13 November 2008

La vera novità del Salone di Milano: Honda presenta il cambio sequenziale DCT per moto

La Casa dell’ala dorata, dopo aver messo in commercio la DN-01 con il cambio Badalini, ora mostra un nuovo progetto ambizioso: trasportare sulla moto la tecnologia automobilistica del cambio sequenziale DSG. I tecnici Honda stanno lavorando per poter portare il DSG moto sul mercato in meno di 5 anni. I vantaggi sono riduzione dei consumi, prestazioni e velocità. Ecco tutti i dettagli.

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.

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