Oggi parliamo del differenziale elettronico nel settore auto. Facciamo attenzione alla terminologia, in quanto nel campo elettrico il differenziale elettronico è inteso come un comune “interruttore differenziale” gestito tramite un circuito elettronico. Nell’ambito automobilistico, per “differenziale elettronico” si intende una gestione “elettronica”, ma anche elettrica, dell’effetto tipico di un bloccaggio del differenziale. Le auto di oggi utilizzano sistemi elettronici sempre più avanzati con funzionalità che migliorano la sicurezza, la dinamica e le prestazioni dei veicoli. Tra queste, c’è il differenziale elettronico: scopriamo come funziona e quali vantaggi offre il sistema strettamente connesso all’ABS, all’ESP ed ai sistemi di controllo di trazione.
Il differenziale
Il differenziale è un componente meccanico fondamentale degli autoveicoli. La sua funzione primaria è quella di permettere alle ruote motrici di girare a velocità differenti, soprattutto in curva, compensando la differenza di percorso tra la ruota interna e quella esterna. Tuttavia, questo sistema “passivo” ha dei limiti: in condizioni di scarsa aderenza (ad esempio su superfici sdrucciolevoli), il differenziale meccanico può inviare solo una minore quantità di coppia, equamente ripartita tra le ruote, che è doppia a quella massima che la singola ruota, con meno grip, riesce a trasferire; in questa situazione, in cui una ruota slitta (aumentando la velocità di rotazione), si riduce la forza massima scaricabile a terra ed utile per la trazione del veicolo. Sulla “coppia” e relativo trasferimento c’è molta confusione sul web: consiglio vivamente di ripassarne il funzionamento soprattutto quando interviene il bloccaggio del differenziale.
Il differenziale elettronico nasce proprio dall’esigenza di superare questi limiti. Integrando sensori e centraline elettroniche, questo sistema è in grado di monitorare continuamente lo stato dinamico del veicolo e di intervenire attivamente per ottimizzare la distribuzione della coppia alle ruote, migliorando così la stabilità e la maneggevolezza.
Il funzionamento del differenziale elettronico
Il funzionamento del differenziale elettronico può sembrare complicato, ma analizzato in 3 aree (rivelazione dei parametri dinamici, elaborazione e decisione e frenata e controllo della coppia) cercheremo di renderlo quanto più chiaro possibile.
1. Rilevazione dei parametri dinamici
Il cuore del sistema è rappresentato da una centralina elettronica (ECU) che riceve in input una serie di dati provenienti da vari sensori:
- Sensori di velocità delle ruote: monitorano la velocità di rotazione di ciascuna ruota; sono gli stessi utilizzati dal sistema ABS.
- Sensori di angolo dello sterzo e accelerometri: forniscono informazioni sul comportamento dinamico del veicolo, come la direzione, l’angolo di curvatura e le accelerazioni laterali;
- Sensori di assetto e di stabilità: consentono di valutare lo stato di rollio e di imbardata.
Questi dati vengono elaborati in tempo reale per confrontare la situazione attuale con il comportamento desiderato, individuando eventuali anomalie, come lo slittamento di una ruota o una distribuzione non ottimale della coppia.
2. Elaborazione e decisione
Una volta raccolte le informazioni, l’ECU utilizza algoritmi di controllo sofisticati per determinare se e come intervenire. Le situazioni tipiche in cui il differenziale elettronico entra in azione includono:
- Slittamento di una ruota: se una ruota inizia a girare più velocemente rispetto all’altra (tipico su superfici a bassa aderenza), il sistema interviene per correggere la distribuzione della coppia.
- Gestione in curva: durante la marcia in curva, il sistema regola attivamente la coppia per favorire un rotolamento controllato, migliorando la stabilità e riducendo il sottosterzo o il sovrasterzo.
3. Due modalità di intervento: controllo delle coppie con frenata (ESP) o bloccaggio (EDS) sul differenziale meccanico
Il differenziale elettronico può intervenire con due modalità con l’ESP, con il controllo della coppia sulle singole ruote o l’EDS (Elektronische Differenzialsperre in tedesco), bloccaggio parziale o totale sul differenziale meccanico.
