Mondo Motori
Tecnica 2
Differenziale
Intro
Il compito del differenziale è quello di consentire, allorché il veicolo affronta una curva o quando procede su fondi sconnessi, diversi regimi di rotazione delle ruote motrici. Durante una curva è chiaro che la ruota esterna compie un percorso molto maggiore rispetto a quella interna.
La ruota interna alla curva incontra una maggiore resistenza al moto. Ricordate bene questo fattore se avete intenzione di comprendere in seguito il funzionamento dei differenziali autobloccanti e le loro tarature : )
Se vi fosse un assale rigido, cioè privo di differenziale, come sui Kart, si arriverebbe rapidamente ad una notevole usura dei pneumatici. Questo per le sollecitazioni e gli strusciamenti che sarebbero molto elevati.
Il differenziale presente sulle vetture stradali ripartisce la coppia motrice in ugual misura tra le due ruote.
Quando guidiamo un kart, abbiamo l’assale posteriore rigido. Questo significa che per inserire il mezzo in curva alle basse velocità dobbiamo impostare la traiettoria molto vivacemente agendo sul volante con dei colpetti. Ciò fa sì che il kart abbia quel leggero sovrasterzo che con minor fatica lo fa inserire. Inoltre è evidente come da fermo, durante le piccole manovre a spinta, si opponga assolutamente a percorrere leggere curve per parcheggiarlo ad esempio.
Al contrario, alle alte velocità, l’inserimento di un kart è più che ottimo. Entrambe le ruote posteriori hanno la stessa coppia motrice ed entrambe lavorano per inserire il Kart nella curva. Se una ruota si solleva da terra, l’altra, continua a trasmettere coppia motrice a terra. Ma perchè?
Come abbiamo detto l’assale posteriore è rigido e quindi privo di differenziale. Il differenziale solitamente “aperto” (Foto qui sotto) sui comuni veicoli a trazione anteriore (stradali), permette alle ruote di girare a velocità differenti lungo la curva. Questo perchè la ruota esterna alla curva percorre più strada e quindi deve girare più veloce per permettere un’agevole percorrenza del veicolo in curva. Il differenziale “aperto” in pratica favorisce l’avvitamento del mezzo senza quei scorbutici colpi di sterzo da kart…
Questa caratteristica dei differenziali aperti è molto utile per garantire un buon confort di marcia. Tuttavia non è assolutamente adatta nell’uso corsaiolo di un mezzo che necessita due particolari situazioni: Avere una sorta di differenziale aperto alle basse velocità e avere una sorta di assale rigido alle alte velocità. Questo per avere sia i vantaggi del kart nell’uso sportivo, sia i vantaggi di un’utilitaria nei brevi tratti percorsi a bassa velocità come ad esempio i tornanti.
Quindi il kart non si avvita alle basse velocità mentre alle alte scarica più coppia motrice a terra, mentre una comune utilitaria si avvita benissimo nelle curve lente ma alle alte velocità è incapace di trasmettere un’elevata coppia motrice ad entrambe le ruote… Allora come si può trovare un compromesso in un veicolo che deve essere assolutamente performante?
Si ricorre ai differenziali AUTOBLOCCANTI, i veri padroni della coppia motrice, quando è richiesta un'importante precisione del veicolo e, di conseguenza, di guida. Le vetture con prestazioni medio alte non possono fare a meno di questo importante organo della trasmissione.
Quando una ruota motrice perde aderenza e va a vuoto, viene opportunamente frenata per permettere al differenziale di trasmettere più coppia motrice alla ruota che dispone di maggiore aderenza.
Si arriva in taluni casi persino a distribuire l'intera coppia motrice alla sola ruota (motrice) che dispone del corretto grip. Il loro compito è quello di avere tarature differenti in base alla situazione di guida in cui ci troviamo.
