Auto elettrica e cambio automatico, come avviene la trasmissione

1. Cambio automatico, come funziona
2. Perché il motore elettrico non ha il cambio?
3. Come si guida una macchina elettrica con cambio automatico?
4. Perché le auto ibride hanno il cambio automatico?
5. Le evoluzioni proposte dalle case automobilistiche
6. Manutenzione della trasmissione: cosa cambia con l’elettrico?

Nelle auto a motore termico, il cambio automatico gestisce autonomamente il passaggio tra i diversi rapporti di trasmissione, senza richiedere al conducente l’utilizzo del pedale della frizione e l’inserimento manuale delle marce. Il sistema seleziona il rapporto più adatto in funzione di diversi parametri, tra cui velocità del veicolo, regime del motore, pressione sull’acceleratore e condizioni di guida. L’obiettivo è mantenere il motore in un intervallo di funzionamento adeguato, conciliando prestazioni, comfort ed efficienza.

Il principio di funzionamento varia in base alla tecnologia utilizzata. Esistono infatti cambi automatici tradizionali con convertitore di coppia, trasmissioni a doppia frizione, cambi robotizzati e sistemi a variazione continua (CVT). La presenza di più rapporti è particolarmente importante perché i motori a combustione interna sviluppano coppia e potenza in intervalli di regime specifici. Il cambio permette quindi di adattare la velocità di rotazione del motore alle diverse condizioni di marcia.

La struttura del motore elettrico presenta caratteristiche distintive che eliminano la necessità di un cambio tradizionale:

• efficienza elevata. I motori elettrici mantengono un’efficienza ottimale in un ampio intervallo di giri, rendendo inutile l’uso di molteplici marce per variare la velocità o la potenza;
• complessità ridotta. Senza il cambio, il sistema di propulsione è più semplice e robusto e contribuisce a minimizzare i rischi di guasti nonché a ridurre i costi di manutenzione;
• prestazioni superiori. Il motore elettrico fornisce la sua massima coppia immediatamente dallo zero, assicurando un’accelerazione rapida e reattiva senza la necessità di passare attraverso diverse marce.

Come funziona il cambio di una macchina elettrica?

La maggior parte delle auto elettriche non utilizza un cambio automatico tradizionale a più rapporti, ma una trasmissione a rapporto fisso dotata di un riduttore. Questo permette al veicolo di operare senza la necessità di cambi manuali di marcia, garantendo una guida più liscia e continua. Il cambio a rapporto unico si avvale di un riduttore, che adatta la velocità del motore alle ruote, ottimizzando così l’efficienza energetica e le prestazioni del veicolo. La scelta di questa soluzione tecnica è dettata dalla capacità del motore elettrico di operare efficacemente su un vasto range di giri, eliminando il bisogno di una trasmissione multistadio. Il cambio di una macchina elettrica, che sia allestito dentro alla classica leva o si presenti attraverso una serie di pulsanti, riassume le funzioni fondamentali di tutte le trasmissioni indicate con D (Drive) ossia avanti, R (Reverse) indietro, N (Neutral) folle e P (Parking) parcheggio, posizioni comuni a tutti i cambi automatici.

Come funziona la trasmissione di una macchina elettrica?

La trasmissione delle auto elettriche è generalmente costituita da un meccanismo di trasmissione a singolo rapporto che connette direttamente il motore alle ruote. Tale sistema di trasmissione diretta o a rapporto fisso permette un trasferimento di potenza immediato e senza interruzioni migliorando sia l’efficienza che la risposta del veicolo durante la guida. Grazie a questa configurazione, le auto elettriche possono beneficiare di una partenza istantanea e di una maggiore efficienza generale, particolarmente importante per ottimizzare l’autonomia del veicolo.

La guida di un’auto elettrica con cambio automatico differisce molto da quella di un veicolo con cambio manuale:

• l’assenza di cambi di marcia consente un’accelerazione più fluida e senza scosse;
• la tecnica della frenata rigenerativa consente di recuperare energia durante la frenata, influenzando la dinamica di guida. Quando si rilascia l’acceleratore, il motore elettrico può contribuire a rallentare la vettura con un’intensità che varia in base al modello e alle impostazioni selezionate. In alcune auto elettriche, una rigenerazione particolarmente intensa permette di ricorrere meno frequentemente al pedale del freno, dando origine alla cosiddetta modalità one pedal driving;
• la guida diventa più intuitiva, con minori distrazioni legate alla gestione del cambio, rendendo il veicolo accessibile anche a chi non ha esperienza con il cambio manuale.

Le auto ibride sfruttano questo modello di cambio per gestire al meglio l’interazione tra il motore elettrico e quello a combustione. Tale sistema è determinante per ottimizzare l’efficienza del consumo di carburante, infatti il cambio automatico nelle ibride regola finemente il bilanciamento tra i due motori, con una conseguente riduzione delle emissioni. Inoltre, il sistema permette transizioni fluide tra i diversi modi di propulsione e offre accelerazioni ottimali e una guida confortevole.

I motori a combustione interna operano generalmente entro un intervallo di giri che varia da 1.000 a 6.000 al minuto e la coppia erogata non è costante all’interno di questa gamma. Ciò rende essenziale l’uso di un cambio che adatti il rapporto di trasmissione alle diverse necessità di guida. Al contrario, i motori elettrici per veicoli possono operare da 0 a 20.000 giri al minuto, offrendo una distribuzione della coppia più uniforme ed efficace su un intervallo molto più ampio. Questo permette alle auto elettriche di accelerare da ferme e raggiungere velocità autostradali senza cambiare marcia.

Tuttavia, le sfide emergono nel tentativo di raggiungere velocità massime molto elevate, che richiederebbero un rapporto di trasmissione più lungo, potenzialmente limitando l’accelerazione iniziale. Per questo motivo, alcuni produttori stanno esplorando soluzioni innovative.

Principali costruttori a confronto

Sebbene la maggior parte delle auto elettriche utilizzi una trasmissione a rapporto singolo, esistono alcune eccezioni, soprattutto tra i modelli ad alte prestazioni. Porsche Taycan, per esempio, adotta un cambio a due rapporti sull’asse posteriore. Il primo favorisce accelerazione e coppia alla partenza, mentre il secondo contribuisce ad efficienza e prestazioni alle velocità più elevate. Una soluzione analoga è presente sulle versioni più potenti della Lotus Eletre, che abbinano alla trasmissione a rapporto singolo dell’asse anteriore un sistema a due rapporti su quello posteriore. Le versioni meno potenti mantengono invece una trasmissione single-speed su entrambi gli assi.

Questi esempi dimostrano come il cambio a più rapporti non sia indispensabile per un’auto elettrica ma possa essere utilizzato in alcuni modelli per trovare un diverso equilibrio tra accelerazione, efficienza e prestazioni alle alte velocità.

La trasmissione di un’auto elettrica è generalmente più semplice rispetto a quella di un veicolo con motore termico. L’assenza di un cambio tradizionale a più rapporti e della frizione riduce il numero di componenti meccanici soggetti a usura, ma non elimina la necessità di una corretta manutenzione. Riduttore, differenziale, cuscinetti e altri organi della trasmissione devono essere controllati secondo le indicazioni del costruttore. Anche eventuali rumori, vibrazioni o anomalie nel trasferimento della coppia richiedono verifiche specifiche. La manutenzione delle auto elettriche richiede quindi interventi in parte differenti e competenze adeguate alle nuove tecnologie.

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