Ralph DTE

Bringing art into engineering.

Introduzione al trasferimento di carico in una vettura da competizione

Scritto da Ralph DTE il 9 Dicembre 2009

Rubrica: I trasferimenti di carico -1-

Titolo o argomento: Introduzione al trasferimento di carico

Vi è una particolare situazione (ma sarebbe più corretto dire un particolare gruppo di situazioni) che se ben gestita permette ad un mezzo da corsa di offrire prestazioni superiori: “Il trasferimento di carico“. In accelerazione ed in frenata consideriamo il trasferimento di carico lungo l’asse longitudinale del veicolo. In curva consideriamo il trasferimento di carico lungo l’asse trasversale del veicolo stesso. Il trasferimento di carico lungo l’asse longitudinale è in stretta relazione con il “centro di beccheggio” mentre il trasferimento di carico lungo l’asse trasversale è in stretta relazione con il “centro di rollio”; di questo parleremo più approfonditamente nei prossimi articoli di questa rubrica.

A seconda che la vettura (parliamo di vetture da corsa) abbia il motore anteriore o posteriore, la situazione che si viene a creare in frenata, in accelerazione o durante la percorrenza di una curva, varia  (anche questi fattori verranno meglio trattati in seguito) ma il concetto di base è sempre il medesimo. Pertanto in prima analisi affronteremo un discorso puramente introduttivo.

Rettilineo

Durante il rettilineo immaginiamo che, in assenza di buche e sconnessioni sul tracciato, la vettura si trovi nella sua condizione di equilibrio. Ripartizione dei pesi ottimale ed aerodinamica equilibrata.

Staccata

Il pilota agisce violentemente sui freni per cercare la massima prestazione.  Tenta di frenare il più tardi possibile e di avere la più alta forza frenante ottenibile senza che si blocchino le ruote. Durante la frenata le ruote anteriori non possono essere sterzate. Nel momento in cui i freni verranno mollati potrà iniziare la sterzata ma la vettura dovrà aver recuperato piuttosto rapidamente il suo “assetto”.

Facciamo ora un passo indietro

Nel momento in cui inizia la frenata le sospensioni anteriori si comprimono mentre quelle posteriori si estendono. Il peso del veicolo si sposta verso l’avantreno. La massima spinta ora è disponibile sull’avantreno stesso che dovrà raggiungere il suo assetto di frenata nel minor tempo possibile, pena il bloccaggio delle ruote anteriori.

Un avantreno troppo morbido agevola il trasferimento di carico e, nei casi peggiori, porta a pericolosi sottosterzi. Questo perchè quando il peso del veicolo si trasferisce all’anteriore e le molle delle relative sospensioni non sono in grado di opporsi al fenomeno, quest’ultime portano la sospensione a fine corsa ovvero a tampone. Ciò significa che viene perso l’effetto di assorbimento, che viene richiesto alle sospensioni stesse, con il risultato che la vettura che stiamo guidando si comporta come se fosse priva di sospensioni e incapace di smorzare i carichi gravanti sulle 4 ruote.

Inoltre un eccessivo trasferimento di carico all’anteriore provoca un pericoloso alleggerimento del retrotreno con possibile perdita di stabilità che il più delle volte si traduce in dannosi sovrasterzi. La vettura si scompone. E’ squilibrata. Il miglior compromesso è quello di una vettura neutrale, equilibrata e con un limitato trasferimento di carico (vedremo in seguito diversi esempi su questa rubrica).

Per ridurre il trasferimento di carico longitudinale verso l’avantreno (in frenata) si ricorre alla frenatura in compressione degli ammortizzatori anteriori (per evitare l’affondamento dell’avantreno) ed alla frenatura in estensione degli ammortizzatori posteriori (per evitare il sollevamento del retrotreno della vettura). Infine si adottano opportune barre antirollio di rigidezza controllata.

Accelerazione

Esiste una situazione in cui invece il trasferimento di carico fa realmente comodo. Nelle vetture a trazione posteriore, in accelerazione, si ottiene un reale vantaggio di trazione quando il carico si trasferisce (come è naturale che sia) al retrotreno. Andando il peso a gravare sulle ruote posteriori, spingendole a terra, si avrà una maggiore presa del pneumatico con la migliore performance che ne segue. In questo caso ammortizzatori anteriori non molto rigidi in estensione e ammortizzatori posteriori non molto rigidi in compressione, favoriranno il trasferimento di carico al posteriore e, con la maggior presa dei pneumatici, favoriranno l’accelerazione del mezzo.

