La coppia che il motore genera diventa movimento solo nel momento in cui lo pneumatico riesce a scaricarla a terra. Ogni pneumatico dispone però di una quantità limitata di aderenza, che deve essere ripartita fra la spinta longitudinale, la frenata e la forza laterale necessaria in curva: quando la coppia richiesta supera l’aderenza disponibile, la ruota pattina e l’energia si disperde. È da questa constatazione che nasce la trazione integrale: distribuendo la coppia motrice su quattro ruote anziché su due, a ciascuno pneumatico viene richiesto in proporzione un minor sforzo, con il risultato di un margine di aderenza più ampio in accelerazione, su fondo bagnato, innevato o sconnesso, e di un comportamento più neutro nell’uscita di curva. È opportuna una precisazione: la trazione integrale agisce sulla trasmissione della coppia, non sulla frenata né sulla tenuta laterale, che restano affidate agli pneumatici e all’impianto frenante. Il vantaggio si paga inoltre in peso, complessità costruttiva e attriti interni, con consumi mediamente superiori rispetto alla corrispondente versione a due ruote motrici. Il compito del progettista è quindi decidere come e quando la coppia debba raggiungere il secondo asse. Le soluzioni adottate al giorno d’oggi possono essere raggruppate in questo modo:
- Trazione integrale permanente a ripartizione meccanica
- Trazione integrale a innesto elettronico (on demand)
- Ripartizione trasversale della coppia (torque vectoring)
Trazione integrale permanente a ripartizione meccanica
In questa architettura entrambi gli assi sono collegati in modo stabile all’uscita del cambio. Fra i due è interposto un differenziale centrale, indispensabile perché in curva l’asse anteriore e quello posteriore percorrono traiettorie di lunghezza diversa: senza di esso la trasmissione si caricherebbe di tensioni torsionali, con innesco di vibrazioni e usura. Un differenziale libero, però, invierebbe la coppia all’asse che oppone meno resistenza, cioè proprio a quello che sta slittando. Per questo il differenziale centrale è di tipo autobloccante: al manifestarsi di una differenza di velocità fra i due assi, la geometria stessa dei suoi ingranaggi genera forze assiali che, tramite pacchi di dischi di attrito, producono un effetto di bloccaggio e dirottano la maggior parte della spinta verso l’asse in aderenza. Il tutto avviene per via meccanica, senza attesa di un comando elettronico. La ripartizione base non è necessariamente paritaria: viene scelta in fase di progetto per definire il carattere dinamico della vettura, spesso con una leggera prevalenza verso il retrotreno. Il prezzo da pagare è la presenza costante di organi in rotazione, con i relativi attriti, e un peso complessivo maggiore.
Trazione integrale a innesto elettronico (on demand)
Qui il differenziale centrale viene sostituito da una frizione a lamelle multidisco, azionata per via elettroidraulica o elettromeccanica e gestita da una centralina. Un asse – quello principale – riceve sempre il moto; il secondo entra in gioco solo quando la frizione viene chiusa. Il grado di chiusura è modulabile con continuità, per cui la ripartizione della coppia non è più un valore fisso ma una grandezza variabile fra la condizione di due ruote motrici e quella di frazionamento pressoché totale sull’altro asse. La centralina non si limita a leggere lo slittamento tramite i sensori di velocità delle ruote: dialoga con il controllo di stabilità, con l’angolo di sterzo e con la richiesta di coppia del guidatore, potendo così anticipare la perdita di aderenza anziché limitarsi a correggerla. È la soluzione più leggera e meno penalizzante per i consumi, perché in marcia costante gli organi del secondo asse possono restare scarichi. Presenta però un ritardo di intervento, per quanto ridotto nelle realizzazioni più recenti, ed espone il pacco frizione a sollecitazioni termiche in caso di uso prolungato in condizioni gravose.
