Descrizione progetto
Durante la visita all'officina UK Garage, siamo riusciti a misurare i componenti della sospensione posteriore della vettura Turchetti ed abbiamo fedelmente riprodotto tramite Solid Edge l'intera sospensione posteriore completa anche della barra antirollio. L'assieme finale è qui raffigurato.
In accordo con la relazione teorica (riportata brevemente sul sito) si è vista l’importanza dei vari angoli caratteristici.
Il principio base per ottenere la massima aderenza è quello di mantenere sempre il giusto angolo fra pneumatico e terreno, in modo da avere la massima impronta di contatto ed uno slip-angle prevedibile. La cosa sarebbe facile se non fosse per il fatto che la ruota è in grado di ruotare e di muoversi assumendo pertanto delle posizioni che la porterebbero a perdere gran parte di questo contatto con l’ovvio risultato di una perdita di aderenza e conseguentemente della tenuta di strada.
Onde ridurre i problemi conseguenti, si impostano nella sospensione dei ben determinati angoli in maniera tale che pur non risolvendo totalmente i difetti almeno li minimizzano.
Questi angoli sono determinanti fin dalla progettazione dell’auto e della sospensione, visto che sebbene alcuni siano modificabili mediante vari accorgimenti, non si può intervenire più di tanto.
Il fatto poi che diversi tipi di angolo si sommino insieme, producendo effetti sinergici (l’amplificazione dei risultati dovuta alla combinazione di diversi rimedi), senza contare anche alcuni effetti sulla distribuzione dinamica dei pesi sulle varie ruote, complica ulteriormente le cose producendo effetti che non sempre risultano facilmente prevedibili ed individuabili.
Data l’importanza degli effetti e la notevole differenziazione dei risultati determinata dal passaggio a sospensioni differenti ma soprattutto a pneumatici da competizione, in una vettura da corsa è spesso richiesto uno stravolgimento totale di quelli che sono gli angoli impostati per una vettura di serie destinata ad utilizzare degli pneumatici normali nella quotidianità della sua vita.
Come sempre risulta essenziale analizzare e modificare un singolo parametro alla volta, già intervenire su 2 cose contemporaneamente non fa altro che produrre confusione ed incrementare la difficoltà.
Camber o Campanatura
Il camper è quello che in italiano viene chiamato campanatura o anche italianizzando il termine "CAMBERAGGIO".
Questo angolo è l’inclinazione che l’asse passante per la mezzeria dello pneumatico prende rispetto alla perpendicolare al terreno.
Se una ruota ha il camber uguale a zero, ovviamente il suo asse coincide con la perpendicolare al terreno, se il suo camber è negativo, il suo asse sarà all’interno della perpendicolare ed infine se il suo asse sarà all’esterno il suo camber sarà positivo.
L’angolo che viene a formarsi fra la perpendicolare e l’asse ci dà l’entità del camber.
L’angolo di camber è un parametro molto critico e fondamentale, direttamente dipendente dalle caratteristiche dello pneumatico per cui più le gomme divengono larghe e tenere, con la spalla più o meno bassa, con una differente impostazione della maniera in cui sono inserite al suo interno le tele e maggiore è l’importanza che esso assume.
Se si confronta il comportamento di 2 gomme una normale e una racing, ci si accorge che lo pneumatico stradale avente grip ridotto e che quindi si deforma poco, necessita di un angolo di camber relativamente basso, normalmente 1° – 1,5°.
Nella gomma racing grazie al maggior grip si ha una deformazione maggiore e quindi per avere in curva il massimo della gomma a terra risulta necessario aumentare l’angolo di camber (al giorno d’oggi si è arrivati anche a 5° – 6° di camber negativo).
E’ indispensabile capire che ogni gomma fornirà il massimo delle prestazioni ad un ben determinato angolo, e non è detto che quanto può andare bene per una vettura ed una certa marca di pneumatici ed una determinata mescola possa andare bene anche in un’altra.
Sebbene del camber verrà parlato estesamente nel capitolo dedicato al rollio, è da capire che nella maggior parte delle sospensioni di fronte a qualsiasi movimento in senso verticale della gomma, dovuta quindi all’accelerazione, frenata, assorbimento di colpi o asperità del terreno, accelerazioni trasversali dovute a correzioni o esecuzioni di curve, ci troviamo di fronte alla variazione più o meno evidente di questo parametro.
Il camber imposto in posizione statica è per tanto una misura media che deve tenere conto di tutti questi fattori onde penalizzare nel minor modo possibile, eventuali cambiamenti.
Come regole generali diciamo:
- Più lunghi sono i bracci della sospensione, minore sarà la variazione del camber a parità di movimento.
