INTRODUZIONE

Consideriamo nuovamente il nostro fuoristrada semplificato, prescindendo, come già fatto nella rubrica sul differenziale, dal rapporto di riduzione del cambio e della coppia conica presente nei differenziali. Consideriamo nei nostri esempi la classica architettura di un fuoristrada con tre differenziali (trazione integrale permanente): il motore, rappresentato con i 4 cilindri, aziona tramite un albero di trasmissione in differenziale centrale, anche noto come “transfer" o nel paesi di lingua inglese come "X-case", che distribuisce il moto a due assi di trasmissione, uno verso il differenziale e il ponte anteriore e uno verso il differenziale a ponte posteriore. Sui due ponti, due differenziali provvedono a trasmettere la coppia motrice alle ruote. Iniziamo considerando il caso in cui i differenziali siano tutti di tipo "open". Le “solite” quattro unità arbitrarie di coppia motrice generate dal motore vengono egualmente divise dal differenziale centrale in due unità verso il ponte anteriore e due unità verso il ponte posteriore. I differenziali ai ponti dividono ancora per due la coppia motrice disponibile verso le due ruote sullo stesso asse, cosicché su ogni ruota arriva un quarto della coppia motrice, che si trasforma in forza di trazione all’interfaccia tra ogni ruota e il suolo.

Consideriamo questo schema perché è sia il più “completo” dal punto di vista fuoristradistico, sia perché i casi in cui la macchina abbia solo due differenziali, come nel caso di molti veicoli con trazione integrale inseribile, sono riconducibili a casi particolari, ottenuti da questo immaginando che un differenziale sia “bloccato”. In generale, il differenziale che dovremo considerare bloccato è quello centrale.

La piccola “O” scritta al centro dei differenziali indica appunto che essi dono di tipo "open", ovvero l’usuale differenziale installato sulla maggior parte dei veicoli. Le frecce indicano anche le velocità di rotazione (ricordiamo sempre che per semplicità prescindiamo dai rapporti di riduzione, che hanno solo l’effetto di ridurre il numero di giri man mano ché andiamo dal motore verso le ruote, e di aumentare la corrispondente coppia motrice. Questa semplificazione cambia soltanto il valore assoluto di coppia motrice disponibile alle ruote ma non inficia in alcun modo i ragionamenti qualitativi che vogliamo fare rispetto alla guida.).

UNA RUOTA SENZA ADERENZA

La prossima figura mostra cosa succede quando una ruota si trova in condizioni di poca o nulla aderenza, rappresentata dalla “chiazza” nera nella figura.

La ruota in mancanza di aderenza ruoterà a vuoto opponendo una minima coppia sull’asse, e questa minima coppia, riflessa dal differenziale sull’altra ruota e tramite il differenziale centrale sulle ruote dell’altro asse, non è sufficiente a far avanzare il veicolo. Vediamo così che in una catena cinematica con tre differenziali, certo una delle soluzioni più complete, è sufficiente perdere aderenza su una ruota per trovarsi quasi irrimediabilmente fermi.

Notiamo anche subito una cosa: la velocità di rotazione della ruota senza aderenza è ben quattro volte quella che si avrebbe agli stessi giri del motore in condizione di normale trazione! Dunque non si potrà insistere col motore cercando di aumentare la coppia trasmessa a terra, per non incorrere in gravi rischi di danneggiare qualche cosa nel caso in cui improvvisamente la ruota riprendesse anche solo per un breve istante trazione!

Come uscire da questo problema?

Tutti i veicoli a trazione integrale permanente dotati di tre differenziali sono dotati del blocco del differenziale centrale: bloccando questo le situazioni in cui una ruota ha aderenza nulla non sono più un problema, come si vede dalla figura seguente.

Bloccando il differenziale centrale si obbligano i due assi condotti di questo differenziale a ruotare alla stessa velocità: l’asse che va, in questo caso, alle ruote anteriori, causerà la rotazione solo della ruota che non ha aderenza, ma l’asse posteriore trasmetterà la coppia alle ruote posteriori, che essendo in condizioni di buona aderenza potranno far avanzare il veicolo.

