Un differenziale svolge un ruolo essenziale nel spingere o tirare un'auto in linea retta e spostarla in modo efficiente e confortevole in curva. Fondamentalmente, è un dispositivo che consente a due lati di un asse di funzionare a velocità diverse. A seconda della direzione di svolta dell'auto e della sua configurazione anteriore, posteriore o a trazione integrale, ripartisce la potenza dalla trasmissione alle ruote.
Senza un differenziale, girare sarebbe abbastanza fastidioso. Mentre un'auto gira, la ruota esterna e quella interna girano a velocità diverse. La ruota esterna gira più velocemente in quanto ha un percorso leggermente più lungo da percorrere rispetto alla ruota interna. Senza un differenziale per determinare la potenza tra i due pneumatici, oltre a tenere conto della differenza di velocità quando la potenza non viene applicata, creerebbe molto rumore del pneumatico poiché il pneumatico interno girerebbe più velocemente del necessario . La mancanza di un differenziale amplierebbe enormemente anche il raggio di sterzata del veicolo, rendendo qualcosa di semplice come guidare in un parcheggio stretto un grave dolore al collo.
Per fortuna, più di 100 anni di ricerca e sviluppo nel settore automobilistico hanno contribuito a perfezionare e modernizzare continuamente i differenziali per semplificare la guida e persino aumentare la trazione in determinati scenari, come in pista negli sport motoristici. Aiutano anche fuoristrada, assicurando che i camion possano rotolare facilmente su grandi ostacoli. Discutiamo non solo di cos'è un differenziale e di come funziona, ma anche dei diversi tipi comuni che esistono.
Un differenziale prende la potenza proveniente dal motore attraverso la trasmissione e la divide tra le ruote che è incaricato di controllare. In un'auto a trazione anteriore, il differenziale e la trasmissione sono un'unità, denominata transaxle. Nelle auto a trazione posteriore, la configurazione più comune prevede il motore e la trasmissione in avanti con il differenziale indietro per dividere la potenza tra le due ruote posteriori.
In un'auto a trazione integrale oa quattro ruote motrici, il metodo più comune per dividere la potenza è tramite una scatola di trasferimento collegata alla trasmissione, che invia una certa quantità di potenza alle ruote posteriori e il resto a le ruote anteriori. Alcuni hanno impostazioni per cambiare quanta energia va dove, ma questo è un blog per un altro giorno.
Tuttavia, i transaxle non sono solo per la trazione anteriore, poiché esistono anche nelle auto a trazione posteriore. Tutto dipende dal bilanciamento del peso e dall'imballaggio progettati dal produttore. L'ultima Aston Martin Vantage ha il suo V8 biturbo da 4,0 litri nella parte anteriore, ma la trasmissione e il differenziale sul retro sono racchiusi in un cambio. Così come l'auto da corsa Lexus RC F GT3. Il motore della Porsche 911 è dietro le ruote posteriori e il cambio si trova di fronte ad esso, tra le ruote posteriori. Selvaggio, vero?
Il metodo più semplice per spiegarlo è guardare un'auto a trazione posteriore. Il movimento rotatorio dell'albero di trasmissione si dirige verso il pignone di ingresso all'interno dell'alloggiamento del differenziale. Questo fa girare una corona dentata a cui è fissato il differenziale stesso, che poi, attraverso una serie di ingranaggi, fa girare gli alberi di trasmissione posteriori. Il rapporto tra il pignone di ingresso e la corona dentata è il rapporto di trasmissione finale, noto anche come rapporto al ponte posteriore. Se il rapporto di trasmissione finale è un 3,73 attento alle prestazioni (almeno quando si tratta di BMW dei primi anni 2010), ciò significa che la corona dentata ha 3,73 volte più denti del pignone di ingresso.
Con tutto il resto uguale, come la stessa trasmissione manuale a 6 marce della BMW 128i del 2011, i giri saranno più alti in ciascuna delle marce di trasmissione rispetto a un rapporto di trasmissione finale di 3,23. Tuttavia, ci sono altri fattori in gioco per determinarli, come la modifica degli ingranaggi della trasmissione.
Esistono tre tipi comuni di differenziali:aperto, a slittamento limitato e bloccato.
Un differenziale aperto è il tipo più comune e il meno costoso da produrre. In sostanza, divide la potenza tra le ruote motrici, sebbene in un caso di slittamento più potenza venga inviata alla ruota che slitta che ha meno trazione. È un po' come l'elettricità, perché in essa prende sempre il percorso di minor resistenza. Questo problema viene spesso risolto con il controllo elettronico della trazione, anche se non è sempre il modo più efficace per migliorare la trazione.
D'altra parte, un differenziale a slittamento limitato (LSD) trasmette potenza allo pneumatico con più trazione o resistenza, facendo così un lavoro migliore per uscire da uno scenario a bassa trazione, come sguazzare in una pozzanghera o guidare su una macchia di ghiaccio.
