Rapporto al ponte e trasmissione finale: singola riduzione, riduttori ai mozzi e asse a portale

La pagina delle specifiche dell’FMX di Volvo Trucks UK & Ireland indica per ogni asse posteriore due cose: un tipo e una serie di numeri. Il tipo è una breve espressione: singola riduzione, riduzione ai mozzi. Ogni numero è un semplice decimale, senza unità di misura: 2,31, oppure 3,70, oppure 5,41. Il numero è la riduzione tra l’albero di trasmissione e le ruote; il tipo dice come quella riduzione viene ottenuta. E quei tipi, insieme all’asse a portale, sono definiti dal diritto dell’UE, nell’allegato di un regolamento europeo che certifica le perdite di coppia degli assi motori.

Il regolamento che dà un nome ai componenti

Il regolamento (UE) 2017/2400 determina le emissioni di CO2 e il consumo di carburante dei veicoli pesanti mediante simulazione, anziché facendoli circolare. L’articolo 2, paragrafo 1, lo applica, fatto salvo l’articolo 4, secondo comma, agli autocarri medi, agli autocarri pesanti e agli autobus pesanti; quel secondo comma esclude l’applicazione degli articoli da 5 a 23 — il blocco che arriva fino alle disposizioni sugli assi dell’allegato VII — agli autocarri pesanti dei gruppi di veicoli 6, 7, 8, 13, 14, 15, 17, 18 e 19, agli autocarri medi dei gruppi 51, 52, 55 e 56 e a qualsiasi veicolo dotato di asse motore anteriore dei gruppi 11, 12 e 16. L’articolo 2, paragrafo 3, esclude i veicoli fuoristrada, i veicoli per uso speciale e i veicoli fuoristrada per uso speciale come definiti all’allegato I, parte A, punti da 2.1 a 2.3, del regolamento (UE) 2018/858. L’articolo 9, paragrafo 1, pone l’obbligo a carico del costruttore del veicolo, che determina le emissioni di CO2 e il consumo di carburante di ciascun veicolo nuovo — ad esclusione dei veicoli nuovi che utilizzano tecnologie indicate nell’appendice 1 dell’allegato III — messo in vendita, immatricolato o messo in circolazione nell’Unione, usando la versione più recente disponibile dello strumento di simulazione; per quanto riguarda gli autobus pesanti, il costruttore del veicolo o il costruttore provvisorio utilizza il metodo di cui all’allegato I, punto 2. Per le tecnologie escluse si determinano soltanto i parametri di input specificati nella tabella 5 dell’allegato III, non le emissioni di CO2 e il consumo di carburante.

La simulazione prende come dati di input le perdite di coppia dell’asse — valori standard ai sensi dell’articolo 13, paragrafo 5, o valori certificati ai sensi dell’articolo 14, paragrafo 7 —, per cui il regolamento ha dovuto prima descrivere gli assi. Per gli assi motori lo fa l’allegato VII, intitolato «Verifica dei dati relativi agli assi». Il suo punto 2 si apre stabilendo che le definizioni che seguono si applicano ai fini di quell’allegato: sono il lessico di una procedura di certificazione, non una definizione giuridica generale di asse.

Che cosa misura il numero

Il rapporto è un moltiplicatore tra l’albero e la ruota, e il regolamento lo usa come tale. Il punto 4.4.4 dell’allegato VII calcola la perdita di coppia di un asse in entrata come la coppia in entrata meno la coppia in uscita divisa per i_gear, il rapporto di trasmissione dell’asse; il punto 6.2.3 calcola l’efficienza di ciascun punto misurato in una prova di conformità a partire dalla coppia in uscita, dalla coppia in entrata e da i_axle, il rapporto assi; l’appendice 3 dello stesso allegato calcola la coppia resistente di base lato ruota come T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. In queste formule la coppia arriva alle ruote moltiplicata per il rapporto, al netto delle perdite. L’altra metà — la velocità dell’albero divisa per il rapporto — il regolamento non la scrive come formula; le schede tecniche Volvo la esprimono a parole, e quella dell’RSS1370A dice che in un asse posteriore a singola riduzione la velocità di rotazione viene ridotta in un unico stadio nella trasmissione finale.

