Equilibrio perfetto DESCRIZIONE DEGLI ANGOLI CARATTERISTICI E DELLA MODIFICA DELL ASSETTO DELL AUTO

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1 DESCRIZIONE DEGLI ANGOLI CARATTERISTICI E DELLA MODIFICA DELL ASSETTO DELL AUTO Equilibrio perfetto Alle volte è s u ffic ie n te modificare, anche di un solo grado, uno degli angoli caratteristici delle sospensioni in modo da permettere ai pneumatici di lavorare al meglio e di consumarsi uniformemente. E` facile tuttavia errare ed ottenere effetti contrari Lo studio dell assetto di una vettura deve essere mirato al migliore sfruttamento dei pneumatici. Sono questi, infatti, a garantire l aderenza della vettura alla strada, e non le sospensioni in se stesse. Se per assurdo una vettura tecnicamente evoluta adottasse una gommatura inadeguata, la sua tenuta di strada non potrebbe essere elevata poiché è b a s s o il grip che possono offrire i pneumatici. Viceversa, se una vettura con geometria sospensiva semplificata adottasse pneumatici generosi, non sarebbe mai in grado di utilizzarli al massimo delle loro potenzialità. Sintetizzando, adottare uno schema raffinato per una sospensione serve semplicemente per ottimizzare le angolature del pneumatico rispetto al terreno nelle varie condizioni di guida (frenata, accelerazione, curva stretta o larga), oltre, naturalmente, a garantire indispensabili funzionalità c o m e l a u to a llin e a m e n - to e il ritorno di sterzo. Quanti angoli Il più n o to, tra g li a n g o li c h e definiscono la geometria di una sospensione, è la c o n v e rg e n z a. Molti degli utenti della strada sono attenti all usura delle proprie gomme e di tanto in tanto richiedono al gommista di fiducia di controllare che tale angolo rientri nella tolleranza prescritta dal costruttore. Tuttavia, qualcuno potrebbe meravigliarsi all udire che gli angoli caratteristici di una sospensione sono ben 4: due individuano la posizione della ruota (quando essa non è ste rz a ta ) risp e tto a l te r- reno, altri due individuano invece la posizione dell asse di sterzo, rispetto al piano stradale. L asse di sterzo è q u e lla lin e a im m a g in a ria attorno alla quale ruota l intero complesso di mozzo, portamozzo, cerchio e gomma, quando la ruota anteriore sterza. Ma andiamo con ordine e cerchiamo di capire come è p o ssib ile misurare questi quattro angoli. L angolo di convergenza totale è La stabilità d e l v e ic o lo è u n a rg o m e n to che, durante la progettazione di una vettura, è d i fo n d a m e n ta le im p o rta n z a. Nella foto, il test ESP nel Centro Prove della Bosch a Boxberg La figura evidenzia i piani equatoriali delle ruote anteriori. A sinistra un caso di convergenza positiva, a destra negativa, al centro nulla 75

2 Equilibrio perfetto Visualizzazione trasversale dell asse di sterzo in una sospensione Macpherson. La linea immaginaria passa per i due snodi sferici. In questa sospensione anche il gruppo di molla e l ammortizzatore ruotano quando si sterza Visualizzazione trasversale dell asse di sterzo in una sospensione a quadrilatero alto (adottata anteriormente sulla Alfa Romeo 156, ad esempio). L asse passa sempre per gli snodi sferici, come nel caso precedente Lo schema illustra i tre differenti campi in cui può rie n tra re l a n g o lo d i c a m p a n a tu ra. Si nota immediatamente come, in condizioni statiche, un angolo nullo permette un ottimale contatto tra battistrada ed asfalto La Frontera adotta la sospensione anteriore a doppi bracci indipendenti sovrapposti da un elemento superiore, uno inferiore, barre di torsione, ammortizzatori a gas e barra antirollio. In basso, oltre agli ammortizzatori a gas e alle molle elicoidali, la sospensione posteriore presenta quattro punti di attacco longitudinali ed uno trasversale quello formato tra i piani di rotolamento delle due ruote di un assale, guardando la vettura dall alto. Ogni ruota ha un angolo di semiconvergenza che vale la metà del totale. Se i due piani si incrociano anteriormente all assale considerato (rispetto al senso di marcia), allora l angolo è positivo; se, viceversa, essi si incontrano posteriormente all assale, l angolo è n e g a tivo. Sono scarsi gli esempi di vetture che adottano convergenze negative all anteriore: questo perché u n a d e g u a ta convergenza positiva assicura una migliore stabilità in frenata quando le ruote tendono a divergere sotto le elevate forze in gioco. Questo effetto è lim ita to n e lle vetture da corsa dove gli attacchi delle sospensioni sono molto più rigidi delle auto di serie, le quali devono garantire un buon comfort di marcia. Il secondo