente con il diff. centrale non ha
nemmeno l'usura dei pneumatici del precedente. Ancora, la ricerca
effettuata da Audi ha indicato che all'aumentare dei carichi di
trazione, le perdite della gomma in una trazione a due ruote motrici
superano le perdite causate dal peso e dall' inerzia supplementari di
un sistema a trazione integrale permanente. Si trovò che le perdite
del pneumatico aumentano sproporzionatamente con il carico.
Considerando il caso estremo del pneumatico che "brucia" o pattina,
in cui 100% dell'energia di trazione è convertita in gomma che brucia
piuttosto che in azionamento del veicolo.
9. Inserimento temporaneo manuale contro trazione
permanente/inserimento automatico temporaneo
I sistemi quattro per quattro ad inserimento manuale rendono anche
estremamente difficile avere una messa a punto delle sospensione
decente. Per le automobili con la ruote anteriori sterzanti le ruote
anteriori devono percorrere una distanza maggiore di quelle
posteriori in curva. Poiché non c'è il differenziale centrale quindi,
le ruote posteriori devono consumare la loro velocità eccedente ed in
tal modo, devono perdere una certa aderenza per girare. Con meno
aderenza nel posteriore, il veicolo si trasforma in sovrasterzante
che per un guidatore medio non costituisce il comportamento più
sicuro. Il risultato è che viene applicato alla parte anteriore un
grande angolo di sterzata, facendo in modo che le ruote anteriori
facciano una traiettoria simile a una "V". L' effetto è che le ruote
anteriori in questo caso hanno una minore superficie di contatto e
così anche meno presa durante la sterzata. Va ricordato questo, che
per risolvere il problema bisogna assicurarsi che il veicolo sia semi
neutrale con il quattro per quattro inserito. Quando un quattro per
quattro non è inserito, il che è tipico per la maggior parte del
tempo, si va in giro con un veicolo disperatamente sottosterzante,
perché la parte anteriore presuppone ancora che ci sia un'estremità
posteriore che deve consumare la velocità in eccesso. l'Anti-
bloccaggio dei freni, se offerto, è ugualmente inoperante con il
quattro per quattro inserito, proprio nel momento stesso in cui è
maggiormente necessario.
Non ci vuole molto per capire che questa è un' implementazione ben
poco ottimale se confrontata con i sistemi integrali, che sono al
contrario in grado di alterare dinamicamente divisione della potenza
su ogni asse a seconda dell' estremità che sta' slittando. Il
comportamento d'un sistema permanente o ad innesto automatico
temporaneo è completamente prevedibile ed è quindi ottimizzabile
negli effetti drammatici.
I consumatori medi tendono lo stesso a non considerare l' esigenza di
buon comportamento su strada. La linea si pensiero "non sto andando a
correre con questo veicolo" è ripetuta abbastanza spesso. Tuttavia,
anche se dovessimo giudicare solamente i veicoli come apparecchi, il
buon comportamento su strada fornisce l' equazione. Un veicolo con
una buona tenuta, come i molti eccellenti esempi di trazione
integrale accennati, nasconderanno la difficoltà di impostare una
curva, facendo sembrare che non serva sforzo. Il guidatore medio
allora si riterrebbe più comodo e sicuro e quindi frenerà meno in
entrata in una curva, perdendo meno quantità di moto, che a sua volta
significa che il veicolo non deve consumare energia per tornare alla
sua velocità originale. Cioè sarebbe un più apparecchio efficiente.
Questo punto non è quasi mai sollevato quando si discute del valore
degli accessori dei veicoli.
Sfortunatamente vecchi adattamenti di sistemi temporanei, ad aggancio
manuale siano ancora in vendita su molti SUV del giorno d'oggi con
prezzi elevati che sono una conseguenza della loro mediocrità. Non
c'è motivo, da un punto di vista concettuale che questi veicoli non
debbano avere un sistema integrale. È opinione di questo autore che
l' ignoranza dei consumatori e l'incapacità di critica dei media
siano i motivi principali del lento progresso del mercato dei
furgoni/SUV.
È falso che un sistema Integrale permanente sia incapace di
districarsi in un fuoristrada rigoroso come un sistema a inserimento
temporaneo antiquato. La Range Rover è stata sul mercato dal 1976 ed
ha avuto un sistema permanente con un differenziale centrale da
quando la prima è rotolato fuori dalla linea di produzione. Inoltre,
l' ultimo fuoristrada, l' Hummer usa un sistema permanente con i
differenziali torsen piuttosto che gli assi con il bloccaggio solido
ed il sistema temporaneo e manuale. Entrambi veicoli sono tenuti in
alta considerazione riguardo alle loro possibilità di fuoristrada.
Il 1999 Grand Cherokee della Jeep è significativo per essere il primo
SUV sul mercato totale tradizionale ad avere un sistema AWD che è più
avanzato della maggior parte dei sui concorrenti. Il Grand Cherokee
usa differenziali con il bloccaggio progressivo controllato
idraulicamente sia sulla parte anteriore, sulla parte posteriore che
sul centro risultando un sistema che può trasportare tutta la coppia
motrice disponibile su una ruota se quella è l'unica con l'aderenza.
Purtroppo questo sistema altamente avanzato di AWD è soltanto
un'optional e consumatori che sono sospettosi e disfattisti nei
confronti della tecnologia finiscono per comprare il molto più grezzo
sistema 4WD/AWD che non è necessariamente più semplice a causa del
suo gran numero di opzioni di guida selezionabili.