L’appendice 2 mostra come si dichiara il rapporto. Il documento informativo relativo all’asse chiede al costruttore la gamma di assi — SR, HR, SP, SRT o HRT — e il rapporto di trasmissione dell’asse e, tra le specifiche dell’ingranaggio, il diametro della corona, il disassamento verticale tra pignone e corona, il numero di denti del pignone e il numero di denti della corona; il punto 1.13 chiede il rapporto di trasmissione del riduttore al mozzo.

Volvo pubblica la conseguenza pratica. Il suo RSS1370A, un asse singolo ipoide a singola riduzione previsto per 13 tonnellate sull’asse e 70 tonnellate di massa complessiva della combinazione, figura nella sua scheda tecnica con i rapporti 2,06; 2,17; 2,31; 2,47; 2,64; 2,85 e 3,08:1. Tra il 2,31 e il 2,85 c’è una differenza del 23 % nella velocità dell’albero di trasmissione a qualsiasi velocità data delle ruote: la percentuale è un nostro calcolo sui due rapporti pubblicati, non un dato Volvo. Ciò che la scheda non indica è un motore: descrive l’asse come progettato per una coppia dell’unità di trazione elettrica di 3 550 Nm, la sua riga delle specifiche riporta una coppia massima dell’unità di trazione elettrica di 3 500 Nm, e in nessun punto compare una coppia del motore. Il rapporto è un dato che lega l’albero alla ruota, e il documento non autorizza a leggerlo oltre. Due costruttori di veicoli pubblicano la stessa estremità lunga di quell’elenco partendo dalla direzione opposta: la brochure IVECO del febbraio 2024 per l’S-Way indica nuovi rapporti al ponte posteriore di 2,17 e 2,06 nel paragrafo «Best performer in TCO», gli stessi due numeri della scheda tecnica Volvo, e la scheda dati in inglese di Ford Trucks del luglio 2026 per l’F-MAX indica 2,31 nella riga delle specifiche per l’F-MAX e l’F-MAX L e 2,17 per l’F-MAX LL; la sua tabella di pneumatici e ralle indica 2,47 su ogni riga dell’F-MAX e dell’F-MAX L, con 2,31 come alternativa sulle righe 315/70 R22.5, e 2,17 e 2,31 sull’F-MAX LL.

Dove avviene la riduzione, e che cosa non decide

Se si mettono a confronto due assi Volvo con lo stesso carico sull’asse e la stessa massa della combinazione, le loro schede tecniche differiscono per gamma di rapporti e per dimensione della corona. L’RSS1370A a singola riduzione va da 2,06 a 3,08:1 con una corona da 485 mm. L’RSH1370F, un asse singolo con riduttori ai mozzi previsto per le stesse 13 tonnellate sull’asse e 70 tonnellate di massa complessiva della combinazione, ha una corona da 295 mm e i suoi rapporti sono elencati per modello: 3,46; 3,61; 3,76; 4,12 e 4,55:1 su FE, FH e FM; 5,41:1 su FH e FM; e 4,67; 5,46; 6,18 e 7,21:1 sul solo FE. Su queste due schede il rapporto più basso dell’asse con riduttori ai mozzi è superiore al più alto dell’asse a singola riduzione. In comune ci sono però solo le masse: la scheda dell’RSH1370F indica una coppia massima del motore di 3 550 Nm, mentre quella dell’RSS1370A riferisce l’asse a un’unità di trazione elettrica. Volvo spiega la propria coppia conica centrale così: la dentatura spiroidale viene usata soprattutto negli assi posteriori in cui la maggior parte della riduzione avviene negli ingranaggi dei mozzi e solo una piccola parte nella coppia centrale; la differenza di diametro tra pignone e corona è piccola, e questo, dice Volvo, dà una coppia centrale di facile manutenzione e con basse perdite di trasmissione. Leggere i 485 mm e i 295 mm come la conseguenza visibile di ciò è una nostra interpretazione; Volvo stampa i due diametri su schede tecniche separate e non fa alcun confronto tra loro.

