Trazioni alternative

Mercedes (HAD): trazione integrale a comando

Arocs HAD Driving Experience 2015di Ferdinando Tagliabue

HAD sta per Hydraulic Auxiliary Drive ovvero ausilio alla partenza con un pulsante. Una soluzione che, avvalendosi della trazione idraulica (sulle ruote anteriori) e completamente compatibile con PowerShift Mercedes 3, permette di disporre di una trazione integrale senza per questo avere le penalizzazioni di costi, peso e consumo dei sistemi di trazione integrale meccanica.

Ma la trazione integrale serve? C’è chi la ritiene indispensabile mentre per altri è del tutto inutile. A nostro avviso entrambe le posizioni andrebbero mediate. Vi sono situazioni in cui solo la trazione integrale è in grado di risolvere un problema e ve ne sono altrettante numerose risolvibili senza dover ricorrere alla trazione integrale.
Mercedes, con il suo Arocs, ha realizzato un veicolo con un elevatissimo grado di specializzazione nell’offroad che mette a disposizione dell’utenza svariate configurazioni di motori, assali, sistemi di trazione, passi, telai, cabine. Si tratta di un veicolo proposto in esecuzione senza trazione integrale (versioni più adatte ad impieghi di cantieristica leggera ed uso prevalentemente stradale, sia con trazione integrale in due esecuzioni, inseribile (per impieghi non particolarmente gravosi) e permanente (per l’offroad più duro). A completare ulteriormente la già vasta offerta ecco che ora Mercedes propone l’Arocs anche con un sistema di trazione idraulica ausiliaria (HAD ovvero Hydraulic Auxiliary Drive).
Questa soluzione, nuova per Mercedes ma già da tempo proposta da altri due costruttori, è in pratica un sistema di trazione idraulica ausiliaria delle ruote anteriori che risulta particolarmente utile per gli impieghi occasionali su terreni sconnessi, innevati o sdrucciolevoli.
Vi sono veicoli da cantiere che sono utilizzati solo occasionalmente nell’offroad o che nella loro attività percorrono quotidianamente tratti magari brevi ma impegnativi e ripidi che rendono necessario un sistema di ausilio alla partenza come appunto l’HAD
Il sistema HAD è progettato per agevolare lo spunto, infatti il sistema entra in funzione (se volontariamente attivato) solo quanto si rende necessario migliorare la trazione e la motricità in presenza di pendenze molto forti o terreni difficili. A differenza dei tradizionali sistemi di trazione integrale, siano essi fissi o inseribili, l’HAD comporta un incremento di peso molto contenuto e non ha nessuna influenza in termini di consumi o di emissioni.
Un pulsante e via

Arocs HAD Driving Experience 2015L’HAD perfettamente compatibile e abbinabile con il cambio automatizzato PowerShift 3 (a 12 e 16 marce) è stato sviluppato da Mercedes utilizzando i componenti di Poclain, specialista mondiale nei sistemi di trazione idraulica.
L’attivazione del sistema HAD avviene attraverso un pulsante disposto sul cruscotto che dopo essere stato premuto (anche durante la marcia) attiva immediatamente la trazione sugli assali anteriori. Ovviamente il sistema può coesistere con il bloccaggio dei differenziali, accrescendo in questo modo la flessibilità operativa.
Il sistema HAD può equipaggiare veicoli in esecuzione 4×2 e 6×2 con asse posteriore aggiunto ma anche 6×4 e con due motorizzazioni entrambe proposte con 4 differenti livelli di potenza, l’OM 470 da 10,7 litri con potenze da 326 a 428 CV (240 – 315 kW)e l’ OM 471 da 12,8 litri e potenze comprese tra 421 e 510 CV (310 – 375 kW).
Come è fatto?

Arocs HAD Driving Experience 2015Il sistema HAD è costituito da una pompa idraulica ad alta pressione, un asse anteriore con motori sui mozzi delle ruote, un modulo laterale e un blocco di comando valvole; le parti idrauliche sono collegate tra loro mediante un sistema di condotti con diversi livelli di pressione. Il cuore del sistema HAD è la pompa ad alta pressione posizionata centralmente sul motore ed azionata dal relativo sistema ad ingranaggi. Questa pompa è in grado di sviluppare fino a 112 kW, ha una portata che raggiunge i 350 litri al minuto, con una pressione massima di 450 bar mentre l’asse anteriore, che dispone di sospensioni meccaniche e freni a disco, è disponibile con due diverse curvature, abbinate in funzione della serie costruttiva. Per l’integrazione dei motori sui mozzi delle ruote a sinistra e a destra, i fusi a snodo e il gruppo dei mozzi e cuscinetti ruota sono stati appositamente riprogettati.
I motori idraulici sui mozzi delle ruote (lubrificati con olio idraulico attraverso i perni e i fusi dell’asse) trasformano la pressione idraulica in lavoro meccanico. Sono motori a piĂą pistoni radiali con un gruppo propulsore posizionato centralmente e dieci cilindri disposti in cerchio. I pistoni, dotati di rotelle di presa sulle punte, sono spinti alternativamente dalla pressione idraulica verso l’esterno contro un anello a camma. Attraverso la forza antagonista si crea una coppia che aziona le ruote anteriori. I motori sui mozzi delle ruote (di 934 cc) hanno una potenza di 40 kW rispettivamente e una coppia massima di 625 Nm per ruota.
Un distributore rotante posto nel fuso a snodo provvede a proteggere i flessibili ad alta pressione dell’impianto idraulico dal rischio di torsione durante la sterzata; in questo modo il sistema deve solo compensare i movimenti di molleggio e non quelli dello sterzo, a tutto vantaggio della durata dell’impianto.
Tre circuiti per il sistema idraulico

