Corso di Sistemi di Trazione
Lezione 12: Powertrain dei veicoli
A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015
Argomenti
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Schemi logici del powertrain di un veicolo
Mappe motore
Cosa sono le frizioni e come funzionano meccanicamente e
come si modellano
Cambi manuali, automatici e continui
Differenziali
Obiettivi della lezione
• Comprendere come sono costruite le trasmissioni dei
veicoli e le tipologie maggiormente impiegate
• Quali effetti hanno sulla dinamica di marcia le varie
tipologie costruttive
• Conoscere e saper leggere le mappe di consumo e di
potenza di un propulsore
Che cos’è un veicolo per il corso
• Le caratteristiche del suo sistema di trazione
• Le resistenze che incontra e le forze che influiscono
sul suo moto
Il sistema di trazione di un veicolo convenzionale
MOTORE
CAMBIO
FRIZIONE
RUOTE
DIFFERENZIALE
Il motore: piani quotati del Fiat
1242 M.P.I.
Lombardini
442 CRS
(ELASIS)
(Diesel Common Rail - 400 cc)
P [cv]
C.sp.[gr/(cv h)]
75
600
250
100%
100%
6500
25%
1000
6500
Giri/min
25%
Giri/min
1000
La frizione più comune per autoveicoli
Il modello fisico di frizione (Lucas)
Le equazioni che regolano il funzionamento della
frizione
Te 
In cui:
d e
d v
I e  Tc  T v 
Iv
dt
dt
Te = engine torque (Nm);
e = velocità angolare del motore (rad/s);
Ie = momento polare d’inerzia del motore (kgm2);
Tc = clutch torque (Nm);
Tv = vehicle torque (Nm);
v = velocità angolare del secondario (rad/s);
Iv = inerzia del veicolo e delle parti rotanti ridotta al secondario (kgm2).
Uno schema di cambio
Dettaglio degli alberi primario e secondario del cambio
Il cambio dell’Alfa 164
Il cambio dell’AUDI TT (Doppia Frizione)
La funzione del cambio (caratteristica meccanica
di una Punto 75)
5000
Fm in 1°
4000
Fm in 2°
N
Fm in 3°
3000
Fm in 4°
2000
Fm in 5°
Fr
1000
0
0
50
100
V elocità km/h
150
200
Il C.V.T. a cinghia Van Dhorn
La cinghia del CVT Van Dhorn
Il C.V.T. dello scooter
CVT Hayes
Principio di funzionamento del cambio Hayes
CVT a coni
Fonte: Evans Friction Cone Hagley
La caratteristica meccanica (teorica)
motore termico con trasmissione CVT
5000
4000
Fm in 1°
Fm in 2°
N
Fm in 3°
3000
Fm in 4°
Fm in 5°
2000
Fr
Fm C .V.T.
1000
0
0
50
100
Velocità k m /h
150
200
La caratteristica meccanica veicolo a trazione
elettrica
Schema funzionale del cambio automatico
Il principio di funzionamento del convertitore di coppia (1/3)
Il principio di funzionamento del convertitore di
coppia (2/3)
T=turbina
P=pompa
S=statore
n1=albero primario
n2=albero secondario
Il principio di funzionamento del convertitore di
coppia (3/3)
• L’albero primario da moto alla pompa
• Il fluido accelerato passa per la turbina che mette in
moto l’albero secondario
• Il fluido dalla pompa passa per lo statore
cambiando momento angolare
• Vale la conservazione della quantità di moto:
• Mp + Mt + Ms = 0
L’equazione fondamentale del convertitore di
coppia
M  K  n2  D5
• pone in relazione il momento motore (M) applicato
alla ruota pompa con il diametro della ruota pompa
(D) e con il regime di rotazione (n) della stessa
Il riduttore epicicloidale
Le equazioni del ruotismo epicicloidale
Rs
• Congruenza geometrica:
Rpi
Rpo Rc
R c  Rpo  R s 
 Rpi  2R s 
 2R po  R pi
• Relazioni tra le velocità:
 c rc   s rs   po rpo
 c rc  2 po rpo   pi rpi

 pi rpi   po rpo   s rs
Cambio epicicloidale negli ibridi
Differenziale
Il differenziale
torsen
Differenziale (centrale) viscoso Ferguson e
frizione Haldex (o differenz. Semi-permanente)