Coppia motrice, come funziona la ripartizione nella trazione integrale
Una spiegazione che finalmente cerca di chiarire il concetto di coppia motrice e coppia motore, come si distribuisce sugli assi e sulle singole ruote in base alle diverse condizioni di aderenza per una 4RM e 2RM.
Sulla coppia motrice e sulla sua ripartizione e trasferimento nei diversi assi o ruote c’è molta confusione anche tra gli addetti ai lavori soprattutto quando si parla del suo trasferimento in uno schema a trazione integrale.
I “fuoristradisti” conoscono molto bene il concetto di coppia meccanica e relativo trasferimento lungo la linea della trasmissione soprattutto su un’auto a trazione integrale: per questo mi sono rivolto ad un esperto del settore Nicola Bianchi (ex Presidente Federazione Italiana Fuoristrada e attuale organizzatore delle gare di estremo in fuoristrada XTC) con il quale abbiamo cercato di illustrare in modo semplice e chiaro il concetto di coppia motrice, aiutandosi con schemi a tabelle.
Trasferimento coppia motrice
Veniamo al dunque, perché sicuramente vorrai capire come avviene il trasferimento della coppia motrice in una trazione integrale (4WD) ed ecco qui una spiegazione semplificata (ma decisamente approfondita) della coppia motrice e relativo trasferimento lungo la trasmissione, semiassi e ruote.
Dovrebbe essere questa una spiegazione chiara di contenuti difficili da trovare ben fatti, spesso poco approfonditi, superficiali ed a volte anche errati: riviste del settore offroad come ELABORARE4x4 hanno già tratto ampiamente sulle loro pagine l’argomento del trasferimento di coppia e molto sui differenziali e su quelli autobloccanti.
Cerchiamo una volta per tutte di capire come funziona questo benedetto trasferimento di coppia su una vettura a 2 ruote motrici ed anche su quelle a 4 ruote motrici dotate di differenziali liberi.
Coppia motrice, una spiegazione semplice
Sulle auto il trasferimento della coppia motrice tra semiasse destro e sinistro (o assale anteriore e posteriore per le vetture a 4 ruote motrici) avviene gradualmente ed in modo variabile a seconda della potenza erogata dal motore, dalle condizioni di aderenza e dai sistemi per la trasmissione della trazione utilizzati.
della Opel Insignia Grand Sport bianca su neve drifting
La coppia e la potenza di un veicolo sono due concetti molto diversi, il secondo può considerarsi semplice e comprensibile ma quando si parla di coppia c’è molta confusione. Cerchiamo di fare chiarezza su questo argomento.
Coppia motrice cosa è esattamente
Coppia motrice cosa è? Si definisce coppia (motrice) il momento meccanico applicato alla trasmissione, ovvero il prodotto di una forza (generata nei cilindri in fase di scoppio) per il braccio di manovella. In parole più semplici, anche se non propriamente corrette, è “la forza espressa dal motore capace di fare muovere il veicolo”.
PUNTO FOCALE DELLA COPPIA Un aspetto fondamentale è questo: la coppia ha bisogno di una resistenza uguale e contraria per manifestarsi. Se non c’è resistenza, non c’è coppia.
ESEMPIO SULLA COPPIA MOTRICE Un esempio per capire meglio la coppia motrice può essere il seguente. Con una chiave dinamometrica, misuriamo la nostra forza avvitando un dado su un bullone: supponiamo che riusciamo a farla scattare fino al limite di 50 Kgm; possiamo affermare che potenzialmente siamo in grado di esprimere 50 Kgm di coppia.
COPPIA RESISTENTE Svitiamo nuovamente il dado dal bullone e proviamo a riavvitarlo sempre con la dinamometrica impostata al nostro valore limite di 50 Kgm: essa non scatterà finché il dado ruota libero nella filettatura del bullone, semplicemente perché non c’è abbastanza resistenza e quindi un forza di pari entità a contrastare la nostra.
Impostanto la chiave dinamomentrica a 20 kgm, essa scatterà al raggiungimento di quel valore; quindi anche se potenzialmente siamo in grado di sviluppare 50 kgm ne possiamo usare solo 20.
Questo esempio semplice dovrebbe averti fatto capire che la coppia espressa dipende dalla sua controparte: senza resistenza non si crea coppia.
In ambito automobilistico, la “resistenza” che permette la creazione della coppia si chiama aderenza. Quest’ultima non è altro che l’attrito tra pneumatico e suolo, grazie al quale la ruota avanza senza slittare.
L’aderenza del pneumatico o grip a terra è variabile in funzione di vari fattori come tipologia di terreno (coefficiente di aderenza), dimensione e pressione del pneumatico, carico (kg) sul pneumatico e tipologia di quest’ultimo (stradale, mud, extreme, neve, ecc).
