Che cos'è un cambio manuale automatizzato (AMT)?

Un AMT è un cambio manuale da cui è stato tolto l'intervento del conducente: le stesse coppie di ingranaggi, gli stessi alberi e innesti a denti, ma con attuatori sulle forcelle e sulla frizione e una centralina che decide quando cambiare marcia. Non ci sono né convertitore di coppia né rotismo epicicloidale, e in marcia la maggior parte delle cambiate avviene senza usare la frizione.

Che differenza c'è tra un AMT e un cambio automatico con convertitore di coppia?

Un AMT mantiene una trasmissione meccanica diretta — ZF indica un rendimento del 99,7 % per il suo TraXon a 12 marce — ed è per questo che si è imposto nel lungo raggio, dove un camion passa la vita in ultima marcia. Gli automatici con convertitore di coppia resistono dove il comportamento in partenza e il controllo a bassa velocità contano più del carburante: raccolta dei rifiuti, mezzi antincendio, attrezzature aeroportuali.

Perché i camion pesanti europei hanno di solito dodici marce?

Dodici marce avanti — un piccolo cambio principale moltiplicato da uno splitter e da un riduttore — permettono a un diesel moderno con una fascia di utilizzo economico stretta di restarvi dentro su percorsi ondulati. Le marce oltre la dodicesima comprano capacità di spunto, non economia: l'Opticruise di Scania per impieghi pesanti aggiunge un super primino, e Scania afferma che la gamma è ottimizzata per impieghi gravosi con un'elevata massa complessiva della combinazione — una marcia che un trattore a 40 tonnellate sul lungo raggio si porta dietro senza usarla mai.

Perché il cambio è diventato un elemento da certificare?

Nell'UE la CO2 dei veicoli pesanti viene simulata con VECTO ai sensi del regolamento (UE) 2017/2400, e l'attrito del cambio è uno dei suoi parametri di input, con le perdite di coppia dichiarate per ogni marcia. Così il rendimento della trasmissione diventa parte del dato di flotta dichiarato dal costruttore, non soltanto un argomento di vendita — ed è per questo che i costruttori ne discutono fino alla terza cifra decimale.

Cambi manuali automatizzati nei camion pesanti

Chi oggi ordina in Europa un trattore stradale pesante scopre che la scelta del cambio è stata in gran parte già fatta per lui. Volvo monta l’I-Shift di serie su tutta la gamma FH, FM e FMX. L’Actros L ha il cambio manuale automatizzato non sincronizzato di Mercedes, il TGX il TipMatic, il DAF XG+ lo ZF TraXon, la Scania Serie S l’Opticruise. Il cambio manuale non è stato vietato: è stato battuto dalla concorrenza. Ciò che lo ha sostituito va chiamato con il nome giusto, perché «automatico» descrive un’altra macchina, con un’altra economia.

Che cos’è davvero un cambio manuale automatizzato

Un AMT è un cambio manuale da cui è stato tolto l’intervento del conducente. Le coppie di ingranaggi, gli alberi e gli innesti a denti sono quelli di un cambio manuale. Non ci sono convertitore di coppia, rotismo epicicloidale né un percorso idraulico della potenza. Ciò che si aggiunge è l’attuazione — attuatori pneumatici o elettrici sulle forcelle e sulla frizione — più una centralina che decide quando cambiare marcia.

La cambiata in sé è una sequenza coordinata più che un evento meccanico: la ECU toglie coppia al motore, l’attuatore disinnesta la marcia inserita, un freno sul lato di ingresso del cambio rallenta l’albero fino alla velocità sincrona del rapporto successivo e la marcia viene innestata. La frizione principale serve per partire da fermo e per manovrare; in movimento, la maggior parte delle cambiate avviene senza usarla.

È questa architettura il motivo per cui nel lungo raggio l’AMT ha battuto l’automatico con convertitore di coppia, e non il contrario. Per il TraXon, il suo AMT a 12 marce per impieghi pesanti, ZF indica un rendimento di trasmissione del 99,7 % e una densità di coppia di 12,83 Nm per chilogrammo; nel 2023 l’azienda ha superato il milione di unità prodotte. Un convertitore di coppia non può eguagliare una trasmissione meccanica diretta, e su un camion che passa la sua vita lavorativa in ultima marcia il rendimento in ultima marcia è tutto ciò che conta. Gli automatici con convertitore resistono dove il comportamento in partenza e il controllo a bassa velocità contano più del carburante: raccolta dei rifiuti, mezzi antincendio, attrezzature di terra aeroportuali. Possono anche coprire un’intera gamma, e l’Iveco Eurocargo ne è il caso più evidente: le sue brochure attuali offrono cambi manuali, un automatico ZF a otto marce e un automatico Allison a sei marce, e non citano alcun cambio automatizzato. Un pullman può essere venduto con entrambe le soluzioni affiancate: MAN offre il Lion’s Coach con un TipMatic Coach automatizzato a 12 marce o con un automatico EcoLife a sei marce, e la sua brochure limita l’automatico al livello di potenza da 480 CV sui due modelli a tre assi.