Come per ogni parametro del setup di una vettura da corsa, quindi, conviene valutare (in seguito a ripetute prove in pista) il miglior compromesso per avere un buon bilanciamento in frenata ed in accelerazione. E’ opportuno ricordare che quanto detto ovviamente vale se tutti gli altri parametri di un setup sono a posto; è inutile infatti tentare di correggere la frenatura in compressione/estensione degli ammortizzatori, la taratura delle molle, le barre antirollio, se poi il differenziale autobloccante è tarato male o usurato o se l’aerodinamica non è efficiente o ancora se gli angoli caratteristici delle ruote sono errati (campanatura, convergenza, incidenza, ackerman).

trasferimento-di-carico_ralph-dte.jpg vettori-trasferimento-di-carico_ralph-dte.jpg

Nella prima foto vediamo l’abbassamento del veicolo come siamo abituati ad immaginarlo in seguito ad una forte frenata. Nella seconda foto invece vediamo rappresentati i vettori che evidenziano come sia elevato il peso gravante sull’avantreno rispetto al retrotreno in seguito al trasferimento di carico.

Continua…

Pubblicato in Setup e telemetria, dinamica veicolo, dinamica moto | 2 Commenti »

Sottosterzo sovrasterzo -rapid resume-

Scritto da Ralph DTE il 16 Luglio 2009

Rubrica: Il setup che fa impazzire -  livello base

Titolo o argomento: Sintesi dei parametri che influenzano sottosterzo e sovrasterzo

Una vettura può essere sottosterzante per i seguenti motivi

Ali. Ala anteriore troppo scarica o ala posteriore troppo carica o rapporto tra ala anteriore e posteriore squilibrato. Trovate la giusta percentuale di carico aerodinamico (ad esempio 33% ant - 67% post) e cercate di mantenerla in caso di grossi interventi sul setup volti al raggiungimento di velocità più o meno elevate. Una volta trovato l’equilibrio della vettura (che dipende da come le masse sono in essa distribuite: pilota, motore…) cercate di mantenerlo.

Campanature. Campanatura all’anteriore troppo elevata. Ogni pneumatico ha un range (in termini di angoli di campanatura) nel quale lavora al meglio. Questo significa che, disponendo di una campanatura negativa,  ci si può muovere in una o nell’altra direzione di un piccolo intervallo dell’ordine di qualche decimo di grado per far sì che il pneumatico abbia la migliore impronta di contatto a terra durante le curve più impegnative del circuito e non in rettilineo. Disporre di un’eccessiva impronta di contatto a terra durante il rettilineo, oltre a penalizzare le velocità di punta, fa sì che la gomma, in curva, lavori quasi esclusivamente sulla zona esterna surriscaldandola. Una campanatura eccessiva invece non garantirà che la parte più esterna del pneumatico riesca a toccare bene quando la vettura in curva andrà in appoggio su tale ruota sfruttando così meno pneumatico con le ovvie conseguenze che ne derivano.

Sospensioni. Vettura troppo bassa sull’assale posteriore o troppo alta all’anteriore (attenzione che non è la stessa cosa, l’altezza al posteriore potrebbe essere corretta mentre all’anteriore eccessiva o viceversa). Va ricordato che la vettura tende a scaricare un peso maggiore ovviamente nella zona più bassa. Dove questo avviene le gomme hanno una maggiore presa a terra che può arrivare, negli eccessi, a logorarle molto anticipatamente. Di seguito troviamo altri importanti fattori legati alle sospensioni che possono innescare un sottosterzo eccessivo: vettura eccessivamente bassa sia all’anteriore che al posteriore; ammortizzatori troppo teneri in compressione; ammortizzatori troppo frenati in estensione al posteriore. Corsa ammortizzatori anteriori troppo ridotta.

Per comprendere meglio questi concetti è importante riuscire a immaginare quanto segue: Nel momento in cui si accelera, il peso del corpo vettura si sposta posteriormente dove le gomme iniziano ovviamente a fare più presa. Questo va considerato quando si scelgono i valori di frenatura in compressione/estensione degli ammortizzatori ant/post e i valori di campanature e pressione gomme. Nel momento in cui va a frenare, si trasferisce il carico all’anteriore. Esso graverà sulle ruote anteriori tanto più gli ammortizzatori anteriori saranno teneri in compressione e quelli posteriori poco frenati in estensione. Se iniziamo a renderci conto del concetto di “trasferimento di carico” inizierà a sembrarci chiara l’utilità della frenatura in estensione degli ammortizzatori e delle giuste campanature e pressioni di gonfiaggio. Altrimenti potreste incorrere in gomme che si usurano troppo precocemente…

Differenziali

Trazione posteriore

  • La vettura sottosterza in ingresso di curva: Differenziale posteriore autobloccante con percentuale troppo bassa in rilascio.

