L’ABC del cambio automatico: il doppia frizione o “DCT”

10 giugno 2016
Tecnologia
Cominciamo l’analisi dei cambi automatici con un approfondimento sul doppia frizione: vediamone funzionamento, vantaggi e svantaggi.

Dopo aver introdotto le diverse tipologie di cambio automatico che vengono comunemente utilizzate nelle automobili (qui l'articolo), iniziamo ad analizzare il cambio a doppia frizione, uno dei più diffusi e sviluppati negli ultimi anni, soprattutto quando si parla di vetture sportive. 

IL FUNZIONAMENTO - Il Dual Clutch Transmission, noto anche con la sigla “DCT”, è un sistema di trasmissione che - come suggerisce proprio il nome - sfrutta la presenza di due frizioni separate per collegare il motore agli alberi su cui sono installati gli ingranaggi dei vari rapporti del cambio. Questa tecnologia funziona grazie a due alberi coassiali (uno interno pieno e uno esterno cavo) che sono collegati rispettivamente alle due frizioni. Su uno degli alberi vengono montati gli ingranaggi dei rapporti dispari (solitamente 1, 3, 5 per un automatico a sei rapporti), mentre sull’altro sono presenti quelli pari (2, 4, 6, immagine qui sopra). Se il numero di marce aumenta, aumentano anche le coppie di ingranaggi disponibili; la retromarcia è montata su uno dei due alberi ed è dotata di un ulteriore albero per l’inversione del senso di rotazione. Gli alberi ruotano contemporaneamente, ma solo uno dei due, quello che di volta in volta è collegato alla frizione che in quel momento è in posizione “chiusa”, trasmette la potenza del motore ad uno dei due alberi di uscita (paralleli tra loro, uno per i rapporti pari e l’altro per quelli dispari).

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Intanto il secondo l’albero di uscita su cui sono montati gli ingranaggi ruota e il selettore automatico inizia a inserire il rapporto successivo (quello che il cervello elettronico ritiene più adatto alla situazione). La cambiata vera e propria, poi, consiste nell’apertura della prima frizione e successiva chiusura della seconda, fenomeno che avviene in tempi decisamente rapidi (ormai inferiori ai 30/40 millisecondi). Con un procedimento analogo vengono poi inseriti tutti gli altri rapporti. Il cambio a doppia frizione può funzionare sia in modalità totalmente automatica, in cui il software di controllo sceglie il rapporto da inserire, sia in modalità sequenziale, dove il guidatore decide di salire o scendere con i rapporti tramite leva o paddle sul volante. 

LA STORIA - La nascita dei cambi a doppia frizione è avvenuta negli Anni 80 nel mondo delle corse, grazie a Porsche che introdusse il primo PDK (Porsche Doppelkupplung, nome tedesco per il suo DCT) sulle 956 e 962 (nella foto qui sopra) per le gare di endurance e ad Audi che montò un doppia frizione su qualche versione della Audi Sport Quattro S1 da rally. Per quanto riguarda le auto stradali, invece, la prima apparizione è da attribuire alla Golf R32 del 2003, su cui venne montato per la prima volta il DSG, sigla identificativa del Direct Shift Gearbox prodotto dall’americana BorgWarner. Attualmente sono diverse le Case costruttrici che adottano la tecnologia DCT per i loro cambi automatici, tra cui: Volkswagen, Seat e Skoda con il DSG, Audi con l’S-Tronic, Porsche con il PDK, Fiat e Alfa Romeo con il TCT (Twin Clutch Transmission) e Ford con il Powershift. La lista continua poi con i cambi ancora più sportivi, come quelli montati sulle supercar Ferrari, Bugatti e McLaren. 

I PRO - Il vantaggio principale di un cambio DCT risiede nel fatto di poter sdoppiare i compiti della trasmissione, distribuendoli sulle due coppie di frizioni e alberi. Questo consente, in primis, di avere dei tempi di cambiata molto più brevi di un cambio tradizionale: è come se ci fossero due cambi, il primo in funzione e il secondo già pronto con la marcia seguente. In termini di performance, questo significa accelerazioni più rapide e motore sempre in coppia. Un altro beneficio, che riguarda le prestazioni così come il comfort, è raggiunto in termini di fluidità nella trasmissione della coppia e della potenza: ciò è dovuto sia ai tempi più rapidi di cambio marcia, sia al fatto che il motore subisce delle variazioni di regime più contenute durante la cambiata, consentendo di avere sbalzi di potenza e coppia meno evidenti - in poche parole il motore tende sempre a girare al regime ideale, ndr. Questo consente anche di migliorare l’efficienza del propulsore, che gira più fluido e costante, quindi diminuiscono i consumi e le emissioni. Il fatto che il sistema sia automatizzato, inoltre, elimina il compito del pilota di gestire frizione e leva del cambio: dimenticate strappi e interruzioni di motricità dovuti ad un utilizzo poco corretto del cambio (stacchi frizione poco fluidi e impuntamenti del cambio). 