10. Veicoli 4WD/AWD
Ancor oggi Audi e Subaru continuano ad introdurre con successo
veicoli sul mercato dell'integrale ed entrambi i marchi competono
attivamente nel motorsport per mostrare il valore della loro
tecnologia. Il quattro dell'Audi A4 l'anno scorso ha avuto
particolarmente successo nella demolizione delle sue concorrenti a
due ruote motrici in sette importanti serie delle automobile
granturismo malgrado gli handicap severi di peso. La Subaru Impreza
turbo ha avuto estremamente successo nel campionato del mondo di
Rally. L' Eclipse GSX della Mitsubishi ha avuto meno successo nel
mercato, con la vasta maggioranza dei compratori che optano per la
versione a trazione anteriore. I super entusiasti della Porsche
preferiscono la versione della 911 a trazione posteriore alla
versione integrale. La trazione sulle quattro ruote è sempre più
proibita nelle competizioni perché tende ad andare troppo bene.
Con il successo dei veicoli sport-utility il mercato per i veicoli ad
alte prestazioni a trazione integrale rimarrà ristretto. Si potrebbe
sperare soltanto che la concorrenza fra i produttori spinga
finalmente tutti i creatori di SUV a portare la loro tecnologia fino
ai livelli della trazione integrale. Ciò sta iniziando ad accadere ma
ad un passo molto lento.
La VW recentemente ha riprogettato la Passat e la ha basata sulla
meccanica dell'Audi A4. Poiché stava usando la versione allungata del
pianale A4, ha avuto senso economico usare il sistema quattro
dell'Audi per il modello a trazione integrale, piuttosto che creare
un unico pianale per l'integrale che usasse il sistema di syncro.
Così il marchio "syncro" diventa soltanto un termine generico per
distinguere un'integrale VW da una variante a due ruote motrici.
Questa non è la prima volta che la VW usa la meccanica del quattro
dell'Audi. Nella metà degli anni 80, gli Americani potevano comprare
la Quantum Syncro della VW, che non soltanto usava pianale dell'Audi
4000CS quattro, ma anche il motore a cinque cilindri in linea 5 del
marchio, montato longitudinalmente davanti all'asse anteriore.
Per il modello dell'anno1999 la VW ha aggiornato il suo sistema AWD
dal sistema basato sull'accoppiamento viscoso ad uno basato sulla
frizione controllata dal computer sviluppata dall'azienda svedese
Haldex. I vantaggi includono una maggiore semplicità poiché può ora
essere eliminata la frizione supplementare necessaria per il sistema
frenante (vedi ABS). Inoltre, è
possibile un controllo più preciso della ripartizione della coppia e
un rapporto di trasferimento della stessa più grande. Alcuni derivati
della Golf IV serie AWD, (chiamata ora "Golf 4Motion") come l'Audi TT
ed la A3 quattro useranno questo sistema. Si noti che questa è ancora
una quattro per quattro temporaneo con inserimento automatico. Il
nome quattro, che era solito avere una particolare importanza ora è
sminuito dall'espediente di vendita. La modifica del significato dei
nomi operata dalle due aziende a portato una considerevole confusione.
In un altra situazione, la Subaru ha offerto tranquillamente per
molti anni sistemi AWD radicalmente differenti nella stessa
automobile, a seconda della trasmissione scelta. La trasmissione
manuale della Legacy e dell'Impreza usa un sistema permanente che è
ripartito 50-50 con degli accoppiamenti viscosi per limitare lo
slittamento. Nelle versioni a trasmissione automatica, tuttavia, il
sistema è ad inserimento temporaneo, ad aggancio automatico
controllato dal computer in alcuni modelli e permanente con una
suddivisione della coppia motrice irregolare con il bloccaggio
gestito del computer in altri modelli.
Mitsubishi ha continuato tranquillamente ad offrire il suo GSX
quattro per quattro, ora con lo slittamento limitato al posteriore e
con insieme nello stesso pacchetto l'ABS, anche se le sue cifre di
vendita relativamente basse significano che non è un modello
vantaggioso. Gli avanzamenti nella tecnologia dell' ABS significano
anche che la coesistenza con i sistemi VC è molto meno difficoltosa
di prima. La Porsches, per esempio ha differenti specifiche nell'ABS
secondo se il modello è un quattro per quattro o un due ruote motrici.
11. Come acquistare un sistema 4WD/AWD
Raccomandazioni:
Evitare i sistemi ad aggancio temporaneo e manuale, senza nemmeno
guardare se ha ai mozzi manuali, mozzi automatici o qualsiasi altra
caratteristica "conveniente" dei quattro per quattro.
Evitare i sistemi ibridi permanente/temporaneo ad inserimento manuale
I sistemi integrali o temporanei ad inserimento automatico sono
superiori da un punto di vista dell'ingegneria ed ottiene il mio voto
Il differenziale posteriore a slittamento limitato è un di più, in
alternativa il controllo della trazione sulle 4 ruote è un altro
grande di più.
Se avete bisogno del quattro per quattro soprattutto per mobilità in
inverno, un treno di gomme da neve farà una differenza ben più grande
nel controllo e nella trazione se confrontato con le differenze tra
le varie implementazioni di AWD. Se dovessi scegliere prenderei una
trazione anteriore e le gomme da neve che le gomme piuttosto del
quattro per quattro e le gomme estive. Un quattro per quattro con le
gomme sbagliate nella neve è una combinazione estremamente pericolosa.
Non l'ho scritto io...
Quattro E' stata la prima trazione integrale SERIA su auto di normale produzione....