Perché il manuale ha perso, e non per il comfort

Tre argomenti, in ordine approssimativo di quanto denaro sposta ciascuno.

Il primo è la costanza. Un cambio manuale restituisce i consumi di cui è capace il conducente che quel giorno siede al posto di guida, e lo scarto tra il conducente migliore e quello peggiore di una flotta è più ampio della differenza di specifiche tra due camion qualsiasi di questa classe. Un AMT cambia marcia allo stesso modo in un lunedì di pioggia e in una buona giornata.

Il secondo è la protezione della catena cinematica. La centralina non sceglie un rapporto che mandi il motore fuori giri o sottoponga la catena cinematica a carichi d’urto, e non fa slittare la frizione per tenere fermo un camion in pendenza. Su una combinazione pesante, il modo in cui la si fa partire in salita incide sulla durata della catena cinematica più del chilometraggio totale.

Il terzo è la manodopera. Un camion che non richiede abilità nel cambiare marcia allarga la platea delle persone in grado di guidarlo legalmente e con competenza, e accorcia il tempo necessario a rendere produttivo un nuovo conducente. Dove è la disponibilità di conducenti a frenare la crescita della flotta — cioè nella maggior parte dell’Europa, secondo i dati su posti vacanti e pensionamenti relativi all’offerta di autisti di camion in Europa — non si tratta di un elemento di comfort.

Numero di marce, e perché dodici

Dodici marce avanti sono lo standard europeo: un piccolo numero di rapporti nel cambio principale, moltiplicato da uno splitter e da un riduttore. Dodici rapporti ravvicinati permettono a un diesel moderno con una fascia di utilizzo economico stretta di restarvi dentro su percorsi ondulati, invece di arrancare a basso regime o andare fuori giri tra rapporti molto distanziati. Sotto le classi pesanti il numero di marce segue il motore più che il costruttore: il MAN TGL monta un TipMatic a sei marce dietro il quattro cilindri e uno a dodici marce dietro il sei cilindri, e questa è l’illustrazione più chiara disponibile di ciò a cui servono davvero i rapporti in più.

Oltre le dodici, le marce in più di solito comprano capacità di spunto più che economia. I cambi Opticruise di Scania per impieghi pesanti — G25, G33 e G38 — offrono una gamma di 14 rapporti che comprende un super primino più corto e fino a otto retromarce, coprono motori fino a 770 CV e pesano solo cinque chilogrammi più della versione standard. L’I-Shift di Volvo con primini fa lo stesso lavoro per un’altra strada. Quei rapporti in più servono a mettere in movimento una combinazione molto pesante in salita e ad avanzare lentamente e sotto controllo in cantiere, non a risparmiare carburante in autostrada. Su un trattore a 40 tonnellate sul lungo raggio sono peso trasportato e mai usato. Su una Scania Serie S configurata per combinazioni molto pesanti si guadagnano il posto: Scania descrive la gamma per impieghi pesanti come ottimizzata per impieghi gravosi con un’elevata massa complessiva della combinazione, e gli ingranaggi dei ponti posteriori elencati nella pagina britannica delle specifiche della Serie S di Scania possono gestire masse complessive del veicolo e della combinazione fino a 78 tonnellate con un solo asse motore a singola riduzione e fino a 210 tonnellate con un tandem con riduttori ai mozzi: capacità degli ingranaggi del ponte, non un peso ammesso per il camion, che indica soltanto la sua targhetta.

L’altra scelta nascosta nel numero di marce è tra overdrive e presa diretta nella marcia più alta. La presa diretta è il percorso più efficiente nel rapporto più alto; l’overdrive abbina invece al cambio un rapporto al ponte numericamente più alto per ottenere la stessa riduzione complessiva — un calcolo nostro, basato sulla stessa relazione del rapporto totale illustrata in quella pagina. Le schede telaio britanniche di MAN per il TGS riportano non uno ma due set distinti di rapporti a dodici marce: un set overdrive, da 12,92 a 0,77, sui due ribaltabili 8x4, sul tridem 8x4 e sull’autocarro rigido 6x4, e un set in presa diretta, da 16,69 a 1,00, sugli autocarri rigidi 4x2 e 6x2 e sulle schede dei trattori. Ford Trucks rende visibile lo stesso contrasto all’interno di un solo modello: l’F-MAX monta un sedici marce progettato dalla stessa Ford con ultima marcia overdrive, e il suo manuale d’uso riporta ancora la tabella dei rapporti del sedici marce in presa diretta che ha sostituito.