Per i veicoli con due differenziali, rispettivamente al ponte anteriore e posteriore, questo problema non si presenta: il differenziale centrale non c’è, e quindi è equivalente al blocco centrale. Questo semplifica la guida, specie ai guidatori meno esperti, ed è per questo motivo, oltre che per motivi di costo, che molte macchine hanno appunto solo due differenziali. Naturalmente, appena usciti dalla situazione critica, il differenziale centrale deve essere sbloccato. Se le condizioni di aderenza sono comunque non ottimali, il differenziale centrale potrebbe anche essere lasciato inserito, e infatti le macchine a due differenziali marciano normalmente in fuoristrada in queste condizioni, ma potendo sarà sempre meglio disinserirlo.

Alternativamente, e nei veicoli in cui questo è possibile, si otterrebbe un effetto simile bloccando il differenziale anteriore, come si vede nella figura seguente. Naturalmente, se il bloccaggio all’anteriore è del 100% si perderà, come abbiamo visto, in guidabilità; se invece all’anteriore abbiamo un differenziale tipo TorSen, che tra l’altro ha il vantaggio

di essere “sempre inserito”, non perderemo la possibilità di azionare facilmente lo sterzo, anche se, come abbiamo visto, la sua efficacia sarà inferiore a quella del differenziale "locked".

DUE RUOTE SENZA ADERENZA

Un altra comune situazione in cui si rischia di rimanere fermi è quella in cui due ruote dello stesso ponte perdono aderenza. La configurazione con tre differenziali "open" è mostrata in figura: le ruote posteriori sono ferme e le ruote anteriori ruotano a vuoto:

Anche in questo caso il bloccaggio del differenziale centrale è sufficiente a risolvere il problema: l’asse anteriore e l’asse posteriore sono vincolati a ruotare alla stessa velocità, e le ruote posteriori che sono in condizioni di buona aderenza permetteranno al veicolo di muoversi:

In questa situazione invece l’eventuale bloccaggio del differenziale anteriore non sarebbe di nessun aiuto.

Sempre della serie “due ruote senza aderenza" consideriamo i casi in cui sono due ruote di assi differenti ad essere in condizioni di scarsa aderenza, ad esempio in una situazione di twist, come indicato nella figura seguente:

In questo caso bloccare il differenziale centrale non è di alcun aiuto: i due differenziali anteriore e posteriore trasmettono il moto alle ruote senza aderenza, e il veicolo non è in grado di avanzare:

Vediamo che se anche le ruote con aderenza insufficiente sono dallo stesso lato bloccare il differenziale centrale non serve a risolvere il problema:

Questa situazione può ovviamente fermare anche le macchine con solo due differenziali.

Quello che ci può trarre di impaccio in questa situazione è il blocco, totale o parziale, dei due differenziali ai ponti: in questo modo si obbligano le ruote di ogni ponte a ruotare alla stessa velocità e si recupera dunque trazione. Si può anche notare che bloccare i due differenziali ai ponti rende inutile il blocco del differenziale centrale:

La figura seguente mostra l’effetto dei blocchi ai ponti nel caso le ruote senza aderenza siano dallo stesso lato:

Alcuni montano un differenziale bloccabile solo ad un punte, quello posteriore: in questo caso si può uscire dalla situazione bloccando sia il differenziale posteriore che il differenziale centrale per evitare che tutta la trazione disponibile vada al ponte senza blocco, cioè nel caso ad esempio quello anteriore. In questo caso però sarà solo una ruota a spingere la macchina, cioè quella posteriore:

TRE RUOTE SENZA ADERENZA

L’ultimo caso da considerare infine è quello in cui tre ruote sono in condizioni di scarsa aderenza, situazione non comune ma neppure impossibile nella pratica del fuoristrada. Il diagramma mostra la rotazione delle diverse ruote, e naturalmente l’unica ruota che avrebbe trazione rimane ferma:

Per uscire da questa situazione è necessario azionare due blocchi: quello centrale, per mettere solidalmente in movimento gli alberi di trasmissione anteriore e posteriore, e quello sul ponte dove almeno una ruota ha aderenza, nel caso in figura quello anteriore. Tutta la trazione disponibile viene così scaricata sull’unica ruota con trazione che potrà fare avanzare il veicolo, mentre le altre ruote gireranno a vuoto e non forniranno trazione.

