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Tecnica: Quattro con tecnologia ultra – la trazione integrale permanente del futuro

Tempo di lettura: 9 minuti

Audi apre un nuovo capitolo nella storia di quattro: la nuova trazione quattro con tecnologia ultra unisce dinamicità e sicurezza ad un’elevata efficienza rendendo la trazione integrale pronta per il futuro. Il sistema è disponibile per un’ampia gamma di modelli Audi con motore longitudinale anteriore e debutterà nella produzione in serie a metà 2016 in una prima variante sulla nuova Audi A4 allroad quattro.

Con la trazione integrale permanente quattro, da oltre trent’anni Audi continua a consolidare il suo ruolo pionieristico. E’ arrivato ora il momento di fare un nuovo grande passo: quattro in abbinamento alla tecnologia ultra. L’obiettivo di quattro con tecnologia ultra è quello di offrire una soluzione integrale più efficiente in cui la trazione e il comportamento dinamico non lascino percepire alcuna differenza rispetto ai sistemi integrali permanenti.

Questo sistema garantisce consumi ed emissioni di CO2 di riferimento nella sua categoria, in particolare nelle condizioni di marcia reali: con vetture di test appositamente equipaggiate i progettisti Audi hanno registrato in media consumi di carburante inferiori di 0,3 litri ogni 100 km rispetto alla trazione integrale tradizionale. I test sono stati effettuati su un percorso di prova intorno a Ingolstadt e nel normale traffico. Bassi consumi e alte prestazioni sembrano concetti inconciliabili. Eppure, grazie all’interazione tra i componenti della trazione integrale di nuova concezione e a una logica di gestione più sofisticata, i progettisti Audi hanno raggiunto questo difficile obiettivo.

Ciò che ne consegue è un funzionamento predittivo ed intelligente nella gestione della trazione integrale, ancora più avanzata grazie all’aiuto di una sensoristica ampliata in grado di monitorare costantemente i dati rilevati circa la dinamica, le condizioni stradali e il comportamento di guida. Il risultato è una trazione quattro sempre pronta ad entrare in funzione a seconda delle esigenze di guida. In condizioni di marcia standard con bassi carichi e in assenza di perdita di aderenza, la nuova trazione quattro sfrutta tutti i vantaggi della trazione anteriore. La trazione integrale risulta così sempre disattivata quando non serve, restando comunque disponibile in caso di necessità. La differenza nei consumi tra trazione anteriore e trazione integrale permanente si riduce così in modo significativo.

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La strategia Qualora invece la trazione integrale diventi necessaria, quest’ultima è immediatamente disponibile. Ogni attivazione e disattivazione segue varie e differenti logiche. L’elettronica quattro è collegata a numerose centraline. Ogni 10 millisecondi il sistema rileva e analizza dati assai diversi tra loro, come ad esempio angolo di sterzata, accelerazione trasversale e longitudinale e coppia del motore, solo per citarne alcuni.

L’attivazione della trazione integrale si realizza attraverso tre step: proattiva, predittiva e reattiva.

Il livello proattivo si basa sui dati forniti dai sistemi collegati in rete nell’auto. Partendo da questi dati la centralina rileva per esempio il punto in cui, durante la marcia in curva a velocità elevata, la ruota anteriore interna raggiunge il limite di aderenza. La centralina effettua questo calcolo con un anticipo di circa 0,5 secondi. Se la ruota registra un grado prestabilito del limite di aderenza, la trazione integrale viene attivata.

Nel livello predittivo la centralina quattro prende in considerazione soprattutto lo stile di guida del conducente, lo stato dell’ESC, la modalità drive select impostata e il riconoscimento del rimorchio.

Infine nel livello reattivo, meno frequente, il sistema reagisce a cambiamenti improvvisi del coefficiente di attrito, che si verificano per esempio quando gli pneumatici passano dall’asfalto asciutto a una lastra di ghiaccio.

Generalmente la trazione quattro si attiva più frequentemente in inverno, quando i coefficienti di attrito sono più bassi, piuttosto che in estate. Infine, la trazione integrale risulta più utile in presenza di velocità medie e basse, alternate a fasi di accelerazioni, piuttosto che durante la marcia a velocità costante. Per questo motivo in autostrada solitamente la trazione integrale quattro viene utilizzata di rado. Ovviamente la vettura può essere guidata in piena sicurezza con la sola trazione anteriore anche su una strada innevata con un percorso diritto e a velocità costante.

