Audi, nuovo cambio S tronic: sette marce di grande dinamismo ed efficienza

Sette marce che si innestano in modo fulmineo e senza interruzione della trazione: la Audi presenta un nuovo stadio evolutivo nel campo della trasmissione. Il cambio S tronic a sette marce ha prestazioni decisamente esuberanti ed un elevatissimo indice di efficienza. Questo nuovo cambio a doppia frizione, concepito per essere abbinato a motori longitudinali e alla trazione integrale quattro, è adatto per una vasta gamma di modelli sportivi. L’inizio della sua produzione in serie è previsto per il secondo semestre del 2008. Oltre al nuovo S tronic a sette marce la Audi propone nell’ambito della trasmissione numerose altre innovazioni tecnologiche capaci di soddisfare qualsiasi esigenza.

Il cambio S tronic a sette marce rappresenta una nuova importante tappa nella strategia della trasmissione firmata dalla Audi. Il nuovo cambio, interamente realizzato dai progettisti del Marchio, è destinato ai modelli sportivi del segmento medio. Si tratta di un componente high-tech molto dinamico e allo stesso tempo altamente efficiente. La modalità totalmente automatica, in cui il computer effettua autonomamente i cambi di marcia, mette a disposizione i programmi di guida D (Drive) e S (Sport).

Inoltre è possibile eseguire le cambiate, con estrema rapidità, anche manualmente con la leva selettrice o mediante i bilancieri al volante, disponibili come optional. Gli innesti, caratterizzati dal tradizionale comfort Audi, sono sempre accompagnati da una sensazione di grande dinamismo e precisione.

L’S tronic a sette marce è strutturato in due blocchi, in cui due frizioni a lamelle azionano marce differenti. La grande frizione esterna K1 trasmette attraverso un albero la coppia alle ruote dentate delle marce dispari 1ª, 3ª, 5ª e 7ª, poste nella parte posteriore della scatola in alluminio del cambio, ossia verso il centro del veicolo.
Intorno a tale albero ruota un albero cavo collegato alla frizione più piccola K2 che, situata all’interno della prima frizione, aziona a sua volta le ruote dentate della marce pari 2ª, 4ª e 6ª e della retromarcia. Le ruote dentate sono allineate in successione sugli alberi secondari nel seguente ordine: 4ª, 6ª, 2ª, R, 1ª, 3ª, 7ª e 5ª.

I due blocchi del cambio sono sempre attivi, ma solo uno dei due può essere solidale al motore. Quando, per esempio, il conducente accelera in terza, nell’altro blocco del cambio la quarta è già inserita. Il cambio di marcia ha luogo attraverso un rapidissimo intervento simultaneo e alternato delle due frizioni: la K1 apre mentre la K2 chiude. Il passaggio da una marcia a un’altra richiede pochi centesimi di secondo e si realizza, senza interruzione della trazione, in modo talmente fluido e confortevole che quasi non lo si percepisce.

Dall’albero secondario la forza viene trasmessa al differenziale centrale autobloccante della trazione quattro, il quale la smista in due direzioni diverse. Nell’impostazione standard la coppia viene ripartita nel seguente modo: il 60% giunge attraverso l’albero di trasmissione al differenziale del retrotreno e il 40% arriva alla coppia conica del differenziale dell’asse anteriore tramite un albero laterale, anch’esso cavo per motivi di peso. In caso di necessità il differenziale centrale è in grado di trasferire fino all’85% della forza all’asse posteriore o fino al 65% all’asse anteriore.

La meccanica interna del cambio a sette marce S tronic: qualità senza compromessi

Il nuovo cambio a sette marce S tronic sottolinea ulteriormente al volontà della Audi di raggiungere elevati livelli qualitativi in ogni singolo componente. Gli anelli sincronizzatori rivestiti di carbonio assicurano una sincronizzazione di altissima qualità e resistenza. Le prime tre marce e la retromarcia presentano, inoltre, una sincronizzazione a triplo cono.

