20 June 2012

Tecnica: ecco come funziona il cambio Alfa Romeo TCT

Paragonando la Giulietta 1.4 MultiAir 170 CV TCT con una vettura come la Golf - a parità di potenza e cambio automatico (1.4 TSI 160 CV DSG) - l'italiana consuma (-0,8 Lt/100km) e inquina (-18 gr CO2/km) meno. Questo quanto sostiene Alfa Romeo, che sul cambio TCT punta....( Video!)

Intro

Dall’apertura degli ordini ad oggi, la richiesta del cambio automatico Alfa TCT sul totale delle vetture è del 15%, quindi già superiore alla media europea. Paragonando Giulietta 1.4 MultiAir 170 CV TCT con una vettura come la Golf - a parità di potenza e cambio automatico (1.4 TSI 160 CV DSG) - Giulietta consuma (-0,8 Lt/100km) e inquina (-18 gr CO2/km) meno. Per pareggiare i consumi e le emissioni di Giulietta, la Golf deve rinunciare a moltio cavalli e al cambio automatico.  Un'affermazione forte e una sfida ambiziosa dunque quella del marchio italiano. Ma come funziona esattamente il nuova cambio TCT? Vediamolo più in dettaglio....

Video

 

Due trasmissioni

Ad oggi il mercato europeo è dominato dalle trasmissioni manuali (MT) che, come punti di forza, presentano alta efficienza, bassi costi e soprattutto lasciano il pieno controllo del guidatore sull’auto.

Le tradizionali trasmissioni automatiche (AT) sono invece preferite dal mercato nordamericano, mentre quello giapponese è dominato dai cambi a variazione continua (CVT). In questi mercati il comfort e la praticità sono privilegiati a fronte di una minore efficienza, maggiori consumi e maggiore peso. Inoltre questi tipi di cambio penalizzano la guida sportiva, aspetto che non è apprezzato dal mercato europeo.

 

I primi tentativi di riempire il vuoto tra cambi automatici e manuali, hanno portato allo sviluppo delle trasmissioni robotizzate (AMT).Questa tecnologia garantisce un’alta efficienza della trasmissione, con un utilizzo ottimale della mappa di consumo specifico del motore, ma presenta un’inaspettata interruzione della coppia nella modalità automatica, penalizzando così il comfort di marcia.

La trasmissione a doppia frizione è un notevole passo avanti: elimina infatti l’interruzione di coppia migliorando efficienza e qualità di guida e soprattutto ottimizza le prestazioni del motore e il consumo di carburante.

 

L’idea del cambio a doppia frizione, come l’Alfa TCT, è piuttosto semplice.

Il modo migliore per descriverlo è immaginare due trasmissioni, posizionate in parallelo (anche se fisicamente sono concentriche), ognuna delle quali ha la propria frizione.

Una gestisce le marce dispari (1, 3 e 5) e l’altra quelle pari (2, 4 e 6). Il cambio tra due marce consecutive avviene innestando la marcia desiderata, mentre la precedente è ancora inserita, e quindi trasferendo il flusso di potenza da una “metà trasmissione” all’altra, scambiando gradualmente le due rispettive frizioni.

Il grande vantaggio di questo processo è che il motore è meccanicamente sempre collegato alle ruote, dando la sensazione di un’immediata reazione del veicolo ai comandi del guidatore. Non è solo una sensazione: è un fatto reale, che minimizza la tipica dissipazione di energia dei convertitori di coppia delle trasmissioni automatiche tradizionali durante lo spunto e le scalate.

 

La trasmissione funziona in modalità completamente automatica oppure, se l’utente lo desidera, in modalità sequenziale. L’utente può gestire manualmente le posizioni “up and down” della leva del cambio, precisa ed ergonomica, alla quale è possibile abbinare i "shift paddles" al volante. Grazie al selettore di guida Alfa D.N.A., il guidatore può anche personalizzare il carattere della propria vettura esaltandone le doti di comfort, performance ed efficienza.

 

Il nuovo cambio Alfa TCT, concettualmente, è composto da due trasmissioni in parallelo, una per le marce pari ed una per le dispari, ognuna con la sua frizione, che consentono la selezione e l'innesto della marcia successiva mentre quella precedente è ancora innestata.

 

Il cambio marcia viene quindi effettuato con un semplice scambio graduale, ma veloce, delle corrispondenti frizioni garantendo la continuità di erogazione di coppia e, quindi, di trazione. Il risultato è un comfort di guida ed un feeling sportivo superiore a quello offerto dai cambi automatici convenzionali (con convertitore di coppia) caratterizzato dalla connessione costante del motore alle ruote, dalla sensazione di  una  maggiore velocità di cambiata, dalla possibilità di selezionare tra modalità manuale o automatica, il tutto senza significativa perdita di potenza in fase di cambio marcia.

