Matteo Di Lallo
- 06 October 2020

Differenziale Quaife: cosa è, come funziona, quali sono pregi e difetti

Tra i sistemi meccanici più diffusi soprattutto dalle pepatissime trazioni anteriori di ultimissima generazione, per cercare di scaricare a terra valori elevati di coppia e potenza, restituendo al contempo un elevato piacere di guida e positive reazioni al volante, è adottato sia dalle vetture 4WD sia dalle auto a trazione anteriore o posteriore per trasferire la coppia dove c’è maggiore aderenza. Non è però completamente bloccante come un vero differenziale “locked”.

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A differenza di un tradizionale differenziale a slittamento limitato, il differenziale elicoidale LSD QUAIFE ATB si basa sui classici ingranaggi elicoidali, piuttosto che su un sistema tipo dischi frizione o accoppiamento viscoso per il suo funzionamento. Ciò significa che è molto più progressivo e morbido nel suo funzionamento. E’ un differenziale che non è sensibile alla velocità ma alla coppia, il cui funzionamento si basa sul principio della “vite senza fine” cioè che il moto può facilmente essere trasmesso in un senso ma non altrettanto facilmente nel senso opposto.

I planetari sono due ingranaggi con una dentatura inclinata, i satelliti sono realizzati allo stesso modo, ma al contrario del differenziale normale, ho un satellite per planetario e i due satelliti dei due planetari sono collegati tra loro da un comune ingranaggio. Il suo funzionamento permette alle due ruote di un medesimo asse di variare la loro velocità relativa, purché una ruota aumenti la sua velocità nella stessa percentuale in cui l’altra diminuisca la propria, come nei normali differenziali durante la percorrenza di una curva. Nel caso in cui una delle due ruote tenda ad accelerare, come quando sta per pattinare, e l’altra non tenda a ridurre la propria velocità, il sistema risulta quasi bloccato e di conseguenza la coppia si indirizza verso la ruota che fa presa, impedendo il pattinamento dell’altra. Non tenta quindi di far girare la ruota interna alla stessa velocità della ruota esterna.

Se entrambe le ruote hanno trazione, trasmette una coppia uguale a entrambe, indipendentemente dalla velocità relativa della ruota. Proprio perché sfrutta la teoria della “vite senza fine” è possibile ottenere due coefficienti di bloccaggio diversi, a seconda del verso del flusso di potenza tra il motore e le ruote. In genere, si fa in modo che il coefficiente di bloccaggio più piccolo corrisponda alle fasi di rilascio, per ridurre ulteriormente le interferenze del differenziale con i sistemi di controllo attivo della dinamica del veicolo, in particolar modo con il sistema anti-bloccaggio.

Però non è capace in curva di distribuire uniformemente la coppia tra i due assi. Questo succede perché nelle curve una ruota gira più velocemente dell’altra anche in assenza di macroslittamenti. La conseguenza è la strana sensazione al volante di auto-raddrizzamento delle ruote percepita dal guidatore. Una sensazione che si fa tanto più avvertibile quanto più il differenziale adotta una percentuale di bloccaggio elevata. L’altro difetto è che non è completamente bloccante, e quindi quando per esempio una ruota è completamente sollevata risulta, a differenza di un “locked”, inefficace.

Uno dei concetti fondamentali legati al differenziale Quaife è costituito dal TBR (Torque Bias Ratio - rapporto di sbilanciamento della coppia) che indica il rapporto tra la coppia applicata alla ruota che gira più lentamente e la coppia applicata alla ruota che gira più velocemente. Un differenziale locked, autobloccante puro, ha un coefficiente di bloccaggio del 100%; un differenziale open, standard, ha un coefficiente di bloccaggio pari a 0. Un Quaife con TBR 1 si comporta come un differenziale open, inviando i medesimi kgm a entrambi i semiassi. I valori di TBR tipici del Quaife vanno da 2 a 6. In base alla formula %bloccaggio = (TBR - 1) : (TBR + 1), il valore 3 equivale al 50%, il valore massimo (6) a una ripartizione della coppia all’84% verso la ruota con maggiore trazione e al 16% verso quella con minore aderenza.

I Quaife stradali per le 2WD anteriori hanno un valore di TBR generalmente pari a 2 o a 3. Sono pertanto compatibili con i sistemi di controllo della trazione e facilmente gestibili grazie alla percentuale di bloccaggio compresa tra il 30% e il 50%. In presenza di vetture 2WD posteriori si privilegiano valori di TBR 4 per i modelli stradali, TBR 5 e 6 per le auto da corsa. Il difetto di questo differenziale meccanico, oltre alla lieve sensazione di auto raddrizzamento dello sterzo, è costituito dagli ingombri (oltre a satelliti e planetari è composto da numerosi ingranaggi elicoidali), che ne rendono impossibile l’utilizzo ove non previsto di serie. In aggiunta, non essendo completamente bloccante, quando una ruota si trova sollevata da terra risulta inefficace.

Semplificando, il differenziale a ingranaggi (Quaife) funziona normalmente come un differenziale aperto ma quando avverte una differenza di coppia la rinvia dalla ruota a minore aderenza (maggiore velocità) verso quella con maggiore aderenza (minore velocità). Ha di positivo che non necessita di manutenzione perché non è soggetto a particolare usura ed è un differenziale intrinsecamente forte essendo costruito esclusivamente di ingranaggi. Riesce però a trasferire fino al 80% della coppia verso un'unica ruota ma se una delle due ruote si solleva completamente da terra allora inizierà a slittare come con un differenziale aperto. Lo stesso risultato lo si ottiene purtroppo se una delle due ruote si dovesse trovare su una superficie ghiacciata a zero aderenza, allora anche in quel caso inizierà a slittare come con un differenziale aperto.

Al contrario il differenziale a pacco frizioni, invece, ripartisce sempre il 50% della coppia su ogni singola ruota e per questo è in grado di mantenere identiche le velocità delle due ruote. Questo avviene indipendentemente che entrambe le ruote siano a terra o una delle due sia sollevata o che una delle due ruote sia su una superficie ghiacciata a zero aderenza. Purtroppo però è un differenziale più delicato e soggetto ad usura del pacco frizioni. Adotta oltretutto un metodo di intervento e d'innesto nettamente più aggressivo e istantaneo rispetto al differenziale a ingranaggi, generando maggiori e più violente reazioni allo sterzo, ed è più rumoroso a causa degli ingranaggi a denti dritti in luogo di quelli a denti elicoidali del differenziale a ingranaggi.

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