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Se, al contrario, la vettura viene guidata in maniera dinamica su una strada con molte curve, la trazione integrale risulterà sempre attiva, anche in presenza di un fondo asciutto e con una buona tenuta. Quando la trazione integrale è attiva viene costantemente calcolato il rapporto di distribuzione ottimale della potenza tra assale anteriore e posteriore. La logica di regolazione tiene in considerazione i dati dell’ESC, le condizioni ambientali, la condizione di marcia e lo stile di guida del conducente. Sulla base di questi fattori la coppia viene sempre ripartita in modo ideale sui due assali. Solitamente il disinserimento automatico della trazione integrale può essere realizzato in un tempo relativamente breve.

In realtà, a condizionare la velocità di chiusura delle frizioni che attivano il sistema sono i fattori principali che caratterizzano la marcia. Di conseguenza, in situazioni particolari, il sistema deve essere in grado di reagire in frazioni di secondo. Grazie al collegamento in rete tra trazione quattro ed il sistema Audi drive select il conducente ha la possibilità di personalizzare le caratteristiche della trazione integrale. Nella modalità auto del drive select si ha la migliore trazione possibile e un comportamento dinamico equilibrato. Nella modalità dynamic la ripartizione della coppia sull’assale posteriore viene anticipata e aumentata, in modo tale da poter migliorare la dinamica, in particolare in presenza di bassi coefficienti di attrito. La gestione selettiva della coppia sulle singole ruote, una funzione software dell’ESC, ottimizza la maneggevolezza frenando leggermente le ruote interne alla curva.

La tecnologia a due frizioni

La maggiore efficienza è frutto delle due frizioni integrate nella catena cinematica. Quando il sistema passa alla trazione anteriore, la frizione anteriore multidisco posizionata all’uscita del cambio disinserisce l’albero posteriore. Inoltre nel differenziale posteriore una frizione di separazione integrata viene aperta riducendo la principale causa di perdita di coppia nella parte posteriore della catena cinematica. Benché arricchita dei nuovi componenti, la catena cinematica quattro pesa quasi quattro chilogrammi meno del sistema precedente, un altro aspetto che permette di ridurre i consumi e favorisce la dinamica di guida.

La frizione multidisco

La frizione dedicata alla trazione integrale si trova all’estremità posteriore del cambio. Un motore elettrico integrato nella centralina quattro aziona un alberino che attiva la frizione multidisco. A seconda delle versioni, questa frizione può essere costituita da un pacco di cinque o sette coppie di dischi in bagno d’olio. Gli anelli di attrito sono posizionati a coppie uno dietro l’altro. Il primo è solidale con la frizione che ruota insieme all’albero d’entrata. Quello successivo è collegato con l’albero di uscita al differenziale posteriore. Quando i dischi vengono compressi la trazione integrale è attivata. Attraverso la pressione dei dischi è possibile distribuire in modo continuo e dinamico la coppia sugli assali.

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La frizione di separazione integrata

La frizione di separazione integrata nel differenziale posteriore segue un principio di funzionamento diverso. L’albero verso la ruota posteriore destra è diviso in due parti dietro l’uscita dal differenziale. Il semialbero sinistro con pignone conico nel differenziale e il semialbero destro sono collegati grazie ad un ingranaggio dentato. Entrambi possono essere uniti mediante accoppiamento. Il giunto a innesto frontale viene aperto mediante meccanismo elettromeccanico e viene chiuso mediante delle molle precaricate.

Se la frizione per la trazione integrale e la frizione di separazione sono entrambe aperte, non vengono attivate le componenti finalizzate alla riduzione delle perdite d’attrito e delle coppie a vuoto nel differenziale posteriore e nell’albero cardanico. Solo i pignoni conici e le ruote di compensazione nel differenziale, che provvedono alla compensazione del numero di giri tra le ruote motrici della vettura nella marcia in curva, continuano a muoversi liberamente generando però solo perdite di coppie assai ridotte. Quando è necessario inserire la trazione integrale i componenti in stand-by vengono attivati in frazioni di secondo dalla frizione multidisco. Il giunto a innesto frontale si chiude non appena l’albero cardanico, e quindi la sede del differenziale, ruotano con un numero di giri necessario. Successivamente un perno metallico con movimento elettromagnetico disattiva la leva di innesto. Le molle si scaricano e il giunto a innesto frontale si chiude.