- Maggiore è il rapporto fra il braccio superiore e il braccio inferiore e maggiore sarà la variazione in rapporto ai movimenti
- Maggiore sarà l’inclinazione del braccio superiore e maggiori saranno le variazioni
- Maggiore sarà il grip della pista e maggiore sarà la deformazione subita dai fianchi dello pneumatico il che, automaticamente, renderà necessaria una quantità maggiore di camber.
Il sistema migliore per ottimizzare l’angolo di camber è quello di procedere ad una prova su un circuito e con l’uso di un termometro che possa misurare la temperatura del battistrada, ne esistono di appositi, si procede effettuando 3 misurazioni, una lungo la fascia esterna, una su quella centrale ed una su quella interna.
Questo sistema oltre a rivelarci se la gomma per la particolare mescola di cui è composta riesce ad andare in temperatura ottimale, ci permette di trovare se la pressione è quella giusta, se il camber è e si mantiene ottimale ed automaticamente abbiamo una indicazione del comportamento della sospensione.
Convergenza Toe in - out
La convergenza è una delle regolazioni molto importanti per il mantenimento della traiettoria impostata e prevista per cui per quanto la sua regolazione sia molto semplice essa deve essere sempre estremamente corretta e prevista in ogni messa a punto delle sospensioni.
La convergenza o Toe in o out, è l’angolo formato dal piano passante per la mezzeria dela ruota con l’asse longitudinale del veicolo.
Praticamente guardando il veicolo dall’alto si nota che soprattutto le ruote anteriori assumono un certo angolo rispetto alla mezzeria del veicolo.
Se sommiamo l’angolo formato dalla ruota destra a quello formato dalla ruota sinistra, abbiamo la convergenza totale.
Se non esiste alcun angolo ovviamente abbiamo una convergenza uguale a zero.
Qualora l’angolo si formi davanti, la convergenza è positiva o TOE IN, oppure si dice che le ruote sono chiuse.
Se l’angolo si forma verso il retro, la convergenza è negativa o aperta (in inglese TOE OUT).
Data la ridotta misura sarebbe difficile misurare questi angoli in gradi e pertanto il più delle volte si preferisce effettuare la misurazione in millimetri, facendo la differenza fra le estremità posteriori dei cerchi e quelle anteriori, facendo la misura all’altezza del mozzo.
La convergenza è un angolo che si immette nella sospensione onde compensare il movimento di inflessione che si viene a produrre nella sospensione a seguito dello sforzo imposto dall’attrito delle gomme sull’asfalto, dalle frenate, dalle accelerazioni, considerando che, o per via dei vari gommini e silentbloc nella sospensione o per una naturale flessione dei braccetti della sospensione, abbiamo sempre delle variazioni più o meno grandi di quest’angolo, anche nei veicoli in cui si siano sostituiti tutti questi particolari con uniball o nylon abbiamo, per quanto piccolissime, delle variazioni che altereranno questo angolo.
Lo sforzo più semplice è quello che viene a crearsi per l’attrito delle gomme sull’asfalto e naturalmente spinge indietro le ruote che non abbiano trazione, in questo caso la convergenza dovrà essere regolata a seconda della mescola della gomma ed anche a seconda de tipo di asfalto più o meno ruvido; quest’angolo non è grandissimo ma bisogna tenerne conto.
Altro sforzo è quello che si produce nelle frenate, è ovvio che frenando le ruote tenderanno ad aprirsi essendo il peso concentrato all’interno del telaio.
Un ulteriore sforzo è quello che si produce nelle ruote soggette alla trazione accelerando, dato che, come al solito, il peso è concentrato all’interno del telaio e, dato che questo tende a mantenere il suo stato di inerzia, le ruote tendono ad andare avanti ed essendo fulcrate tenderanno a richiudersi.
Questo caso avviene particolarmente nelle autovetture a trazione anteriore proprio a causa di gommini, silentbloc e impostazione della sospensione.
L’effetto in tutti questi casi è una variazione più o meno grande della convergenza con il risultato che la ruota assume un angolo rispetto alla traiettoria del veicolo e, come ben sappiamo ad una inclinazione della ruota corrisponde una tendenza a curvare visto lo slip-angle che si forma.
Finche entrambe le ruote hanno lo stesso angolo non succede nulla ma provare a pensare cosa succede in una vettura che abbia assunta una convergenza negativa e proceda su una traiettoria retta, se una ruota prende un dosso perde gran parte della sua aderenza e nel frattempo l’altra ruota che praticamente risulta sterzata all’esterno prende il sopravvento sterzando all’esterno il veicolo e producendo una pericolosa instabilità che si traduce in continue correzioni, specialmente alle alte velocità.
Un effetto altrettanto forte esisterà durante l’esecuzione di una curva visto che avendo già imposto un angolo alla ruota esso andrà ad aggiungersi o a sottrarsi a quello imposto dallo sterzo con la possibilità quindi di avere una variazione dello slip-angle e pertanto, per una ridotta variazione della convergenza, potremmo trovarci un veicolo sovrasterzante o sottosterzante senza peraltro riconoscerne il motivo.
