Quando un veicolo curva, le ruote esterne percorrono più metri di quelle interne. Ciò implica che le velocità di rotazione in gioco siano diverse tra loro, in quanto le prime rotolano più velocemente rispetto alle seconde. Si tratta di una caratteristica importante, che consente all’auto di mantenere l’aderenza anche nei tratti non rettilinei.
Se le due ruote di uno stesso asse avessero una velocità identica in curva, infatti, il risultato sarebbe lo sbandamento della vettura. Il componente che consente di applicare questa variazione è proprio il differenziale.
Indice
Come funziona
Il differenziale è costituito da tre elementi:
- corona;
- pignone;
- planetari.
L’albero di trasmissione invia il moto alla corona. Quest’ultima è collegata al pignone che, a sua volta, trasmette il moto agli assali attraverso i planetari. Un esperimento divertente da fare è quello di far ruotare, con motore spento, una delle due ruote. Si noterà che quella opposta, sullo stesso asse precedentemente sollevato da terra, inizierà a girare alla stessa velocità, ma in verso opposto. Ciò è dovuto proprio alla presenza del differenziale.
Se un veicolo procede in rettilineo a una certa velocità, tutti gli pneumatici avanzano allo stesso modo. In curva, invece, per tenere lo stesso andamento, le ruote più esterne subiscono un’accelerazione, mentre quelle interne decelerano in egual misura. È proprio questa differenza che consente la percorrenza della curva: essa è dipendente sia dal raggio di curvatura che dalla velocità di avanzamento dell’auto.
In base alla fascia di mercato delle vetture, si prediligono alcune tipologie di differenziali rispetto ad altre. Su quelle più economiche si usa un differenziale aperto, in quanto costa poco ed è semplice da sostituire. Salendo di prezzo, invece, si trovano soluzioni tecniche sempre più sofisticate. Chiaramente, ogni tipologia ha i propri vantaggi e svantaggi.
Quali tipologie esistono: vantaggi e svantaggi
Esistono diverse tipologie di differenziale auto, ognuna progettata per affrontare specifiche situazioni di guida e condizioni stradali. Di seguito è riportato un elenco delle principali:
- aperto;
- autobloccante (o a slittamento limitato);
- elettronico (o controllato elettronicamente);
- a slittamento limitato a controllo elettronico (eLSD);
- meccanico a bloccaggio manuale.
Differenziale aperto
Come già anticipato, questa tipologia è adottata sui veicoli più economici a trazione anteriore. È la soluzione più semplice, e aiuta a contenere il costo delle auto di fascia bassa. In normali condizioni di guida, l’aderenza è garantita. Se, invece, l’asfalto presenta insidie più estreme, è possibile fare i conti con i suoi limiti.
In particolare, se una ruota perde aderenza, a causa di una lastra di ghiaccio o di un percorso fuoristrada, la distribuzione di coppia avviene in egual misura e dipende dalla ruota motrice che presenta il grip minore. Considerando che quella slittante non può inviare coppia, anche l’altra non la trasmette e si ferma. L’auto, quindi, perde completamente trazione e resta “bloccata”, ad esempio, in un cumulo di neve.
Autobloccante (o a slittamento limitato)
Rispetto al differenziale aperto, quello autobloccante introduce una frizione o un giunto viscoso che limita la differenziazione di velocità tra le ruote. Quando una di esse inizia a girare più velocemente dell’altra (a causa di minore aderenza), il meccanismo a slittamento limitato applica una resistenza, trasferendo una maggiore quantità di coppia alla ruota con più aderenza. Se la differenza di velocità è piccola, la frizione oppone una bassa resistenza. Quest’ultima aumenta all’incrementare della velocità relativa.
Se, in casi estremi, uno degli pneumatici si solleva, la resistenza non si annulla, in quanto risulta pari all’attrito generato dalla frizione. Per questo motivo, rispetto a quello aperto, l’autobloccante garantisce una migliore trazione in condizioni più estreme o asfalto scivoloso. Di contro, è un sistema più complesso e, dunque, più costoso.
Differenziale auto elettronico
Il differenziale elettronico, noto anche come “a controllo elettronico” o “attivo”, utilizza sistemi elettronici per regolare dinamicamente la distribuzione della coppia alle ruote durante la guida. L’obiettivo è ottimizzare la trazione e la stabilità del veicolo nelle varie condizioni. È equipaggiato con una serie di sensori che monitorano costantemente le condizioni di guida e il comportamento dell’auto. Questi possono includere giroscopi, accelerometri, sensori di velocità delle ruote, di angolo di sterzata e altro ancora.
Un modulo di controllo elettronico elabora i dati provenienti dai sensori e decide in tempo reale sulla distribuzione della coppia tra le ruote. In base alle informazioni raccolte, può variare la quantità di coppia inviata a ciascuna di esse. Può aumentare quella trasmessa allo pneumatico con maggiore aderenza e ridurla sul lato con meno grip.
In alcuni sistemi, tale distribuzione può essere modulata anche attraverso la frenatura selettiva delle ruote. Se una di esse inizia a slittare, il sistema può applicare la frenatura a quella ruota specifica per ridurre lo slittamento e migliorare la trazione. Il vero vantaggio di una soluzione simile consiste nell’ottimizzazione della trazione e della stabilità dell’auto in tempo reale: esso è, infatti, montato su vetture ad alte prestazioni. Di contro, costa tanto ed è complesso da realizzare dal punto di vista tecnico. Se al differenziale a slittamento limitato viene integrato un controllo elettronico, si ottiene l’eLSD (acronimo di Electronic Limited Slip Differential).
Differenziale meccanico a bloccaggio manuale
Il differenziale auto meccanico a bloccaggio manuale, noto anche come “blocco differenziale manuale” o “differenziale a blocco manuale”, è un dispositivo che permette al conducente di bloccare manualmente il differenziale, limitando la variazione di velocità tra le ruote motrici. Può essere particolarmente utile in situazioni di guida fuoristrada e con vetture 4×4.
La configurazione base è molto simile a quella di un differenziale aperto. Tuttavia, è presente un meccanismo interno che può essere attivato o disattivato manualmente dal conducente, attraverso un interruttore. Attivando il blocco, le ruote sono collegate direttamente, impedendo loro di girare a velocità diverse.
Ciò comporta una minor maneggevolezza e la necessità di procedere quasi a “passo d’uomo”, in quanto è una soluzione pensata per superare ostacoli come rocce, fango e neve. È molto importante, quando la vettura torna su una superficie regolare, disattivare il blocco. Questo tipo di differenziale, infatti, essendo particolarmente delicato, potrebbe rompersi, oltre a non garantire la sufficiente trazione su un asfalto normale.
Per le auto a trazione integrale, esiste anche il differenziale centrale, soluzione diversa da quella appena descritta. Permette alle ruote anteriori e posteriori di girare a velocità differenti e adeguarsi alle curve. Come detto in precedenza, quelle appena descritte sono le “famiglie” più importanti di differenziali. Ogni Casa automobilistica, poi, li può personalizzare per adattarli meglio ai propri veicoli e alle proprie esigenze. Con lo sviluppo ingegneristico, è possibile realizzare dei sistemi sempre più efficienti e funzionali.