Grande attenzione è stata riservata in fase di sviluppo a un sistema di gestione di alta precisione delle due frizioni a lamelle. Tale obiettivo è stato raggiunto in virtù di diversi accorgimenti, fra cui le camere di pressione compatte, un meccanismo a regolazione elettronica di compensazione del numero di giri e l’impiego di molle a spirale ottimizzate. Questo pacchetto tecnologico, assicurando un altissimo livello di precisione, rende confortevoli sia le partenze che gli innesti di marcia.

La gestione del cambio è affidata a un modulo meccatronico: un’unità compatta e assolutamente nuova costituita da centraline e posizionatori idraulici. Il programma di gestione permette di variare la velocità degli innesti e di calcolare con precisione la forza richiesta.

Per creare la necessaria pressione di comando viene utilizzata un’efficiente pompa dell’olio, azionata mediante un coppia di ruote dentate, la cui azione in fase di partenza viene affiancata da quella di una pompa aspirante, al fine di assicurare il raffreddamento della doppia frizione. In questo modo il volume di olio trasportato può essere quasi raddoppiato senza aumentare la potenza di azionamento.

Un’altra particolarità del cambio a sette marce S tronic è costituita dai due circuiti di olio indipendenti. Mentre la doppia frizione, il modulo meccatronico e la pompa dell’olio sono alimentati da un circuito proprio contenente sette litri di ATF (Automatic Transmission Fluid), la lubrificazione degli ingranaggi, del differenziale centrale e del differenziale dell’asse anteriore ha luogo con circa 4,5 litri di olio per ingranaggi ipoidi. Questa divisione ha consentito ai progettisti di realizzare tutti i componenti in modo ottimale e ha dato loro la possibilità di utilizzare per ciascun circuito il lubrificante più idoneo.

Lo sviluppo del nuovo S tronic a sette marce non è stato finalizzato esclusivamente a privilegiare l’aspetto divertente della guida ma anche a creare un cambio in grado di fornire il massimo livello di efficienza. A ciò si aggiunge un sofisticatissimo sistema di gestione che nella modalità automatica permette di attuare una guida più attenta ai consumi. La scalarità massima di 8,0:1 rende possibile sia un rapporto di trasmissione corto e sportivo della prima marcia sia un rapporto lungo dell’ultima marcia, con una conseguente riduzione del numero di giri. Tale caratteristica lo accosta con successo ai moderni motori TDI, FSI e TFSI contraddistinti da coppie alte già dai più bassi regimi di giri. Il cambio a sette marce S tronic è stato concepito per regimi fino a 9.000 giri e per trasmettere una coppia massima di 550 Nm.

All’avanguardia della tecnica: la storia dell’S tronic

Nel campo della trasmissione la Audi è all’avanguardia già da molti anni. La trazione integrale quattro, introdotta nel 1980, è ormai una pietra miliare nella storia dell’automobile. Oggi è l’S tronic a ribadire in maniera paradigmatica il principio fondamentale del Marchio: quello di essere sempre “all’avanguardia della tecnica”.

La prima Audi a superare con successo i primi test con un cambio a doppia frizione fu la Sport quattro S1 guidata, già nel novembre del 1985, da Walter Röhrl con il suo co-pilota Christian Geistdörfer in occasione del mondiale rally. Röhrl, probabilmente il miglior pilota rally di allora, definì la sua auto sportiva, capace di sviluppare una potenza di 476 CV/350 kW, “una cosa travolgente”, “una forza della natura”; e il cambio high-tech contribuiva a rendere ancora più prorompente le prestazioni.

Il cambio a doppia frizione, comandato sulla S1 elettricamente tramite una piccola levetta, era in grado di effettuare dei cambi di marcia istantanei. Dal momento che la trazione non subiva interruzioni, il turbocompressore del cinque cilindri rimaneva costantemente in azione. In occasione della celebre corsa in salita del Pikes Peak, nello stato americano del Colorado, vinta da Röhrl nel 1987, a bordo della sua S1 era montato un cambio a doppia frizione.

