Il destino del cambio manuale nell’era dei cambi automatici: una sfida per l’industria automobilistica

Sebbene il cambio manuale sia stato utilizzato nell’industria automobilistica sin dai suoi inizi, sta lentamente cadendo nell’ oblio con l’avvento di soluzioni sempre più avanzate, che consentono inoltre di risparmiare carburante. È discutibile se nel 2023 un cambio manuale abbia ancora diritto di esistere accanto a un cambio automatico – perfettamente programmato ed efficiente, anche se tecnicamente molto più complesso e impegnativo in termini di manutenzione. Una cosa è certa: ci sono produttori che, ancora oggi, non vogliono in nessun caso ritirarlo dalla loro offerta.

Perché è necessario cambiare marcia?

All’inizio, è importante notare che stiamo parlando esclusivamente di veicoli a combustione, poiché i veicoli elettrici utilizzano un diverso tipo di sistema di trasmissione, se così possiamo chiamarlo. Esistono auto elettriche dotate di cambio manuale ma questo non influisce poiché è soltanto un dispositivo simulato.

Inoltre, ci sono anche auto elettriche con cambio meccanico, come la Porsche Taycan che dispone di due marce ma il cambio delle marce nonviene effettuato dal conducente bensì da un cambio automatico.

Qui di seguito puoi osservare un esempio di configurazione tipica degli ingranaggi su un pannello posto sul pavimento (fonte: www.wikipedia.org)

Per quanto strano possa sembrare, lo spostamento era originariamente un vincolo tecnico sgradito. Le autovetture di oggi hanno un’ampia gamma di velocità, ma non è sufficiente coprire l’intera gamma di velocità dell’auto con una sola marcia ben scelta. Inoltre, la dinamica è veramente soddisfacente solo in una determinata gamma di velocità. Al di sotto di 4-600 giri/min, il motore non è in grado di mantenere la velocità e il funzionamento a velocità superiori a 8-9000 di solito non è privo di danni.

La mancanza di dinamica diventa un problema davvero rilevante se si considera che il regime del motore è molte volte superiore alla velocità delle ruote motrici, quindi per poter guidare normalmente serve un cambio che riduca la velocità (e aumenti la coppia).

Spostamento delle marce: Limiti, Vantaggi e Possibili Alternative

Quando l’auto si trova in una marcia bassa, come durante la partenza, il numero di giri del motore per ogni giro della ruota è molto elevato. Questo avviene perchè l’auto richiede la massima potenza possibile in questa situazione. È per questo motivo che definiamo la marcia marcia bassa come un rapporto di trasmissione elevato.

Nella trasmissione, due ingranaggi si collegano tra loro sul lato motore e sul lato trasmissione in ogni marcia. In pratica, un rapporto di trasmissione elevato significa che l’ingranaggio lato motore è piccolo, mentre l’ingranaggio lato trasmissione che viene azionato è grande. In una tale situazione, si ottiene un numero relativamente piccolo di giri della ruota stradale per ogni giro del motore, sebbene ciò venga compensato da una coppia elevata.

Operazione di trasmissione manuale (video)

La regola empirica è la seguente: maggiore è la marcia, minore è il rapporto di trasmissione e quindi maggiore è la perdita di coppia. Tuttavia, questa regola non è così fondamentale in una fasi successive come durante la partenza in quanto si ottiene una maggiore velocità in cambio.

Per quanto riguarda gli assi del cambio, esistono due tipi principali. Nell’altra versione, invece, è presente anche un terzo asse chiamato pignone. Il vantaggio indiscutibile di quest’ultima soluzione è la possibilità di un rapporto 1:1, cioè un rapporto diretto in cui nessun ingranaggio è coinvolto nella trasmissione di potenza.

Cambio e sincronizzazione delle marce

I primi cambi dovevano risolvere molti problemi tecnici, di cui parleremo di seguito.

Il primo problema era che solo uno degli ingranaggi alla volta poteva trasmettere la coppia. Cambiare marcia durante la guida avrebbe conseguenze finanziarie molto gravi e irreversibili.

Sono state create molte costruzioni pratiche, ma distinguiamo due meccanismi di base per collegare coppie selezionate di ingranaggi.

Per molto tempo i cambi sono stati dotati di un albero scanalato, che durante i cambi di marcia veniva premuto in una coppia di ingranaggi che avrebbero dovuto ruotare insieme.

Anche le coppie di ingranaggi in costante contatto sono apparse in tempi relativamente brevi: un ingranaggio ruotava liberamente sul proprio albero fino a quando non veniva unito ad esso da un connettore. Il dispositivo di fissaggio era solitamente un manicotto scorrevole su un albero scanalato con dentellature che si innestavano nelle scanalature dell’ingranaggio per fornire una connessione permanente.

Con le trasmissioni meccaniche manuali è inevitabile che gli ingranaggi (e quindi gli assali) ruotino a velocità periferiche diverse per i motivi sopra citati.

Quando passiamo da una marcia all’altra, le differenze tra le velocità periferiche rendono il passaggio molto difficile. Pertanto, molte vecchie trasmissioni manuali richiedevano al guidatore di utilizzare la frizione due volte: prima, il guidatore passava in folle, rilasciava la frizione, quindi reprimeva la frizione e tirava la leva del cambio sulla marcia successiva.

Questo problema è stato risolto con la sincronizzazione.

La sincronizzazione viene eseguita da un interruttore ad artiglio con una frizione a bassa potenza. Prima di innestare l’interruttore ad artiglio, la frizione a frizione si chiude, compensando la differenza di velocità periferiche prima di stabilire una connessione rigida. Le frizioni possono essere combinate senza un carico dinamico significativo, in modo che con una sola pressione del pedale della frizione possiamo facilmente cambiare marcia.

Vantaggi e svantaggi: perché i cambi manuali stanno diventando obsoleti?

La versione completamente manuale rappresenta la soluzione di cambio meno costosa in termini di funzionalità. Il suo peso, i requisiti di servizio e il prezzo sono significativamente inferiori rispetto a qualsiasi altro concorrente.

Anche se sarebbe economicamente giustificata in ogni aspetto è il mercato a decidere cosa è richiesto nel lungo termine. Gli ultimi decenni hanno dimostrato che sempre meno acquirenti di auto desiderano trasmissioni manuali. In termini di comfort, è il meno comodo da usare.

Fonte:

• http://www.lezo.hu/szerkezettan/hajtas/eroatvitel/sebvalto/egyszeru/egyszeru.html
• http://www.lezo.hu/szerkezettan/hajtas/eroatvitel/sebvalto/egyszeru/szerkezetek/szerkezetek.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Manual_transmission
• https://en.wikipedia.org/wiki/Dog-leg_gearbox
• https://auto.howstuffworks.com/transmission.htm
• https://en.wikipedia.org/wiki/Manual_transmission#/media/File:Sincronizzatore.jpg
• https://en.wikipedia.org/wiki/Manual_transmission#/media/File:Manual_Layout.svg
• https://en.wikipedia.org/wiki/Dog-leg_gearbox#/media/File:Manual_Dogleg.svg