angolo che definisce la posizione della ruota rispetto al terreno è q u e llo d e lla c a m - panatura, detto anche camber. Come per la convergenza, anche quest angolo si individua tra i piani di rotolamento delle due ruote di un assale, guardando però la v e ttu ra frontalmente, non più in p ia n ta. Più p re c is a m e n te, l a n g o lo d i camber di una ruota è q u e llo c h e si misura tra il piano su cui rotola la ruota e l asse di mezzeria perpendicolare al terreno. Il camber è negativo quando le ruote tendono a chiudersi verso la vettura e quindi i due piani di rotolamento delle ruote si incontrano al di sopra del piano stradale. Viceversa, se essi si incrociano al di sotto del piano stradale, la campanatura è d a c o n - siderarsi positiva. Le ruote posteriori delle vecchie FIAT 500 sono un tipico esempio di assale con campanatura positiva. La presenza della campanatura (che nella maggior parte dei veicoli è p o sitiv a ) è necessaria per far sì c h e il p n e u - matico lavori nel miglior modo in curva, ovvero offrendo una vasta superficie d appoggio. Va sottolineato che durante la marcia della vettura l angolo di campanatura può su b ire v a ria z io n i, anche cospicue, dovute al movimento delle sospensioni e dello Nell immagine è in d ic a to l a n g o lo d i in c id e n z a c h e è c o m p re s o tra l asse di sterzo e l asse perpendicolare al terreno sul piano longitudinale della vettura. In questo esempio, è c a s u a le che l asse di sterzo coincida con quello dell ammortizzatore 76

3 sterzo. Altri due angoli, come già accennato, individuano la posizione dell asse di sterzatura, quello attorno al quale ruota il complesso di mozzo, ruota e cerchione. Essendo tale asse immaginario, si rende necessaria una sintetica spiegazione su come individuarlo. Immaginate una finestra che ruota sulle proprie cerniere. L asse immaginario attorno al quale la finestra ruota passa per le cerniere ed è p e rfe tta m e n te v e rtic a le. Anche l asse di sterzo delle ruote anteriori di una vettura, quindi, deve passare per delle cerniere: sono quelle che permettono la rotazione del portamozzo (e dell intero corpo molla-ammortizzatore nel caso dei Macpherson). Uno degli snodi sferici (o fulcro) si trova di solito sotto il mozzo ed unisce il braccetto inferiore (oppure i braccetti inferiori) con il portamozzo; l altro si trova superiormente, ed unisce il portamozzo con il braccetto superiore. Nel caso di sospensioni Macpherson, esso si trova addirittura sopra la molla: più e s a tta m e n te, dove l ammortizzatore si unisce alla scocca. È su ffic ie n te tira re u n a linea immaginaria tra queste due cerniere (quella superiore e quella inferiore), ed ecco individuato l asse di sterzo. A questo punto occorre una piccola riflessione: si immagini di osservare una vettura lateralmente: si noterà c h e ris p e tto al senso di marcia, il fulcro superiore è in d ie tre g g ia to ris p e tto a quello inferiore. Il primo è, in fa tti, vicino al parabrezza, nel Macpherson, il secondo appena sotto il mozzo. L asse di sterzo non è quindi verticale (come accade nell esempio delle finestre), ma inclinato longitudinalmente. L angolo formato tra la proiezione longitudinale dell asse di sterzo e la linea perfettamente verticale rispetto al terreno prende il nome di incidenza o caster. Esso è positivo (come nell esempio) nella maggior parte dei veicoli, poiché in tal modo svolge una funzione di stabilità (s e s i la s c ia il v o la n te, esso rimane dritto anche in presenza di strada sconnessa). Adesso si immagini la vettura vista frontalmente: si noterà c h e il fulcro superiore è p iù v ic in o a lla mezzeria di quanto non lo sia il fulcro inferiore (posto appena sotto il mozzo). Anche sul piano trasversale quindi l asse di sterzo di una ruota anteriore non è v e rticale, ma inclinato. L angolo di inclinazione trasversale dell asse di sterzo viene chiamato King-Pin, oppure Offsett, ed è p o s itiv o n e ll e s e m p io a p p e n a citato, come per la maggior parte dei veicoli di serie. Sia il caster sia il King-pin sarebbero nulli se l asse di sterzo fosse perfettamente verticale. Ma in tal caso l eventuale pilota non potrebbe usufruire del ritorno automatico dello sterzo, ed ogni irregolarità d e l m a n to stra d a le tenderebbe a far divergere la vettura dalla traiettoria desiderata. Modifiche Una volta definiti gli angoli caratteristici di una sospensione, possiamo adesso illustrare come eventuali modifiche possano alterare le reazioni della vettura ai comandi imposti dal guidatore. È in d isp e n sa b ile p re m e tte re c h e qualsiasi modifica degli angoli caratteristici deve essere volta al miglioramento delle condizioni di lavoro dei pneumatici, perché sono questi ultimi ad assicurare il grip. Ricordiamo inoltre che non è sempre conveniente modificare l assetto di una vettura rendendolo più rig id o o p ro p e n so a lla g u id a a l limite. Spesso occorre una scelta di compromesso tra le prestazioni stradali, l usura dei pneumatici ed