Soluzioni diversificate: la risposta giusta per qualsiasi esigenza

Nel campo della trasmissione la Audi vanta oggi un ampio ventaglio di tecnologie: cinque le soluzioni disponibili, ognuna delle quali presenta delle caratteristiche differenti che soddisfano perfettamente un ambito di utilizzazione specifico. Oltre allo sportivo S tronic la Audi propone dei classici cambi manuali, il cambio automatizzato R tronic, il confortevole cambio automatico con convertitore di coppia tiptronic e il cambio a variazione continua multitronic. Per ogni serie di modelli si hanno almeno due soluzioni su misura.

Le peculiarità comuni a tutti questi cambi sono una struttura compatta e leggera, un alto grado di efficienza, una grande precisione di funzionamento e una qualità costante nel tempo nonché un uso facile e confortevole. Per i modelli Audi di classe media, la Audi A4 e la Audi A5, come pure per la Audi Q5, sarà utilizzato un prodotto di nuova generazione. Il differenziale si trova immediatamente dietro il motore, vale a dire davanti alla frizione o al convertitore di coppia. Lo scambio di posti dei componenti produce nella A4 un avanzamento di 154 millimetri dell’asse anteriore rispetto al modello precedente. Questa soluzione consente di allungare il passo e di ottenere così una maggiore spaziosità nell’abitacolo, di aumentare la stabilità, rendendo più docile la marcia rettilinea, e di distribuire infine il peso in modo più razionale fra l’avantreno e il retrotreno.

I cambi manuali

I cambi manuali si trovano su molti modelli della gamma: dalla compatta A3 alla A6, nella TT e nella R8 e si prestano per essere abbinati sia alla trazione anteriore che alla trazione integrale quattro. La maggior parte dei cambi manuali è provvista di sei marce. Nella A3 e nella A3 Sportback 1.9 TDIe si montano cambi a cinque marce con un rapporto di trasmissione più lungo nei rapporti più alti, allo scopo di contenere i consumi entro la stupefacente soglia di 4,5 litri di diesel / 100 km o, in altre parole, di ridurre le emissioni di CO2 a 119 g / km.

Sulle A4 e A5 e sulla nuova Q5 la Audi ha introdotto una nuova generazione di cambi, di cui esistono due varianti. La versione base è adatta sia per la trazione anteriore sia per la trazione quattro e può trasmettere fino a 350 Nm di coppia. Per il V6 TDI, capace di erogare fino a 500 Nm di coppia a tutte e quattro le ruote, è disponibile una versione più potente dello stesso cambio.

In ambedue i cambi il differenziale si trova prima della frizione. Un albero cavo, inclinato di 7,2 gradi, provvede a trasmettere la forza dal cambio in avanti. Il volano a due masse e la frizione monodisco a secco ad azionamento idraulico non sono avvitati all’albero motore come di solito, ma all’albero del cambio. Una cospicua serie di accorgimenti ha permesso di ridurre l’attrito interno, migliorando ulteriormente il già alto grado di efficienza. L’alloggiamento speciale delle forcelle di comando isola la leva del cambio dalle oscillazioni della trasmissione e il conducente non percepisce alcuna vibrazione. Il movimento della leva del cambio è preciso e avviene su percorsi brevi e ben definiti.

Per aiutare il conducente a guidare in modo più efficiente, la Audi ha sviluppato, oltre ai nuovi cambi, un indicatore marce per il display del sistema di informazioni. Si tratta di un indicatore che visualizza la marcia innestata e che può consigliare un rapporto diverso se, procedendo a una velocità costante, il sistema lo considera più opportuno.

R tronic

Il cambio sequenziale a sei marce R tronic è il prodotto di una tecnologia impiegata esclusivamente sulla sportiva ad alte prestazioni R8. Gli ingegneri Audi lo hanno progettato per un rendimento particolarmente dinamico. Nel cambio R tronic l’innesto delle marce e l’azionamento della frizione sono attuati tramite delle unità idrauliche, i comandi del guidatore sono trasmessi elettricamente.