L’utilizzo di molle precaricate durante la chiusura della frizione di separazione permette di avere tempi di innesto molto rapidi.

quattro con tecnologia ultra – le trasmissioni

La chiave per ottenere un significativo guadagno in efficienza nel funzionamento a singolo asse, è avere un assale ad azionamento diretto con un ottimale livello di efficienza. La nuova generazione di cambi manuali e S tronic sono il presupposto ideale, in quanto durante la loro progettazione è stato tenuto in grande considerazione proprio il livello di efficienza. Il primo modello della nuova generazione quattro sarà, nella primavera 2016, la nuova A4 allroad quattro con cambio S tronic. Tale nuova tecnologia sarà poi introdotta progressivamente in altri modelli con motore longitudinale anteriore e cambi manuali o S tronic.

Audi quattro – una storia di successo

Con circa sette milioni di auto a trazione integrale prodotte in 36 anni, quattro incarna una storia di successo senza eguali, iniziata nel 1980 quando questa tecnologia ha debuttato nel leggendario modello Ur-quattro. Nel segmento premium, Audi offre la gamma di gran lunga più ampia di modelli a trazione integrale. La trazione quattro è disponibile per ogni modello, a partire dalla compatta S1. quattro rappresenta dunque una colonna portante del marchio. quattro è un’icona della tecnologia, sinonimo di sicurezza di guida e sportività, competenza tecnica e stile di vita dinamico.

Pianale modulare longitudinale: il differenziale centrale autobloccante

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Nei modelli Audi con motore longitudinale anteriore il differenziale centrale autobloccante costituisce il cuore della trazione quattro. Si tratta di un ingranaggio epicicloidale a funzionamento meccanico caratterizzato da risposta sostanzialmente senza ritardo. Nelle normali condizioni di marcia il differenziale centrale autobloccante distribuisce la coppia in modo asimmetrico: il 60% sull’assale posteriore e il 40% sull’assale anteriore. Ingranaggi a dentatura inclinata generano forze assiali non appena la coppia viene trasmessa dal differenziale. Queste forse agiscono sui dischi di attrito producendo una coppia di bloccaggio che viene trasmessa alle ruote con la miglior trazione. Nella sua ultimissima versione il differenziale centrale può indirizzare fino al 70% della coppia verso l’assale anteriore o un massimo dell’85% della coppia verso quello posteriore.

Gli elevati valori di bloccaggio permettono una distribuzione ben definita della coppia e un’interazione precisissima con i sistemi di controllo quali l’ESC e la gestione selettiva della coppia sulle singole ruote.

Ancora più dinamismo: il differenziale sportivo posteriore

Per un comportamento ancora più dinamico e una sicurezza di guida ancora maggiore, nei modelli top di gamma Audi il pianale modulare longitudinale può essere completato con il differenziale sportivo. Il differenziale sportivo rende la guida ancora più fluida distribuendo attivamente la coppia di trazione tra le ruote posteriori. L’auto assume così un comportamento totalmente neutro in percorrenza di curva, eliminando qualsiasi accenno di sottosterzo. In caso di sovrasterzo la vettura viene stabilizzata. In ogni momento il comportamento di marcia risulta così agile e prevedibile.

Il differenziale sportivo è costituito da un gruppo differenziale convenzionale e da due unità aggiuntive posizionate a destra e a sinistra che contengono ognuna una frizione multidisco ed un ingranaggio di trasmissione. Grazie a tali unità le coppie di trazione possono essere distribuite in modo variabile tra le singole ruote posteriori. Le frizioni multidisco vengono azionate dal modulo elettroidraulico. Un motore elettrico aziona una pompa dell’olio ad elevate prestazioni che genera la pressione idraulica necessaria. Tutte queste funzioni sono comandate e controllate da una centralina dedicata. La ripartizione attiva della coppia costituisce un grande vantaggio per il comportamento dinamico, la trazione e la stabilità.

