Audi quattro: i segreti di 40 anni di sviluppo hi-tech

Dalla storica Ur Quattro del 1980 alle “zero emission” e-tron, e-tron Sportback e relative “derivate” S: tutti i dettagli di una tecnologia in continua evoluzione.

La trazione su tutte e quattro le ruote esiste, si può dire, da quanto l’automobile era… cucciola: i primi esempi di applicazione risalgono agli albori del 20. secolo. Si tratta, quindi, di un principio conosciuto e studiato quasi da sempre. Per buona parte del 900, tuttavia, le quattro ruote motrici sono state “confinate” ad una precisa nicchia di mercato: veicoli fuoristrada, soprattutto (trazione integrale) e da lavoro; eccezionalmente si è provato ad applicare questo sistema su altre categorie di vetture. Motivi di costi, di peso e di maggiore impiego di componenti e complessità meccanica hanno per lungo tempo fatto sì che le quattro ruote motrici fossero utilizzate in uno specifico ambito della produzione.

Tutto ebbe inizio a Ginevra 1980

In Europa, fra i primi a credere al successo tecnologico delle quattro ruote motrici furono i tecnici Audi. E ciò avvenne quarant’anni fa giusti giusti: al Salone di Ginevra 2020, presso lo stand del marchio di Ingolstadt fece scalpore l’esposizione di una coupé a due volumi, due porte e quattro posti “veri”, che portava in dote tre peculiarità tecnologiche: il motore a cinque cilindri in linea, la sovralimentazione a turbocompressore e, appunto, le quattro ruote motrici. Era la prima storica Audi Ur Quattro, capostipite di una dinastia giunta fino ai giorni nostri e, costantemente aggiornata in funzione dello sviluppo delle tecnologie e dei sistemi di alimentazione, è più che mai in forma e testimone della nuova era della mobilità (leggi: elettrificazione). Ma andiamo con ordine.

Le cifre e gli highlights

Innanzitutto, un po’ di numeri e di date che meglio aiutano a comprendere come, nella storia evolutiva dell’automobile, il sistema “Quattro” messo a punto dai tecnici Audi all’alba degli anni 80 sia ai primi posti.

  • Numero di esemplari “quattro” prodotti dal 1980: quasi 11 milioni di unità
  • Vetture a sistema Audi quattro prodotte dall’inizio del 2020: quasi 500.000
  • 1980: debutto di Audi Ur Quattro
  • 1981: esordio nelle competizioni (Jaenner Rallye, in Austria, nel mese di gennaio); ingresso nel Mondiale Rally e prime vittorie (Audi Quattro gruppo 4)
  • 1982: primo titolo nel Mondiale Rally (Audi Quattro gruppo 4 e gruppo B)
  • 1983: seconda assoluta nel Mondiale Rally (Audi Quattro gruppo B)
  • 1984: secondo titolo nel Mondiale Rally Costruttori (Audi Quattro Sport gruppo B); titolo mondiale Piloti (Stig Blomqvist)
  • 1985: seconda assoluta nel Mondiale Rally (Audi Quattro S2 gruppo B)
  • 1987: seconda assoluta nel Mondiale Rally (Audi 200 Quattro Gruppo A); vittoria assoluta alla Pikes Peak (Walter Rohrl) e successi negli Usa nelle categorie Trans-Am ed Imsa GTO
  • 1990 e 1991: titolo Piloti nel Dtm
  • 1996: sette titoli nella categoria Superturismo
  • Anni 2000: tre vittorie consecutive alla 24 Ore di Le Mans, quattro titoli mondiali Endurance con Audi R18 e-tron quattro.

Principali traguardi tecnici

  • 1980-1999: debutto di Audi Ur Quattro, di Audi Quattro Sport (1984) con differeziale centrale a bloccaggio manuale; 1986: adozione del differenziale centrale Torsen; 1999: trazione quattro anche a bordo di Audi TT e di Audi A3
  • 2000-2020: nel 2005, ricorso del differenziale centrale autobloccante di tipo meccanico con ripartizione asimmetrica della coppia motrice; 2007: adozione del giunto viscoso all’avantreno (Audi R8); 2016: sviluppo della trazione quattro con tecnologia Ultra; 2018: evoluzione elettrificata con lo sviluppo della trazione quattro elettrica per Audi e-tron; 2020: sistema Torque Vectoring elettrico per Audi e-tron S Sportback ed Audi e-tron S Sportback.

Sviluppo del sistema di trazione quattro meccanica

  • Configurazioni tecniche: trazione integrale permanente quattro con differenziale centrale autobloccante e trazione quattro con tecnologia Ultra per i modelli con motore posizionato anteriore longitudinale
  • Sistema di trazione quattro con frizione a lamelle per i modelli a motore anteriore trasversale e per la sportiva di punta Audi R8.

