La vera novità del Salone di Milano: Honda presenta il cambio sequenziale DCT per moto
Sulla scia tedesca
Milano 13 novembre 2008 - SULLA SCIA TEDESCA Honda ha mostrato al
Salone
della Moto di Milano i disegni di un brevetto con il quale la Casa giapponese
vorrebbe applicare alle due ruote la tecnologia automobilistica del cambio
DSG, inventata dalla Volkswagen. Quando la Casa tedesca presentò il DSG,
nel 2002, erano più di dieci anni che insisteva nel considerare il
cambio automatico come uno dei punti cardinali del proprio programma di
ottimizzazione del gruppo motore-trasmissione (il cosiddetto powertrain).
L’obiettivo era di ridurre i consumi medi della gamma del 25% rispetto
ai valori del 1990. Però, i miglioramenti erano arrivati solo dai motori
e la cambiata manuale continua ad essere incontrastata: il vantaggio era
di circa il 10% in termini di consumi, senza contare le migliori prestazioni.
In casa Audi si montava un automatico CVT evoluto, come il Multitronic,
in cui il controllo elettronico e l’impiego di materiali innovativi per
la cinghia permettevano di raggiungere risultati eccellenti in termini
di prontezza di risposta ed efficienza complessiva e di trasmettere coppie
dell’ordine di 300 Nm (i CVT normali faticano a superare i 100). Ma in
termini di rendimento si era su livelli che si avvicinano a quelli di un
cambio manuale, senza tuttavia superarli. Erano allo studio tre diversi
tipi di trasmissione automatica. Il primo doveva essere l’evoluzione del
classico cambio epicicloidale con giunto oleodinamico, il secondo il CVT
Multitronic di ultima generazione: nessun cenno al terzo tipo. A dispetto
dei progressi in campo elettronico, non è che dai convertitori di coppia
o dai CVT ci si potesse aspettare più di tanto in termini di efficienza.
Quindi era lecito aspettarsi che il fantomatico “terzo tipo” dovesse
essere l’asso nella manica dei tecnici. Così, Volkswagen presentò il
sistema
a doppia frizione DSG (Direct Shift Gearbox), che fece il suo esordio sui
modelli sportivi di punta di VW (Golf R32) e Audi (TT 3.2 quattro).
I tipi di cambi
I TIPI DI CAMBI Per capire come nasce l’idea del cambio a doppia
frizione
occorre fare alcuni passi indietro. Il cambio è un elemento che si incarica
di sopperire alle “carenze” del motore endotermico, il cui tipo di
erogazione
di coppia e potenza non consente di affrontare con un unico rapporto tutte
le situazioni che il veicolo si trova ad affrontare: par partenza (in cui
prevalgono le forze di inerzia), crociera ad alta velocità (in cui prevalgono
attriti e forze aerodinamiche), salite, eccetera. Occorre allora interporre
tra il motore e le ruote motrici un elemento in grado di realizzare un
rapporto di trasmissione variabile, in modo da permettere al motore di
lavorare a regimi di funzionamento accettabili in tutti questi casi. Questo
elemento può consentire di variare il rapporto di trasmissione in modo
continuo oppure discontinuo. Il secondo caso è quello di gran lunga più
comune, ed è costituito dai cambi manuali, gli automatici epicicloidali
e gli elettroattuati: tutti cambi in cui il numero ed il valore dei rapporti
(le marce) sono fissi. Il primo caso è costituito praticamente dal solo
CVT in tutte le sue varianti, diffuso prevalentemente nelle piccole cilindrate
ma pressoché universale sugli scooter. In questo caso il rapporto di
trasmissione
si adatta con continuità alle esigenze del motore, entro due valori estremi
stabiliti dal Costruttore. In qualche caso questi sistemi possono simulare
il funzionamento “a marce”, semplicemente ricorrendo a posizioni
fisse
predefinite delle pulegge.
Il flusso di potenza
IL FLUSSO DI POTENZA Dal punto di vista meccanico la distinzione è
dunque chiara. Per comprendere fino in fondo la filosofia del sistema DSG,
occorre però fare riferimento alla classificazione di questi sistemi dal
punto di vista energetico. Consideriamo che la potenza erogata dal motore
scorra lungo tutto il sistema di trasmissione fino a raggiungere le ruote
motrici. Durante il percorso una certa aliquota della potenza iniziale
verrà consumata dal sistema e dissipata in calore a causa di inerzie, attriti,
dilatazioni, eccetera. Il rendimento della trasmissione descrive quindi
quanta potenza viene perduta: un rendimento del 90% indica che il funzionamento
della trasmissione assorbe il 10% della potenza iniziale. Andiamo avanti:
consideriamo ora questo flusso di potenza” durante l’accelerazione a
fermo del veicolo. I sistemi CVT e alcuni altri esempi di trasmissione
automatica sono in grado di cambiare rapporto mentre continuano a ricevere
e trasmettere potenza dal motore alla ruota. Invece i sistemi
“discreti”
– a marce – richiedono solitamente che il flusso di potenza venga
interrotto:
durante la cambiata, la frizione provvede a isolare il cambio dal motore.
