Uno degli elementi fondamentali affinchè l'automobile modifichi la propria velocità è senza dubbio il cambio, un sistema meccanico che permette di far aumentare o diminuire la velocità dell'automobile, ed è costituito da un complesso di sistema di ingranaggi a cascata che fanno variare progressivamente il rapporto di trasmissione e dunque la velocità.

Esistono varie tipologie: vediamo dunque come funziona il cambio automatico e le differenze con le altre tipologie (sincronizzato, semi-automatico, ecc...)

Il cambio automatico sincronizzato

A partire dagli anni '60 i cambi delle automobili sono diventati di tipo sincronizzato. Il meccanismo principale è assai diverso dal precedente, in quanto costituito da due alberi posti in parallelo: l'albero di entrata è collegato alla frizione mentre l'albero di uscita è collegato all'albero della trasmissione.

Fra i due alberi paralleli sono montati gli ingranaggi che permettono il cambio delle marce.

Per innestare la marcia ci si avvale di una sorta di collare detto manicotto, che scorrendo lateralmente dopo essere stato azionato dal meccanismo di selezione della marcia, va a determinare il passaggio del sincronizzatore ad una nuova posizione; in questo modo l'ingranaggio viene portato alla stessa velocità a cui ruota l'albero motore prima che esso venga ingranato.

Come innestare la marcia al meglio

A questo punto è più facile permettere l'innesto della marcia, in quanto il manicotto va a ingranarsi perfettamente nella corona posta sul lato dell'ingranaggio, andando così a trasferire la velocità della coppia motore.

In questo modo, i sincronizzatori fanno sì che il manicotto e la corona dell'ingranaggio girino alla stessa velocità, e quando avviene la cosiddetta “grattata” non sono gli ingranaggi veri e propri del cambio sincronizzato ad essere coinvolti ma i denti del manicotto e della corona dell'ingranaggio.

Esistono diversi svantaggi nell'uso del cambio sincronizzato, quali ad esempio la facile usura dei sincronizzatori, un leggero ritardo che si protrae al momento del cambio di marcia, e un maggiore ingombro del sistema di cambio stesso.

Ecco perchè il vecchio modello non sincronizzato è ancora in uso presso alcune tipologie di automezzi, quali grandi camion, macchine da lavoro e macchine per le corse.

Cambio non sincronizzato

Il cambio non sincronizzato era presente nei primi modelli di automobili, ed era costituito da un semplice sistema di ingranaggi non sincronizzati fra loro. Il conducente dell'automobile agiva direttamente sulle ruote dentate degli ingranaggi attraverso una serie di comandi, e per questo motivo l'utilizzo di questo tipo di cambio necessitava un'ottima conoscenza e sensibilità da parte del guidatore.

Infatti, per regolarlo è necessario che l'autista conosca il momento esatto in cui l'ingranaggio sta ruotando alla velocità tale da poter effettuare il passaggio di marcia, altrimenti la marcia non si inserisce, dando vita allo sgradevole rumore di “grattata”.

Quando si doveva ingranare una marcia superiore, bisognava premere la frizione aspettando che arrivasse il punto esatto in cui cambiare marcia rallentando l'ingranaggio motore. Per effettuare una scalata di marcia, invece, bisogna effettuare la cosiddetta “doppietta”, ovvero portare il cambio in folle, lasciare la frizione e aumentare la velocità del motore fino al punto in cui bisognava inserire la marcia più bassa. In questo modo, si effettua una riduzione di accelerazione del motore.

Nel cambio non sincronizzato, dunque, la frizione poteva essere utilizzata solamente al momento della partenza, senza dover necessariamente metterla in funzione nelle altre fasi della guida.

Come funziona il cambio semiautomatico

Nel cambio di tipo semiautomatico semimanuale, il conducente del veicolo non deve utilizzare altri comandi se non quello di scelta della marcia. In parole povere, gli unici comandi previsti nel cambio semiautomatico sono la leva (avanti e indietro) e i pulsanti sullo sterzo che servono a decidere la scalata o meno della marcia.