L’unità elettroidraulica di innesto marce dell’R tronic dispone di un proprio circuito dell’olio con una pompa elettrica che crea la pressione necessaria di 40-50 bar. Questa unità idraulica provvede anche all’azionamento della frizione. Un secondo gruppo valvole sostituisce il comando marce di tipo meccanico; i comandi provenienti dal volante o dalla leva del cambio sono trasmessi con il sistema “by wire” ossia elettricamente. Dal punto di vista puramente meccanico il cambio rimane invariato.

L’R tronic è caratterizzato da innesti morbidi e da un’interruzione della trazione estremamente breve. La rapidità dei cambi marcia varia in funzione del numero di giri e del programma selezionato. Il programma S consente delle cambiate in tempi estremamente ridotti.

La sportiva ad alte prestazioni Audi R8 passa in soli 4,6 secondi da zero a 100 km/h. Questa spinta propulsiva può essere vissuta in prima persona grazie al Launch Control dell’R tronic. Il conducente deve innanzi tutto attivare la modalità S e disattivare l’ESP. Poi deve premere contemporaneamente il pedale del freno e quello dell’acceleratore. A questo punto il sistema calcola automaticamente il regime di giri esatto per ottenere una trazione ottimale. Nel momento in cui il conducente rilascia il pedale del freno, l’R tronic innesta la frizione, accelerando la R8 con la massima potenza possibile.

tiptronic

I cambi tiptronic trovano impiego in tutte le serie di berline, dalla A3 alla A8, nonché sulla Audi Q7, in combinazione con la trazione anteriore o con la trazione integrale quattro. Il grande pregio di questi ormai classici cambi automatici con convertitore di coppia risiede nella fluidità delle cambiate. Per incrementarla ulteriormente ed elevare al contempo il grado di efficienza, gli ingegneri Audi hanno modificato nella più recente configurazione il sistema di ammortizzazione presente all’interno del convertitore di coppia. Inoltre il passaggio da una marcia a un’altra si effettua con maggiore rapidità.

Il convertitore di coppia è munito di un innovativo ammortizzatore per le vibrazioni torsionali, che permette di guidare con la frizione di bloccaggio del convertitore di coppia chiusa e di aumentare così il grado di efficienza, riducendo il consumo di carburante. A vettura ferma una frizione di avviamento regolata separa il cambio dal motore, anche quando il rapporto D è ancora innestato. Quando il conducente rilascia il freno, la frizione si chiude. Il nuovo tiptronic funziona in modo ancora più dinamico rispetto al modello precedente; reagisce più rapidamente e cambia in un tempo nettamente minore, lasciando inalterato l’elevato livello di comfort che contraddistingue ogni innesto. Ciò è stato possibile grazie sia a un più razionale tracciato dei canali dell’olio della frizione che a un software più potente per il programma di innesto dinamico adattativo DSP. Quando si innesta un rapporto superiore, la centralina riduce la coppia motore fino a un massimo dell’80%, mentre quando si scala, dà luogo a una sportiva “doppietta”.

multitronic

Anche il nuovo multitronic si distingue per una maggiore efficienza e un più alto grado di dinamismo. Questo cambio Audi a variazione continua, che unisce i vantaggi di un cambio manuale con i benefici di un cambio automatico, è disponibile per la A4, A5, A6 e la A8 ed è sempre abbinato alla trazione anteriore. Il multitronic ad alta tecnologia, capace di cambi di rapporto fluidi e allo stesso tempo di accelerazioni brillanti, offre un alto livello di comfort. L’alto grado di efficienza e l’ampia scalarità dei rapporti rendono il multitronic un sistema di trasmissione particolarmente funzionale. Grazie alla raffinata gestione della trasmissione a variazione continua il motore può funzionare spesso a un regime di giri ottimale, a tutto vantaggio di una riduzione dei consumi e del contenimento della rumorosità. I numerosi miglioramenti apportati alla geometria dei componenti, agli alloggiamenti degli alberi e alla struttura della pompa dell’olio riducono la già contenuta dispersione di potenza.