Le regolazioni sono tre: Percentuale di bloccaggio in fase di rilascio dell'acceleratore. Percentuale di bloccaggio in potenza, ossia in fase di accelerazione. Precarico: ossia il momento torcente in Newton per metri (Nm) da superare prima che abbiano effetto le percentuali di bloccaggio in potenza e in rilascio. Se non si raggiunge il valore del precarico impostato, il differenziale continua a comportarsi come un normale differenziale aperto. Questo avviene principalmente in rettilineo e nelle curve molto molto lente.
Su un differenziale autobloccante in una trazione posteriore:
Più è alta la percentuale di bloccaggio in potenza e più, dando gas all’uscita di curva, avremo sovrasterzo.
Più è alta la percentuale di bloccaggio in rilascio e più, lasciando il gas in ingresso curva, avremo sovrasterzo.
Più è alto il valore del precarico e maggiore sarà la coppia da vincere per passare dalla situazione di differenziale aperto a quella di differenziale semi bloccato. Generalmente le vetture superleggere di Formula adottano precarichi nettamente più bassi rispetto a vetture GTR . Questo proprio per la minore massa di cui dispongono. Se una vettura GTR (che pesa il doppio di una di Formula) avesse il precarico come una vettura di formula, il suo differenziale sarebbe quasi sempre semi bloccato… Dico semi bloccato perchè molto ma molto raramente si superano percentuali di bloccaggio dell’80% (oltretutto solo in rilascio).
Su un differenziale autobloccante in una trazione anteriore:
Più è alta la percentuale di bloccaggio è minore sarà l’inserimento in curva
Minore sarà la percentuale di bloccaggio e maggiore sarà l’inserimento a scapito della precisione in ingresso curva, con possibilità di instabilità in frenata.
E’ opportuno notare che un differenziale autobbloccante va regolato in maniera praticamente inversa a seconda che si trovi all’avantreno o al retrotreno. Come vedremo questo concetto è fondamentale per la messa a punto di una trazione integrale.
Il giunto viscoso (detto anche giunto Ferguson dal nome dell'inventore) è un organo meccanico che serve a collegare due alberi non in maniera rigida, permettendo piccole differenze di velocità di rotazione.
Due serie di dischi calettati alle estremità dei due alberi sono poste a distanza ravvicinata in una scatola che contiene un particolare liquido siliconico che ha la caratteristica di aumentare notevolmente la sua viscosità con la temperatura.
Quando le velocità dei due alberi sono diverse il liquido si scalda e, aumentando l'attrito con i dischi, limita lo slittamento relativo dei due fino ad impedirlo (con tempi di intervento dell'ordine del secondo).
Quando la tendenza ad avere velocità diverse diminuisce il liquido si raffredda e torna a permettere piccole differenze di velocità di rotazione.
Il giunto viscoso viene utilizzato principalmente come sistema di bloccaggio automatico del differenziale centrale (o, meno frequentemente, posteriore) degli autoveicoli a trazione integrale, principalmente dalle auto sportive e dai SUV dalle caratteristiche più stradali che fuoristradistiche.
In alcuni casi può direttamente sostituire il differenziale centrale.
Nell'uso stradale l'intervento progressivo del bloccaggio dovuto al tempo necessario al liquido per riscaldarsi è da considerarsi un vantaggio sia per non cogliere impreparato il conducente sia per questioni di comfort. Nelle competizioni invece si preferisce ricorrere ad altre soluzioni che riducano il tempo di bloccaggio.
Le vetture dotate di trazione integrale con giunto viscoso devono avere un sistema che lo disabilita in caso di frenata, dove l’indipendenza di rotazione delle ruote è essenziale per un corretto funzionamento dell’impianto frenante sia esso con o senza ABS. A tal fine vengono oggi impiegate delle frizioni tipo Haldex.