Ripartizione trasversale della coppia (torque vectoring)
I due gruppi precedenti agiscono in senso longitudinale, cioè fra avantreno e retrotreno. Il torque vectoring lavora invece fra le due ruote di uno stesso asse. In curva la ruota esterna, più caricata dal trasferimento di massa, può sfruttare più aderenza di quella interna: inviarle una quota maggiore di coppia genera un momento imbardante che aiuta la vettura a chiudere la traiettoria, contrastando il sottosterzo. La realizzazione può avvenire in due modi. Nel primo, più economico, il sistema sfrutta l’impianto frenante frenando leggermente la ruota interna, ottenendo per differenza un effetto analogo. Nel secondo si ricorre a un differenziale attivo, dotato di frizioni o di rotismi che trasferiscono realmente coppia da una ruota all’altra. Va precisato che il torque vectoring non è di per sé una trazione integrale: si trova anche su vetture a due ruote motrici, ma è in abbinamento all’integrale che ne esprime al meglio le potenzialità. Sulle vetture elettriche a più motori la funzione è intrinseca all’architettura, poiché la coppia di ogni motore è regolabile in modo indipendente.
Le principali applicazioni
Audi quattro
Debuttata nel 1980 sulla coupé che ne porta il nome, è il riferimento storico della trazione integrale permanente su vettura stradale. Sui modelli a motore longitudinale la coppia è gestita da un differenziale centrale autobloccante meccanico – di tipo Torsen nelle generazioni classiche, a corona dentata in quelle più recenti – con una ripartizione base dell’ordine di 40% all’avantreno e 60% al retrotreno, capace di spostarsi in modo marcato verso l’asse in aderenza. Dal 2016 Audi affianca la variante quattro ultra, appartenente invece alla famiglia on demand: due frizioni, una all’uscita del cambio e una nel differenziale posteriore, disaccoppiano l’albero di trasmissione quando l’integrale non serve. Sui modelli a motore trasversale, infine, il nome quattro identifica un sistema a frizione multidisco a gestione elettronica.
Mercedes-Benz 4MATIC
Introdotta nella seconda metà degli anni Ottanta, la sigla 4MATIC copre oggi soluzioni tecnicamente diverse fra loro. Sulle piattaforme a motore longitudinale si ricorre a un differenziale centrale di tipo epicicloidale, accompagnato da un pacco di dischi che assicura un effetto di bloccaggio di base, con una ripartizione prossima all’equilibrio e leggermente sbilanciata verso il retrotreno. Sulle vetture compatte a motore trasversale il principio è invece quello del torque on demand: una presa di moto integrata nel cambio a doppia frizione porta il moto al retrotreno, dove una frizione multidisco a comando idraulico decide quanta coppia far transitare, fino ad annullarla del tutto e restituire una vettura a trazione anteriore.
BMW xDrive
Presentata nel 2003 sulle X3 e X5, è l’interpretazione elettronica dell’integrale applicata a un marchio di tradizione posteriore. Il cuore del sistema è un ripartitore di coppia posto all’uscita del cambio, all’interno del quale una frizione multidisco a comando elettronico regola la quota deviata verso l’avantreno; il retrotreno rimane collegato in presa diretta. Con frizione aperta la vettura si comporta come una trazione posteriore, mentre in condizioni normali la ripartizione resta sbilanciata all’indietro, indicativamente 40% davanti e 60% dietro. La centralina del ripartitore è collegata in rete con il controllo di stabilità, e può quindi intervenire sulla ripartizione per contrastare sottosterzo e sovrasterzo già nelle loro fasi iniziali.
Volkswagen 4MOTION
Anche in questo caso la denominazione commerciale raccoglie due impostazioni distinte. Sulle vetture a motore trasversale, dalla Golf del 1998 in avanti, la trazione integrale è affidata al giunto Haldex, una frizione multidisco elettroidraulica montata a monte del differenziale posteriore: in marcia regolare la coppia resta quasi interamente all’avantreno e viene deviata al retrotreno al manifestarsi di una differenza di velocità fra gli assi o di una forte richiesta di coppia, mentre le generazioni più recenti mantengono il pacco già pressurizzato per anticipare l’intervento. Sui modelli a motore longitudinale, come la Touareg, si adotta invece una trazione permanente con differenziale centrale meccanico a ripartizione asimmetrica, coerente con la vocazione anche fuoristradistica di queste vetture.
Ne emerge che non esiste un sistema migliore in assoluto. La ripartizione meccanica permanente offre prontezza e prevedibilità, a fronte di peso e attriti maggiori; l’innesto elettronico privilegia efficienza e leggerezza, accettando una risposta non istantanea; il torque vectoring non aumenta l’aderenza disponibile, ma la sfrutta meglio dove serve. La scelta dipende dall’architettura del propulsore, dalla missione della vettura e dal compromesso che il costruttore intende raggiungere fra prestazioni, consumi e costo.