Nel caso in cui sia una ruota anteriore ad avere aderenza, blocchiamo il differenziale centrale quello al ponte anteriore:

Nel caso in cui sia una ruota posteriore ad avere aderenza, bloccheremo il differenziale centrale e quello al ponte posteriore.

Questo termina la nostra carrellata sui diversi casi possibili, e passiamo a riassumere il tutto in una tabella di facile consultazione nel prossimo capitolo.

TABELLA RIASSUNTIVA

Alcune considerazioni finali, prima di guardare la tabella riassuntiva: abbiamo nei nostri modelli semplificati considerato il caso estremo di totale perdita di aderenza e di bloccaggio completo dei differenziali. Questo per illustrare con la massima semplicità le diverse situazioni e spiegare chiaramente quale effetto otteniamo azionando i bloccaggi. Nella pratica, le situazioni di totale perdita di aderenza non sono così frequenti (salvo in quei casi in cui una ruota sia sollevata da terra) e un bloccaggio solo parziale dei differenziali sarà più che adeguato per uscire dalla situazione critica che abbiamo affrontato. Nella terza e ultima parte di questa serie cercheremo di valutare quantitativamente le prestazioni di una catena cinematica in funzione della percentuale di bloccaggio dei differenziali e delle diverse condizioni di aderenza che possiamo aspettarci di trovare.

  La tabella seguente riassume quanto abbiamo esaminato sinora.

Con "LOCKED" dunque indichiamo un blocco anche parziale dei differenziali: la possibilità di uscire dalla situazione di guida sarà dipendente dalle condizioni di aderenza e dalla percentuale di bloccaggio dei differenziali. Un ultimo consiglio di guida: con differenziali a bloccaggio parziale di tipo TorSen, può nei casi estremi essere conveniente frenare col piede sinistro e accelerare dolcemente col piede destro. Perché? Abbiamo visto nella precedente puntata che un differenziale TorSen trasmette alla ruota che ruota più lentamente una coppia che è TBR volte quella applicata alla ruota che ruota più velocemente, ovvero quella con minore aderenza. Applicando dolcemente un po’ di freno alle ruote, il differenziale vedrà una coppia maggiora alla ruota con poca aderenza e trasferirà TBR volte questa coppia alla ruota con maggiore aderenza. Sottraendo da questa coppia quella necessaria a vincere l’azione frenante si avrà un coppia netta maggior utilizzabile per la trazione.

Forse più di tante parole può aiutare a comprendere questa tecnica di guida che richiede una certa sensibilità coi pedali per evitare dirompere qualche cosa, può essere d’aiuto il solito disegno.

Le frecce orientate in senso opposto al moto rappresentano l’azione dei freni, che genera per reazione una coppia vista dal differenziale TorSen. Poiché nel nostro esempio TBR = 3, il differenziale TorSen manda alla ruota con trazione una quantità di coppia tre volte superiore alla coppia frenante prodotta con i freni. Questa coppia deve vincere la coppia frenante e il risultato netto sarà la disponibilità di due unità di coppia disponibili per la trazione:

TBR = 3

IL COEFFICIENTE DI ATTRITO

La capacità del suolo di trasformare la coppia applicata alle ruote in forza capace di far avanzare il veicolo è misurata dal coefficiente d’attrito (“grip coefficient”) tra le ruote e il suolo. Quantitativamente esso è definito come il rapporto tra la forza necessaria a spostare un oggetto poggiato su una superficie e il peso che questo oggetto esercita sulla superficie stessa. Esso dipende da due fattori: la natura della superficie su cui facciamo muovere l’oggetto e la natura dell’oggetto stesso: lo stesso oggetto, per esempio un pezzo di gomma, avrà coefficiente d'attrito diverso sopra ad esempio del cemento, una piastrella asciutta o una piastrella bagnata. Il coefficiente d'attrito traduce in termini quantitativi precisi concetti quali “strada scivolosa” o “gomme dalla buona tenuta”: espressioni comunemente usate ma inadatte ad eseguire delle valutazioni e comparazioni precise.

