Cambio automatico, funzionamento e varie tipologie

Guidando in città è capitato a chiunque di noi, dovendo schiacciare continuamente il pedale della frizione, di pensare quanto dovrebbe essere comoda una macchina dotata di cambio automatico. Oggi le vetture con un cambio automatico sono diffuse al punto da quasi superare in numero quelle con cambio manuale. Basti pensare al fatto che nelle vetture di gamma medio-alta l’opzione del cambio manuale non è nemmeno più contemplata. Ormai il cambio manuale è rimasto principalmente sulle utilitarie e su alcuni modelli di auto sportive per i ‘puristi’ della guida. Prima di spiegare qual è il principio di funzionamento del cambio automatico, bisogna capire cos’è un cambio e perché è un componente necessario per un’automobile.

Il cambio è una serie di ruote dentate che, in base a come vengono ingranate, permettono di accoppiare il motore alle ruote di trazione. Il problema è che il veicolo, durante un normale tragitto, si muove a velocità che vanno da 0 km/h fino a 130 km/h e oltre, mentre il motore a combustione interna può lavorare soltanto in un ristretto range di giri, che in generale possiamo dire variare da 1000 a 3000 giri al minuto. Per questo motivo tra motore e ruote è necessario interporre innanzitutto una frizione, che permette al motore di restare acceso anche quando il veicolo è fermo, e un cambio, che appunto è in grado di variare il rapporto di trasmissione in base alle necessità di guida. Perché allora in un veicolo elettrico questi ultimi due componenti non sono necessari? Il motivo è che il motore elettrico non ha un regime minimo sotto il quale non riesce ad autosostenersi, ma è ‘acceso’ anche quando è fermo.

Inoltre, il motore elettrico è in grado di fornire coppia a tutti i regimi di funzionamento (con il vantaggio che la coppia massima si ha proprio allo spunto, cioè nella partenza da fermi). Per tali motivi in un veicolo elettrico si eliminano sia la frizione che il cambio. Ma torniamo a noi. Dopo aver capito a cosa serve il cambio, spieghiamo cosa distingue un cambio manuale da uno automatico. Semplicemente, come dice il termine, in un cambio manuale è il guidatore a selezionare il rapporto di trasmissione mentre in un cambio automatico la scelta della marcia viene fatta, appunto, automaticamente dal cambio. Con il termine rapporto di trasmissione si intende il rapporto tra la velocità di rotazione delle ruote di trazione e quella del motore. Il rapporto complessivo tiene conto non solo del rapporto di trasmissione che si ha nel cambio ma anche di quello che si ha sul differenziale.

Per quanto riguarda i cambi automatici, in commercio se ne trovano varie tipologie. Vediamole di seguito:

Cambio automatico a convertitore di coppia

Questo è il cambio automatico più classico e diffuso. È formato da una serie di particolari ingranaggi detti rotismi epicicloidali collegati tra loro tramite dei pacchi frizioni. In base a quali pacchi frizione vengono azionati è possibile selezionare il rapporto di trasmissione desiderato. Questo tipo di cambio, per ricevere la potenza dal motore, utilizza un convertitore di coppia, un dispositivo idraulico che sostituisce la frizione e consente partenze dolci. Funziona tramite due dischi lamellati, uno di fronte all’altro, immersi in un liquido viscoso: quando quello collegato al motore inizia a muoversi più rapidamente, la pressione del liquido trascina l’altro disco, mettendo in moto la trasmissione. Il vantaggio di questo sistema è dato dal grande comfort che si percepisce durante la guida. Tra i difetti ci sono il maggiore assorbimento di energia, per via del convertitore di coppia, che determina consumi più alti dei cambi e comporta una manutenzione più complessa. Inoltre, siccome la potenza al cambio viene trasmessa tramite un fluido viscoso, è tradizionalmente meno reattivo rispetto ad un cambio manuale.

Cambio automatico robotizzato

Il robotizzato, come suggerisce il nome, è un cambio che conserva la struttura del manuale, ma ha un sistema di comando che seleziona le marce e controlla la frizione al posto nostro. Sulla carta è un modo semplice ed efficace di rendere più comoda la guida senza passare ad un costoso cambio automatico di altro genere. Il suo problema principale è sempre stata la gestione della frizione in partenza e in cambiata tra le marce basse, generando fastidiosi ‘strattoni’.

Cambio automatico a doppia frizione

Di base è un po’ come un robotizzato, ma ha due frizioni: una collegata all’albero delle marce pari e una a quello delle marce dispari. Grazie alla doppia frizione, mentre si sta utilizzando una marcia il sistema può già ingranare la marcia successiva, siccome è calettata su un altro albero. Il passaggio di marcia avviene semplicemente scollegando una frizione e collegando istantaneamente l’altra. Il vantaggio, quindi, è proprio dato dalla rapidità di risposta del cambio e dalla fluidità nel passare da una marcia all’altra che ne consegue. Si tratta però di una trasmissione complessa e costosa da costruire. I più famosi sono il DSG del gruppo Volkswagen e l’ S-Tronic di Audi.

Cambio automatico CVT

Questo sistema funziona praticamente come quello dei motorini, con una cinghia o una catena tesa tra due pulegge coniche che muovendosi avanti e indietro cambiano il rapporto in modo continuo e dolce. Come frizione anche esso utilizza spesso un convertitore di coppia, accoppiato ad un gruppo di ingranaggi epicicloidali che permette di aumentare la differenza tra il rapporto più corto e quello più lungo, con la possibilità di una scelta infinita di rapporti intermedi.

La difficoltà principale sta nella gestione da parte della centralina, che spesso tiene il motore troppo su di giri, ritardano il momento in cui è bene "allungare" la marcia, rendendo la cambiata sgradevole anche sotto l’aspetto acustico.