Sviluppo del sistema di trazione quattro elettrica

  • Audi e-tron ed Audi e-tron Sportback: un motore elettrico per ciascun assale
  • Audi e-tron S ed Audi e-tron S Sportback: tre motori elettrici (uno anteriore, due agenti sul retrotreno), e sistema Torque Vectoring elettrico.

Un elemento in più per distinguersi

L’obiettivo della trazione sulle quattro ruote è ben conosciuto: offrire al veicolo una elevata aderenza in qualsiasi condizione di impiego, e tenendo in considerazione anche le dinamiche di marcia della vettura. Va da se che lo sviluppo della trazione integrale nel mondo delle competizioni su strada abbia – al pari di altre innovazioni poi adottate con successo dalle vetture che incrociamo tutti i giorni – rappresentato un “quid” in più per caratterizzare l’immagine Audi di normale produzione. Fu così nel 1980; man mano che l’evoluzione tecnologica ha progredito, l’identificazione dell’”universo Audi” con la trazione integrale permanente quattro è rimasta pressoché immutata. Al punto che, nel 2020, se si esclude Audi A1, l’intera lineup di Ingolstadt offre modelli con trazione quattro.

Trazione quattro meccanica: le configurazioni

Un tempo “unica”, nel secondo decennio del terzo Millennio la trazione integrale quattro “by Audi” si articola in diverse varianti tecnologiche, ciascuna delle quali funzionale a determinate caratteristiche e prestazioni del modello; comune denominatore, è il dispositivo di gestione selettiva della coppia motrice sulle singole ruote. Ad illustrare le varie modalità di applicazione del concetto “Audi quattro” è il responsabile della Divisione Sviluppo Quattro, Dieter Weidemann, intervenuto in un focus tecnologico dedicato ai primi quarant’anni del sistema Audi quattro.

Modelli a motore anteriore longitudinale

Le varianti con trasmissione automatica Tiptronic e convertitore di coppia vengono provviste del sistema a differenziale centrale autobloccante meccanico. Collocato nell’alloggiamento del cambio, provvede a ripartire la coppia fra avantreno e retrotreno secondo il rapporto 40:60 e, ove necessario, privilegia le ruote (anteriori o posteriori) che necessitano di maggiore grip (fino al 70% all’avantreno, fino all’85% al retrotreno).

Tecnologia Ultra

Nel 2016, lo sviluppo tecnologico Audi quattro ha salutato il debutto del sistema di trazione integrale quattro Ultra: tecnicamente, questa configurazione prevede due frizioni – una collocata all’uscita del cambio, la seconda posizionata nel differenziale posteriore – la cui azione segue un concetto reattivo e predittivo grazie alla centralina elettronica di gestione, che a seconda delle istantanee condizioni di guida (ad esempio negli inserimenti in curva) rileva in anticipo il limite di aderenza della ruota anteriore interna e provvede all’immediato trasferimento di adeguata coppia alle ruote posteriori. Così facendo, il veicolo si trova “liberato” da qualsiasi improvvisa reazione di sottosterzo, a tutto vantaggio dell’omogeneità di marcia e dei consumi.

Fra i modelli che vengono equipaggiati con la trazione integrale quattro Ultra e cambio S Tronic a doppia frizione, ci sono:

  • Audi A6 Avant 2.0 (40) TDI quattro S Tronic 204 CV
  • Audi Q5 di nuova generazione nelle declinazioni 2.0 (45) TFSI quattro S Tronic 265 CV e 2.0 (40) TDI quattro S Tronic 204 CV.

Torque vectoring

Il differenziale posteriore sportivo (vale a dire improntato ad un comportamento della vettura ancora più dinamico) “secondo Audi” è dedicato ai modelli provvisti di trasmissione automatica Tiptronic. Mediante il dispositivo Audi Drive Select di controllo delle dinamiche di marcia, a disposizione del conducente c’è un ampio ventaglio di modalità di azionamento del differenziale sportivo, dunque della distribuzione attiva della coppia fra i due assali:

  • verso la ruota esterna: nelle fasi di inserimento o di uscita di curva
  • verso la ruota interna: nel caso di imminente sovrasterzo.