Il coefficiente d’attrito può essere misurato con una certa precisione per diversi tipi di gomma su diverse superfici, e per fissare le idee possiamo considerare la tabella che segue per avere una idea di quanto sia buona la trazione su diversi terreni. Viene fornito un certo spettro di valori, poiché il “grip” che può offrire un certo pneumatico sui diversi fondi dipende da molti parametri, e di converso pneumatici di diverso disegno e mescola (e anche a diversa pressione di gonfiaggio o su cerchi di diversa dimensione) hanno comportamenti differenti sullo stesso fondo percorso: al solito quello che ci interessa qui è capire il comportamento del nostro fuoristrada nelle diverse situazioni più che eseguire delle precise misurazioni di valore più teorico che altro.

La gomma che consideriamo nella tabella seguente è una gomma di buona qualità con un disegno adatto al fuoristrada (diciamo un 50/50): sono dunque escluse da un lato le gomme puramente “cross”, che mostreranno un grip migliore nelle situazioni di bassa aderenza e dall’altro lato quelle impiegate sui veicoli ricreazionali, con disegno sostanzialmente stradale e che mentre hanno grip migliori di quelli della tabella nelle condizioni di buona trazione sono invece inferiori nelle condizioni di scarsa aderenza.  

  La tabella si riferisce ad ogni ruota singolarmente, e non sarà raro avere una ruota in una condizione di aderenza buona e una in condizioni cattive. Inoltre in un tipico percorso fuoristrada si incontrano tipi di fondo anche molto diversi a breve distanza l’uno dall’altro.

LA TRAZIONE

Se moltiplichiamo la coppia prodotta dal motore (per esempio 30Kgm) per i rapporti di riduzione del cambio, del riduttore e dei ponti, otteniamo la coppia applicata collettivamente alle ruote. Come ormai sappiamo bene questa coppia viene generalmente distribuita in modo eguale tra le ruote da una serie di differenziali "open".

Facendo qualche semplice calcolo, supponiamo di essere in terza ridotta (3L) con il motore bene in tiro: 30kgm del nostro motore diventano ben 490kgm all’uscita di cambio e riduttore e oltre 1700kgm globalmente applicati alle ruote dopo la coppia conica ai ponti. Di questi, ciascuna ruota ne riceve ¼, e cioè più di 400kgm. Si ottiene la trazione prodotta da ciascuna ruota dividendo questo valore di coppia per il raggio di rotolamento della ruota: se supponiamo di avere una 7.50R16, il cui raggio di rotolamento è di circa 38cm, troviamo che ogni ruota potrebbe esercitare una trazione di ben 1100kg in condizioni di grip ideale, cioè con coefficiente d'attrito =1. Adeguati per portare una macchina da circa 2000kg di peso in cima a una salita a 45 gradi senza alcun problema (includendo nel calcolo il coseno dell’angolo di rampa)!

Quello che ci impedisce di salire con disinvoltura è il coefficiente d'attrito, ben inferiore a 1, più la “perdita” addizionale dovuta al coseno dell’angolo di rampa. La massima forza di trazione che l’interfaccia battistrada – suolo è in grado di sostenere è data dal coefficiente d'attrito moltiplicato per il peso applicato sulla ruota: per esempio nel caso di una macchina di 2000kg equamente distribuiti sulle quattro ruote, cioè quindi 500kg per ruota, il massimo che possiamo sperare di ottenere su asfalto è circa 500kg di spinta per ogni ruota, che si riducono a 250 – 350kg in fuoristrada, e molto meno in condizioni di trazione veramente scarse. Poiché abbiamo visto che il motore ha una esuberanza di potenza e può scaricare sulle ruote livelli di coppia molto elevati, ecco che lo slittamento delle ruote nella guida in fuoristrada, complici sia l’uso delle marce ridotte che la cattiva aderenza del fondo, è più la norma che l’eccezione.