Un differenziale bloccato inizia come differenziale aperto, ma quando viene azionato tramite un sistema elettrico o pneumatico, divide equamente la potenza, 50/50, tra le due ruote motrici. Questo è utile per mantenere la trazione sul pneumatico con trazione, o anche se una ruota è sospesa da terra. La ruota a contatto con il suolo spingerà comunque il veicolo in avanti.
Tuttavia, mentre è bloccato, il raggio di sterzata del veicolo viene notevolmente ampliato e le gomme attaccate al differenziale bloccato saltano e cinguettano, poiché girano alla stessa velocità. Una volta sbloccato, il differenziale terrà conto delle diverse velocità delle ruote che si verificano durante la svolta e tornerà alle proprietà di un differenziale aperto.
Un differenziale saldato, che è davvero comune solo in drifting, è come un differenziale bloccato che non può essere sbloccato. Le ruote motrici hanno sempre una ripartizione della potenza di 50/50, che è utile per creare burnout e portare l'auto alla deriva, ma, ancora una volta, ciò può diventare fastidioso quando si svolta in scenari senza derapata.
Esistono due tipi comuni di differenziali a slittamento limitato da discutere:il tipo a frizione e il tipo meccanico (noto anche come differenziale a slittamento limitato elicoidale). C'è anche il tipo viscoso, ma lo salveremo per un blog futuro.
Il tipo a frizione è in genere pensato più per l'uso in pista e si presenta sotto forma di varianti a una via, a una via e mezza o a due vie. Per tipo di frizione, intendiamo che ci sono pacchi frizione all'interno del differenziale per bloccarsi insieme e inviare uguali quantità di potenza a ciascuna delle ruote posteriori. La velocità con cui i dischi della frizione si bloccano insieme e inviano la stessa quantità di potenza a ciascuna ruota è chiamata velocità di blocco. In genere, più forte è il tasso di blocco, più precisi e abili devono essere i propri input.
Un differenziale unidirezionale blocca le ruote posteriori in accelerazione. Un differenziale a due vie blocca le ruote posteriori in accelerazione e decelerazione. Un differenziale a uno virgola cinque vie è una via di mezzo con un tasso di blocco meno rigido.
Un differenziale meccanico a slittamento limitato utilizza ingranaggi anziché frizioni per trasferire potenza alla ruota con maggiore trazione, quindi indietreggia quando la trazione aumenta, la resistenza si riduce e lo slittamento si dissolve. Tipi comuni di differenziali elicoidali sono il Torsen (abbreviazione di torque-sensing) e il Wavetrac, ognuno dei quali utilizza i propri metodi brevettati per limitare lo scorrimento.
Ci sono così tante varietà e sfumature tra cui scegliere, quindi tutto dipende dall'applicazione. La bellezza di un armadietto (un termine comune per un differenziale di bloccaggio) è che il conducente aziona quando si blocca. Tuttavia, non tutti gli armadietti sono uguali, in quanto alcuni si sbloccheranno se il veicolo rotola all'indietro, mentre altri rimarranno agganciati.
Quando si tratta di differenziali a slittamento limitato, il tipo meccanico è più comune per quanto riguarda ciò che i consumatori possono acquistare dallo showroom. Tuttavia, iniziano a non essere all'altezza delle prestazioni quando si tratta di portare la potenza sull'asfalto nel modo più efficiente possibile, ed è qui che entra in gioco il differenziale del tipo a frizione. I differenziali a frizione, tuttavia, richiedono una manutenzione che comporta la sostituzione delle frizioni, mentre in genere l'unica manutenzione richiesta dai differenziali meccanici è un cambio del fluido.
Ma poi, alcuni differenziali a slittamento limitato si bloccano elettronicamente, il che significa che se qualcuno vuole eliminare un esaurimento fumoso mentre esce da una curva in uno scenario di guida ad alte prestazioni in pista, il differenziale a bloccaggio elettronico lo farà in modo più efficace di un differenziale meccanico convenzionale . Un buon esempio di ciò è il differenziale Active M di BMW, che utilizza vari input come input dell'acceleratore, velocità di imbardata, velocità della ruota e velocità complessiva per determinare quando bloccare al meglio il differenziale per prestazioni ottimali.
Ancora una volta, indipendentemente dal design di ciascun differenziale, l'idea è di inviare potenza a una delle ruote motrici attaccate all'asse anteriore o posteriore. Alcuni sono più orientati verso il comfort e il costo (gioco di parole), mentre altri sono orientati verso prestazioni ottimali. Poi, c'è una grande via di mezzo che possiede un certo equilibrio tra le due.
Se tutto questo è ancora un po' poco chiaro, non temere, i nostri colleghi di Recurrent Media di Donut Media metti insieme un video eccellente che è una straordinaria dimostrazione visiva di come funziona un differenziale.
Infine, guarda questo video di Engineering Explained per acquisire un po' più di conoscenza visiva per quanto riguarda le differenze tra un tipo a frizione e un differenziale a slittamento limitato elicoidale:
