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Tra il volano del motore diesel di un camion e la gomma usurata sulla superficie stradale, c'è una lunga fila di componenti per trasferire, reindirizzare, distribuire e moltiplicare la coppia che dà vita a un camion.
Centrale in questo processo è la trasmissione. Data la gamma di regimi relativamente limitata di un diesel di grandi dimensioni e l’ampia gamma di velocità richiesta dalla maggior parte delle applicazioni, la funzione primaria di una trasmissione è quella di mantenere il motore funzionante alla massima efficienza il più a lungo possibile.
Ma la tecnologia alla base delle trasmissioni varia ampiamente, con diverse tecnologie che si rivolgono a diversi segmenti del mercato.
Come sempre, la tradizione e l'esperienza giocano un ruolo chiave nella scelta del cliente e ora più che mai, le considerazioni del conducente influiscono pesantemente sulle specifiche scelte. Ad esempio, un operatore che ha difficoltà a trovare conducenti esperti e competenti nella gestione del venerabile e generalmente a prova di proiettile Eaton Roadranger cambio a 18 velocità a maglia costante opterà per qualcosa che non richiede un pedale della frizione.
La prossima decisione sarà quella di scegliere tra un cambio manuale automatizzato, che ha ancora una frizione e uno spingidisco e quindi superfici di attrito usurabili, o una trasmissione completamente automatica che utilizza un giunto idraulico o un convertitore di coppia.
Ecco un rapido sguardo ai tipi di trasmissioni attualmente disponibili...
>> MANUALE SINCROMO
La maggior parte dei produttori costruisce le proprie trasmissioni in questa categoria. La tecnologia è collaudata, facilmente esportabile oltre i confini aziendali e geografici e richiede la minima quantità di formazione dei conducenti per il minor costo possibile. Non è facile, tuttavia, adattare o modificare i rapporti per adattarli al compito. Il produttore tende a risolvere questo problema con una serie di ipotesi su come verrà utilizzato il particolare modello di camion. L'uso del cambio sincronizzato per far ingranare la scatola del cambio con gli ingranaggi riduce la capacità di coppia di questi cambi, quindi la gamma di peso di una scatola sincronizzata generalmente non supera il servizio medio.
>> MANUALE A MAGLIA COSTANTE
Di tutte le trasmissioni, questa è la più difficile da padroneggiare. È stato progettato pensando a condizioni estreme e a coppia elevata ed è ancora il punto fermo in Australia per gli autotreni e altre applicazioni multi-combinazione a lunga percorrenza. Eaton è il fornitore preferito in questa categoria e la leva del cambio con schema ad H esteso a 18 velocità con pulsanti diretti/overdrive e cambio gamma è impressa nella coscienza di migliaia di camionisti in tutto il paese. Un buon operatore può mantenere la coppia allo stesso livello di qualsiasi manuale automatizzato, ma è un'abilità che può richiedere molta pratica (a volte costosa).
>> MANUALE AUTOMATIZZATO (CON O SENZA PEDALE FRIZIONE)
Scania offriva il suo manuale automatizzato in configurazioni a due o tre pedali. Non ho idea del perché. Se hai intenzione di procurarti un computer per gestire la frizione, perché non lasciargli fare il suo lavoro dall'inizio alla fine? Ma mi è stato detto che ad alcune flotte piace che i loro autisti utilizzino la frizione per l'avviamento e sembra che sia più popolare negli impianti professionali.
L’AMT stesso è ormai un sistema collaudato, ma c’è un’ampia differenza nella velocità del cambiamento. Un AMT giapponese che la fabbrica insiste nel costruire da sola è così lento tra le marce che probabilmente potresti farti un caffè mentre aspetti. Uno degli svedesi è molto bravo in questo e i cambi rapidi riducono al minimo le interruzioni di coppia.
Fuso ha una svolta sul tema: il suo Duonic AMT ha doppia frizione, quindi la scatola preseleziona la marcia successiva mentre stai accelerando. Durante il mio primo viaggio sono rimasto agganciato entro 100 metri. Ci sono stati alcuni problemi di affidabilità che la fabbrica ha affrontato, ma è principalmente una scatola leggera per il Canter. Non è ancora possibile ottenerlo nei modelli medi o pesanti.