I CONTRO - Le prestazioni e la fluidità del cambio a doppia frizione sono vantaggi che nascondono anche dei lati negativi. Il primo riguarda il prezzo di questo accessorio, poiché spesso si verifica un aumento considerevole del prezzo della vettura rispetto alla versione manuale. Il secondo, invece, tiene conto della maggior complessità tecnica e costruttiva del cambio, che si traducono in un peso più elevato e in una maggiore difficoltà di intervento in caso di manutenzione o malfunzionamento. 

L'ABC DEL CAMBIO AUTOMATICO: LE ALTRE PUNTATE

Introduzione
Cambio automatico con convertitore di coppia
Cambio robotizzato (o elettroattuato)
Cambio a variazione continua (CVT, “Continuously Variable Transmission”)
Cambio manuale assistito elettronicamente

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Ritratto di dorian gray
10 giugno 2016 - 13:56
...sarà che ho una certa età...preferisco i cambi manuali. Con il cambio manuale ho la sensazione di condurre l'auto e di farle fare ciò che voglio io. Con l'automatico è l'auto che comanda me...e se si rompe (a parte i costi proibitivi) chi ci mette le mani?????
Ritratto di mike53
10 giugno 2016 - 15:06
Proprio perché anch'io (ahimè!) ho una certa età, ma una volta provato l'automatico doppia frizione, non tornerei al manuale per nessuna ragione al mondo! Provare per credere......!
Ritratto di Dune buggy
13 giugno 2016 - 18:54
Ad una "certa" età, possono arrivare "problemi" che penalizzano l'uso della frizione, un automatico non ha il pedale, quindi fra la rottura di un cambio e la "rottura" umana preferisco la prima........ Poi non è vero che con l'automatico l'auto fa quello che vuole, si comanda meglio di un manuale, il motore è sempre pronto, nel regime giusto. Chi ha l'automatico ha avuto anche il manuale quindi può fare il confronto, gli altri.......... peggio per voi......
Ritratto di Fxx88
10 giugno 2016 - 14:08
3
Complimenti alla redazione sono sempre interessanti questi articoli tecnici.
Ritratto di jabadais
10 giugno 2016 - 15:31
Gran bell'articolo. Interessante e di facile lettura. Complimenti.
Ritratto di Davide-S
10 giugno 2016 - 17:03
1
Una cosa a cui non avevo mai fatto caso più di tanto è che, riducendo i tempi di cambiata, il motore si mantiene a regime ottimale di rotazione...
Ritratto di Gianlupo
10 giugno 2016 - 17:10
Su una vettura che voglia definirsi autenticamente sportiva l'efficienza meccanica è la priorità assoluta e solo cambi come il DCT C635 con frizioni a secco è in grado di garantirla. Sulla Giulia (con l'eccezione della QV, che meriterebbe un cambio elettroattuato), con un peso superiore di circa 5-10 Kg rispetto al convertitore di coppia (e con i necessari sviluppi del caso), ne avrebbe degnamente completato la dotazione tecnica. Certo, un convertitore è più economico (questo è il punto cruciale), è facilissimamente scalabile in termini di coppia trasmissibile (altra notevolissima riduzione dei costi), ma, pur con le logiche di lock-up più avanzate, resta meccanicamente meno efficiente. Poi, che ci si possa attaccare un motore da 100 o da 1'000 Nm è un altro discorso: siccome dissipa è anche in grado di digerire coppie esagerate. Il rendimento di un DCT è prossimo al 100%, quindi quello che gli si butta dentro lui te lo risputa fuori tale e quale, ma in modo omogeneo e progressivo, ed è questo il suo bello. Più complicato nella costruzione (fino ad un certo punto...) e per questo adatto a vetture premium che siano realmente tali (pure la Mito lo monta, del resto).
Ritratto di Bull 1000
10 giugno 2016 - 20:02
