Un cambio automatico tradizionale nasconde i suoi cambi di marcia dietro un convertitore di coppia che può permettersi un po’ di slittamento; un cambio manuale li nasconde dietro la frizione azionata dal guidatore, con un’inevitabile interruzione di potenza a ogni cambiata. Il cambio a doppia frizione (DCT, Dual-Clutch Transmission) — DSG in Volkswagen, PDK in Porsche, S tronic in Audi, DCT in BMW e Ford, tra gli altri — risolve lo stesso problema in modo diverso: meccanicamente è composto da due cambi separati dentro un unico corpo, ciascuno con la propria frizione, così la marcia successiva può essere pre-selezionata e pronta ancor prima che quella attuale finisca di essere usata.
Due cambi, due frizioni, un solo alloggiamento
All’interno di un DCT, le marce dispari (1ª, 3ª, 5ª, 7ª) vivono su un albero primario con la propria frizione, mentre le marce pari (2ª, 4ª, 6ª) vivono su un secondo albero primario concentrico con una seconda frizione — di fatto un cambio manuale diviso in due metà indipendenti che condividono lo stesso albero secondario. Mentre l’auto accelera in 3ª sulla frizione A, l’elettronica ha già selezionato e impegnato la 4ª sull’albero della frizione B, pronta e in attesa. Al momento del cambio, la centralina del cambio si limita a rilasciare la frizione A chiudendo contemporaneamente la frizione B in un passaggio di consegne accuratamente sovrapposto, misurato in centesimi di secondo — la coppia fluisce in modo continuo da un albero all’altro, senza nessuno dei vuoti che invece subisce un cambio manuale a frizione singola o un cambio robotizzato (AMT) mentre la sua unica frizione si apre, attende e si richiude.
Frizioni a bagno d’olio o a secco — e perché la differenza conta
I DCT a coppia più bassa, soprattutto su compatte a trazione anteriore, usano frizioni a secco: simili nel principio al disco frizione di un cambio manuale, più leggere ed economiche, e più efficienti perché non c’è olio da smuovere per attrito, ma limitate nella capacità di smaltire calore durante slittamenti ripetuti — il traffico intenso o le partenze in salita possono farle sovrariscaldare se il software non le gestisce con attenzione. Le applicazioni a coppia più elevata, soprattutto auto sportive e a trazione integrale, usano invece frizioni a bagno d’olio: immerse in olio che ne smaltisce il calore in continuo, capaci di slittare e ri-slittare indefinitamente senza danni, al costo di una parte di efficienza persa per l’attrito del fluido e per la pompa necessaria a farlo circolare e pressurizzare. Il PDK di Porsche e le varianti DSG a coppia più elevata del gruppo Volkswagen (sigle DQ250, DQ500 e successive) sono unità a bagno d’olio esattamente per questo motivo; le varianti DSG per motori più piccoli (DQ200) usano invece una frizione a secco.
L’unità mecatronica: dove vive la vera complessità
Ciò che decide davvero quale marcia pre-selezionare, quando iniziare il passaggio di consegne tra le frizioni e quanto slittamento permettere durante quel passaggio è un modulo elettro-idraulico dedicato chiamato unità mecatronica, imbullonato direttamente sul cambio e che legge decine di volte al secondo dati come posizione dell’acceleratore, velocità, carico motore e persino accelerazione laterale. Deve prevedere — non solo reagire — a quale marcia il guidatore vorrà subito dopo, perché pre-selezionare quella sbagliata significa o un doppio cambio poco fluido o un breve ritorno a un comportamento da frizione singola con una piccola interruzione di coppia. È anche il componente più soggetto a guasti di tutto il sistema: i guasti dell’unità mecatronica sono la riparazione costosa più comune associata ai DCT, proprio perché racchiude elettronica ad alta velocità, valvole idrauliche e attuatori delle frizioni in un’unica unità sigillata e difficile da raggiungere.
Perché è più rapido di un essere umano, e dove resta un compromesso
Dato che la marcia successiva è già impegnata e in attesa invece di essere selezionata da zero, un DCT a bagno d’olio ben calibrato può completare un cambio marcia in meno di 100 millisecondi — più rapido della coordinazione piede-mano di qualsiasi guidatore, ed è esattamente per questo che i DCT hanno conquistato prima le auto stradali derivate dal motorsport (il PDK di Porsche sulla 911, il DSG di Volkswagen sulla Golf R32) prima di diffondersi sui modelli di serie. Il compromesso emerge a velocità molto bassa: non essendoci un convertitore di coppia ad ammorbidire le cose, un DCT che parte da fermo o avanza nel traffico deve gestire lo slittamento della frizione via elettronica per evitare una partenza a scatti e incerta, e i primi DCT a frizione secca in particolare si sono guadagnati una fama proprio per questo tipo di rozzezza a bassa velocità, prima che la calibrazione del software recuperasse.
DCT, CVT, automatico a convertitore di coppia: tre compromessi diversi
Tutte e tre le famiglie moderne di cambio automatico rincorrono lo stesso obiettivo — cambi marcia o variazioni di rapporto che il guidatore percepisce a malapena — partendo da tre punti di vista meccanici diversi. Un CVT evita del tutto le marce discrete e vince su una marcia fluida ed efficiente ma rinuncia alla velocità di cambiata secca e alla sensazione che i guidatori sportivi cercano. Un automatico a convertitore di coppia ammorbidisce ogni cambio con l’accoppiamento fluido e gestisce senza sforzo l’avanzamento a bassa velocità, a costo di una parte dell’efficienza persa nel convertitore stesso. Un DCT rinuncia alla dolcezza a bassa velocità del convertitore di coppia in cambio di cambiate quasi istantanee e senza interruzioni ad alta velocità — ed è esattamente per questo che domina nei modelli sportivi e ad alte prestazioni, mentre gli automatici a convertitore di coppia restano dominanti dove contano soprattutto le maniere dolci a bassa velocità.
Photo: © Car-Shooters
