Audi quattro ultra rompe i ponti col passato

Dal 1980 ad oggi la trazione integrale di Audi ha subito diverse trasformazioni. Nel 2016 assieme alla A4 Allroad ha debuttato il quattro ultra che presenta una differenza sostanziale rispetto ai sistemi precedenti. Il cambiamento non è solo meccanico, è più profondo. Andiamo a capire assieme perchè

25 marzo 2018 - 12:03

Molto di più che un sistema di trazione
3 marzo 1980: al Salone di Ginevra viene presentata la prima Audi a trazione integrale, la quattro. Fu l’inizio di una storia di successo: nel gennaio 2017 la Casa di Ingolstadt taglia il traguardo degli 8 milioni di vetture equipaggiate con trazione integrale quattro.

Negli anni i cambiamenti sono stati numerosi, tanto che i primi sistemi completamente meccanici oggi sembrano un retaggio preistorico. L’elettronica arrivò inizialmente come la prima luce del mattino, timida e rispettosa, lasciando alla meccanica il grosso del lavoro. Con l’EDL (Electronic Differential Lock) fu affidata proprio all’elettronica la supervisione degli assali ma l’onere della ripartizione centrale restava in mano al prestigioso differenziale TorSen.


Rivoluzione elettronica
Oggi meccanica ed elettronica convivono e cooperano per ottenere la massima motricità. Qui capiremo come funziona il quattro ultra, tecnologia che ha debuttato sulla A4 allroad nel 2016. Il sistema si abbina a motori con coppie non superiori a 500 Nm e disposti longitudinalmente: A1, A3, Q2, Q3 e TT sono fuori dai giochi (rimangono fedeli alla soluzione BorgWarner- Haldex).
Addio permanente
Il quattro ultra propone di fatto una significativa rottura col passato, perché è un sistema on-demand. Che cosa significa? Che le 4 ruote motrici sono attive solo quando serve. Visto che le Audi a motore longitudinale sono storicamente integrali permanenti, questo è un cambiamento degno di nota. Questa scelta è volta a ridurre consumi ed emissioni, tanto che dovrebbe permettere un risparmio di carburante pari a 0,3 l/100 km. Lo sviluppo del quattro ultra ha rappresentato per Audi una grande sfida: costruire un sistema di tipo non permanente senza perdere l’efficacia del tradizionale quattro. Il sistema Haldex è stato reputato non all’altezza del compito. Vediamo cosa si sono inventati gli ingegneri progettisti di Ingolstadt.


La frizione multidisco

Partiamo come sempre dal motore, che genera il movimento. La potenza erogata viene per prima cosa trasmessa al cambio. Da qui è mandata da una parte, tramite un albero di rinvio, al differenziale anteriore (di tipo libero). Dall’altra parte, l’albero del cambio sfocia in una frizione a dischi multipli a bagno d’olio, il primo dei due polmoni che tengono in vita il quattro ultra. Questa è controllata elettronicamente da una centralina, che riceve informazioni da molteplici sensori che monitorano il comportamento dell’auto. Non sembra una grande novità, vero? La frizione multidisco è un componente visto e rivisto, siamo d’accordo. Ma prestate attenzione: qui è posizionata subito all’uscita del cambio, a monte dell’albero di trasmissione. Nel sistema BorgWarner-Haldex è invece collocata prima del differenziale posteriore, a valle dell’albero di trasmissione. Perché questa scelta?
Trazione anteriore senza perdite
L’obiettivo è fermare la rotazione dell’albero di trasmissione quando l’auto si trasforma da integrale ad anteriore (per ridurre le perdite per attrito). Questa configurazione permette, a frizione completamente aperta, di disaccoppiare l’albero di trasmissione dal cambio e quindi dal motore.
Operativamente cosa accade? La frizione multidisco contiene al suo interno un piccolo motore elettrico sul cui albero è calettata una vite senza fine. Lo scopo di questa vite è trasformare il moto rotatorio in traslatorio. Per questo è accoppiata a una ghiera dentata che ruotando si muove (assialmente all’albero di trasmissione) e compatta/spacchetta i dischi della frizione. Il numero di dischi varia da 5 a 7 a seconda della motorizzazione: un maggior numero di dischi implica maggior superficie di attrito e quindi maggior coppia trasmissibile. La posizione angolare del motorino determina il grado di “impacchettamento” e dunque la quantità di coppia inviata alle ruote posteriori.

