Valutazione dinamica delle risposte di un cambio DDCT

Cambio manuale, automatico o robotizzato? Entrambe le tipologie presentano vantaggi e svantaggi specifici.

Nell’industria automobilistica vengono comunemente utilizzati due tipi di trasmissione: il cambio manuale, in cui è l’operatore del veicolo a variare il rapporto di trasmissione, e quello automatico, in cui il sistema provvede autonomamente alla selezione del rapporto di trasmissione adatto. Entrambe le tipologie presentano dei vantaggi e degli svantaggi specifici: le trasmissioni manuali non garantiscono cambiate fluide, spesso accompagnate da buchi di erogazione di coppia e caratterizzate da un comfort ridotto; al contrario, i cambi automatici offrono un piacere di guida maggiore, a scapito di un aumento sia dei consumi di carburante sia dei costi di produzione.

A partire dagli anni Novanta, l’interesse per l’efficienza dei consumi e il comfort è aumentato drasticamente diventando il fattore determinante per il successo commerciale di un veicolo. Miglioramenti in questi aspetti hanno portato alla nascita delle trasmissioni manuali robotizzate e di quelle a doppia frizione. I cambi doppia frizione, nello specifico, sono caratterizzati dalla presenza di due dischi frizione, uno per il set di ingranaggi pari e uno per quelli dispari. Tali sistemi combinano l’efficienza e il piacere di guida dei cambi automatici e i consumi di carburante ridotti tipici di quelli manuali, grazie all’azionamento automatico delle frizioni eseguito da un’unità di controllo durante le operazioni di selezione ed innesto marcia.

Il cambio doppia frizione

Caratteristiche DDCT

Si tratta di un cambio caratterizzato da un’architettura compatta e leggera allo stesso tempo (pesa solo 81 Kg), in grado di assicurare cambi marcia confortevoli paragonabili a quelli di un AT, grazie all’asservimento di logiche di comando avanzato. Il sistema consente al conducente di evitare di controllare il pedale frizione e la leva del cambio, mantenendo il piacere di guida che deriva dal controllo diretto della trasmissione. Migliora le prestazioni delle MT pur mantenendo tutti i pregi della frizione a secco e del cambio meccanico quali peso, robustezza, affidabilità e basso consumo energetico.

In generale, il DDCT mira a ottimizzare i tempi di innesto-disinnesto marcia e a risolvere il problema di interruzione di erogazione di coppia motrice alle ruote del veicolo, comunemente detto “buco di coppia“. Inoltre, incrementa la sicurezza di guida attraverso un controllo diretto in grado di prevenire gli errori del conducente e riduce l’affaticamento alla guida specialmente in città.

Il cambio può funzionare sia in modalità semiautomatica (manual) sia in automatica (auto): nel primo caso, il conducente gestisce l’inserimento delle marce tramite l’apposita leva sul tunnel; nel secondo caso, invece, viene delegata al sistema elettronico la scelta del rapporto di trasmissione.

L’innovativo sistema di trasmissione a doppia frizione è realizzato da FCA in due versioni, rispettivamente dette C635 e C725, oggi comunemente utilizzate su vetture quali Alfa Romeo Mito e Giulietta, Fiat 500L e 500X, Jeep Renegade e Compass. Le principali differenze tra le due varianti sono il numero di rapporti e la massima coppia trasmissibile: il C635, prodotto nello stabilimento di Verrone (Biella), è un cambio a sei rapporti in grado di trasmettere 350 Nm, mentre il C725, prodotto da Haveco (Hangzhou, Cina), è dotato di sette rapporti per motori fino a 250 Nm.

Architettura DDCT

Il DDCT consiste essenzialmente in una trasmissione meccanica con doppia frizione a secco e cambio meccanico sincronizzato, mossi da un robot idraulico gestito da un’apposita centralina elettronica (Transmission Control Unit). Il sistema è costituito dalla scatola del cambio, dal gruppo di comando elettroidraulico e dalla TCU che, identificate le richieste del conducente, gestisce il cambio marcia.

Entrambi i dischi frizione sono a secco e non a bagno d’olio per una questione di efficienza: le frizioni a secco, infatti, dissipano energia solo quando sono comandate, al contrario di quelle a bagno d’olio che causano perdite per attrito viscoso anche quando non attive (Figura 2).

Figura 2 – Architettura di un cambio a doppia frizione.

Scatola cambio

Il cambio ha uno schema classico a tre alberi, di cui uno primario e due secondari. La necessità di due alberi principali deriva dal fatto che due coppie di ingranaggi devono essere in presa contemporaneamente per consentire il trasferimento continuo di coppia.