Il nuovo variatore del multitronic rende possibile una scalarità particolarmente ampia. La relazione fra il rapporto di trasmissione maggiore e il rapporto di trasmissione minore nella nuova A4 è cresciuta da 6,25 a 6,73. Quando il cambio utilizza il rapporto di trasmissione maggiore, l’accelerazione è più vigorosa, mentre con il rapporto di trasmissione minore è possibile sfruttare appieno il potenziale di efficienza dei motori grazie al basso regime di giri. Con la sua gestione adattativa questo cambio si adegua costantemente allo stile di guida del conducente e alle caratteristiche della strada.

Nella modalità D si fa valere soprattutto la configurazione a variazione continua. Premendo un semplice tasto si attiva il programma sportivo, molto dinamico, che lavora con rapporti di trasmissione minori. In accelerazione il programma dinamico fa in modo che il cambio possa effettuare gli innesti in base a curve caratteristiche predefinite e “graduate” in otto marce. La terza modalità prevede l’intervento manuale del conducente per innestare una dello otto marce a disposizione. Le marce sono selezionabili mediante la leva selettrice o, come optional, per mezzo dei bilancieri al volante.

Il cambio a sei marce S tronic per i modelli compatti

Accanto al nuovissimo S tronic a sette marce per i modelli con motore longitudinale la gamma dei cambi Audi propone una variante S tronic per motori trasversali capace di trasmettere fino a 350 Nm di coppia. Dopo il suo debutto, avvenuto nella primavera del 2003 a bordo della TT Coupé e Roadster, l’S tronic si è affermato grazie alla sua versatilità anche sulla A3, sulla quale si può abbinare anche a un motore TDI a quattro cilindri. Alla fine del 2007 erano state prodotte nelle due serie oltre 188.000 vetture con cambio a doppia frizione.

Il principio costruttivo fondamentale della doppia frizione è simile a quello dell’S tronic a sette marce. Data la sua speciale realizzazione a tre alberi, questo cambio a sei marce presenta delle dimensioni estremamente compatte e risulta particolarmente indicato per il montaggio trasversale. Anche questo cambio è composto da due blocchi alloggiati all’interno della sua scatola: il primo è costituito da un albero secondario con gli ingranaggi delle marce dispari, il secondo da quelli delle marce pari. Le due frizioni sono posizionate l’una dietro l’altra e comandano due alberi di entrata situati sullo stesso asse. La frizione 1 è collegata a un albero che agisce sul blocco 1 del cambio, mentre la frizione 2 è unita al blocco 2 del cambio tramite un albero cavo, al cui interno si trova il primo albero. Gli innesti sono gestiti dal modulo meccatronico, un’unità formata da un computer centrale e da un complesso di attuatori idraulici.

Anche l’S tronic a sei marce permette di scegliere fra diversi programmi e può essere comandato manualmente tramite la leva o per mezzo dei bilancieri al volante, questi ultimi disponibili come optional. Questo cambio dà inoltre la possibilità di scegliere uno dei due programmi completamente automatici, D e S. Nella modalità D il sistema di gestione fa in modo che il motore, quando le condizioni lo permettono, funzioni a un regime di giri basso, al fine di ridurre i consumi di carburante.

Il cambio a sette marce S tronic per i modelli compatti

Sulla A3 la Audi ha introdotto adesso un’altra variante a sette marce dell’S tronic destinata ai motori trasversali. Le sue due frizioni non sono a bagno d’olio ma a secco. L’assenza di olio contribuisce ad aumentare ulteriormente il già elevato grado di efficienza del nuovo cambio.
La spaziatura fra i sette rapporti è ravvicinata, per garantire innesti sportivi, mentre l’ultima marcia ha una rapportatura più lunga per ottenere una riduzione del numero di giri, e pertanto anche dei consumi. L’S tronic ha una struttura particolarmente compatta e leggera ed è in grado di trasmettere fino a 250 Nm di coppia.

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