Grazie all'utilizzo dei pulsanti, si toglie del tutto il problema di di dover utilizzare la frizione e tutta quella serie di manovre necessarie nelle auto normali.

Attualmente le automobili dotate di cambio semiautomatico hanno a bordo un computer che controlla la funzione, lasciando al guidatore semplicemente la possibilità di agire sui comandi sequenziali (è il caso dei veicoli più recenti della BMW o della Audi, ad esempio, due case automobilistiche sempre all'avanguardia in questo campo).

Cambio a innesti continui

Una efficace evoluzione del precedente è senza dubbio quella avvenuta con l'introduzione da parte della Ferrari del Cambio ad Innesti continui. Grazie a questa tecnologia avanzata, è possibile effettuare una modifica istantanea della marcia non appena si preme la leva apposta dietro il volante.

In questo modo, azionando la leva, viene innestata immediatamente la marcia necessaria.

In alcune auto, ma è veramente un fatto raro, esiste un ulteriore tipo di cambio denominato cambio sequenziale o a innesti frontale.

Cosa si intende per "sequenziale"?

Il cambio sequenziale non utilizza il classico schema della leva del cambio, ma lavora solo su due direzioni, ritornando nella posizione di neutro automaticamente al momento del cambio di marcia.

In pratica, è completamente manuale, in quanto sia il comando che la frizione non avvengono tramite pedali ma tramite leve a comando manuale; il sistema di ingranaggio è costituito da pioli perpendicolari lungo la superficie di lato; nel selettore sono inseriti dei meccanismi che permettono di muovere le forchette che fanno spostare gli ingranaggi che lavorano sui cuscinetti.

Ci sono poi degli alberi millerighe su cui sono collocati gli ingranaggi che vanno a ingranarsi su un ingranaggi calettato. Azionare il cambio e selezionare la marcia, fa muovere i dispositivi dell'ingranaggio in modo che agiscano soltanto nella direzione del comando, così che il selettore non si muova quando non viene selezionato.

La marcia ha solo tre posizioni: marcia giù, neutro e marcia su.

In questo modo si ottiene una notevole fluidità del cambio, dovuta sia alla conformazione del selettore che a quella delle forchette. Per dare maggiore fluidità è stata adottata anche una sorta di boccola dalla parte del funzionamento dei rinvii della leva. Attualmente il modo per rendere maggiormente fluido il cambio sequenziale è quello di rimpiazzare la boccola con dei cuscinetti da entrambi i lati del selettore.

Cambio semiautomatico: come influisce sulla sicurezza

La tecnologia applicata alle automobili ha fatto passi da gigante nella ricerca dei materiali, del risparmio, del confort e soprattutto della sicurezza. I saloni e le mostre automobilistiche mostrano prototipi – come le vetture a guida intelligente automatica - che sono destinate a trovare un mercato da lì a pochi anni. L’esperienza del cambio automatico ne è una prova.

Ogni innovazione ha un suo valore pratico e soprattutto di sicurezza: gli specchietti retrovisori anti colpo di sonno, l’avvisatore acustico di cambio corsia, la frenata automatica, i sensori di parcheggio, le cinture di sicurezza e le varie tipologie di cambio. La leva del cambio è tra le cose più ovvie all’interno di un veicolo, ma anche la più sensibile alle innovazioni in termini di sicurezza.

Quante tipologie di cambio?

Esistono tre principali tipologie di trasmissione: il cambio manuale, il cambio automatico e il cambio semiautomatico:

  • Il cambio manuale, come suggerisce il nome stesso prevede che sia l’automobilista a cambiare i rapporti di trasmissione tramite la leva del cambio e il pedale della frizione;
  • Il cambio automatico prevede la totale automatizzazione del cambio della marcia giusta senza intervento umano;
  • Il cambio semiautomatico – un’evoluzione derivante dalla tecnologia della Formula 1 – permette all’automobilista di inserire le marce in sequenza tramite due leve poste sul volante, una per aumentare il rapporto e una per scalare le marce.