Allargando lo sguardo oltre queste due schede, lo schema non regge più. La scheda tecnica Volvo dell’RSS1370B, versione B dello stesso asse a singola riduzione con le stesse 13 tonnellate sull’asse e 70 tonnellate di massa complessiva della combinazione, lo indica con 3,40; 3,67 e 4,11:1, e i due rapporti più alti superano il più basso dell’RSH1370F, 3,46. La pagina delle specifiche del Volvo FMX di Volvo Trucks UK & Ireland mette le due famiglie una accanto all’altra in un’unica tabella: divide i suoi assi posteriori in un gruppo a singola riduzione e in un gruppo con riduttori ai mozzi, con masse della combinazione approvate che vanno da 44 tonnellate per l’RSS1344C/E e l’RSS1244B a 150 tonnellate per l’RTH3815. La sua tabella dei rapporti al ponte posteriore elenca le due versioni sotto la designazione comune RSS1370A/B, con 2,47; 2,64; 2,85; 3,08; 3,40; 3,67 e 4,11:1 — i rapporti della scheda A da 2,47 in su e i tre della scheda B, senza i 2,06; 2,17 e 2,31 della scheda A; questa corrispondenza è una nostra lettura dei tre documenti, non una riga stampata da Volvo. La stessa tabella indica l’asse a singola riduzione RSS1344C/E fino a 5,29:1 e il tandem a singola riduzione RTS2310A fino a 4,63:1, entrambi al di sopra di ogni rapporto con riduttori ai mozzi che la pagina dell’FMX offre sull’RSH1365. Non è il punto in cui avviene la riduzione a stabilire dove cade il rapporto: gli intervalli pubblicati si sovrappongono. Dove i documenti differiscono davvero è la coppia: la pagina dell’FMX indica 3 800 Nm per l’RSS1370A/B e per l’RSH1370F, le schede tecniche dell’RSS1370B e dell’RSH1370F indicano una coppia massima del motore di 3 550 Nm, e quella dell’RSS1370A riferisce l’asse a una coppia dell’unità di trazione elettrica di 3 550 Nm. I due documenti riportano valori diversi, e nessuno dei due spiega la differenza.

Il regolamento ordina le gamme di assi anche per rapporto, sebbene non per descriverle. Quando una prova di conformità della produzione viene eseguita misurando la coppia resistente — punto 6.1, lettera c), dell’allegato VII, uno dei tre metodi che si applicano «previo accordo tra l’autorità di omologazione e il richiedente» — il punto 6.4.1, lettera b), prescrive che la coppia resistente dell’asse sottoposto a prova «deve essere inferiore alla coppia resistente corrispondente dell’asse omologato o rientrare nella fascia di tolleranza di cui alla tabella 2». Nelle colonne per gli assi misurati dopo il rodaggio, la tabella 2 suddivide quella tolleranza, espressa in Nm, per fasce di rapporto, con il limite fissato dalla gamma di assi: i ≤ 3 o > 3 per SR e SRT, ≤ 6 o > 6 per SP, ≤ 7 o > 7 per HR e HRT. Il limite è un gradino in una tabella di tolleranze e non il margine dell’intervallo di rapporti di una gamma, ed è fissato più in alto per le gamme con riduttori ai mozzi che per quelle a singola riduzione. Il punto 3 dell’allegato aggiunge una conseguenza per le prove: diversi rapporti degli assi con riduttori ai mozzi, degli assi con riduttori ai mozzi per tandem e degli assi a portale — HR, HRT e SP — possono essere misurati sostituendo soltanto il riduttore al mozzo.

L’asse a portale esiste per l’altezza da terra o per un pianale ribassato

La definizione da citare è quella del punto 2, sottopunto 2, ed è l’unica delle cinque che lega uno schema meccanico a un concetto di veicolo. L’asse a portale è un asse che ha di norma un disassamento verticale tra l’asse di rotazione della corona dentata e quello delle ruote, «che viene impiegato quando sono necessari una maggiore altezza da terra o un pianale ribassato per consentire l’accesso agevolato agli autobus urbani». La definizione prosegue descrivendo la costruzione: di norma il primo stadio di riduzione è una coppia conica e il secondo, vicino alle ruote, è una coppia di ingranaggi a denti dritti con interasse verticale. Il regolamento (UE) 2022/1379 ha aggiunto a quella frase le parole «(o elicoidali)».