In tutto il periodo in cui la frizione è disinserita, quindi, la potenza
erogata dal motore è persa. Questo fatto comporta un peggioramento della
prestazione di accelerazione, e in generale un aumento dei consumi. I
progettisti
quindi non hanno mai smesso di cercare soluzioni in grado di accoppiare
le prerogative dei cambi a marce manuali (velocità ed efficienza) con
l’assenza
di interruzioni del flusso di potenza.
Pro e contro
PRO E CONTRO Gli ingranaggi rimangono inavvicinabili quanto a
rendimento:
una coppia di ruote dentate in bagno d’olio arriva facilmente al 98%.
Inoltre nei sistemi a marce il guidatore ha il vantaggio di poter decidere
quale rapporto adottare in funzione del tipo di percorso, mentre il sistema
automatico deve basarsi solo sui parametri di funzionamento del motore.
Nelle competizioni è risultato conveniente tagliare per qualche centesimo
di secondo l’accensione anziché parzializzare il gas o far ricorso alla
frizione: questa soluzione, trasportata in produzione dai cambi elettroattuati
il cui capostipite è stato il Ferrari F1, è semplice e rapida ma pregiudica
significativamente il comfort. Generalmente, la cambiata non può avvenire
a pieno flusso di potenza. I sistemi CVT non risentono di questa limitazione,
ma essendo basati su cinghie e pulegge coniche anziché ingranaggi, presentano
rendimenti inferiori. Il basso rendimento affligge peraltro tutti i sistemi
automatici, in cui o lo slittamento (inevitabile) delle cinghie sulle pulegge
o gli attriti fluidodinamici all’interno del convertitore di coppia
(utilizzato
nella storia solo sulle Moto Guzzi Hydroconvert, Hondamatic CB 750 e sullo
scooter Ducati Cruiser 175) introducono necessariamente delle dissipazioni
(perdite) energetiche. Il fatto che il flusso di potenza scorra con continuità
è purtroppo più che controbilanciato da queste perdite, e il sistema risulta
complessivamente meno efficiente: da cui il peggioramento nelle prestazioni
e nei consumi che esso comporta.
Nasce il DSG
NASCE IL DSG Tanto per cambiare, l’idea del DSG arriva dal mondo
delle
corse. Torniamo all’accelerazione: immaginiamo di voler cambiare il più
velocemente possibile partendo da un classico sistema ad ingranaggi.
L’operazione
si compone di quattro fasi: innestare la frizione, disimpegnare il rapporto,
impegnare il rapporto superiore e richiudere la frizione. I tecnici Audi
pensarono di velocizzare le fasi centrali mantenendo pre-ingranato il rapporto
superiore, cioè utilizzando due frizioni in parallelo. Questo è il cuore
del sistema, che riduce l’operazione di cambiata all’aprire la
frizione
corrispondente al rapporto corrente chiudendo nel contempo quella corrispondente
al rapporto superiore. Questo sistema corse il Campionato del Mondo Rally
del 1985 sulla Audi Quattro SI, causando discreti mal di testa ai piloti
visto che il suo funzionamento, completamente idro-meccanico, risultava
sì veloce, ma anche particolarmente brusco. Come avviene di solito in Germania,
l’idea è stata accantonata ma mai dimenticata, e così, nel novembre 2002,
è rispuntata in forma riveduta e (elettronicamente) corretta.
I vantaggi del DSG
I VANTAGGI DEL DSG Questo cambio abbina migliori prestazioni a consumi
più bassi. La cambiata richiedeva solo 3 o 4 centesimi di secondo, consentendo
per esempio alla Golf R32 di risparmiare due decimi nell’accelerazione
da 0 a100 km/h. In termini di consumo, il risparmio, sulla R32, si traduceva
addirittura nell’11%, un valore che si sarebbe potuto ottenere, a parità
di motorizzazione, soltanto alleggerendo la vettura di qualche centinaio
di kg. Il cambio DSG è insomma per molti versi l’uovo di Colombo: pur
essendo in sostanza classificabile come “discreto”, ovvero ad
ingranaggi,
dal punto di vista costruttivo, si avvicina moltissimo ai sistemi a flusso
di potenza continuo (tipo CVT), ponendosi dunque, concettualmente,
all’intersezione
tra i due mondi, e combinando a quanto sembra i vantaggi di entrambi senza
apparentemente soffrire degli stessi svantaggi.