I puristi della guida prediligono il cambio manuale perché offre una maggiore consapevolezza nella guida e un contatto diretto con la vettura, il cosiddetto piacere di sentire il motore e ingranare le marce quando lo si decide. Tuttavia, il cambio manuale è sempre meno diffuso a favore delle trasmissioni automatiche che seppur tolgono piacere alla guida offrono una grande opportunità di risparmio sui costi di alimentazione (che sia benzina, diesel, a metano o ibrida), un elevato confort e molta sicurezza, soprattutto nei tratti urbani.

I vantaggi del cambio automatico e semiautomatico

Il primo vantaggio che l’automobilista percepisce alla guida di una vettura con cambio automatico è il maggior confort di guida, perché l’automobilista si sente sollevato dal cambio della marcia con il continuo gioco di pedali soprattutto nel traffico cittadino con continue accelerate e frenate a prova di gambe e nervi. Gli altri vantaggi sono tutti legati alla sicurezza:

  • Le partenze in salita sono facilitate, evitando il pericoloso arretramento in fase di ripartenze;
  • Il cambio automatico e semiautomatico non permettono all’automobilista di staccare le mani dal volante per cambiare marcia avendo sempre il controllo della vettura, potendosi concentrare solo sulla strada.
  • Non si corre il rischio di inserire la marcia sbagliata con possibile danneggiamento al sistema di trasmissione e al motore.

Sempre in termini di sicurezza, un’automobile con cambio automatico o semiautomatico risulta molto utile per gli automobilisti anziani, quando con l’avanzare dell’età i riflessi rallentano e la mobilità diminuisce, così come è un valido aiuto per i neopatentati, per imparare a prendere confidenza con la guida.

Un vantaggio da non sottovalutare è il risparmio dei consumi perché l’inserimento della marcia giusta, in tempi ridotti permette l’ottimizzazione dei consumi, anche se è pr vero che nelle vetture con il cambio manuale sono stati introdotti sistemi che avvisano l’autista quando è il momento ideale per cambiare senza far andare il motore su di giri e la manutenzione del cambio manuale risulta essere ancora economica rispetto al cambio automatico in cui ogni 50.000 o 60.000 km si richiede la sostituzione dell’olio idraulico e del filtro per evitare rotture o usura eccessiva.

In ogni caso, la diffusione dei veicoli con il cambio automatico semiautomatico è in aumento in tutta Europa e anche in Italia, dove si è molto restii e scettici verso l’automatizzazione della guida, nonostante il brevetto del cambio automatico sia tutto italiano …

Il cambio automatico nasce in Italia

Nel 1931, Emilio Trenta di Città della Pieve presenta e registra il primo brevetto di cambio automatico. In Italia l’idea non trova né interesse né diffusione, ma giunta negli Stati Uniti diventa un successo. La diffusione capillare dei veicoli con cambio automatico negli Stati Uniti avviene durante gli anni ’50 del secolo scorso: il primo cambio automatico idraulico fu adottato dalla General Motors, Chrysler e Bord-Warner il produttore dei cambi per la casa automobilistica Ford. I primi modelli erano molto elementari e avevano solo due rapporti (due marce) con scarso rendimento di trasmissione, ma in breve tempo furono prodotti i modelli a tre rapporti fino ad arrivare agli anni ’80 in cui di verifica un salto tecnologico con il miglioramento del rendimento energetico dei cambi idraulici e l’introduzione della quinta marcia automatica. I modelli più recenti, con la doppia frizione, permettono cambi rapidi fino a 9 rapporti senza dispendio di energia e maggior controllo dei consumi.