Ne seguono due cose. Il disassamento è lo scopo dell’asse e non un suo effetto collaterale: il regolamento indica una maggiore altezza da terra o un pianale ribassato come l’esigenza da cui nasce lo schema, e lega la seconda, con parole sue, all’obiettivo di «consentire l’accesso agevolato agli autobus urbani»; lo stesso regolamento definisce il pianale ribassato come i codici veicolo CE, CF, CG e CH del regolamento (UE) 2018/858 (allegato I, tabella 3, nota 2). Inoltre il regolamento tratta gli assi a portale come un caso particolare nell’allegato I e nelle appendici dell’allegato VII. L’allegato I usa la gamma di assi per classificare gli autobus pesanti completi e completati: in base al punto 1.2.3, lettera d), e alla relativa figura 1, un autobus a pianale ribassato con codice veicolo CE o CG è «a entrata ribassata» se il suo tipo di asse è diverso dall’asse a portale; con un asse a portale è a entrata ribassata solo se ha un gradino nel corridoio centrale, e il valore predefinito è no. L’appendice 2 ha una riga usata solo per gli assi a portale, l’angolo tra l’asse del pignone e l’asse della corona, in gradi. L’appendice 4 contiene due criteri di famiglia riservati agli assi a portale — angolo del pignone rispetto al piano orizzontale entro ± 5°, angolo tra gli assi del pignone e della corona entro ± 3,5° — ed esenta gli assi a portale dal criterio della geometria della scatola ponte che vincola tutte le altre gamme.

Solaris specifica l’asse motore dell’Urbino 12 electric con trazione modulare, un autobus urbano elettrico a batteria, come asse a portale con barra stabilizzatrice, insieme a un motore elettrico centrale da 240 kW, su un autobus con una massa massima a pieno carico di 19 500 kg, fino a 20 000 kg a seconda del paese e degli pneumatici. La scheda dati nomina l’asse; non dice a quale delle due esigenze della definizione risponda.

Un tandem è fatto di due componenti, non di uno

Le ultime due definizioni descrivono una trasmissione passante. Un SRT è un asse a singola riduzione che trasferisce anche la coppia dalla sua flangia di ingresso, attraverso una flangia di uscita, a un altro asse; un HRT è un asse con riduttori ai mozzi con la stessa capacità. Su un tandem motore come l’RTH3312 di Volvo, la trasmissione passante è il modo in cui viene azionato il secondo asse: l’albero di uscita del gruppo di trasferimento aziona la trasmissione finale del secondo asse tramite un albero di trasmissione. La sigla della configurazione degli assi registra soltanto che due assi sono motori, mai come la coppia arrivi al secondo.

Il regolamento tiene conto dei due assi insieme, non della singola unità. Per un tandem misurato, il punto 4.4.8.5 dell’allegato VII somma le mappe delle perdite dei due assi singoli in un’unica mappa combinata; per i valori standard, l’appendice 3 stabilisce che gli assi tandem devono essere calcolati utilizzando l’efficienza combinata di un asse con trasmissione passante, SRT o HRT, più il corrispondente asse singolo, SR o HR. L’RTH3312 di Volvo mostra l’hardware: due unità a singolo stadio con coppia conica a dentatura spiroidale e riduttori ai mozzi, una scatola di distribuzione a ingranaggi cilindrici a denti dritti nel primo asse posteriore con rapporto 1:1, tre bloccaggi del differenziale, rapporti da 3,61 a 7,21:1, un carico massimo sul tandem di 33 000 kg e una massa complessiva massima della combinazione di 120 000 kg. La scatola di distribuzione non effettua alcuna riduzione; il numero sulla scheda delle specifiche resta il rapporto della riduzione ai mozzi. I 120 000 kg sono una caratteristica dell’asse, non una massa ammessa: i limiti di legge e la targhetta del veicolo stesso sono soglie distinte.

Che cosa presume la legge quando nessuno misura l’asse

Una famiglia di assi può essere certificata mediante misurazione, oppure il costruttore può accettare i valori standard dell’appendice 3 dell’allegato VII. Questi valori sono un’efficienza generica per le perdite dipendenti dal carico più una coppia resistente di base generica, e sono fissati per ciascuna gamma di assi.