4 il comfort di marcia. Nella maggior parte dei casi il miglior compromesso è p ro p rio q u e llo c h e si trova nella vettura di serie, ma esso è v a lu ta to, in se d e d i p ro g e tto, in base all utilizzo che ne farà il p u b - blico cui tale vettura è in d iriz z a ta. È o v v io, c io è, c h e il c o m p ro - messo scelto per una Saxò 1.1 è maggiormente spostato verso il comfort rispetto ad una Saxò 1.6 VTS, pur considerando la medesima vettura. L angolo di convergenza è se n z a ltro il p iù fa c ile d a modificare; è su ffic ie n te re g o la re la lunghezza dei braccetti dello sterzo attraverso l apposita vite. Un suo incremento non porta a grandi vantaggi in termini di guidabilità, tu tta v ia p u ò a u m e n ta re considerevolmente l usura dei pneumatici dato che essi ruoterebbero su un piano maggiormente inclinato rispetto alla direzione di marcia. Alcune vetture prevedono la regolazione della convergenza anche per l assale posteriore, sempre tramite un braccetto regolabile in estensione. Qui è p o s s ib ile riscontrare convergenze negative o positive a seconda del tipo di vettura ed in funzione dell asse motrice. In genere, chiudendo la convergenza in positivo, si ottiene una buona tenuta laterale ma è possibile che vi siano difficoltà nell ingresso in curva. Viceversa, aprendo la convergenza si facilita l inserimento dato che il posteriore tenderebbe ad aprire la traiettoria; bisogna però p o rre m o lta a tte n z io - ne all improvviso sovrasterzo cui una convergenza aperta al posteriore può p o rta re. U n o d e g li a n g o li che maggiormente possono influenzare la tenuta di strada di un veicolo è il c a m b e r, o v v e ro la campanatura. In curva, infatti, il pneumatico sottoposto ad una sollecitazione trasversale si deforma esponendo la parte più e ste rn a d e l battistrada al terreno, mentre la parte interna tende a sollevarsi non offrendo più u n a d e g u a to g rip. In questo caso, un incremento in negativo dell angolo di campanatura può fa v o rire la fo rm a z io n e d i un impronta a terra omogenea durante l effettuazione di una curva. In pratica, se nell utilizzo normale della vettura è p re v a le n te - mente la parte interna del pneumatico a formare l impronta, in seguito alla deformazione del pneumatico dovuta alla forza tangenziale applicata, l impronta a terra diviene massima proprio nel momento in cui è n e c e ssa ria : in c u rv a. L incremento in negativo dell angolo di camber ha comunque le sue controindicazioni: nell utilizzo normale ed in rettilineo (si pensi ai lunghi tragitti autostradali), la parte interna del battistrada si usurerà p iù d e l n o rm a le, e d in o l- tre anche il grip longitudinale (quello necessario in accelerazione e frenata) sarà m in o re p o ic h é è ridotta la superficie d appoggio del battistrada. Solo alcune vetture sportive permettono la regolazione della campanatura: in genere, come nel Macpherson, essa è fissa. P e r le vetture da competizione derivate dalla serie vengono talvolta realizzate delle asole al posto dei fori che ospitano le viti di unione dell ammortizzatore al portamozzo. In tal caso è p o ssib ile a n g o la re a piacimento il portamozzo rispetto all ammortizzatore. Modificare gli angoli di incidenza e King-pin è c o sa p iù a rd u a. Infatti, in tal caso andrà m o d ificato lo schema sospensivo stesso; in pratica, sarebbe necessario modificare la posizione dei fulcri sui quali ruota il portamozzo. Alcune vetture sportive, dotate di geometria sospensiva evoluta come i triangoli sovrapposti, dispongono di registrazioni a vite per la posizione dei braccetti. Nel caso del