Sono necessari due dischi frizione che lavorano in tandem, cioè all’aprirsi di uno l’altro si chiude e viceversa. La frizione per le marce dispari, detta K1, è normalmente chiusa e viene comandata in posizione; quella per le velocità pari, detta K2, è normalmente aperta ed è controllata in pressione.

Il gruppo frizioni consta di un corpo unico contenente i due dischi frizione fra cui è interposto un volano intermedio. Quando i dischi frizione sono premuti sulla superficie del volano intermedio, solidale a quello doppia massa, si ha il trasferimento di coppia. Entrambe le frizioni sono controllate da sistemi di comando delle attuazioni, rispettivamente detti CSC K1 e CSC K2, che lavorano insieme e sono a loro volta gestiti dalla TCU.

Gruppo elettroidraulico

Il sistema di asservimento consiste in un gruppo elettroidraulico, posizionato sulla scatola del cambio, che gestisce tramite degli attuatori sia la selezione e l’innesto delle marce sia i comandi di apertura e chiusura delle frizioni. Il gruppo elettroidraulico consta di un gruppo di potenza, un kit di elettrovalvole, un serbatoio per l’accumulo dell’olio e due attuatori per il comando delle frizioni, uno per ciascun disco (Figura 3).

Figura 3 – Il gruppo elettroidraulico di un cambio a doppia frizione.

Il gruppo di potenza ha il compito di fornire energia idraulica per l’attuazione sia della selezione ed innesto marcia sia per il comando delle frizioni.

Il kit di elettrovalvole, invece, controlla e gestisce sia la posizione delle frizioni sia la selezione e l’innesto marce ed è composto da cinque elettrovalvole proporzionali, di cui quattro in pressione (PPV) ed una in portata (QPV).

Come avviene il cambio marcia

Si supponga di effettuare un cambio di tipo powershift, ovvero senza interruzione nella trasmissione di coppia a terra, dalla prima alla seconda marcia.

Viaggiando inizialmente in prima velocità, è la frizione K1 a trasmettere coppia motrice (frizione chiusa) mentre K2 risulta non comandata (frizione aperta). La TCU, dunque, comanda il pre-innesto della marcia successiva, movimentando il manicotto scorrevole della seconda velocità e mantenendo la frizione K2 aperta. Segue, poi, il cambio marcia tramite lo scambio delle frizioni in presa: K1 viene modulata in apertura e K2 in chiusura, in modo da avere i due dischi frizione in presa contemporaneamente. Il cambio marcia termina quando avviene il disinnesto del manicotto scorrevole della prima velocità e la coppia risulta, quindi, trasmessa unicamente dalla frizione per marce pari (K2 chiusa, K1 aperta).

La dinamica appena descritta garantisce una notevole riduzione dei tempi di cambiata, grazie al pre-innesto della velocità successiva, e una minor perdita nell’erogazione di coppia motrice alle ruote. Il simultaneo e graduale disinnesto di una frizione e l’innesto dell’altra dà luogo ad un cambio marcia naturale e progressivo con un feeling di guida più fluida e continua.

Valvole proporzionali

La tecnologia alla base del sistema di controllo è costituita dalle elettrovalvole proporzionali, cioè valvole in grado di intervenire su portata, pressione o direzione del flusso, per ottenere le funzioni desiderate. A differenza delle valvole on/off, dove la regolazione avviene sul “tutto aperto” o “tutto chiuso”, quelle proporzionali regolano la pressione o la portata in modo proporzionale all’intensità del comando.

Le valvole utilizzate per il comando delle marce e delle frizioni sono dunque proporzionali in pressione per il controllo di K2 ed in portata per K1.

Sistema elettroidraulico

La frizione delle marce dispari, normalmente chiusa, è comandata dall’elettrovalvola QPV, pertanto K1 viene controllata attraverso una portata d’olio. Al contrario, la frizione delle marce pari, normalmente aperta, è regolata da una valvola PPV; dunque, è l’azione della pressione dell’olio verso l’attuatore a controllare lo stato di apertura o di chiusura di K2.
La selezione dei piani di innesto, detti ranghi, viene gestita tramite l’elettrovalvola proporzionale di pressione che comanda il cassetto di distribuzione (shifter) della potenza idraulica e agisce da selettore per le marce. L’innesto delle velocità è gestito da due valvole proporzionali in pressione, responsabili dell’inserimento sia delle marce pari sia di quelle dispari.

 

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