ZF 9HP: il primo automatico a 9 marce

Solo fino a pochi anni fa sarebbe stata fantascienza. Oggi invece il primo cambio automatico a nove marce destinato ad un’automobile è diventato realtà. Il merito è di ZF, colosso tedesco specializzato nello sviluppo di tecnologie al servizio dell’automotive, che negli anni ha imparato a farsi conoscere anche dal grande pubblico grazie ai collaudati sistemi di trasmissione automatici forniti, per esempio, a costruttori del calibro di BMW e Maserati.

ZF Friedrichshafen AG, questo il nome completo dell’azienda, ha pensato questo cambio a nove rapporti per le auto con motore trasversale e trazione anteriore e lo ha progettato prestando particolare attenzione alla modularità, in modo tale che, anche per merito delle dimensioni molto compatte, potesse essere abbinato senza troppe difficoltà a numerosissimi modelli di auto, indipendentemente dalla Casa automobilistica, e persino alle vetture dotate di trazione integrale.

Prodotto negli USA

ZF vede un grande potenziale di mercato per il nuovo cambio automatico a 9 rapporti in Nordamerica, il principale mercato di crescita del Gruppo tecnologico nel 2012. È sicuramente anche per questo motivo quindi che l’Azienda tedesca ha deciso di produrre il 9HP nel nuovo stabilimento di Gray Court, in South Carolina negli Stati Uniti, dove ZF ha finora investito 430 milioni di dollari (circa 330 milioni di euro).

Consumi giù del 16%

Il costruttore tedesco ha sviluppato questo sistema di trasmissione a nove marce con il preciso obiettivo di favorire l’efficienza energetica e quindi il contenimento dei consumi e delle emissioni. Il risultato è un cambio capace di ridurre i consumi fino al 16% ad una velocità costante di 120 km/h rispetto al sistema di trasmissione a 6 rapporti della ZF di precedente generazione. Per capire come sia possibile è sufficiente pensare che il 9HP in nona marcia, alla velocità di 120 km/h, fa girare il motore a soli 2.170 giri/min, a fronte dei 2.890 giri al minuto del vecchio cambio a 6 rapporti.

In generale in ogni caso, il software di gestione delle logiche di cambiata permette al motore di girare sempre nella fascia di regime più favorevole per il consumo di carburante, a meno che non si desiderino assaporare fino in fondo le doti del propulsore, affondando il piede sul pedale del gas. Per ottenere questo risultato gli ingegneri tedeschi hanno provveduto a realizzare un cambio con spaziatura complessiva fra i rapporti assai ampia (9,81). Ciò nonostante, il nuovo cambio permette di realizzare salti di marcia particolarmente ridotti.

Sviluppato per le auto a trazione anteriore con motore trasversale

Non c’è dubbio che ZF abbia deciso di realizzare questo tipo di cambio proprio per le ampie possibilità di applicazione che offre sul mercato. Attualmente infatti circa il 75% delle vetture che circolano nel mondo è dotato di trazione anteriore con motore trasversale, ma non solo. Per di più infatti questo tipo di architettura meccanica dimostra di essere sempre più utilizzata a livello globale. Inoltre il 9HP è adattabile a numerose categorie di veicoli, a partire dalle utilitarie fino ai SUV compatti. Queste caratteristiche hanno già spinto nel 2013 Land Rover ad installare il 9HP sulla Range Rover Evoque, mentre entro la fine dell’anno il Gruppo Chrysler avvierà la produzione su licenza del cambio automatico a 9 rapporti che la Casa statunitense introdurrà inizialmente sulla nuova Jeep Cherokee.

Come funziona

L’elevato numero di rapporti del 9HP è stato realizzato da ZF mediante quattro rotismi epicicloidali semplici e sei elementi d’innesto. Per ZF la vera sfida nel realizzare questo nuovo sistema di trasmissione era quella di riuscire ad alloggiare tutte le diverse componenti nel minor spazio possibile. A causa del principio costruttivo di base infatti, la larghezza delle autovetture con motore trasversale e a trazione anteriore limita notevolmente lo spazio riservato per il cambio. Per questo motivo, i rotismi del 9HP non sono sistemati uno dietro l'altro sull’asse longitudinale, ma sono stati inseriti in modo intelligente l’uno all’interno dell’altro.