Questi aiuti alle dinamiche di marcia avvengono grazie ad un ingranaggio – sovrapposto a ciascuno dei due lati del differenziale – in grado di ruotare più velocemente fino al 10% rispetto all’albero di trasmissione. Una frizione a lamelle in bagno d’olio, azionata per mezzo di un attuatore elettroidraulico, dà il via all’accoppiamento – nelle condizioni in cui ciò si renda necessario – fra semiasse e ingranaggio supplementare: la velocità di rotazione della singola ruota viene così ad incrementarsi. Il differenziale sottrae dunque coppia alla ruota opposta (in genere quella interna) per mantenervi adeguato grip e stabilizzare la distribuzione dinamica del carico.

Modelli a motore anteriore trasversale ed R8

Per le Audi con questa configurazione di motore, la trazione integrale quattro viene fornita con frizione elettroidraulica a lamelle collocata nella parte terminale dell’albero di trasmissione, “a monte” del differenziale posteriore ed in modo di favorire il bilanciamento delle masse. Le lamelle sono costituite da una serie di dischi a bagno d’olio, il cui compito consiste nell’essere sottoposti a stress di pressione elettroidraulica (mediante pompa) il cui attrito congiunge l’albero di trasmissione principale con quello secondario (collegato al differenziale posteriore) in modo da aumentare la motricità del retrotreno. Questo sistema viene adottato, fra gli altri, da:

Un sistema di frizione a lamelle di ultima generazione, il cui controllo viene integrato in rete ad un livello superiore, si attiva previa acquisizione dei dati trasmessi da tutti i componenti principali relativi alle dinamiche del veicolo. Questo dispositivo viene adottato dalle nuove edizioni di:

Nel caso di Audi R8, dal 2015 la trazione integrale permanente quattro si abbina ad una versione con frizione elettroidraulica che si adatta al posizionamento centrale dell’unità motrice V10 con cambio S Tronic a sette rapporti e sistema di bloccaggio del differenziale posteriore. Nella sportiva di altissima gamma di Ingolstadt, una frizione a lamelle raffreddata a liquido viene integrata nel differenziale anteriore cui si collega l’albero di trasmissione. Il trasferimento di coppia, dal retrotreno verso l’avantremo, avviene in pochi millisecondi e fino al 100%.

Trazione integrale quattro elettrica

L’ingresso di Audi nell’era della mobilità sostenibile si basa sul programma di sviluppo e-mobility 2020-2024 che segue la definizione del “capitolato 2025” in materia di elettrificazione, guida autonoma e digitalizzazione, riqualificazione e formazione del personale e adeguamento “carbon neutral” dei siti di produzione, dettagliato all’inizio dell’autunno 2019 dai vertici dei “Quattro Anelli”. Complessivamente, l’impegno finanziario in chiave eco friendly ammonta ad un totale di circa 37 miliardi di euro. Dal punto di vista dello sviluppo hi-tech in materia di trazione integrale applicata alla propulsione “zero emission”, Audi punta i propri riflettori su e-tron ed e-tron Sportback, e sulle rispettive derivazioni “S”.

Audi e-tron e Audi e-tron Sportback

L’elettro-SUV (e la “derivazione” Coupé) di Ingolstadt si basa su un motore elettrico per ciascun assale, che regolano in modo completamente variabile – è questione di frazioni di secondo – la ripartizione di coppia fra avantreno e retrotreno. Nelle normali condizioni di marcia, la trazione prevalente agisce sulle ruote posteriori: l’unità collegata alle ruote anteriori entra in azione quando il conducente richiede più potenza, oppure nel caso in cui (azione proattiva) prima che, a causa delle condizioni del fondo stradale o nella guida più impegnativa, la motricità si riduca. Il tutto avviene in tempi infinitesimali: appena 30 millesimi di secondo. Questo in virtù dell’assenza di qualsiasi frizione di tipo meccanico oltre che grazie alla rapidità con la quale l’energia elettrica viene distribuita.

Audi e-tron S e Audi e-tron S Sportback

“Big news” della gamma più performante dei modelli 100% elettrici di Ingolstadt consiste nel debutto del Torque Vectoring elettrico. Con questo sistema, la ripartizione della coppia motrice fra le ruote posteriori avviene in pochi millisecondi: un tempo tanto ridotto quanto significativo, in quanto i valori di coppia in gioco sono elevati. Il Torque Vectoring elettrico si abbina all’adozione di un modulo di propulsione che comprende ben tre motori elettrici (e-tron S ed e-tron S Sportback sono i primi modelli di grande serie al mondo ad esserne provvisti): due dei quali agiscono sulle ruote posteriori mediante un sistema di ingranaggi, rendendo superfluo l’impiego del differenziale meccanico. Anche qui, il trasferimento di coppia motrice è particolarmente elevato: fino a 220 Nm in più vengono trasmessi alla ruota esterna; e, indicano i tecnici Audi, con tempi quattro volte inferiori rispetto ad un dispositivo meccanico tradizionale.

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