I bloccaggi dei differenziali nella guida

Adesso passeremo ad analizzare il comportamento dei differenziali nei casi più comuni in cui potremmo trovarci. Nello schema seguente troviamo il motore, rappresentato con i 4 cilindri, che aziona tramite un albero di trasmissione il differenziale centrale, che distribuisce il moto a due assi di trasmissione, uno verso il differenziale anteriore e uno verso il differenziale posteriore.

I 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 differenziale anteriore e due unità verso quello posteriore.

I differenziali ant. e post. 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”.

Una ruota senza aderenza 

Spiegheremo adesso cosa succede quando una ruota si trova in condizioni di poca o nulla aderenza.

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. 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 fa r 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.

Nei veicoli in cui è possibile, si otterrebbe un effetto simile bloccando il differenziale anteriore. 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 nella seguente 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.

È da notare che in questa situazione l’eventuale bloccaggio del differenziale anteriore non sarebbe di nessun aiuto.

Sempre nel caso di avere due ruote senza aderenza consideriamo quando 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.

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 è quello in cui tre ruote sono in condizioni di scarsa aderenza, situazione non comune ma neppure impossibile nella pratica del fuoristrada. In figura è mostrata 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.

Si ricorda che per “bloccato” si intende un differenziale bloccato sia totalmente che parzialmente, come quasi in tutte le occasioni troviamo, primo perché un bloccaggio totale viene realizzato quasi sempre manualmente e a volte intervenendo direttamente su di esso, secondo perché una percentuale di coppia applicata su di una ruota è più che sufficiente per muoversi in quasi tutte le occasioni ed usando un differenziale torsen abbiamo la certezza di un intervento sul bloccaggio efficace ed istantaneo come abbiamo già visto.