Pianale modulare trasversale: frizione multidisco elettroidraulica

Nei modelli compatti con motori montati trasversalmente Audi utilizza una trazione quattro il cui cuore è costituito da una frizione multidisco a comando idraulico e regolazione elettronica. Per una migliore ripartizione del peso la frizione è montata sull’assale posteriore. All’interno della frizione c’è una serie di anelli di attrito metallici posizionati a coppie in successione. Uno degli anelli di ciascuna coppia è innestato in modo permanente con la gabbia della frizione che ruota assieme all’albero cardanico, mentre l’altro anello è collegato all’albero di trasmissione diretto al differenziale posteriore. La frizione multidisco a regolazione elettronica garantisce una trazione ottimale, un comportamento dinamico e una guida in sicurezza e, grazie alla ripartizione della coppia a regolazione attiva, offre una grande dinamicità di guida. Audi TT, Audi S1, Audi RS Q3 e Audi RS 3 Sportback hanno una gestione della frizione multidisco particolarmente dinamica che, con modalità sport inserita o con ESC disattivato, permette di compiere dei movimenti di drift controllati su una strada con superficie a basso coefficiente di attrito.

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Quando si ha uno stile di guida più tranquillo, su Audi TT la frizione può essere aperta completamente in modo temporaneo e automatizzato per ridurre il consumo di carburante; non appena le condizioni di guida cambiano la trazione quattro si riattiva automaticamente. In tutti e tre i modelli la trazione quattro collabora strettamente con la gestione selettiva della coppia sulle singole ruote, una funzione software del controllo di stabilità ESC che, con interventi di frenata minimi e ben definiti, distribuisce le forze di trazione in modo mirato per migliorare ulteriormente la maneggevolezza nelle situazioni limite.

Audi R8: differenziale anteriore con regolazione attiva

Su Audi R8 il cambio a sette rapporti S tronic si trova nella parte posteriore dietro il motore assieme al differenziale posteriore integrato e al differenziale autobloccante che trasmette la forza all’assale anteriore tramite un albero cardanico. La frizione multidisco elettroidraulica integrata nel differenziale anteriore trasmette in pochi millisecondi alle ruote anteriori la coppia ideale. L’abbinamento tra un cambio dalle elevate prestazioni e il software per trazione integrale, programmato specificamente per una vettura sportiva con motore posteriore-centrale, permette di ottenere un comportamento dinamico con un inedito equilibrio tra agilità e sicurezza di guida.

Il futuro: e-tron quattro

Nel concept Audi e-tron quattro, presentato al Salone di Francoforte 2015, Audi ha portato all’esordio una forma futuristica elettrificata di trazione quattro, la e-tron quattro. Il SUV sportivo utilizza tre potenti motori elettrici, uno sull’assale anteriore e due su quello posteriore. In situazioni di carico ridotto la trazione è data da un solo propulsore. Se però il conducente accelera a fondo i tre motori elettrici lavorano insieme rendendo subito disponibili ben 370 kW (500 CV) di potenza e una coppia di oltre 800 Nm. Il sistema di gestione della trazione prende in considerazione la posizione del pedale dell’acceleratore, la modalità Audi drive select, il programma di guida – S o D – e il livello di carica della batteria.

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Oltre che su performance eccellenti l’attenzione è focalizzata anche sulla massima efficienza. Già all’avvio il concept Audi e-tron quattro è in grado di calcolare una logica di funzionamento in grado di garantire il minor consumo di energia possibile, ricaricandosi durante la marcia grazie al recupero dell’energia. La coppia viene distribuita sull’assale anteriore e posteriore in base a numerosi parametri. In situazioni di guida sportiva i due motori elettrici posizionati sull’assale posteriore generano una distribuzione attiva della coppia (Torque Vectoring) elettrica, con un funzionamento simile a quello del differenziale sportivo. A seconda delle esigenze il Torque Control Manager distribuisce la coppia in modo attivo sulle due ruote. Con questa regolazione della coppia il dinamismo e la stabilità sono ai massimi livelli. Grazie all’intervento quasi immediato dei motori elettrici tutte le regolazioni avvengono senza alcun ritardo.

Participante

Mauro Giacometti

Classe 88. Automotive Engineering. Mi piace la musica, ma… non quella bella, principalmente quella di cattivo gusto e che va di moda per poche settimane. Amo sciare, ma non di fondo: non voglio fare fatica.
La mia auto ideale? Leggera, una via di mezzo tra una Clio Rs e una Lotus Elise. Ma turbo! Darei una gamba per possedere una “vecchia gloria” Integrale.

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