Buona sera sig. Gianlupo. Mi spiace contraddirla, ma i cambi a doppia frizione sono meno efficenti di un cambio tradizionale elettroattuato. Infatti hanno molti più attriti, a causa ad esempio del trasinamento fra i due alberi primari concentrici. Sono inoltre decisamente più pesanti di un elettroattuato (pensi solo al fatto di avere due frizioni). Per quanto riguarda un cambio a ruotismi epicicloidali con convertitore di coppia, mi spiace doverla contraddire di nuovo, ma non "dissipa" proprio nulla: il cambio deve essere progettato per gestire una determinata coppia in ingresso, che non si può affatto aumentare a piacimento perchè tanto "dissipa". Pensi che le Mercedes per anni hanno dovuto sottostare al limite dei 1.000 NM di coppia perchè il cambio automatico NAG non poteva accettare coppie in ingresso più alte, mentre il 7 marce si fermava addirittura prima (se non ricordo male a 800 NM). Peraltro sul fatto che un cambio con convertitore di coppia sia più economico di un doppia frizione devo assolutamente dissentire: credo che lei non ne abbia mai visto uno aperto, per dire una cosa simile. Tanto è vero che sulle utilitarie non lo si usa assolutamente, al contrario dei doppia frizione. Infine il "rendimento" di un DCT è ben lontano dal 100%: provi a mettere una mano sullo scambiatore di calore dell'olio del cambio, e si chieda chi fornisce il calore da smaltire. Buona serata.
Ritratto di Gianlupo
10 giugno 2016 - 23:01
L'elettroattuato (idraulico o elettrico puro) non fornisce le stesse performance di un DF, semplicemente fa quello che farebbe un buon guidatore, ma, sempre e comunque, con discontinuità di trasmissione di coppia e calo del numero di giri del motore nei cambi marcia: questo ne peggiora l'efficienza a prescindere da massa ed attriti in gioco. Il DF permette, infatti, di effettuare cambi marcia pressoché senza interruzione di trasmissione di coppia e senza significativo calo del numero di giri del motore: da cui minori consumi e migliori prestazioni in accelerazione. L'iperbole relativa al convertitore, poi, serve giusto a rendere l'idea che quando si hanno motori che sviluppano coppie notevoli un convertitore permette d'essere dimensionato secondo logiche progettuali molto più semplici, e quindi economiche, rispetto a quelle proprie della progettazione di un DF: questo vale, ovvio, per tutti i range di coppia in ingresso. Quando non in modalità lock-up, poi, il convertitore assorbe una non trascurabile quantità di coppia, dovuta al trascinamento della turbina per via della rotazione della p0mpa e per il tramite dell'olio: la Giulia manuale ad esempio, non per nulla eroga, a parità di propulsore, una coppia maggiore se equipaggiata col convertitore. La mappatura è stata adeguata all'assorbimento di cui sopra, al minore rendimento della trasmissione. I costi, infine, sono sicuramente maggiori per il DF ed il relativo rendimento s'attesta attorno al 98%. Sulle utilitarie non si usa il convertitore perché l'incidenza sui consumi sarebbe sensibile (a quel punto tanto vale usare un più semplice ed economico CVT) e le coppie trasmesse sono tali da poter adottare un DF compatto, economico ed efficiente.
Ritratto di Bull 1000
11 giugno 2016 - 18:27
Guardi sig. Gianlupo, mi spiace contraddirla nuovamente ma vedo che le idee sono poche, ma in compenso confuse. Un elettroattuato risulta essere più leggero (vedasi la scelta di Horacio Pagani per la Huayra) e più efficiente perché ha meno attriti, come le ho dimostrato io. Il “significativo calo del numero di giri” dipende dalla rapportatura delle marce, e si ossono realizzare doppia frizione ed elettroattuati con lo stesso numero di rapporti e con la stessa scalatura. Ma proprio identica, eh. Peraltro questo “significativo calo del numero di giri” non c’entra nulla coi consumi, tantomeno l’interruzione di coppia durante la cambiata. Quella che lei definisce iperbole, che iperbole non è, è semplicemente un errore: le logiche di dimensionamento csono ben note agli addetti ai lavori, che possono progettare cambi diversi sapendo benissimo come dimensionarne le parti. Il convertitore assorbe senz’altro una certa quantità di coppia, ma che c’entra? Il fatto che la Giulia automatica eroghi più coppia della versione manuale è facilmente spiegabile dal fatto che in Fiat non dispongono di un manuale che vada oltre i 38 Kgm di coppia, tutto qua. La mappatura è stata adeguata non all’assorbimento, ma alla capacità del cambio di non aprirsi in due. Stessa cosa capitava con la Classe E degli anni 2.000: la 320 CDI manuale aveva mano coppia dell’automatica, per lo stesso motivo.
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