Non è solo l’aumento della coppia applicata a causare lo slittamento delle ruote, ma anche la diminuzione del grip disponibile. Se stiamo modulando l’acceleratore per ottenere dal motore giusto la coppia che ci serve per affrontare una impegnativa salita in aderenza, e improvvisamente il fondo che percorriamo diventa meno aderente, ecco che la ruota corrispondente comincerà a slittare, perdendo trazione e pregiudicando la possibilità di procedere.

Una ultima considerazione: sembra dai semplici calcoli che abbiamo fatto che la trazione disponibile sia in generale molto grande, e non sembra quasi comprensibile cosa serva così tanta coppia per viaggiare normalmente in pianura fuoristrada. La necessità di una elevata coppia e trazione viene in generale dal fatto che la marcia in fuoristrada richiede uno sforzo molto superiore alla marcia su un fondo liscio e compatto. Il fondo su cui si marcia fuoristrada è sconnesso, e davanti alle ruote si presentano continuamente sassi, buche e altre piccole o grandi irregolarità. Tali irregolarità agiscono sulle ruote proprio come una continua salita che deve essere superata. Nella marcia su fondi morbidi, sui quali il galleggiamento del pneumatico non è adeguato, si forma in continuazione davanti al pneumatico un muro alto talvolta anche 10 e più centimetri, come nella marcia su sabbia molto soffice, che deve essere superato continuamente.

IL CONCETTO DI MAG

Una ruota può essere ora nel fango e avere poca aderenza, ora trovare una ramo, un sasso o una radice che restituiscono temporaneamente alla ruota una certa aderenza, e dall’altro lato del ponte l’altra ruota può essere in una situazione completamente opposta. Il numero di condizioni che ci si trova a dover affrontare è molto alto, e non possiamo semplicemente enumerare tutti i diversi casi per valutare l’efficacia di un certo sistema di trasmissione in ciascun caso e confrontare poi tutti i casi e cercare una sintesi: dobbiamo utilizzare qualche altro metodo di valutazione più sintetico.

  Cominciamo a considerare il problema di un solo asse e introduciamo un fattore indipendente dalla coppia del motore e dal peso applicato sulla ruota, ma solo dalle condizioni di grip del terreno e dalla configurazione del differenziale su quell’asse: lo chiamiamo Maximum Available Grip (Massima Aderenza Disponibile) e lo indichiamo con MAG. Il MAG è calcolato dal valore del coefficiente d'attrito delle due ruote e dalle Leggi dei differenziali, ed è direttamente correlato alla massima trazione disponibile che si ottiene semplicemente moltiplicando il MAG per la metà del peso sull’asse.

Come si calcola il MAG?

Ad esempio supponiamo di avere un ponte equipaggiato di un differenziale "open", e questo ponte ha una ruota su un fondo ad aderenza media con un coefficiente d'attrito di 0.6 e l’altra ruota per esempio su dell’erba umida, che ha coefficiente d'attrito anche solo di 0.2.

Applichiamo un piccolo valore di coppia al differenziale, e questo la dividerà, come sappiamo dalle sue Leggi, in due quantità uguali applicate alle due ruote. La coppia è bassa e le ruote non slittano. ma se ora cominciamo ad aumentare la coppia palliata, ad un certo momento la coppia sarà abbastanza grande da far slittare, ovviamente per prima, la ruota con il coefficiente d'attrito più basso, quella sull’erba. Il fatto che l’altra ruota sia in condizioni di buona aderenza non ci è di nessun aiuto: un aumento del pedale dell’acceleratore farà girare più rapidamente il motore e la ruota sull’erba slitterà sempre a maggiore velocità, ma la ruota in buone condizioni di aderenza non potrà comunque ricevere più che la stessa coppia di quella che slitta, proprio come se il coefficiente d'attrito fosse solo 0.2.

