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Cambio automatico sul SUV, come funziona nei fuoristrada? La storia

Come è fatto un cambio automatico, gli ingranaggi, il complicato labirinto che lo attraversa, il funzionamento di base e la storia di quelli utilizzati nei suv e fuoristrada

Sebbene i “proto-automatici” si facciano risalire al 1894, con i francesi Louis-René Panhard ed Emile Levassor, tutti concordano nel dare inizio ai cambi automatici moderni A/T Automatic Transmission con l’Hydra-Matic del 1939, su Oldsmobile della General Motors. Bisogna aspettare il 1962, naturalmente negli USA, con Jeep Wagoneer, la mamma della Cherokee, per vedere il primo automatico su un veicolo fuoristrada e le prime IFS (Indipendent Front Suspension) ovvero la prima vera SUV moderna.

Cambio automatico aperto come è fatto dentro
Cambio automatico aperto come è fatto dentro

Il cambio automatico installato sull’85% delle vetture USA e su più del 15% in Europa, ha perso quasi tutti i vecchi difetti, avvicinandosi molto all’affidabilità del cambio meccanico. Le grosse motorizzazioni, anche militari, lo applicano diffusamente. L’escalation continua, da tre a nove marce, le masse rotanti più piccole ed i controlli elettronici lo rendono sempre più piacevole e economico, di carburante e CO2. Insomma, la competizione con il cambio meccanico (M/T Manual Transmission), non fa che bene, anche nella marcia fuoristrada.

Il cambio automatico, come è fatto

Come è fatto un cambio automatico? In un cambio automatico Il giunto idraulico e il convertitore di coppia sostituiscono la frizione dei cambi meccanici, tra motore e cambio. La trasmissione del moto avviene solo per effetto dell’olio idraulico, fluido e di colore rosso, che viene spruzzato con forza centrifuga fra due conchiglie alettate che non si toccano: il giunto. La conversione della coppia, da bassa ad alta, avviene per effetto del rotore palettato intermedio: lo statore, che può ruotare in una sola direzione.

Cambio automatico come è fatto i componenti interni
Cambio automatico come è fatto i componenti interni

All’avvio, è lui che devia i filetti fluidi contro le pale della turbina, imprimendo più coppia e poca velocità. Questa fase è utilissima nel fuoristrada, anche se è a basso rendimento e scalda l’olio. La coppia motrice iniziale può essere 2-2,5 volte superiore a quella di regime. In pratica, è come avere un riduttore idraulico momentaneo. A regime anche il rotore gira sincrono e l’olio fluisce senza sforzo tra le due conchiglie che hanno la stessa velocità angolare. Se si impara a usare questo “difetto” transitorio si possono fare passaggi da “urlo”!

Rotismi epicicloidali di un cambio automatico

A valle del convertitore di coppia c’è il cambio vero e proprio, che non è a cascata d’ingranaggi, come in quello meccanico, ma con rotismi epicicloidali (planetary gear) che riducono ingombri e pesi, a parità di coppia trasmessa.

Rotismi epicicloidali di un cambio automatico
Rotismi epicicloidali di un cambio automatico

Aprite una centrifuga di plastica, quella per asciugare l’insalata, in cucina, e capite che cos’è un epicicloidale. Qui si vedono bene le numerose frizioni a lamelle che servono a fermare o rilasciare i gruppi di ruote dentate, ottenendo i vari rapporti di cambio. Non sono soggetti all’usura terribile, come quella dei simili pacchi frizione dei differenziali autobloccanti, tuttavia qui nascono molte avarie dell’automatico.

L’importanza vitale dell’olio idraulico (fluido idraulico)

Molto importante in un cambio automatico è l’olio idraulico contenuto al suo interno, o meglio il fluido idraulico. Si capisce così l’importanza delle specifiche di servizio del lubrificante, secondo quanto prescritto dalla Casa, anche per uso gravoso. Sotto al cambio c’è un carter che contiene il “cuore” dell’automatico. Proprio come il nostro sangue, l’olio idraulico, oltre a trasmettere la coppia nel convertitore, è usato per attuare tutti i controlli su convertitore e frizioni.

Il "labirinto" del cambio automatico uno speciale carte posto sul fondo del cambio automatico
Il “labirinto” del cambio automatico uno speciale carte posto sul fondo del cambio automatico

Vene ed arterie, qui, diventano un dedalo di canali pressofusi, che guidano l’olio fra i piccoli fori di piastre metalliche, generando pressioni e comandi, indotti principalmente dall’acceleratore.

Il Cambio ZF ad 8 Rapporti

Abbiamo visto l’esordio della seconda generazione del cambio della tedesca ZF ad 8 rapporti per la Grand Cherokee MY2014. Lo strabiliante 8 marce automatico con sigla HP8, è a controllo manuale e frizioni elettroniche.
È stato lo sfidante del top performer Mercedes 7G Tronic.

Cambio Automatico ZF - 8HP70
Cambio Automatico ZF – 8HP70

Entrambi possono gestire fine a 1.000 Nm e sono predisposti per le nuove generazioni di motori. Il 2018 ha dato il via alla terza generazione di cambi ZF 8HP, che assicura un notevole risparmio di carburante ed è montato su Jeep Wrangler/Unlimited, Grand Cherokee e Gladiator.

ZF di quarta generazione ideale per ibridi

La ZF ha realizzato un nuovo cambio automatico ad 8 rapporti di quarta generazione che promette prestazioni straordinarie su veicoli elettrici e ibridi.

Cambio Automatico ZF 8 Marce Quarta Generazione

In che modo? Essendo stato revisionato due volte dagli ingegneri ZF, risulta essere più facile da usare e più efficiente, inoltre è adatto per il montaggio longitudinale.

E’ possibile migliorare e personalizzare il funzionamento di un cambio automatico con la ricalibrazione del software di gestione.

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Roberto Croci

Ingegnere, giornalista, fotografo, Roberto Croci è istruttore della Grip Academy di Nordovest4x4, nonché studioso dell’evoluzione tecnica del settore automotive. Ha pubblicato oltre 250 articoli sulla trazione integrale e un centinaio di servizi fotografici per il settore automotive.
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