5 Equilibrio perfetto Più s ic u re z z a e p iù c o m fo rt: i p ro g e ttis ti d e lla O p e l hanno apportato alcuni ritocchi all apprezzata sospensione con geometria DSA (Dynamic Safaty). Modifiche alla geometria della sospensione anteriore e nuove tarature degli ammortizzatori e dello sterzo hanno migliorato ulteriormente l assetto, la maneggevolezza e la tenuta su strada dell Omega Un interessante confronto dell impronta a terra di una ruota dotata di camber statico nullo e di una con camber negativo di 5. S i n o ti c o m e in c u rv a la ru o ta p iù a n g o la ta d is p o n g a della massima superficie d appoggio, proprio nel momento di maggiore necessità In questo confronto è p o s s ib ile a p p re z z a re appieno le potenzialità di sospensioni evolute (quadrilatero deformabile) nei riguardi delle più c o m u n i e versatili (per ingombro e costo di realizzazione) Macpherson. Se ipotizziamo che in rettilineo entrambe le vetture avessero camber nullo, si nota come in curva il Macpherson non sia in grado che di produrre un camber positivo su entrambe le ruote (il che significa scarso sfruttamento del battistrada e consumo irregolare dei pneumatici), mentre il quadrilatero deformabile angola più c o rre tta m e n te le ruote, in modo che esse possano lavorare sempre nel miglior modo possibile Il controllo attivo di sterzata della New Discovery (ACE) prevede l utilizzo di molle elicoidali a escursione molleggiante relativamente ridotta Macpherson invece, grazie ad un supporto mobile del cuscinetto superiore dell ammortizzatore, è p o s s ib ile re g is tra re (entro angoli limitati e comunque su vetture da competizione) sia l incidenza sia il King-Pin. Come abiamo in precedenza accennato, questi due angoli sono necessari prettamente per funzioni pratiche come il ritorno di sterzo e la stabilità in re ttilin e o : u n a lo ro m o d ific a, quindi, non è in d isp e n sa b ile se n o n si hanno a disposizione validi strumenti di misura in modo da registrare, durante il moto sussultorio della sospensione e durante la sterzata, il modificarsi del camber. Se l incidenza ed il King-pin (l angolo longitudinale e trasversale dell asse di sterzo) fossero nulli, la campanatura misurata a ruote dritte permarrebbe anche a ruote sterzate. Così n o n è in e ffe tti, quindi la campanatura si modifica sempre durante la guida; la modifica degli angoli che definiscono la posizione dell asse di sterzo è dunque consigliata solo se è p o ssibile verificarne efficacemente gli effetti sulla campanatura. Abbassiamo la scocca Il mercato offre oggi appositi kit per la modifica dell assetto di molti modelli presenti sui listini. Per le vetture più sp o rtiv e è a d - dirittura possibile optare tra diversi livelli di durezza e/o di altezza delle molle. Anche gli ammortizzatori possono essere sostituiti con altri dalla taratura più rig id a o a d d irittu - ra dalla taratura registrabile. Questi kit sono spesso un ottima soluzione per chi intendesse aumentare la tenuta di strada della propria vettura, a scapito del comfort, s intende. Abbassare la scocca di qualche centimetro comporta principalmente due vantaggi: il più e v id e n te è quello relativo all abbassamento del baricentro, il secondo è in v e c e relativo alla penetrazione aerodinamica. Un baricentro basso genera un minore movimento di rollio in curva, quindi si ha l impressione che la vettura sia più s ta b ile : in realtà, il g ro sso v a n ta g g io si v e d e nei repentini cambiamenti di traiettoria, dove l auto sarà p iù p ro n ta e mancheranno i continui coricamenti (rollio) in fase di handling. Montare molle più b a sse sig n ifica quasi sempre montare molle più rig id e, e d e lle m o lle p iù rig id e contribuiscono a loro volta ad aumentare la rigidezza al rollio enfatizzando gli effetti sopra detti. Gli effetti indesiderati in questo caso sono di ordine pratico, come l impossibilità d i p a ssa re d o ssi o rampe con disinvoltura. La sostituzione degli ammortizzatori è u n a scelta radicale nella modifica dell assetto di una vettura, visto anche il costo di tali elementi. Gli ammortizzatori, in una sospensione, servono a rallentare il movimento sussultorio della ruota (non hanno alcuna funzione portante), per cui la loro maggiore rigidezza migliora sì la te n u ta d i strada, poiché è m in o re l o sc illa - zione della sospensione su strade sconnesse, ma può a n c h e a v e re l effetto contrario. Un ammortizzatore troppo rigido, infatti, farebbe saltare l intera vettura ed oltre a vanificare l indispensabile contatto gomma-asfalto, potrebbe danneggiare i braccetti della sospensione o i loro attacchi. In definitiva, abbassando la vettura, bisogna sempre verificare gli angoli caratteristici, in particolar modo il camber. Se abbassando la scocca di una vettura se ne è m o d ific a to involontariamente l angolo di camber, magari rendendolo positivo, si è fa tto p iù m a le c h e b e n e alla tenuta di strada di tale vettura. Questa infatti potrebbe rimanere immutata, ma per contro l usura dei pneumatici risulterà irre g o la re e p iù rapida. di Carlo Vinci BIBLIOGRAFIA: L assetto, teoria e pratica Motor Books Teck Editrice 80