Possiamo dunque dire che in questa situazione il MAG è dato da

MAG = 0.2 + 0.2 = 0.4

Possiamo rappresentare su un grafico questo risultato: supponiamo che la ruota sinistra abbia un coefficiente d'attrito di 0.2, mentre sull’asse delle X mattiamo il coefficiente d'attrito della ruota destra, ottenendo il grafico seguente:

Si vede che in un differenziale "open" il MAG è sempre limitato al doppio del coefficiente d'attrito della ruota con la minore aderenza.

Se avessimo avuto un differenziale bloccato, la ruota sull’erba non avrebbe slittato, essendo rigidamente collegata alla ruota a più alta aderenza. Possiamo applicare sempre più coppia, finché ad un certo punto tutte e due le ruote cominciano a slittare insieme.

Questo succede quando applichiamo abbastanza coppia da far slittare la ruota con coefficiente d'attrito di 0.2 più quella con coefficiente d'attrito di 06: il MAG è dunque:

MAG = 0.2 + 0.6 = 0.8

Rappresentiamo la situazione su un grafico: al solito la ruota sinistra ha un coefficiente d'attrito di 0.2 mentre alla ruota destra applichiamo una coppia sempre maggiore, ottenendo:

La situazione è ben diversa dal caso "open": con un differenziale locked, il MAG è dato dalla somma dei due grip disponibili alle due ruote.

E cosa succede con un differenziale TorSen?

Supponiamo che sia TBR = 3. Quando la coppia sulla ruota sull’erba raggiunge il valore che la farebbe slittare, il TorSen, per via del suo principio di funzionamento, trasmette alla ruota con un buon grip una coppia tre volte superiore. Questo valore di coppia è appena sopportabile senza slittare da una ruota con un coefficiente d'attrito tre volte superiore, cioè pari a 0.6, che è proprio il valore che abbiamo sulla ruota con migliore aderenza.

A questo punto è chiaro che il MAG è dato da:

MAG = 0.2 + 0.6 = 0.8

Ma se aumentiamo ancora la coppia disponibile, le ruote cominceranno a slittare tutte e due, e il MAG non potrà superare il valore di 0.8.

Anche se la trazione disponibile sulla ruota in buone condizioni di aderenza fosse migliore, con un TorSen non potremmo ottenere un MAG superiore: infatti con un TBR di 3 la ruota con coefficiente d'attrito di 0.2 non può riflettere alla ruota con maggiore aderenza più coppia di quanta ne servirebbe per far slittare una ruota con coefficiente d'attrito di 0.6: questo si vede chiaramente se si confronta il grafico del MAG del TorSen con quello del differenziale "open": c’è tutta una regione in cui i due sistemi si equivalgono, e precisamente per i coefficiente d'attrito compresi tra poco meno di 0.1 e 0.6, ma al di sotto e al di sopra, il TorSen ha un MAG inferiore al "locked".

IL MAG PER UN PONTE

L’area compresa al di sotto dei grafici ci dà una idea delle prestazioni generali del ponte nelle diverse condizioni che si incontrano. I grafici che abbiamo visto considerano però per assunto che una ruota abbia un coefficiente d'attrito fisso, nei nostri casi 0.2, e che a variare sia solo il coefficiente d'attrito dell’altra ruota. Questo ovviamente non è quanto succede nella realtà, e dobbiamo invece considerare che il coefficiente d'attrito varia su tutta la scala per ambedue le ruote. Ci serviamo in questo caso di grafici tridimensionali per rappresentare il MAG disponibile, riportato sull’asse Z, mentre sugli assi X e Y mettiamo il coefficiente d'attrito delle due ruote individualmente.  

I grafici che abbiamo visto precedentemente sono delle “sezioni” di questo grafico tridimensionale, ovviamente più generale di quelli. Considerando un valore del coefficiente d'attrito pari a 0.2 e seguendo le corrispondenti linee sui grafici si ritrovano esattamente i grafici che abbiamo già visto.

La vista tridimensionale è però molto importante perché il comportamento generale del nostro sistema cinematico è descritto sostanzialmente dal volume al di sotto della superficie: tanto maggiore è questo volume, tanto maggiore sarà l’efficacia del sistema cinematico in termini di  trazione.