 

Inoltre, i consumi si riducono fino al 10% rispetto ad un cambio automatico tradizionale. La tecnologia Alfa TCT, che impiega frizioni a secco (“Dry”), permette inoltre la naturale integrazione col sistema Start&Stop, una funzionalità non sempre disponibile con i cambi automatici tradizionali, che assicura un ulteriore vantaggio in termini di consumi soprattutto nell’impiego urbano.

I consumi...

Nella versione Giulietta con Alfa TCT equipaggiata con il motore 1.4 TB MultiAir da 170 CV ("Best New Engine 2010"), la velocità massima è di 218 km/h con appena 7,7 secondi per passare da 0 a 100 Km/h. Pur con queste prestazioni, i consumi e le emissioni dichiarati sono contenuti: 5,2 l/100Km nel ciclo combinato e 121 g/km di CO2, valori che rendono Giulietta la compatta benzina più ecologica ed efficiente del mercato, perfino confrontandosi con versioni a cambio manuale di concorrenti con livelli di potenza e prestazioni decisamente inferiori.

Anche in abbinamento al motore diesel 2.0 JTDM da 170 CV i valori registrati sono da primato: infatti, rispetto alla stessa versione con cambio manuale, l'accelerazione da 0 a 100 km/h passa da 8,0 secondi a 7,9 secondi, i consumi (ciclo combinato) passano da 4,7 l/100Km a 4,5 l/100Km mentre le emissioni CO2 raggiungono un livello ai vertici della categoria per un motore di questa potenza pari a 119 g/Km (124 g/Km con il cambio manuale). I bassi costi di gestione di questa vettura, uniti ai consumi ridotti, ne fanno una scelta ideale anche per le flotte aziendali.

Interagisce con l’Alfa D.N.A...

Per permettere il miglior comportamento su strada a seconda delle condizioni di guida e delle volontà del guidatore, il cambio interagisce con l’Alfa D.N.A., con il sistema frenante, quello del controllo motore e con il controllo di stabilità del veicolo (VDC). Il controllo del motopropulsore individua automaticamente le condizioni stradali, i gradienti e le curve e ottimizza la trazione selezionando sempre la marcia più appropriata e gestendo nel modo più opportuno l’erogazione della coppia motore e la modulazione delle frizioni.

Grazie all’alta velocità di elaborazione dei parametri, il cambio è in grado di adattare in tempo reale il suo comportamento. Ad esempio, durante la percorrenza di una curva, il cambio marcia può essere subordinato alla velocità del veicolo e alla posizione della leva Alfa D.N.A.: mentre in modalità Natural il sistema permette le cambiate in curva per massimizzare il comfort, in modalità Dynamic, e quando opportuno, le inibisce per offrire le massime prestazioni.

 

Durante l’intervento dei sistemi ASR/VDC, come anche in modalità All Weather, il motopropulsore della Giulietta con Alfa TCT adegua le proprie prestazioni per assicurare la massima stabilità del veicolo. Nelle partenze da fermo in salita, la gestione del cambio Alfa TCT dialoga con lo Start&Stop e col sistema frenante attraverso la funzione Hill Holder per contribuire a evitare l’arretramento non desiderato del veicolo.

 

Per quanto riguarda l’ergonomia, quando si parcheggia, si è in coda o si parte lentamente dal semaforo, la vettura si avvia dolcemente, semplicemente lasciando il pedale del freno grazie alla funzione di “Creeping”.

Frizione a secco come il DSG...

Le frizioni sono progettate “a vita” e non necessitano di sostituzione come nel caso dei cambi tradizionali. Se confrontiamo le frizioni a secco (“Dry”) con quelle in bagno d’olio (“Wet”),. si può affermare che le prime dissipano energia soltanto durante la fase di slittamento nel cambio marcia e nello spunto, mentre le frizioni “Wet”, girando sempre in bagno d’olio, introducono perdite per attrito viscoso come quelle dei cambi automatici convenzionali, anche quando non sono azionate. Inoltre, necessitano di raffreddamento forzato con olio e quindi di un continuo dispendio energetico per il trascinamento della pompa d’olio dedicata (assente nel caso delle frizioni “Dry”).

Una frizione «a secco» non è ovviamente una novità assoluta, la troviamo anche sul cambio a doppia frizione DSG a 7 rapporti Volkswagen . I vantaggi sono considerevoli: un cambio automatico “Wet” necessita di circa 4 litri di olio cambio in più rispetto al “Dry”, sempre per motivi di raffreddamento delle frizioni: in questo modo si aggiunge peso ed aumentano le perdite per sbattimento dell’olio da parte degli ingranaggi. Tutti questi effetti combinati fanno sì che un cambio “Dry”, come l’Alfa TCT, sia circa 6% più efficiente che il corrispondente “Wet” in termini di consumi.

Pesa 81 kg

L’Alfa TCT è una trasmissione a sei marce con un’ampia apertura.

