Angoli caratteristici e della modifica dell`assetto dell`auto

DESCRIZIONE DEGLI ANGOLI CARATTERISTICI E DELLA MODIFICA DELL’ASSETTO DELL’AUTO
Equilibrio perfetto
Alle volte è s u f f i c i e n t e
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
La stabilità d e l v e i c o l o è u n a r g o m e n t o
che, durante la progettazione di una vettura,
èd i fo n d a m e n ta le im p o r ta n z a .
Nella foto, il test ESP nel Centro Prove
della Bosch a Boxberg
L
o 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 i l
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 t o a l l i n e a m e n to e il ritorno di sterzo.
Quanti angoli…
Il più n o t o , t r a g l i a n g o l i c h e
definiscono la geometria di una
sospensione, è l a c o n v e r g 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 s t e r z a t a ) r i s p e t t o a l t e r reno, altri due individuano invece
la posizione dell’asse di sterzo,
rispetto al piano stradale. L’asse di
sterzo è q u e l l a l i n e a i m m a g i n a r i a
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 s s i b i l e
misurare questi quattro angoli.
L’angolo di convergenza totale è
La figura evidenzia i piani equatoriali delle ruote anteriori. A sinistra un caso di convergenza positiva,
a destra negativa, al centro nulla
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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
Lo schema illustra i tre differenti campi
in cui può r i e n t r a r e l ’ a n g o l o d i c a m p a n a t u r a .
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
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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 t i vo. Sono scarsi gli esempi di
vetture che adottano convergenze negative all’anteriore:
questo perché u n ’ a d e g u a t a
convergenza positiva assicura una migliore stabilità i n
frenata quando le ruote tendono a divergere sotto le elevate
forze in gioco.
Questo effetto è l i m i t a t o n e l l e
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 l l o d e l l a 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 l a v e t t u r a
frontalmente, non più i n p i a n t a .
Più p r e c i s a m e n t e , l ’ a n g o l o d i
camber di una ruota è q u e l l o c h e s i
misura tra il piano su cui rotola la
ruota e l’asse di mezzeria perpendicolare al terreno. Il camber è
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
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 s i t i v a ) è
necessaria per far sì c h e i l 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 s u b i r e v a r i a z i o n i ,
anche cospicue, dovute al movimento delle sospensioni e dello
Nell’immagine è i n d i c a t o l ’ a n g o l o d i i n c i d e n z a c h e è c o m p r e 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 l e
che l’asse di sterzo coincida con quello dell’ammortizzatore
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 r f e t t a m e n t e v e r t i c a l e .
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 t t a m e n t e ,
dove l’ammortizzatore si unisce
alla scocca. È s u f f i c i e n t e t i r a r e 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 r i s p e t t o
al senso di marcia, il fulcro superiore è i n d i e t r e g g i a t o r i s p e t t o a
quello inferiore. Il primo è, i n f a t t i ,
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 l a s c i a i l v o l a n t e ,
esso rimane dritto anche in presenza di strada sconnessa).
Adesso si immagini la vettura
vista frontalmente: si noterà c h e i l
fulcro superiore è p i ù v i c i n o a l l a
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 r t i cale, 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’as-
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se 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 t o s t r a d a l e
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.
Èin d is p e n s a 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 r i g i d o o p r o p e n s o a l l a g u i d a a l
limite. Spesso occorre una scelta
di compromesso tra le prestazioni
stradali, l’usura dei pneumatici ed
il comfort di marcia. Nella maggior parte dei casi il miglior compromesso è p r o p r i o q u e l l o c h e s i
trova nella vettura di serie, ma esso
èv a lu ta to , in s e d e d i p ro g e tto , in
base all’utilizzo che ne farà i l p u b blico cui tale vettura è i n d i r i z z a t a .
È o v v i o , c i o è, c h e i l c o m p r o 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 s e n z ’ a l t r o i l p i ù f a c i l e d a
modificare; è s u f f i c i e n t e r e g o l a r e
la lunghezza dei braccetti dello
sterzo attraverso l’apposita vite.
Un suo incremento non porta a
grandi vantaggi in termini di guidabilità, t u t t a v i a p u ò a u m e n t a r e
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 i b i l e
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 r r e m o l t a a t t e n z i o ne all’improvviso sovrasterzo cui
una convergenza aperta al posteriore può p o r t a r e . U n o d e g l i a n g o l i
che maggiormente possono influenzare la tenuta di strada di
un veicolo è i l c a m b e r , o v v e r o l a
campanatura. In curva, infatti, il
pneumatico sottoposto ad una sollecitazione trasversale si deforma
esponendo la parte più e s t e r n 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 t o g r i p .
In questo caso, un incremento in
negativo dell’angolo di campanatura può f a v o r i r e l a f o r m a z i o 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 r e v a l e n t e 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 s s a r i a : i n c u r v 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 i ù d e l n o r m a l e , e d i n o l -
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tre anche il grip longitudinale
(quello necessario in accelerazione
e frenata) sarà m i n o r e p o i c 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 f i s s a . P e r l e
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 s s i b i l e a n g o l a r e a
piacimento il portamozzo rispetto
all’ammortizzatore.
Modificare gli angoli di incidenza e King-pin è c o s a p i ù a r d u a .
Infatti, in tal caso andrà m o d i f i cato lo schema sospensivo stesso;
in pratica, sarebbe necessario mo-
dificare 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
Equilibrio perfetto
Più s i c u r e z z a e p i ù c o m f o r t : i p r o g e t t i s t i d e l l a 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 t i c o m e i n c u r v a l a r u o t a p i ù a n g o l a t a d i s p o n g a
della massima superficie d’appoggio, proprio nel momento
di maggiore necessità
In questo confronto
èp o s s ib ile a p p r e z z a r e
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 r r e t t a m e n t e
le ruote, in modo che esse
possano lavorare sempre
nel miglior modo possibile
Macpherson invece, grazie ad un supporto mobile del
cuscinetto superiore dell’ammortizzatore, è p o s s i b i l e r e g i s t r a r e
(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 i n r e t t i l i n e o : u n a l o r o m o d i f i c a ,
quindi, non è i n d i s p e n s a b i l e s e 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 i n e f f e t t i ,
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 s s i bile verificarne efficacemente gli
effetti sulla campanatura.
Abbassiamo la scocca
Il controllo attivo di sterzata della New Discovery (ACE) prevede l’utilizzo di molle elicoidali
a escursione molleggiante relativamente ridotta
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Il mercato offre oggi appositi kit
per la modifica dell’assetto di
molti modelli presenti sui listini.
Per le vetture più s p o r t i v 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 r i g i d a o a d d i r i t t u 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 i d e n t e è
quello relativo all’abbassamento
del baricentro, il secondo è i n 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 t a b i l e : i n
realtà, i l g r o s s o v a n t a g g i o s i v e d e
nei repentini cambiamenti di traiettoria, dove l’auto sarà p i ù p r o n t a e
mancheranno i continui coricamenti (rollio) in fase di handling.
Montare molle più b a s s e s i g n i f i ca quasi sempre montare molle
più r i g i d e , e d e l l e m o l l e p i ù r i g i d 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 s s a r e d o s s i 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 l a t e n u t a d i
strada, poiché è m i n o r e l ’ o s c i l l a zione della sospensione su strade
sconnesse, ma può a n c h e a v e r e
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 i f i c a t o
involontariamente l’angolo di
camber, magari rendendolo positivo, si è f a t t o p i ù m a l e 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 i r r e g o l a r e e p i ù
rapida.
di Carlo Vinci
BIBLIOGRAFIA:
L’assetto, teoria e pratica
Motor Books Teck Editrice