DSG: sistema complesso
DSG: SISTEMA COMPLESSO Il sistema di cambiata DSG vanta migliori
prestazioni
e consumi inferiori. Ciò significa che la sua efficienza complessiva è
globalmente superiore a quella di un cambio tradizionale. Questo miglioramento
da qualche parte lo si deve pur pagare ed, infatti, lo si fa in termini
di maggior complessità costruttiva. Il risultato non sarebbe stato possibile
senza i progressi in campo elettronico. I cambi automatici del passato
erano particolarmente inefficienti perché pagavano pesantemente la loro
“intelligenza”, che veniva risparmiata al guidatore ma ottenuta per
via
idraulica o meccanica. Oggi l’intelligenza che è possibile ottenere da
una centralina elettronica è incomparabilmente superiore e questo risparmio
nel “costo del lavoro” ha permesso di non vanificare i vantaggi
ottenuti
per via meccanica.
Funzionamento del DSG
FUNZIONAMENTO DEL DSG Il sistema si compone dunque di due frizioni
– una per le marce dispari e una per le marce pari – e di due alberi
di uscita, uno per le prime quattro marce e l’altro per 5a, 6a.
Quest’ultimo
è contenuto nel primo, che è cavo, e l’insieme poggia su due supporti
di banco. La doppia frizione è collegata all’albero motore da uno
smorzatore
a molla ed un volano a due masse (c’è quindi ridondanza nei sistemi di
assorbimento dei picchi di coppia); essa permette di fare partenze da fermo
e sostituisce completamente il classico convertitore di coppia fluidodinamico
(una turbina che muove dell’olio e mette in funzione un’altra
turbina
che fornisce la spinta motrice) elemento critico dei cambi automatici
tradizionali,
in quanto sconta la caratteristica dolcezza di funzionamento con dissipazioni
decisamente elevate, e per di più crescenti con il regime di rotazione
(al punto che nei cambi moderni oltre un certo regime interviene una spina
meccanica che blocca completamente la rotazione relativa tra le due sezioni
affacciate del giunto). Sul DSG, come sul CVT, il convertitore è stato,
quindi, eliminato e sostituito da una frizione tradizionale (doppia sul
DSG).
Altra differenza rispetto ad un automatico classico è data dalla presenza
degli stessi sincronizzatori (coni che consentono ai due alberi del cambio
di portarsi alla stessa velocità per evitare urti nell’innesto) montati
sui cambi manuali. I sincronizzatori funzionano indipendentemente l’uno
dall’altro e consentono al DSG di passare non solo da una marcia a quella
superiore, ma anche da una marcia pari ad un’altra marcia pari (per
esempio
dalla 6a alla 2a) con una rapidità sconosciuta agli altri cambi automatici.
La rapidità è consentita anche dall’elevatissima precisione di tutti gli
accoppiamenti, le lavorazioni e le componenti idrauliche, le cui tolleranze
hanno raggiunto livelli di pochi milionesimi di millimetro. Potendo ad
ogni istante scegliere tra due rapporti in maniera pressoché istantanea,
il motore si trova ad operare più facilmente in condizioni di erogazione
ottimali, e questo spiega la riduzione dei consumi particolarmente evidente
su un modello spinto come la Golf R32. Nel cambio DSG sono immediatamente
disponibili i rapporti superiore e inferiore, rispetto a quello innestato,
e a decidere quale inserire è una centralina elettronica.
La centralina stabilisce quale sia il regime ottimale di cambiata; come
in tutti gli automatici moderni, con il DSG sono poi disponibili le due
opzioni “D” ed “S” (sport), quest’ultima con
cambiate più rapide e
a regimi più alti; nel secondo caso, inoltre, sfruttando le informazioni
provenienti dai sensori dell’ABS, la centralina evita cambiate
“inopportune”
come quelle a centro curva. Rimane, comunque, la possibilità di scegliere
manualmente le marce con i pulsanti. Possibilità che è lo stesso supervisionata
dalla centralina del DSG.
Difetti del DSG
DIFETTI DEL DSG Un aspetto su cui non si hanno certezze riguarda la
sicurezza del sistema in caso di avaria; come tutti i sistemi a gestione
elettronica, il DSG è vulnerabile sia a problemi di natura meccanica, sia
di natura elettronica, e occorre che le funzioni essenziali siano garantite
anche in presenza di malfunzionamento di uno o più componenti. Tuttavia,
su questo fronte, non si hanno dati precisi: non si conosce la frequenza
dei guasti al sistema, come non se ne conoscono le conseguenze.