Tecnicamente, un AMT è un cambio a maglia costante di varietà da giardino con un sistema di frizione automatizzato imbullonato e collegato. Ciò offre affidabilità consolidata e facilità di manutenzione, purché si disponga della diagnostica plug-in per la gestione delle modifiche. Ma significa anche che con le migliori versioni (dall'Europa e dagli Stati Uniti, cioè), è possibile personalizzare lo schema del cambio, la gamma di regimi e il tempo di inserimento della marcia per adattarli all'applicazione.
Ad esempio, durante la mia prima guida di un Hino 700 con ZF AMT, è stato subito chiaro che nessuno aveva osservato attentamente le caratteristiche del motore. Ha fatto impazzire, quindi sono passato alla modalità manuale, ho portato il grande motore Hino fino a 1050 giri / min prima di cambiarlo, ho usato molto meno carburante e ho goduto di una guida più silenziosa. Tornando sul Monte Ousley, appena a nord di Wollongong, non ero più lento dei camion che facevano affidamento sul computer.
>> COMPLETAMENTE AUTOMATICO
Il mio test preferito sui camion è stato effettuato negli Stati Uniti diversi anni fa. Su una pista di prova chiusa, due camion identici sono stati agganciati a rimorchi con lo stesso peso. Uno aveva un cambio automatico Allison e l'altro un manuale Eaton Roadranger a 18 velocità.
Il camion era guidato da uno studente universitario e il manuale da un autista professionista. La corsa su una ripida collina ha visto lo studente vincere profumatamente. Poi, dopo la gara, si scoprì che lo studente aveva 75 cavalli in meno!
Era un perfetto esempio della differenza che fa la coppia ininterrotta, e puoi ottenerla solo con una trasmissione completamente automatica. La scatola di Allison utilizza la velocità su strada, la coppia utilizzata, il tasso di accelerazione e l'angolo di inclinazione per calcolare il peso lordo dell'attrezzatura. Gestisce quindi la mappatura dei turni di conseguenza.
La scatola garantisce anche una trazione ottimale in condizioni fuoristrada. Al momento, non si vedono veicoli completamente automatici nelle applicazioni per treni stradali interstatali o autostradali. Ci sono alcuni sviluppi in corso, ma non trattenere il fiato.
Cassoni ribaltabili, agitatori e pompe per calcestruzzo, camion per rifiuti e unità di consegna della metropolitana sono i luoghi in cui troverete l'uso più diffuso di auto complete, in alcuni casi a causa di un elevato tasso di turnover dei conducenti e dell'opportunità di eliminare costose e regolari sostituzioni della frizione.
>> MANUALE AUTOMATIZZATO IBRIDO CON CONVERTITORE DI COPPIA
Mercedes-Benz ha una freccia unica al suo arco nell'arena della trasmissione. L'Actros SLT è un camion ultrapesante con un profilo Actros e interni Actros ma un nuovo set di biancheria intima. La guida sulla SLT passa attraverso il Powershift AMT, ma solo dopo aver prima attraversato un convertitore di coppia.
I vantaggi sono più rilevanti che per qualsiasi altro ruolo di trasporto pesante, dove il peso estremo mette a dura prova anche la migliore trasmissione. Sugli AMT convenzionali, quando si seleziona la marcia, si innesta la marcia di avviamento e anche senza acceleratore si avanza lentamente mentre il sistema innesta la frizione. Ma premi il pulsante D sulla SLT e non andrai da nessuna parte. La marcia è inserita ma il convertitore di coppia non converte alcuna coppia.
Solo quando si preme l'acceleratore il convertitore di coppia trasmette la potenza alla trasmissione. Quindi la frizione è completamente innestata e l'accoppiamento idraulico gestisce tutto lo slittamento. È una soluzione pesante perché di fatto hai due trasmissioni in linea, ma per un compito pesante la tara non è il criterio chiave. Gli SLT vengono utilizzati in tutto il mondo nelle flotte di trasporto pesante dei più grandi gruppi di trasporto.
PRODUTTORI SPECIALIZZATI
Oltre alle fabbriche che progettano e costruiscono le proprie trasmissioni, ci sono costruttori specializzati di cambi che forniscono i loro prodotti in fabbrica e dopo la vendita iniziale.
