|
ho trovato questo sulla rete, sembra ben fatto:
Introduzione ai sistemi di trazione integrale
1. 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
Le mie 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.
|
Loggato