Normalmente le ruote chiuse tendono a mantenere in traiettoria il veicolo in retta e a renderlo sotto sterzante in curva. Gli effetti della convergenza sono molteplici e variano a seconda dell’asse su cui quest’angolo viene impostato, a seconda del carico sulle ruote e a seconda se le ruote siano o meno motrici. In linea di massima l’incremento della convergenza sul posteriore serve per rendere più stabile il retro del veicolo in retta e in curva grazie all’incremento dello slip-angle che si forma sulle ruote mentre il veicolo sta curvando. Si può utilizzare la convergenza qualora non si possa intervenire in altra maniera per correggere il comportamento di un veicolo, l’incremento o la diminuzione del trasferimento di carico o lo spostamento del centro di gravità o del centro di rollio.
Sebbene gli effetti si facciano sentire non conviene utilizzare la convergenza sul posteriore poiché rende il veicolo più nervoso. L’incremento della convergenza sull’anteriore è invece più utilizzato e serve soprattutto per migliorare l’inserimento in curva e la guida in condizioni di bassa aderenza anche se può rendere problematico il controllo in frenata.
L’effetto è più sento nelle vetture di formula dotate di dispositivi aerodinamici che incrementino il carico gravante anche sulla ruota interna alla curva e sui veicoli a trazione anteriore che abbiano e mantengano un carico elevato, anche in questo caso, sulla ruota interna.
Le ruote anteriori aperte producono una certa instabilità in retta ed un sovrasterzo in curva.
Normalmente quindi si imposta una convergenza abbastanza chiusa a veicolo fermo tale da non divenire aperta a veicolo in velocità.
Solo qualora le ruote siano anche motrici si è soliti mettere la convergenza a zero o leggermente aperta in modo che in velocità non assumano troppa chiusura.
Nelle automobili destinate alle competizioni si eliminano normalmente tutti i gommini suole sospensioni proprio con l’intento di non avere in alcun modo variazioni in questi angoli così critici nella regolazione delle sospensioni. Sicuramente l’effetto è quello di guidare un go kart visto che si avvertono sia sul fondo schiena che attraverso lo sterzo tutte le asperità della strada, però la sensazione e la capacità di controllo in ogni momento della traiettoria del veicolo aumentano in proporzione all’eliminazione di qualsiasi gioco possa infierire nella guida del mezzo.
Regolazioni di massima
È difficile dare delle regolazioni di massima per delle vetture da competizione, considerando che i sistemi di sospensione, distribuzione dei pesi, tipo di competizione e di pneumatici utilizzati ecc... possono essere anche molto differenti.
Anche le preferenze di guida, la presenza o meno di uno sterzo servoassistito, del differenziale autobloccante o meno, incidono in maniera sostanziale condizionando ogni scelta.
Camber
- ruote anteriori, tutti i tipi di trazione (anteriore, posteriore, integrale).
Per i gruppi N, tutto il massimo al quale è possibile arrivare rimanendo all’interno dei regolamenti specifici (CIVT max 2,5° negativo) o delle misure ammesse dai manuali di manutenzione e di officina.
Per il gruppo A tutto quanto permetta alle gomme di ottenere una equa distribuzione della temperatura. - ruote posteriori, trazione anteriore (0,5° negativo ma spesso il limite è determinato dal sistema di sospensioni che non permette neppure di arrivare a questa misura).
- ruote posteriori, trazione posteriore (1 – 1,5° negativo ed anche in questo caso in gruppo fanno testo manuale d’officina e di manutenzione). Per il gruppo A anche in questo caso tutto quanto permetta alle gomme di avere un’equa distribuzione della temperatura.
Attenzione che nella ricerca del massimo camber non si arrivi però a superare il limite massimo della carreggiata ammissibile come da fiches di omologazione.
Convergenza
- ruote anteriori, trazione anteriore (più o meno leggermente aperta compatibilmente con i problemi di inserimento e di Ackerman da variare a seconda delle condizioni di aderenza.
Considerando la possibilità di regolazione, non esistono da regolamento in gruppo N ne minimi ne massimi - ruote anteriori, trazione posteriore (da leggermente chiusa, normale, ad aperta compatibilmente con i problemi di inserimento e di Ackerman da variare a seconda delle condizioni di aderenza)
- ruote posteriori, trazione integrale (in linea di massima nessuna convergenza)
Con queste considerazioni teoriche, abbiamo quindi parametrizzato l'assieme e collegandolo ad un foglio excel riusciamo a modificare gli angoli prima illustrati, variando il relativo parametro nel foglio di calcolo. (Vedi Parametrizzazione)