Per ottenere dimensioni compatte gli ingegneri tedeschi inoltre si sono serviti di innesti a denti frontali azionati idraulicamente, che offrono il vantaggio di poter essere integrati senza influenza rilevante sulla lunghezza del cambio e allo stesso tempo mettono a disposizione un rendimento elevato. Mentre nel caso di elementi d’innesto a disco si vengono a creare sensibili coppie di trascinamento, queste perdite sono invece minime nel caso di innesti a denti frontali come quelli adottati dal 9HP. Questo aspetto è molto importante per il concetto plurimarcia che sta alla base del 9HP: il miglior rendimento offerto da un elevato numero di rapporti infatti non va disperso a causa di perdite da trascinamento.

Obiettivo: prestazioni elevate, consumi ridotti

Nel 9HP viene impiegato un convertitore di coppia come elemento di avviamento standard. In particolare gli automobilisti statunitensi e quelli dei Paesi asiatici apprezzano molto l’elevato elevato comfort di avviamento e manovrabilità offerto da questo tipo di cambio automatico. Le perdite idrauliche vengono minimizzate da uno smorzatore torsionale a più stadi, permettendo una rapida chiusura del convertitore già a bassi regimi. In questo modo si riducono i consumi e si aumentano il comfort e la dinamica di marcia grazie al collegamento diretto al motore.

Inoltre, per un’esperienza di guida più diretta, ZF ha regolato tutti i componenti di controllo e comando su tempi di reazione al di sotto della soglia di percezione e ha previsto innesti particolarmente rapidi. Un’altra particolarità del 9HP è che permette anche cambiate multiple dirette che vogliono accentuare la vocazione sportiva di questo cambio automatico. La gestione delle cambiate può essere comandata sia dal software in maniera automatica che da chi trova posto dietro al volante per mezzo di paddles collocati dietro al volante. I punti d’innesto e la dinamica di cambiata sono studiati dal software di gestione in maniera da essere estremamente variabili, così da rispondere alle esigenze di chi è più attento al comfort e all’ottimizzazione dei consumi, fino a chi è alla ricerca di prestazioni sportive.

Al fine di poter essere installato sul maggior numero possibile di vetture, il nuovo cambio automatico 9HP è stato realizzato come un sistema modulare. Ad esempio per il funzionamento nel caso di vetture dotate di trazione integrale, è possibile collegare un ripartitore di coppia supplementare. A tale scopo ZF ha sviluppato un proprio sistema con funzione di disaccoppiamento mirato denominato ECOnnect che inserisce la trazione posteriore solo in caso di necessità. Questa scelta tecnica comporta secondo ZF un risparmio di carburante fino al 5% rispetto ad un sistema con trazione integrale permanente.

Inoltre il cambio automatico a 9 rapporti è studiato fin dall’origine per essere abbinabile ai sistemi Start&Stop di ultima generazione, ma nonostante questo non necessita di una pompa dell'olio supplementare, a tutto vantaggio del risparmio energetico e quindi del contenimento dei consumi. Inoltre poiché al momento del riavviamento imposto dallo Start&Stop il 9HP non deve far altro che chiudere un singolo elemento d’attrito, i tempi di reazione sono molto brevi. La grande adattabilità di questo cambio inoltre è data anche dalla struttura aperta del software e quindi delle interfacce e della centralina elettronica, che potrà quindi essere tarata in maniera specifica su diverse tipologie di vetture.

Le nostre impressioni di guida

Abbiamo avuto la possibilità di provare in anteprima, in Germania, il nuovo cambio automatico a 9 marce della ZF montato su una Range Rover Evoque ancora in fase di sviluppo con motore da 2.0 litri Si4 a benzina in grado di erogare 241 CV (177 kW). Il nuovo 9HP infatti arriverà sotto al cofano della SUV di successo britannica solo entro la fine dell’anno (anche sulle varianti a gasolio) e per questo motivo gli ingegneri tedeschi sono ancora al lavoro per gli ultimi affinamenti tecnici, oltre che per effettuare le fasi di test finali sui prototipi che abbiamo avuto modo di guidare in esclusiva.