L’Integrated Decoupler
Nella configurazione limite di ghiera completamente arretrata e dischi a massima distanza relativa, la coppia trasmessa all’asse posteriore è nulla. L’albero di trasmissione non riceve più il moto. Ma attenzione: non lo riceve dal motore ma dal differenziale posteriore. Le ruote posteriori in questa configurazione girano passivamente (trascinate), muovono gli ingranaggi del differenziale che a sua volta mette in moto l’albero di trasmissione. Che marchingegno hanno inventato ad Ingolstadt per fermare l’albero?
Un differenziale posteriore speciale, il secondo polmone che fa vivere il sistema quattro ultra. La particolarità di questo differenziale è che incorpora quello che in Audi chiamano “Integrated Decoupler”, tradotto letteralmente “disaccoppiatore integrato”. Capiamo bene come è fatto. È un tradizionale differenziale libero (foto sotto) sul cui semiasse destro (inner shaft) è inserito un dispositivo chè in grado di scollegare ruota e semiasse dalla gabbia portasatelliti (rotating cage) del differenziale stesso. Perché scollegare la ruota?

Et voilà: albero disaccoppiato!
La ruota destra viene scollegata quando la frizione a dischi multipli si apre (nel passaggio da 4WD a 2WD). Scollegandosi, lascia la sola ruota sinistra connessa al differenziale, il cui planetario (large gear) ruotando muoverà i due satelliti (small gear) e il planetario della ruota destra (controrotante) ma non la gabbia porta satelliti con corona dentata (crown wheel). E visto che quest’ultima è collegata all’albero di trasmissione, anch’esso rimarrà fermo! Geniale, no?

Ora dobbiamo capire come è fatto tecnicamente l’Integrated Decoupler. È dotato di un motorino elettrico, che spingendo un pistoncino apre il collegamento tra la parte di semiasse collegata alla ruota destra e quella collegata alla gabbia portasatelliti. Al movimento dello stantuffo si oppone una molla di contrasto che serve, come vedremo fra poco, a garantire un rapido ritorno alla posizione di accoppiamento. Abbiamo quindi capito cosa succede quando il quattro ultra passa da 4 a 2 ruote motrici.

Da due a quattro
Cosa succede invece quando l’auto viaggia a trazione anteriore e si trasforma in integrale? Esattamente l’opposto di quanto appena visto. Il motorino elettrico della frizione multidisco gira (con verso di rotazione opposto) e spinge la ghiera che preme sui dischi. Questi, venendo a contatto, prendono progressivamente velocità uno dopo l’altro e rimettono in moto l’albero di trasmissione.
Mentre ciò accade, al retrotreno si risveglia l’Integrated Decoupler. La molla di contrasto viene liberata e rapidamente ricollegata la ruota destra al gruppo differenziale. In un tempo molto breve la trazione sulle 4 ruote è ripristinata! Una volta compreso come il quattro ultra si trasforma a livello cinematico dobbiamo capire chi e come decide i trasferimenti di coppia. Frizione multidisco e Integrated Decoupler sono le membra, ma dov’è il cervello? Prima di parlare della mente che dirige le operazioni, guardiamo questo video che mostra quanto finora descritto.

Mosse da (quasi) veggente
Il cervello è la centralina a cui abbiamo fatto cenno. Controlla entrambi i “polmoni” del quattro ultra sulla base di informazioni riguardanti dinamica del veicolo, condizioni del manto stradale e comportamento del guidatore. Segue una logica di controllo a tre stadi: proattivo, predittivo e reattivo. Il livello proattivo consiste in una sorta di previsione che l’auto opera partendo dai dati relativi alle condizioni attuali. Ad esempio, se siamo in condizione di curva percorsa ad elevata velocità, le unità di controllo riescono a prevedere con 0,5 secondi di anticipo quando la ruota perderà aderenza. Così facendo verrà inviato il comando di innesco della trazione integrale prima ancora che la perdita di aderenza effettivamente si verifichi. Lo stadio predittivo si basa sui dati riguardanti le manovre effettuate dal guidatore, lo stato del sistema di controllo di stabilità e la modalità di guida selezionata. In modalità Dynamic (quella più orientata alla guida sportiva) il sistema, ad esempio, tenderà a mantenere l’asse posteriore in presa per limitare il più possibile i fenomeni di sottosterzo. Infine l’attivazione reattiva: quando il sistema avverte un cambiamento nel coefficiente di attrito, ad esempio passando dall’asfalto a una superficie ghiacciata, interviene reagendo per correggere l’eventuale perdita di grip.
Provare per credere
Il nostro viaggio esplorativo nel quattro ultra di Audi si conclude qui. Abbiamo approfondito prima la catena cinematica, evidenziando la presenza dei due componenti principali: la frizione multidisco e il differenziale posteriore con Integrated Decoupler. Abbiamo compreso come i due meccanismi si attivino al comando di una centralina e operino simultaneamente durante il passaggio da 4 a 2 ruote motrici e viceversa. Infine abbiamo capito come prende le decisioni il cervello alla base di questo sistema di trazione integrale di ultima generazione. Un’ultima nota: il sistema quattro ultra pesa 4 kg in meno del precedente.

A Ingolstadt puntavano a un sistema più efficiente del tradizionale quattro permanente in termini di consumi, senza troppo sacrificare piacere di guida e motricità. Obiettivo raggiunto? Noi, per scoprirlo, l’abbiamo messa alla prova nel suo habitat naturale.


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