Si vede che il volume sotto la superficie del differenziale "open" è inferiore al volume sotto la superficie del differenziale TorSen, a sua volta inferiore a quello sotto la superficie del differenziale "locked". Il vantaggio del TorSen (la possibilità per le ruote di ruotare a diverse velocità) si paga in termini di minore efficacia globale.

E’ anche interessante notare come il TorSen sia, anche graficamente, in qualche modo a metà tra un "open" e un "locked": aumentando il valore del TBR le pareti verticali si fanno sempre più ripide fino a portare un TorSen molto vicino ad un "locked" per valori di TBR dell’ordine di 6.

VALUTAZIONI GLOBALI

Abbiamo ora tutto l’apparato concettuale che ci serve per valutare le prestazioni di un sistema di trasmissione per quanto riguarda la sua capacità di fornire trazione in condizioni variabili di aderenza: dobbiamo solo maggiormente combinare la trazione del ponte posteriore con quella del ponte anteriore, ma questo purtroppo non lo possiamo rappresentare con semplice grafico, perchè avremmo bisogno di 5 dimensioni anziché le 3 disponibili!
Ma quello che ci interessa è più una valutazione globale, una ”figura di merito” che ci indichi quanto è efficace un certo schema di trasmissione, definito un certo intervallo in cui può variare il coefficiente d'attrito delle diverse ruote sul terreno, e questo si può calcolare dal volume multidimensionale compreso sotto la superficie che definisce il MAG per due ponti. I calcoli sono decisamente complicati e vanno ben oltre gli scopi che ci stiamo ponendo con questa già piuttosto lunga trattazione, e pertanto ci accontentiamo di riportare alcune tabelle calcolate per i valori di maggiore interesse.
Considereremo per completezza il caso in cui il grip vari da 0 a 1, ma poiché è abbastanza raro trovarsi su un arco così ampio di situazioni, riportiamo anche due tabelle rappresentative di una situazione di guida fuoristrada su sterrati e fango e una su fondi di tipo sabbioso e di pista. Questo significa ridurre l’ampiezza di variazione del coefficiente d'attrito a un ambito di variazione più ristretto: da 0.2 a 0.7 per la guida su sterrati e fango e da 0.3 a 0.6 per sabbia e piste di tipo sahariano.
  Consideriamo un sistema a tre differenziali, e vediamo le differenze di trazione che derivano da diverse configurazioni di differenziali. E’ chiaro che il risultato peggiore lo otterremo con tre differenziali "open", mentre il migliore in assoluto con tre differenziali "locked", ma è interessante vedere “quanto” questo risultato è migliore nelle diverse situazioni.

La tabella è ordinata per valori crescenti della figura di merito per il caso in cui il grip considerato varia da 0 a 1: è chiaro in questo caso che aumentando il livello generale di “blocco” le prestazioni in termini di trazione migliorano. Per un sistema a tre differenziali "open", il principale passo avanti si ha inserendo il blocco al differenziale centrale, che genera un incremento della figura di merito da poco più di 0.7 a 1.3: un netto miglioramento che si può percepire chiaramente quando si guida in terreni con scarsa aderenza generale e si inserisce il blocco centrale.

Una configurazione con un autobloccante all’asse posteriore ci dà prestazioni nettamente migliori della configurazione tutto "open", e confrontabili con due TorSen davanti e dietro con TBR = 2.5, e rimane inferiore di qualche punto percentuale rispetto allo schema con due TorSen quando si blocca il differenziale centrale. Uno schema con blocco posteriore e TorSen anteriore è il migliore in quanto a guidabilità e molto vicino ai tre blocchi. Lo schema più conveniente, specie in termini di efficacia rispetto al costo, è in questo caso quello del blocco posteriore al 100%, che dà prestazioni molto vicine al massimo, abbinate sia col differenziale viscoso centrale o totale di serie.