>> MANGIATORE
La robusta trasmissione manuale Roadranger è ancora rinomata come la trasmissione preferita da molte flotte. Ma Eaton non poteva ignorare la tendenza generale del settore a liberare il conducente dall'uso della frizione, e così furono introdotti Ultrashift e UltraShift Plus. Si tratta fondamentalmente di un Roadranger con frizione idraulica gestita elettronicamente, quindi il costo di sviluppo è stato principalmente intelligente. Anche così, dopo essere partiti, gli hotshots passeranno dal gattonare alla crociera in autostrada senza toccare comunque la frizione.
>>ZF
Questa azienda tedesca produce la maggior parte dei tipi e delle configurazioni di cambi e assali ed è molto popolare tra i costruttori europei. Ora commercializza un modello completamente automatico per competere con Allison e gode anche di un ampio sostegno da parte delle forze militari della NATO nelle loro esigenze di rifornimento e di trasporto di truppe leggere.
Il suo design modulare TraXon è un pioniere. Si tratta fondamentalmente di un set di ingranaggi con moduli frizione, doppia frizione, ibrido o convertitore di coppia sulla parte anteriore. L'applicazione determinerà quale sistema si adatta meglio, ma con il nucleo comune i costi sono ridotti.
>> AISIN
Di proprietà del gruppo Toyota, l'azienda costruisce cambi manuali e automobilistici per società del gruppo e non, e fornisce anche alcune case automobilistiche europee. È interessante notare che è ancora possibile acquistare un camion Hino con trasmissione Allison, quindi l'Aisin non copre ancora tutti i potenziali usi della gamma di camion del costruttore.
>> ALLISON
Sono stati i militari a dare il via allo sviluppo delle trasmissioni Allison, sebbene l'azienda abbia progettato e costruito anche motori aeronautici. In effetti, la mia prima introduzione ad Allison richiedeva i tappi per le orecchie. L'urlo di quattro turboelica Allison che ululano nella stiva di un RAAF C130 Hercules è un suono impresso in modo permanente nella mia memoria dell'Esercito Air Dispatch.
Boral ha un motivo di due parole per selezionare la casella dell'opzione Allison quando ordina nuovi camion per calcestruzzo o ghiaia: "zero tempi di inattività". L'azienda fornisce automobili pesanti a società di attrezzature per l'edilizia e all'esercito americano, fornendo anche unità di trasmissione per alcune applicazioni marine.
Il capo delle vendite di Allison per l'Australia è Robert Cavagnino, capo del team dragster Top Fuel nel suo tempo "libero". Tra il crepitio assordante dei motori nitro all'ultimo incontro WA, mi ha parlato dell'aumento della richiesta di automobili tra i produttori, guidato in gran parte dalla domanda dei clienti.
Un punto chiave è che la tendenza si è ora sviluppata da una necessità a causa delle limitazioni del conducente a una tendenza all'efficienza a causa del modo in cui l'auto massimizza le caratteristiche prestazionali del motore.
"Ecco perché si sta sviluppando un problema con gli AMT", ha detto.
"I motori europei in particolare sono sei cilindri a basso numero di giri e coppia elevata che richiedono davvero un convertitore di coppia per produrre le migliori prestazioni."
LUNGO LA STRADA
Ci sono cose all’orizzonte che amplieranno la diversificazione della tecnologia di trasmissione nei camion sulle strade australiane. Sia Allison che ZF puntano agli operatori a lunga distanza con caratteristiche che piaceranno a queste applicazioni.
Il cambio automatico a 10 velocità con doppio contralbero TC10 di Allison è sufficientemente flessibile per i cicli di lavoro del motore primo sia in città che in autostrada e fornisce un'architettura mista con cambi di piena potenza, un convertitore di coppia e un design del cambio a doppio contralbero.
L'azienda ha gestito una flotta di utenti di prova che hanno ottenuto un miglioramento medio del 5% nel risparmio di carburante con il TC10 rispetto ai loro attuali modelli manuali e automatizzati.
Il cambio ha una potenza nominale di 600 CV e 2305 Nm di coppia con 10 marce avanti e due retromarce. È dotato della più recente generazione di controlli elettronici Allison, che forniscono previsioni per eliminare sostituzioni non necessarie di olio e filtri e funzionalità migliorate del selettore del cambio.