Durante la marcia, secondo quanto detto finora, vale il seguente principio generale: è il valore di aderenza su ogni ruota a determinare la percentuale di coppia in uscita dal propulsore e la quantità indirizzata ad ogni semiasse (vedi Tabella 1 con esempi pratici).
Trasferimento di coppia su auto a trazione anteriore
| DIFFERENZIALE | ADERENZA | STRADA | GIRI SEMIASSE | COPPIA % TRA RUOTE | KGM AI SEMIASSE |
|---|---|---|---|---|---|
| Libero | Uniforme tra le ruote | Rettilinea | Uguali dx e sx | 50 dx e 50 sx | 300 dx e 300 sx | Libero | Uniforme tra le ruote | Curvilinea | Differenti | 50 dx e 50 sx | 300 dx e 300 sx |
| Libero | Difforme tra le ruote (asfalto dx ghiaccio sx) | Ininfluente | Differenti (dx fermo sx accelerato) | 50 dx e 50 sx | 10 dx e 10 a sx |
| Bloccato | Difforme tra le ruote (asfalto dx ghiaccio a sx) | Ininfluente | Uguali dx e sx | 90 dx 10 sx | 540 dx e 60 sx |
| Bloccato | Difforme tra le ruote e variabile in continuazione (twist) | Ininfluente | Uguali dx e sx | Variabile continuamente tra 0 e 100 da dx a sx e viceversa | Da 0 a 600 dx e sx e viceversa |
Dalla tabella si evince che con un differenziale libero, la coppia e sempre ripartita al 50% tra le ruote, qualunque sia la condizione di aderenza, anche nell’esempio di cui alla condzione con aderenza difforme tra le due ruote con asfalto a dx e ghiaccio a sinistra.
Non bisogna, infatti, farsi trarre in inganno dal fatto che una ruota sia ferma: questo significa soltanto che la resistenza opposta dal terreno per far muovere quella ruota e superiore al valore di coppia che la stessa sta ricevendo. Con aderenza difforme, la coppia massima utile per la trazione trasmessa a terra è data, in valori numerici, dalla coppia della ruota con minore aderenza, visto che l’altro semiasse stara fermo.
Il medesimo discorso e applicabile ad un differenziale longitudinale (centrale). Prendendo come esempio una vettura che necessiti di sviluppare una forza di 600 kgm per potersi muovere, avremo i dati riportati nella Tabella seguente.
Trasferimento di coppia su auto a trazione integrale
| STATO DIFFERENZIALE | ADERENZA | STRADA | GIRI ALBERI | % DI COPPIA TRA ALBERI | KGM AGLI ALBERI | KGM AI SEMIASSI | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Libero | Uniforme | Dritta | Uguali | 50 ant e 50 post | 300 ant e 300 post | 150 ogni semiasse |
| 2 | Libero | Uniforme | Curvilinea | Differenti | 50 ant e 50 post | 300 ant e 300 post | 150 ogni semiasse |
| 3 | Libero | Difforme (ponte ant su asfalto, 1 ruota post ghiaccio) | Ininfluente | Differenti (ant fermo post gira) | 50 ant e 50 post | 20 ant e 20 post | 10 ogni semiasse |
| 4 | Bloccato | Difforme (ponte anteriore su asfalto 1 ruota posteriore su ghiaccio) | Ininfluente | Uguali | 90 ant 10 post | 580 ant e 20 post | 290 ant dx e 10 post dx e sx |
Comparando i dati delle tabelle, si comprende che sui punti 1) e 2) a parità di aderenza tra le ruote, la coppia necessaria per muovere l’auto viene suddivisa su 4 semiassi invece che su due, con evidente minore stress meccanico.
Punto 3: caso di ponte anteriore su asfalto ed 1 ruota posteriore su ghiaccio, ipotizzando un coefficiente di aderenza di 0.1 (ghiaccio) e di 0.9 (asfalto) e la necessità di sviluppare 600 kgm in totale per avanzare.
Analizziamo le possibili combinazioni, sia in percentuale che applicando dei valori numerici assoluti, tralasciando il rapporto di riduzione della coppia conica e gli attriti interni del differenziale: qui si evince che la coppia necessaria di 600 kgm per muovere la vettura non è espressa in entrambi i casi, il risultato non cambia: l’auto non si sposta! E interessante notare però che, avendo una trasmissione permanente, riusciamo a scaricare a terra potenzialmente il doppio della coppia rispetto ad una normale trazione 4×2.
Se sei arrivato qui in fondo ed hai letto con attenzione la spiegazione dovresti aver capito non solo il concetto di coppia e come si distribuisce la coppia tra gli assi anteriori e sui semiassi destro e sinistro ma soprattutto che senza la resistenza (o grip a terra) non c’è coppia!
UNITA’ MISURA COPPIA L’unità di misura della coppia è il N·m (newtonmetro) o kgm (chilogrammetro); il kgm è 9,81 N·m.
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