ESP – Applicazione dei freni selettiva sulle singole ruote
Nella maggior parte delle configurazioni, il sistema agisce con l’ESP, ovvero “frenando” lievemente la ruota che mostra segni di slittamento. Questa azione riduce la differenza di velocità tra le due ruote che induce una maggiore distribuzione della coppia verso la ruota con una migliore aderenza.
Meccanicamente, questo avviene grazie ad una sofisticata interazione tra i componenti del sistema frenante idraulico:
- Centralina Elettronica (ECU): il “cervello” del sistema. Riceve informazioni da vari sensori (velocità delle ruote, angolo di sterzata, accelerazione laterale, ecc.) e determina se è necessario intervenire.
- Pompa Idraulica con Valvole Elettromagnetiche: aziona meccanicamente i freni. Contiene:
- Una pompa idraulica: genera la maggiore pressione nel circuito frenante.
- Una serie di valvole elettromagnetiche (solenoidi): queste valvole, poste solitamente nella centralina dell’ABS, possono aprirsi o chiudersi individualmente, controllando il flusso del liquido frenante verso ciascuna pinza freno.
- Pinze Freno: i pistoncini delle pinze freno, spinti dalla pressione del liquido frenante, premono le pastiglie contro il disco freno, generando l’attrito che rallenta la ruota.
EDS – Controllo sul differenziale meccanico
Con l’EDS, il differenziale meccanico è dotato di frizioni (clutch packs) che, attivate elettronicamente, possono variare in maniera continua il grado di accoppiamento tra le ruote. Questo permette una distribuzione più “fluida” e precisa della coppia, senza ricorrere alla frenata.
Il risultato è una sorta di “blocco virtuale” del differenziale, che, pur mantenendo la possibilità di rotazione differenziale, indirizza la potenza motrice in modo ottimale, migliorando la trazione in uscita di curva e in condizioni di scarsa aderenza.
Meccanicamente, il processo funziona così:
- Centralina Elettronica (ECU): rileva la differenza di velocità tra le ruote motrici. Se una ruota gira molto più velocemente dell’altra (indicando slittamento), l’ECU interviene.
- Valvole Elettromagnetiche: intervengono sul pacco frizioni poste sul differenziale per rendere solidali le due ruote, limitando la funzione del differenziale meccanico.
Come avviene la “simulazione” del bloccaggio:
- Se l’ECU rileva che una ruota motrice sta slittando, invia un segnale alla centralina.
- La centralina aziona le frizioni all’interno del differenziale meccanico per creare una sorta di blocco del differenziale, rendendo solidali le due ruote sotto trazione.
- Questo sistema ha due effetti principali:
- Trasferisce più coppia motrice alla ruota con maggiore aderenza: Il differenziale “sente” la resistenza della ruota frenata e, per reazione, invia più forza motrice all’altra ruota sullo stesso asse, che ha più trazione.
- Riduce lo slittamento della ruota: la ruota che sta girando a vuoto rallenta fino alla stessa velocità dell’altra con più aderenza, con la quale viene resa solidale.
I vantaggi del differenziale elettronico
Grazie all’introduzione del differenziale elettronico nella vita di tutti i giorni, guidare un’auto regala un feeling al volante nettamente migliore rispetto alle vetture del passato che non godevano di questo sistema. Il grande vantaggio è che non bisogna effettuare interventi manuali, ma è tutto automatico!
Il differenziale elettronico reagisce in millisecondi alle variazioni del comportamento del veicolo, adattandosi a superfici stradali diverse e a situazioni di guida dinamiche. Questa rapidità d’intervento è fondamentale per:
- Migliorare la stabilità: una distribuzione ottimizzata della coppia riduce il rischio di sbandamenti, contribuendo a mantenere il veicolo in traiettoria anche in condizioni estreme;
- Ottimizzare la trazione: massimizza la trazione con il trasferimento della coppia sulla ruota con più aderenza, garantendo una trazione più equilibrata e sicura.
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