La spinta all’innovazione sta portando lo sviluppo della trasmissione in nuovi campi. Ad esempio, ZF ha sviluppato un pacchetto Innovation Truck che presenta un motore elettrico da 120 kW integrato direttamente nella campana del cambio a 12 velocità.
Non funziona solo come rallentatore che recupera energia, ma ha un asso nella manica di classe se combinato con i servi dello sterzo, un programma software altamente complesso e un tablet per computer. In breve, l'autista arriva al deposito e si ferma vicino alla zona di carico, salta giù dal camion, consegna il tablet al personale della zona di carico e si dirige all'interno per fare un sonnellino.
Gli addetti al deposito utilizzano quindi il tablet per far retrocedere il camion nella baia senza utilizzare il motore. Il motore elettrico gestisce la manovra mentre il motore diesel fa anche un pisolino e il software gestisce lo sterzo.
Il sistema viene dimostrato su un DAF XF che traina un semirimorchio con un rimorchio per suini dietro (vedere l'immagine principale). La doppia articolazione sembra non rappresentare un problema per l'operatore, che con un dito dirige il camion trascinando la grafica del rimorchio sul tablet nella posizione desiderata. Mi vengono in mente alcuni piloti B-double che hanno bisogno di un sistema del genere...
LA GRANDE DOMANDA: AUTO O MANUALE?
Alla domanda più grande si può rispondere solo con un attento esame dell'utilizzo delle applicazioni e dei driver. Un manuale, sia che la frizione sia azionata dal conducente o da un computer, presenta limitazioni che vengono amplificate dall'inarrestabile tendenza nella progettazione e nelle caratteristiche del motore.
In parole povere, sembra che le onde di coppia, che sono più simili a impulsi quando si riduce il numero di cilindri e si abbassano i giri, possono creare picchi all'interno delle trasmissioni che vengono amplificati lungo la trasmissione quando è collegata da un accoppiamento rigido, come una frizione. Ciò può far sì che l'ECM interpreti tali impulsi come input del conducente dall'acceleratore, provocando l'inseguimento del motore, anche in modalità crociera.
Uno dei principali produttori, con probabilmente il miglior AMT sul mercato per quanto riguarda l'usabilità, sta prendendo seriamente in considerazione i veicoli completamente automatici in questo momento a causa degli enormi carichi di coppia che attraversano i suoi stessi AMT.
Un altro esempio calzante è un grande svedese, il cui cielo V8 da 3500 Nm ha la coppia limitata di 200 Nm dalla prima alla nona marcia. Sviluppare la scatola dell'AMT per gestire quel tipo di coppia nelle marce inferiori sarebbe un enorme sforzo ingegneristico. Quindi, anche se paghi un extra per la grande coppia, la ottieni solo dalla 10a marcia in poi. Ciò significa che un operatore di trasporti pesanti non ottiene la valutazione massima quando ne ha più bisogno, ad esempio mentre manovra uno strano Manly Ferry in un'area industriale.
In definitiva, la moltiplicazione della coppia viene eseguita da un gruppo di ingranaggi negli AMT ma da un giunto idraulico nell'auto, riducendo drasticamente l'usura del treno di ingranaggi.
L'elettronica su un AMT può fare solo un certo limite, poiché quando la marcia è innestata l'accoppiamento è duro. Quindi è il punto di cambiamento il fulcro dell'ECM. Ma un’auto può controllare il passaggio della coppia mentre una marcia funziona, aumentando la coppia quando necessario – a volte senza cambiare marcia – e mantenendo la coppia costante, anche durante un cambio di marcia.
È probabile che il lavoro da uno stato all'altro sia l'ultimo baluardo delle trasmissioni manuali o AMT. Con una frequenza di cambi relativamente bassa, l'accoppiamento rigido non perde nulla in termini di efficienza per l'auto. Il risparmio di carburante derivante dalla coppia costante in accelerazione è minimo quando un camion finalmente entra in autostrada e viaggia con circa il 30% della coppia disponibile utilizzata per un giorno o due.
Come sempre, fai i tuoi conti e acquista in base al costo dell'intera vita. Può significare la differenza tra un profitto salutare o una perdita paralizzante.