Come si guida un’automobile con cambio semiautomatico

I veicoli con cambio semiautomatico sono il compromesso giusto tra chi ama cambiare le marce manualmente e chi predilige l’automatizzato o robotizzato. Le macchine con cambio semiautomatico sono ideali per imparare a cambiare marcia, anche se la frizione non c’è. Per guidare queste vetture è sufficiente tirare una leva posta al volante (in alcuni modelli) o in basso al centro come nei veicoli tradizionali. Il momento del cambio marcia lo si intuisce dal rumore del motore.

Per chi è abituato al cambio manuale, sarà necessaria un po’ di pratica prima di abituarsi, ma una volta compreso il meccanismo diventerà molto più facile e gradevole: in fondo non si viene privati del piacere di cambiare quando lo si decide, praticamente non occorre premere frizione e ingranare la marcia, ma semplicemente dare un input con la leva del cambio o le “palette” al volante.

L’accensione delle vetture semiautomatiche non necessitano di preparativi prima dell’accensione: il freno a mano o freno di parcheggio si attiva con il freno a vettura ferma, ma per essere sicuri che non avanzi, molte vetture prevedono il posizionamento della leva del cambio nella posizione “P” (parking).

Il cambio semiautomatico è posizionato nella maggior parte delle vetture in basso al centro dell’auto accanto al volante riconoscibile perché sulla leva ci sono lettere e simboli (al posto dei numeri delle marce). Gli stessi simboli si accendono sul cruscotto nel pannello di guida per ricordare la modalità attiva.

Le automobili con il cambio al volante hanno una “paletta” o leva con il simbolo “+” a destra per aumentare le marce e una leva con il simbolo “-“ a sinistra per diminuire le marce. Il cambio – sia con la leva al centro che al volante – è sempre sequenziale: quindi per passare dalla prima alla seconda si sposta la leva in avanti una volta (o si tira verso di sé la paletta “+” sul volante una volta), per passare dalla terza alla quinta servono due colpi rapidi (o due volte “ + + “); lo stesso per scalare le marce spostando la leva indietro o tirando verso di sé la paletta “-“ con la mano sinistra. Per inserire la posizione “folle” si sposta la leva sulla lettera “N” oppure per il cambio al volante si tirano contemporaneamente le due palette “+” e “-“.

Le lettere presenti sulla leva del cambio sono:

  • R per retromarcia: partendo da fermi si tiene premuto il freno, si tira la leva verso la lettera R, si solleva il piede dal freno e l’auto comincia ad arretrare.
  • D per “drive” o guida: partendo da fermi si tiene premuto il freno, si sposta la leva sulla lettera “D”, si solleva il piede dal freno e l’auto comincia a muoversi in avanti in prima marcia, per cambiare marcia bisognerà spostare la leva in avanti per aumentare o indietro per diminuire, superando la lettera “N”.
  • N per “Neutral” o folle non è una marcia perché disaccoppia l’albero motore dall’acceleratore – come la frizione.
  • M per “manuale” per tornare alla modalità di cambio manuale, ma non tutti i modelli di auto lo prevedono sulle semiautomatiche.

La regola generale per cambiare marcia è farlo a ogni scarto di 20 km/h; per esempio, si inserisce la seconda quando la velocità è compresa tra 20 e 40 km/h, la terza tra 40 e 60 km/h, oppure ogni volta che si sente il motore fare fatica o raggiungere i 3000 giri.

Nelle vetture con cambio semiautomatico, quando si scala la marcia non si deve tenere premuto il piede sull’acceleratore, ma lo si solleva per decelerare, se necessario si riduce ulteriormente la velocità con un colpo di freni e poi si inserisce la marcia più bassa.

Prima di scendere dalla vettura a fine corsa, ricordarsi di spostare la leva del cambio sulla lettera “P” e spegnere il motore e si esce dall’auto in sicurezza.

L'articolo è stato scritto dalla Redazione di ElaMedia Group