Tale soluzione non è da considerarsi più raffinata dell'autobloccante in quanto, in realtà, il differenziale elettronico è un comune differenziale aperto che dispone di un controllo elettronico sulla rotazione di ogni ruota (vedi i sensori di velocità trattati negli articoli della TELEMETRIA); nel momento in cui una ruota perde aderenza, quest'ultima viene frenata in modo tale da riprendere aderenza e da permettere al normale differenziale aperto di poter trasmettere nuovamente "coppia motrice a terra". Nel differenziale aperto infatti, se una delle due ruote motrici perde aderenza, l'altra si ferma creando possibili situazioni pericolose ad esempio su fondi bagnati o sconnessi. La soluzione del differenziale elettronico è molto più economica di un autobloccante.
Grazie all'E-diff di Ferrari, il bloccaggio non avviene secondo una percentuale predeterminata, bensì progressivamente. Si può persino arrivare al limite del 100% di bloccaggio.
Il bloccaggio parziale o totale del differenziale avviene tramite attuatori elettroidraulici controllati da una centralina elettronica.
Quest'ultima, sulla base delle informazioni ricevute dai sensori motore, sensori cambio, sensori sterzo, sensori freni, decide quando, e quanto, bloccare il differenziale. Tutto ciò permette di ottenere e garantire una maggiore motricità in fase di accelerazione, nonché una elevata precisione, stabilità e maneggevolezza in ingresso curva. Ed è proprio all'ingresso delle curve più tecniche che il differenziale viene completamente bloccato conferendo al retrotreno la massima stabilità (vedi pagina "Set trasmissione"). Nel momento in cui poi si allegerisce la pressione sul pedale del freno e si gira lo sterzo, il differenziale si apre gradualmente per limitare il sottosterzo e facilitare l'inserimento in curva. Quindi si riblocca parzialmente in modo da stabilizzare l'assetto. Infine, dal punto di corda, ossia dal punto in cui si ricomincia ad aprire il gas, il differenziale E-diff si riapre tutto e si mantiene pronto a chiudersi nuovamente qualora la ruota interna iniziasse a pattinare sull'asfalto.
La BMW ha studiato un differenziale variabile sensibile al numero di giri sull'asse posteriore che assicura un grande vantaggio nella trazione, anche nelle più difficili situazioni di guida.
Con i differenziali autobloccanti tradizionali, la coppia complessiva trasmissibile dipende dal momento che la ruota può trasmettere con l'attrito più basso.
Se il valore dell'attrito è molto basso, come ad esempio in caso di neve, pietrisco o ghiaccio, i vantaggi per la trazione offerti da questi differenziali sono piuttosto limitati a causa del cosiddetto momento di appoggio ridotto.
Il differenziale autobloccante "M" è in grado di fornire un decisivo vantaggio di trazione anche in caso di coefficienti d'attrito estremamente variabili. All'aumentare della velocità del differenziale tra le ruote motrici, aumenta immediatamente anche il momento di bloccaggio. In questo modo una ruota senza carico, come ad esempio la ruota interna alla curva durante un passaggio forzato, non può più fare crollare la coppia motrice e la spinta rimane quindi sempre presente.In casi estremi tutta la coppia può essere trasmessa attraverso la ruota sulla carreggiata con il migliore coefficiente di attrito: un notevole vantaggio in inverno. Inoltre il differenziale autobloccante variabile M migliora sensibilmente anche la maneggevolezza e la stabilità di guida.
Il differenziale Torsen consente in maniera del tutto automatica di ripartire la coppia secondo l’aderenza disponibile per ciascuna ruota. Questo dispositivo non si blocca mai e viene definito differenziale a distribuzione di coppia. Può essere impiegato sia sull’asse anteriore che su quello posteriore o anche come differenziale longitudinale. Il sistema di funzionamento è molto semplice e si rifà al principio della vite senza fine che trasmette il moto in una sola direzione.
- Esempi chiarificatori sul funzionamento dei differenziali: link
- La pagina inerente il Setup
- Articolo: Il setup che fa impazzire: Livello base -4- Il differenziale
- Articolo: I padroni della coppia -3-
- Oppure vai sul nostro Blog e scrivi nella casella "cerca" i termini: Setup, differenziale...
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