Da quella tabella vale la pena di trarre due letture. La prima è il costo di non appartenere a nessuna delle cinque gamme nominate: a un asse che non rientra in nessuna di esse si attribuiscono un’efficienza di 0,90 e una coppia resistente di base di 150 + 50 × i Nm, contro 0,98 e 70 + 20 × i Nm per un semplice asse a singola riduzione. Nessuna delle due serie di valori è di per sé una coppia resistente: sono i coefficienti T₀ e T₁, e la coppia resistente è ciò che la formula restituisce a partire da essi. La seconda lettura ne discende: il valore della coppia resistente cresce con il rapporto, e nient’altro nella tabella lo fa. Applicando la formula dello stesso regolamento ai rapporti visti sopra, un asse a singola riduzione con rapporto 2,31 ottiene una coppia resistente di base di 116,2 Nm e un asse con riduttori ai mozzi con rapporto 5,41 ne ottiene 178,2 Nm: un nostro calcolo dalla tabella 1 e dai rapporti pubblicati, non numeri stampati nel regolamento. Conviene essere precisi su che cosa sposta questo confronto, perché sposta due cose insieme. La colonna dell’efficienza dipende dalla gamma di assi e non dal rapporto: ogni asse SR riceve 0,98 qualunque numero porti, e il calo a 0,97, 0,96 o 0,95 deriva dall’essere un HR, un SRT o SP, o un HRT. Solo T_d0 dipende da i_gear. Con i valori standard, quindi, un rapporto numericamente più alto è penalizzato soltanto sulla coppia resistente; la seconda penalità dell’esempio dipende dal passaggio a un’altra gamma, non dal cambiamento del numero.

Un’appendice separata stabilisce come si sceglie l’asse capostipite di una famiglia. In base al punto 4.1 dell’appendice 4, l’asse capostipite è quello con il rapporto assi più elevato; nel caso di più di due assi con lo stesso rapporto, il fabbricante «deve fornire un’analisi al fine di determinare quale asse rappresenti il caso peggiore come potenziale capostipite». Anche le caratteristiche che «potrebbero incidere sulla perdita di coppia» devono essere individuate e considerate nella scelta (punto 4.3), e l’autorità di omologazione «può ritenere» che il caso peggiore di perdita di coppia della famiglia possa essere caratterizzato meglio sottoponendo a prova ulteriori assi (punto 4.2).

Dove il numero compare sulla carta

L’allegato IV stabilisce i file prodotti dalla simulazione, ciascuno dei quali deve contenere le informazioni elencate «se del caso». Nel file dei registri del costruttore, il punto 1.7.4 è il tipo di asse — il modello stesso indica come esempio l’«asse a singola riduzione» — e il punto 1.7.5 è il rapporto assi. Nel file di informazioni per il cliente, il breve documento che deve accompagnare gli autocarri e gli autobus pesanti completi o completati quando sono immatricolati, venduti o messi in circolazione, cambio e asse si riducono a poche voci: valori del cambio misurati o standard, tipo di cambio, numero di marce, retarder sì o no e, al punto 1.2.8, il rapporto assi. Delle sei voci relative all’asse nel file dei registri, i punti da 1.7.1 a 1.7.6, solo il rapporto viene ripetuto nel file di informazioni per il cliente; il tipo di asse resta nel file dei registri del costruttore. Per i veicoli che utilizzano le tecnologie elencate nell’appendice 1 dell’allegato III, l’articolo 9, paragrafo 1, richiede soltanto i parametri di input della tabella 5 dell’allegato III, e quell’elenco non contiene né il rapporto assi né il tipo di asse.

È un dato da leggere insieme al cambio, non da solo. L’allegato IV esplicita la relazione dove descrive un gruppo propulsore elettrico integrato: il punto 1.14.6 del file dei registri del costruttore è il rapporto di trasmissione totale più basso, «la marcia più alta per il rapporto assi, se del caso». Facendo la moltiplicazione, un’ultima marcia in presa diretta e un’ultima marcia in overdrive raggiungono lo stesso rapporto totale con rapporti al ponte diversi — un calcolo nostro, non una riga stampata nel regolamento; il lato del cambio in questa scelta è trattato nella pagina sui cambi automatizzati. L’RSS1344C di Volvo illustra il punto sul piano della disponibilità più che della teoria: dei due modelli coperti dalla scheda, il 3,70:1 è offerto sia sull’FM sia sull’FH, il 4,11 e il 4,63:1 sull’FM ma non sull’FH, e il 5,29:1 sull’FM solo in versione 4×2. Quella scheda, come quella dell’RSS1370A, è scritta intorno a una coppia dell’unità di trazione elettrica — 2 600 Nm — e non nomina alcun motore. Un rapporto con cui un asse viene prodotto non è sempre un rapporto offerto su ogni modello.

A che cosa serve un asse, Volvo lo dice in ogni scheda tecnica con parole sue. L’RSS1370A «has fast ratios and is intended for high speed heavy transports»; l’RSS1344C «is intended for high-speed transport on good roads»; l’RSH1370F «is designed to be used for heavy transports on demanding and hilly roads»; l’RTH3312 «is designed for heavy, demanding haulage and train weights of up to 120 ton».