Arocs HAD Driving Experience 2015Sono tre i circuiti che compongono il sistema idraulico. C’è un circuito ad alta pressione (fino a 450 bar) che produce la pressione di lavoro per sviluppare la potenza dei motori nei mozzi delle ruote dell’assale anteriore; il circuito a bassa pressione (fino a 30 bar) è collegato ad un radiatore a parte e provvede a regolare il sistema tenendo i pistoni dei motori sui mozzi ruota nella posizione di partenza quando non sono necessari; infine vi è una tubazione di recupero senza pressione che riporta al serbatoio l’olio idraulico in eccesso.
Nell’impianto idraulico circolano in tutto 32 litri di olio (di tipo sintetico come quello utilizzato per i cambi degli autocarri) con un campo di azione che va da -40 a + 90°C. Nel caso in cui le temperature siano particolarmente rigide l’olio viene riscaldato automaticamente fino a raggiungere i 15°C in modo da garantire l’immediata disponibilità del sistema.
Nel caso di temperature molto alte si attiva un gruppo di raffreddamento posto nel modulo laterale sul lato destro dl telaio, composto da un radiatore olio e da una ventola (con potenza di 20 kW), da un serbatoio idraulico e da un filtro dell’olio.
Nel modulo laterale sotto il telaio si trovano le valvole destinate al comando del sistema di trazione idraulica; da qui viene trasmessa una quantità di olio che scorre dal circuito ad alta pressione a quello a bassa pressione per assicurare il raffreddamento. Nel blocco di comando valvole si trovano anche i sensori di pressione dei diversi circuiti, nonché un sensore di temperatura.
TCM: il cervello del sistema

OK ME DSC_2244La centralina TCM (Transmission Auxiliary Drive) è il vero e proprio cervello del sistema HAD e comanda la pompa, il blocco di comando valvole e le ventole, in pratica il sistema di trazione nel suo insieme. Tra le caratteristiche del sistema di comando progettato da Mercedes è che, indipendentemente dalla situazione di marcia, sull’asse anteriore viene sviluppata solo la coppia che è realmente necessaria alla trazione e ciò è reso possibile dalla presenza di sensori in grado di riconoscere lo slittamento, il peso e l’angolo di inclinazione del veicolo. Rispetto ai tradizionali sistemi di trazione “tutto o niente” HAD permette di utilizzare solo la forza che effettivamente serve, a tutto vantaggio del contenimento di consumi e di emissioni.
FacilitĂ  di guida

Arocs HAD Driving Experience 2015I cambi automatici si sono ormai ampiamente affermati anche nel settore dell’edilcantieristica e nel caso di Mercedes oltre il 90% dei suoi veicoli da cantiere adotta il cambio automatizzato PowerShift 3 peraltro perfettamente compatibile con il sistema HAD. Ciò si traduce, specie operando nel cava cantiere, in una maggior protezione per tutti gli organi meccanici, dal motore agli assi motori e una maggior facilità di guida.
A differenza di altri sistemi analoghi l’HAD si attiva in funzione della coppia, mettendo così a disposizione solo la potenza che realmente serve, in base alle esigenze espresse dalla pressione esercitata sull’acceleratore. In fase di spunto il sistema aumenta la pressione automaticamente per assicurare la coppia di spinta necessaria su terreni difficili o in pendenza.
La trazione ausiliaria è attiva fino a 25 km/h; oltre questa velocità il sistema rimane passivo ma non appena la velocità scende nuovamente sotto questo limite l’HAD si riattiva automaticamente. Se il veicolo supera i 60 km/h (e anche dopo lo spegnimento del motore) il sistema HAD si disattiva automaticamente allo scopo di proteggere i gruppi meccanici e ridurre consumi ed emissioni.
A differenza di quanto avviene per i tradizionali sistemi di trazione integrale, l’HAD non ha nessuna influenza sull’angolo di sterzata e sullo sforzo al volante, inoltre, grazie al disaccoppiamento della trazione anteriore non vi è il rischio di distorsioni all’interno della catena cinematica.
Anche in termini di peso il sistema HAD risulta vantaggioso rispetto ai sistemi di trazione integrale tradizionali. L’HAD incide sulla massa del veicolo per 400 kg, quindi molto meno di un sistema di trazione integrale inseribile e ancor meno per un sistema a trazione integrale permanente. Ed infine un altro aspetto positivo: il sistema HAD è totalmente esente da manutenzione e quindi non richiede costi aggiuntivi e tempi di fermo macchina.

