Storia ed evoluzione del cambio automatico

Il primo brevetto di un cambio automatico progressivo di velocità venne presentato e registrato in Italia nel 1931 dall’Ingegnere Elio Trenta, con brevetto rilasciato dal Ministero delle Corporazioni – Ufficio delle proprietà intellettuali, con il numero 298415.

L’ingegnere, presentò inizialmente la sua invenzione alla FIAT, ma dopo test e prove, l’azienda decise di scartare il progetto. Due erano le ragioni di tale scelta: la riduzione delle prestazioni velocistiche dell’auto e l’aumento dei consumi.

In particolare, la perdita di prestazioni era un aspetto molto sentito a quell’epoca in Italia, in quanto tutte le case automobilistiche lavoravano costantemente per migliorare le prestazioni delle auto.

Il brevetto venne così, ceduto ad una casa automobilistica americana chiamata “OLDSMOBILE” nel 1938.  Nel 1940 l’azienda presentò un’intera gamma di autovetture equipaggiate con il sistema “Hydradrive” derivato dallo sviluppo del Progetto di Elio Trenta.

I modelli Oldsmobile del 1940 furono i primi veicoli a permettere agli automobilisti l’utilizzo del cambio automatico.  Era chiamato Hydra-matic, a quattro rapporti e senza frizione. Su questi modelli l’opzione cambio automatico era offerta a soli 57$.

Negli anni cinquanta la Oldsmobile produsse milioni di automobili con utilizzo del cambio automatico. Negli Stati Uniti fu un vero e proprio boom diventando molto popolare.

Il cambio automatico idraulico fu poi introdotto da General Motors, Chrysler e Borg-Warner nei primi anni cinquanta. I primi modelli avevano due rapporti e non erano in grado di trasmettere molta coppia; furono poi prodotti modelli a tre e a quattro rapporti.

Negli anni ottanta si è avuto un salto tecnologico con l’introduzione della quinta marcia, che ha migliorato il rendimento energetico dei cambi idraulici nei lunghi viaggi. Un ulteriore miglioramento fu l’introduzione del convertitore di coppia a frizione in grado di garantire un cambio di marcia più fluido ed un confort di guida migliore.

Negli anni novanta una parte sempre maggiore delle funzioni idrauliche di comando è stata soppiantata dall’elettronica.

Il controllo delle valvole da parte della Transmission Control Unit rende le cambiate più precise e consente in alcune auto l’adozione del controllo semi-automatico sequenziale o robotizzato, in cui il guidatore indica al computer quali rapporti inserire; in alternativa, la gestione viene lasciata interamente al computer.

Questi cambi migliorano notevolmente il comportamento in discesa e l’utilizzo del freno motore.

Se nel passato questa tecnologia era vista con diffidenza, in quanto i vecchi modelli di cambio automatico comportavano un notevole consumo di carburante, con le moderne evoluzioni le auto con cambio automatico non soffrono più di questo problema garantendo parità di consumi rispetto alle auto munite di cambio manuale.

Le auto con cambio automatico regalano un comfort di guida maggiore rispetto a quelle con cambio manuale vista l’assenza del pedale della frizione e la possibilità di concentrarsi completamente sulla guida.

Nel corso dei decenni abbiamo visto la nascita e l’applicazione di diverse tipologie di cambio automatico. Oggi, è possibile scegliere tra i seguenti:

  • cambio automatico con doppia frizione o DCT – Dual Clutch Transmission;
  • cambio automatico con convertitore di coppia;
  • cambio automatico CVT – Continuously Variable Transmission;

Il DCT, altrimenti noto come cambio automatico a doppia frizione, è un sistema che oscilla tra il semi-automatico e il cambio manuale automatizzato, caratterizzato dalla presenza di due frizioni, una che agisce sui rapporti pari e una su quelli dispari. Il meccanismo prevede due alberi, montati sullo stesso asse, e connessi alle due frizioni.

Lo scalo della marcia viene regolato da una centralina, che sceglie il rapporto da inserire a seconda delle condizioni, in un lasso di tempo estremamente ridotto (tra i 30 e i 40 millesimi di secondo) avviene il passaggio da un rapporto all’altro, con l’apertura di una frizione e la chiusura dell’altra.

Il DTC può essere completamente automatizzato oppure sequenziale; in quest’ultimo caso è il guidatore, tramite i paddle collocati dietro al volante, a scegliere se innestare una marcia più alta o più bassa.

Il cambio automatico con convertitore di coppia è il sistema sviluppato negli anni ’50, caratterizzato dalla presenza di rotismi epicicloidali azionati meccanicamente e idraulicamente, con un convertitore di coppia a fungere il ruolo svolto dalla frizione nel cambio manuale.

Si tratta di un sistema affidabile, essendo tra i primi sviluppati ha subito numerosi interventi per renderlo più stabile o almeno per limitare i difetti, tra cui i consumi eccessivi di carburante.

Il cambio automatico a variazione continua (CVT) è molto utilizzato da parte delle case automobilistiche giapponesi e coreane e viene spesso offerto sulle auto ibride.

Questo tipo di cambio, attua un cambiamento continuo del rapporto di trasmissione, all’interno di un range delimitato da un minimo e un massimo.

Da un punto di vista tecnico, il CVT è formato da due pulegge una connessa all’albero motore e l’altra a quello della trasmissione, connesse da una cinghia.

A differenza del cambio sequenziale dove si passa da uno specifico rapporto all’altro, nella trasmissione a variazione continua, la cinghia scivola all’interno della gola della puleggia descrivendo un’orbita di grandezza diversa, che rappresenta il miglior rapporto possibile in relazione al contesto di guida.

Nel cambio CVT, lo slittamento della puleggia viene determinato da pompe ad olio ad alta pressione e da dispositivi idraulici controllati elettronicamente da una centralina.

Il cambio automatico a variazione continua offre il vantaggio di una maggiore semplicità costruttiva, essendo costituito da meno componenti, più semplici e più economiche.

Il CVT si contraddistingue pure per un elevato comfort di marcia, dal momento che non si hanno salti fra una marcia e l’altra. In questo modo le accelerazioni avvengono senza strappi o contraccolpi.

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