I margini rimasti stanno nella previsione

La questione meccanica è in gran parte chiusa. Ciò che resta è sapere che cosa farà la strada subito dopo.

Il Predictive Powertrain Control di Mercedes-Benz combina la posizione GPS con mappe stradali tridimensionali memorizzate per costruire un orizzonte elettronico, quindi adatta la velocità di marcia e la scelta della marcia a pendenze, scollinamenti, raggi di curva, limiti di velocità e precedenze agli incroci che si trovano più avanti. Mercedes afferma che il sistema conosce oltre il 95 % delle strade extraurbane e di grande comunicazione europee, fa risparmiare fino al cinque per cento di carburante rispetto a un veicolo che ne è privo e ottimizza di continuo la modalità di veleggiamento EcoRoll del cambio, così che il camion sfrutti il proprio slancio invece di accelerare all’imbocco di una discesa. Sull’Actros L tutto questo si accompagna a una catena cinematica già costruita per mantenere una marcia alta: in tutte e tre le sue famiglie di motori la coppia massima arriva a 1 100 giri/min. L’I-See di Volvo raggiunge lo stesso risultato imparando la topografia dai percorsi ripetuti invece che leggendo una mappa.

Il motivo per cui nulla di tutto ciò funziona con un cambio manuale è che una previsione non vale nulla se qualcosa non agisce in base a essa ogni volta. Tenere la dodicesima in scollinamento invece di scalare una marcia, o iniziare a veleggiare trecento metri prima di una discesa, deve avvenire a ogni scollinamento e prima di ogni discesa, non solo in quelli che nota il conducente.

Doppia frizione e interruzione della coppia

Volvo ha introdotto l’I-Shift Dual Clutch nel 2014: il primo cambio a doppia frizione su un camion pesante. Due alberi primari e due frizioni permettono di preselezionare la marcia successiva mentre quella attuale sta ancora trasmettendo il moto, così il passaggio avviene senza alcuna interruzione nell’erogazione di potenza o di coppia. È offerto come optional sul Volvo FH accanto all’I-Shift standard.

L’interruzione della coppia costa di più nelle combinazioni pesanti su percorsi ondulati, nel trasporto di legname e in cisterna su pendenze prolungate, e sui percorsi di distribuzione con continui cambi di velocità. Nel lungo raggio in pianura a 40 tonnellate, un moderno AMT a frizione singola cambia abbastanza in fretta perché la differenza nell’interruzione della coppia sia piccola.

La velocità di cambiata è stata l’altra linea di sviluppo, ed è un’evoluzione ingegneristica graduale più che una nuova architettura. Con l’aggiornamento dell’I-Shift del 2022 Volvo dichiarava cambiate fino al 30 % più rapide, ottenute con sensori più precisi, un nuovo software su un microprocessore più veloce, un disco aggiuntivo nel freno del cambio, che così reagisce prima di una cambiata, e un volume d’aria ridotto negli attuatori delle forcelle, della frizione e del freno del cambio.

Perché il cambio è diventato un elemento di certificazione

C’è un motivo normativo per cui i costruttori discutono delle perdite della trasmissione fino alla terza cifra decimale. Nell’UE le emissioni di CO2 dei veicoli pesanti non si misurano su un banco a rulli: si simulano con VECTO, lo strumento della Commissione per il calcolo del consumo energetico dei veicoli (Vehicle Energy Consumption calculation Tool), il cui uso è imposto dal regolamento (UE) 2017/2400. L’attrito del cambio è uno dei suoi parametri di input, insieme a resistenza al rotolamento, resistenza aerodinamica, masse e inerzie, potenza dei dispositivi ausiliari e prestazioni del motore, con le perdite di coppia dichiarate per ogni marcia.

Questo fa del rendimento della trasmissione un numero rispetto al quale si misura il dato di flotta dichiarato dal costruttore, non soltanto un argomento di vendita. È per questo che il cambio ha smesso di essere un componente che i costruttori di camion acquistavano in base al prezzo.

Le funzioni predittive come PPC e I-See si appoggiano a quello stesso hardware come software, ordinato o non ordinato quando il camion è stato costruito; il cambio in sé appare identico in entrambi i casi, ed è per questo che le ragioni a favore di una trasmissione dipendono sempre più da ciò che gira dentro la centralina che da ciò che è imbullonato al telaio.