Spunto e frenata ai massimi livelli

BOX 1Tra le offerte disponibili (a richiesta) per l’Arocs c’è anche la frizione con Turbo Retarder di seconda generazione (TRK), un dispositivo che assolve, in un unico componente, alla duplice funzione di frizione di avviamento idrodinamica e di retarder. La frizione TRK, gi collaudata sui trattori eccezionali Actros SLT e Arocs SLT ha una struttura compatta e leggera, permette partenze allo spunto della massima precisione, esenti da usura, manovre a bassissima velocitĂ  (utilissimi in tante occasioni nel lavoro in cava e in cantiere) ed è anche un retarder estremamente efficiente. Grazie alla frizione TRK è possibile utilizzare rapporti al ponte piĂą lunghi e nella marcia stradale ridurre rumorositĂ , consumi ed emissioni. Nella frizione TRK le giranti della pompa e della turbina sono contrapposte una di fronte all’altra, senza entrare in contatto. La girante mobile della pompa si trova sul lato del motore, mentre quella della turbina è sul lato del cambio. La trasmissione della coppia motrice fra le giranti avviene senza usura, tramite un olio per cambi automatici. Premendo l’acceleratore un sistema di aria compressa provvede a pompare l’olio nella frizione TRK e così si realizza l’accoppiamento dinamico tra motore e albero di entrata del cambio. Tutto ciò si traduce in un sistema di trasmissione piĂą rapido, morbido e non soggetto ad usura in condizioni di slittamento elevato con la coppia del motore al massimo. Una volta superata la fase di spunto, la frizione TRK viene esclusa e l’olio convogliato fuori dal corpo della frizione mediante la forza centrifuga; a questo punto l’accoppiamento dinamico tra motore e cambio avviene in modo convenzionale e con il massimo rendimento, tramite una frizione tradizionale. La frizione TRK ha un peso di circa 120 kg ma rispetto alla tradizionale frizione bidisco la differenza è di soli 78 kg In fase di frenata, la girante della turbina viene bloccata e nel corpo della frizione viene pompato nuovamente olio; è così che la frizione TRK si trasforma in un potente retarder primario. Ricordiamo che l’Arocs può vantare la notevole potenza frenante del suo motore che, con l’High Performance Engine Brake, arriva fino a 475 kW (646 CV); il retarder primario integrato della frizione TRK arriva ad erogare altri 350 kW (476 CV)! Per proteggere il cambio, la potenza totale di entrambi i sistemi frenanti viene “limitata” a 720 kW (979 CV); va ricordato che questa potenza è disponibile non solo in corrispondenza del regime nominale ma su un’ampia fascia di regimi, in modo da garantire la massima sicurezza e protezione dei freni di esercizio nella marcia in discesa anche con pesi particolarmente elevati. Ricordiamo infine che la frizione TRK è disponibile per l’Arocs in versione carro heavy duty in esecuzione 6×4, 6×6, 8×4 e 8×8 e per trattori per semirimorchio in versione 6×4 a 8×4. La scelta in termini di motorizzazioni è assai ampia e va dall’OM 471 da 12,8 litri con 4 livelli di potenza da 310 375 kW (421 – 510 CV)fino all’OM 473 con potenze comprese tra 380 e 460 kW (517 – 625 CV). Per quanto concerne la trasmissione è possibile scegliere tra il cambio G 330-12 a 12 marce oppure il G 280-16 a 16 rapporti (tre i programmi di marcia: Offroad, Power e Heavy.

Dura una vita

Arocs HAD Driving Experience 2015Chi acquista un Arocs con sistema HAD può contare su un livello di affidabilitĂ  eccellente poichĂ© secondo i tecnici Mercedes il sistema è progettato per durare per l’intera vita di un veicolo da cantiere nelle tipiche condizioni di impiego misto strada e sterrato. Una severa sperimentazione da parte di Mercedes ha saggiato il sistema in maniera particolarmente intensiva su scenari e impieghi tra i piĂą estremi, dal Circolo Polare Artico, alle prove pratiche presso clienti in cava, in galleria e sulle piĂą impegnative piste di collaudo a Wörth. Se a causa delle difficili condizioni di impiego su sterrato si verificassero danni al circuito ad alta pressione del sistema idraulico, a differenza di altri sistemi, ciò non comporterebbe un’avaria totale in quanto il blocco di comando valvole interrompe immediatamente l’adduzione dell’olio al circuito danneggiato, reimposta su zero la portata della pompa ad alta pressione riducendo in questo modo le perdite di olio senza considerare che il conducente viene immediatamente avvertito del danno tramite segnali visivi e acustici sul quadro strumenti.