Pesa soltanto 81 kg, olio, cablaggi e unità di controllo inclusi: tutto ciò rappresenta una significativa riduzione di peso, circa 10 kg, se rapportata - a parità di coppia - con una trasmissione automatica o a variazione continua.

L’architettura della trasmissione è a tre assi, con scatola di alluminio a due pezzi. I rotismi del cambio sono caratterizzati da un albero secondario superiore di lunghezza ridotta per soddisfare i requisiti di sicurezza nei crash test.

 

Il sistema di attuazione delle frizioni e dell’innesto marce dell’Alfa TCT si basa sulla tecnologia elettro-idraulica.

L’unità a doppia frizione dell’Alfa TCT è molto compatto. La sua principale caratteristica è l’adozione di un’asta coassiale per l’attuazione della frizione delle marce dispari. Quest’asta è connessa a un attuatore a pistone idraulico, posizionato sul lato posteriore della scatola del cambio.

La frizione delle marce dispari (K1) è normalmente chiusa, come nelle convenzionali trasmissioni manuali, scelta dettata anche da considerazioni di risparmio energetico: poiché l’utilizzo della frizione per le marce dispari è statisticamente maggiore nel ciclo urbano e extraurbano, la potenza idraulica per mantenerla chiusa rappresenterebbe uno spreco.

La frizione per le marce pari (K2) è azionata con un cilindro idraulico convenzionale ed è controllata in forza, sempre per ragioni di compattezza.

La dispersione di calore dall’unità a doppia frizione è stata studiata nel dettaglio: il risultato è un modello fisico accurato, che risiede nell’unità di controllo della trasmissione e che forma la base delle strategie di controllo e della protezione termica del gruppo frizione.

Le strategie di controllo...

L’Alfa TCT è una tecnologia elettroidraulica che garantisce prestazioni, efficienza e compattezza.

Il sistema comprende una pompa  idraulica, un accumulatore e un modulo di attuazione marce e frizioni.

La pompa elettrica dell’olio, nella guida urbana, è raramente attiva per più del 20%, indice dell’efficienza del sistema.

Il sistema di azionamento comprende 5 elettrovalvole, 2 per le frizioni e 3 per il cambio marcia. Comprende anche 5 sensori “contact-less” che controllano la marcia innestata.

Grande attenzione è stata data alla sicurezza del sistema di azionamento, garantita sia dal progetto del sistema stesso che dalle relative strategie di controllo. Oltre a queste misure, gli algoritmi di controllo della trasmissione monitorano continuamente la reale posizione di ogni attuatore, in modo da intervenire in caso di situazioni non volute.

 

L’UNITÀ DI CONTROLLO DELLA TRASMISSIONE

            L’unità di controllo della trasmissione Alfa TCT utilizza la stessa moderna piattaforma elettronica usata nei recenti motori MultiJet II e MultiAir.

I loop di controllo più critici sono eseguiti ogni due millisecondi (500 Hz) in modo da assicurare alte prestazioni del sistema, reattività e una maggiore sicurezza.

 

Le strategie di controllo possono essere raggruppate come segue:

Controlli di azionamento

Sono le strategie di controllo che sfruttano le alte prestazioni raggiungibili con gli attuatori elettroidraulici.

Logiche di autocalibrazione

Si tratta di algoritmi che consentono l’auto-adattatività delle logiche di controllo per compensare totalmente eventuali variazioni delle caratteristiche del sistema come la temperatura, l’umidità, l’usura e la dispersione. 

 

Strategie per lo spunto e il cambio marcia

A seconda delle performance richieste, l’Alfa TCT mette a disposizione diversi modi di guida attraverso il selettore Alfa D.N.A. e la leva del cambio:

 

  • Dynamic / Natural / All Weather
  • Automatic / Manual (tip)

 

Ad ogni combinazione di queste modalità corrispondono specifiche logiche e tarature del motore e del cambio. La funzione di trascinamento del veicolo (creeping) è stata ottimizzata grazie allacollaborazione con la funzione Hill Holder del sistema frenante.

L’Alfa TCT adotta il cosiddetto “power based powertrain drivability concept”: durante lo spunto o nel cambio marcia, la coppia motore desiderata è decisa dall’unita di controllo della trasmissione e implementata dall’unità di controllo del motore, secondo il principio per cui, premendo il pedale dell’acceleratore, il guidatore abbia bisogno una certa potenza alle ruote. E’ compito dell’unità di controllo della trasmissione stabilire la coppia motore ottimale ed il relativo regime che consentono di ottenerla.Il risultato finale è che il controllo del motopropulsore è preciso e affidabile, qualsiasi siano le condizioni ambientali e la volontà del guidatore.Infine, l’integrazione del controllo del powertrain con quello del sistema frenante, permette un ottimale funzionamento dello Start&Stop che è totalmente compatibile con le caratteristiche dell’Alfa TCT.

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