Avviamo il motore e portiamo la manopola di selezione del cambio in posizione D per testare il 9HP in maniera completamente automatica e per far mettere alla prova le logiche di funzionamento del software che gestisce le cambiate. Adottiamo uno stile di guida rilassato, completamente votato al confort, e scopriamo che è proprio in questo frangente che il 9 marce della ZF rivela tutta la sua grande potenzialità. In città, con accelerazioni e decelerazioni continue a causa di rotonde, stop, semafori e traffico il 9HP lavora continuamente, senza sosta, inserendo in ogni circostanza la marcia più adatta al fine di mantenere il motore ad un numero di giri il più basso possibile.

In nona marcia si “veleggia”

È incredibile notare come il motore a benzina della Evoque rimanga sempre intorno ai 1.700-2-000 giri/min, un valore estremamente basso per un’unità non alimentata a gasolio. Un’occhiata al quadro, procediamo a 60 km/h e il cambio ha già innestato la sesta marcia, ma a 110 km/h è già inserita la nona, con il motore che permette alla Evoque di avanzare praticamente veleggiando a meno di 2.000 giri/min (pensate in cosa si traduce questo su un motore diesel, che di suo “gira” ad un numero di giri più basso rispetto al benzina).

I cambi marcia sono più che rapidi, si avverte un leggerissimo effetto trascinamento ma solo se vi si presta particolare attenzione. Il cambio non ha la rapidità paragonabile a un doppia frizione, ma in ogni caso offre innesti comunque quasi impercettibili e assolutamente confortevoli nella guida in città, una caratteristica imprescindibile per un cambio come questo, che deve continuare a mettere e togliere marce diverse.

Ottimo comportamento in scalata

Quando si desidera maggiore spunto invece è sufficiente affondare il piede sul pedale del gas, il software di gestione recepisce il segnale in maniera immediata, scalando repentinamente le marce (anche due o tre rapporti alla volta!) in base alla necessità e permettendo al motore di esprimere senza esitazione tutto il suo potenziale. Ottimo quindi il comportamento in scalata quando si necessita di effettuare brusche accelerazioni, per esempio in fase di sorpasso.

In sostanza il comportamento del 9 HP si è rivelato tranquillamente paragonabile a quello dell’otto marce automatico (8HP) della ZF sviluppato per vetture a trazione posteriore e motore longitudinale che abbiamo avuto modo di testare per esempio sulla BMW Serie 1 di ultima generazione. Il 9HP però offre il vantaggio aggiuntivo di poter disporre di un rapporto in più e soprattutto di una gestione delle cambiate più parcellizzata che permette al motore di lavorare in maniera ancora più efficiente rispetto all’otto marce.

Quando si guida in modalità sportiva, invece…

Durante l’ultima parte della nostra breve prova abbiamo invece portato la manopola di selezione del cambio in posizione S così da poter controllare il 9HP attraverso i paddles posti dietro al volante e in modo tale da essere in grado di mettere alla prova le sue doti durante la guida a velocità elevata e ritmi più sostenuti. In questo caso il 9 marce della ZF si dimostra comunque reattivo e pronto in ogni situazione, ma comunque meno a suo agio rispetto alla guida rilassata che avevamo adottato in precedenza.

I tempi di cambiata rimangono rapidi, ma l’elevato numero di rapporti costringe chi si trova al volante ad intervenire continuamente sui paddles per ottenere il massimo dal propulsore e questa operazione alla lunga può risultare impegnativa. In questo frangente ci rendiamo conto che il 9HP è un cambio che nasce principalmente per funzionare in maniera completamente automatica, con il software di gestione che si occupa di inserire continuamente il rapporto più adatto alla situazione contingente.

Naturalmente la modalità manuale, gestibile attraverso i paddles, risulta fondamentale nel caso in cui ci si trovi ad affrontare terreni a scarsa aderenza, come per esempio in caso di neve o, perché no, nel caso di una vettura come l'Evoque, qualora si dovessero affrontare strade bianche e percorsi offroad. In questi casi infatti risulta fondamentale intervenire manualmente sulla gestione delle marce inserite per effettuare eventuali manovre di disimpegno e per riuscire a trovare trazione anche nelle situazioni più difficili. 

Consumi

Nel corso della nostra breve presa di contatto con il 9HP non siamo riusciti a fare una vera e propria prova di consumo, ma non è difficile supporre che, offrendo la possibilità di procedere in autostrada a 120-130 km/h con il motore a benzina che gira intorno ai 2.000 giri/min, questo innovativo sistema di trasmissione offra consistenti vantaggi in termini di consumi di carburante.