Però osserviamo che nella guida fuoristrada non è poi così importante avere la migliore aderenza in assoluto quando le condizioni di aderenza sono generalmente buone, mentre è invece assai più efficace avere la possibilità di sfruttare tutta la trazione potenzialmente disponibile quando le condizioni generali di aderenza sono scarse: cambiamo il campo di variabilità del coefficiente d'attrito e vediamo cosa succede…

Caso “Sterrati & Fango”

Riducendo il campo di variabilità del grip il quadro cambia, nel senso che le differenze tra le varie configurazioni si riducono un poco.

Il caso dei tre differenziali "open" è sempre quello che dà le minori prestazioni, e il vantaggio di inserire il blocco centrale è sempre sensibile, ma per le altre configurazioni le differenze sono meno significative. Il miglior risultato lo dà sempre il sistema a tre blocchi, ma gli altri non sono così lontani: un sistema con due TorSen anteriore e posteriore con un TBR = 2.5 è circa equivalente ai tre blocchi, così come un sistema con blocco al ponte posteriore e al centrale. Anche un sistema con un differenziale centrale di tipo viscoso con una percentuale di blocco del 60% accoppiato ad un blocco posteriore al 100% non è molto lontano dal massimo che si può ottenere.

Seppure più costoso un sistema con due TorSen ha il vantaggio soprattutto di mantenere una migliore guidabilità.

Caso “Sabbia & Piste”

Al ridursi della variabilità del coefficiente d'attrito le differenze tra i veri schemi di trazione si fanno sempre meno importanti, come deve infatti essere, poiché le ruote sono sempre di più in condizioni di trazione molto simili tra di loro, e il benefico effetto dei differenziali TorSen o "locked" che siano si fa sentire solo se c’è molta differenza di grip tra una ruota e l’altra. Tutte le configurazioni sono approssimativamente simili, con un graduale miglioramento della trazione disponibile all’aumentare dei blocchi.

Considerazioni finali

Abbiamo cercato in quest'ultima parte di ricondurre le diverse architetture di trazione ad uno schema semplice che potesse essere valutato in funzione di un solo numero. Questo sforzo è certamente utile, perché ci permette di confrontare rapidamente e quantitativamente diverse architetture in funzione della loro applicazione o destinazione. Tuttavia vi sono altri fattori da tenere in considerazione, la cui valutazione non può essere resa così analitica ma che devono essere valutati qualitativamente, ai quali cercheremo di accennare ora brevemente e che devono essere comunque tenuti in conto quando si decide di fare questo genere di modifiche al proprio fuoristrada.

Direzionalità dello Sterzo

E’ l’effetto che l’inserimento dei blocchi ha sul controllo direzionale del veicolo. In generale perdere in direzionalità e precisione di guida può impedirci di scegliere la migliore traiettoria o i migliori punti di appoggio per le ruote, magari vanificando i vantaggi che derivano dall’uso di un differenziale potenzialmente migliore. La perdita di direzionalità nella guida arriva al suo estremo con tre blocchi inseriti, generando situazioni nelle quali altro che andare dritti non si può!

Questo problema è in parte compensato dai differenziali automatici che si sbloccano quando si percorre una curva.

Inserimento del Blocco

La facilità e la tempestività con cui il sistema può essere inserito o disinserito può essere un fattore importante nella guida. E’ chiaro che fermarsi per inserire un blocco può essere uno svantaggio nella guida, poiché fa perdere tempo e soprattutto l’abbrivio. Richiede inoltre la valutazione preventiva della necessità o meno di inserire il blocco, cosa che non tutti i piloti sono capaci di fare: molti prima provano, poi mettono il blocco e riprovano, col risultato di avere danneggiato la pista e reso talvolta più difficile il passaggio, oltre ad aver corso il rischio di rimanere fermi a metà dell’ostacolo.

Affidabilità

Un blocco causa comunque una maggiore sollecitazione degli organi meccanici, riducendone l’affidabilità. Ma a parte questo occorre considerare anche i sistemi di comando, eventuali tubi e interruttori, cavetti e altri attuatori, in generale esposti sotto la macchina e sempre a rischio di essere danneggiati.

Pagina redatta da Jos4x4 su materiale divulgato da Land Rover