  • La vettura sottosterza in uscita di curva: Differenziale posteriore autobloccante con percentuale troppo bassa in potenza.

 Trazione anteriore

  • Differenziale autobloccante con percentuale di bloccaggio troppo elevata. La maggior parte delle trazioni anteriori hanno la regolazione di un solo valore, questo vuol dire che non vi è la regolazione in potenza e in rilascio. Più si tende a bloccare il differenziale anteriore e più il mezzo si oppone alla sterzata

Barre antirollio. Barra antirollio troppo dura all’anteriore (attenzione che, come per gli alettoni, anche le barre antirollio anteriori e posteriori hanno un rapporto tra loro che va mantenuto. Alle basse velocità, dove le ali non influiscono, possiamo osservare il comportamento dinamico della vettura e se risulta neutro o leggermente sovrasterzante, abbiamo trovato il giusto compromesso tra barra antirollio anteriore e posteriore. Una volta trovato tale equilibrio, cercate di mantenerlo in seguito a successive variazioni di setup). Anche una barra antirollio al posteriore troppo morbida può produrre effetti sottosterzanti.

Gomme e Sterzo. Le gomme anteriori possono indurre il sottosterzo ad esempio quando non sono in temperatura o quando vi è una eccessiva campanatura. Anche le ruote posteriori possono contribuire al sottosterzo quando hanno una eccessiva convergenza positiva.

Errori di guida. Infine una frenata troppo ritardata o un ingresso curva a velocità troppo elevata possono portare ad un comportamento sottosterzante anche di un veicolo molto ben equilibrato. Errore tipico che molti piloti non ammettono di fare :)

E’ ovvio che a mano a mano che riduciamo il sottosterzo, ci avvicianiamo alla neutralità della dinamica della vettura (per un range molto piccolo) e proseguendo, ci troviamo un mezzo leggermente sovrasterzante. Esagerando nel ridurre il sottosterzo potremmo trovare un mezzo che sovrasterza eccessivamente facendoci perdere troppo tempo. L’equilibrio ottimale va trovato dal pilota in base alle proprie sensazioni di guida.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

quadrilateri-deformabili_2.JPG

Pubblicato in Setup e telemetria, dinamica veicolo, dinamica moto, Vehicle sim | 4 Commenti »

Telemetria, accelerazione laterale e qualche dubbio…

Scritto da Ralph DTE il 22 Giugno 2009

Rubrica: Telemetria (sensori di spostamento)

Titolo o argomento: Telemetria, accelerazione laterale e qualche dubbio

Rispondendo a Giovanni

Giovanni ci chiede, dopo aver letto l’articolo Telemetria -parte 4-, come mai se la vettura si trova ad esempio nella situazione in cui perde aderenza e scivola via, l’accelerometro non indica un’accelerazione laterale maggiore. Comprendo benissimo i dubbi che ti portano a questa domanda.

Intro

In una vettura da corsa si usano prevalentemente accelerometri bi-assiali, per indicare le componenti tangenziali e normali dell’accelerazione istantanea. Il dispositivo deve essere montato in corrispondenza del centro di massa (baricentro), oppure ai centri degli assi se ne vengono montati due mono-assiali. La componente tangenziale (alla traiettoria) misura la variazione del modulo della velocità, quella normale misura invece la rapidità di variazione della direzione della velocità.

  • In rettilineo è ovviamente diversa da zero soltanto la componente longitudinale

  • In curva la componente normale è sempre diversa da zero mentre quella longitudinale può esserlo o meno.

L’accelerazione e’ determinata dalla risultante delle forze esterne che agiscono sulla vettura: forze di attrito e spinte aerodinamiche.

L’accelerometro e le forze (centrifuga e centripeta)

L’accelerometro si trova ovviamente a bordo della vettura. Abbiamo un sistema costituito dalla vettura, il pilota e l’accelerometro. Un sistema non inerziale ossia un sistema accelerato rispetto alla Terra. Quando l’auto prende una curva (ad esempio dopo un lungo rettilineo) il pilota, la macchina e con essa quindi anche l’accelerometro tenderanno a mantenere la direzione che avevano poco prima. Quello che il pilota sente è la forza centrifuga da considerare nelle cosiddette forze fittizie. La forza centrifuga tende a spingere, durante la curva, il sistema vettura-pilota-accelerometro verso l’esterno. La forza centripeta, al contrario è la reazione opposta data dal grip meccanico (gomme) e quello aerodinamico (ali) che permette alla vettura di percorrere la curva. Più il veicolo aderisce alla strada mantenendo la sua traiettoria e più sull’accelerometro, come sul pilota e su tutto il corpo vettura, agirà una maggiore forza centrifuga che tenderà a far proseguire a tali corpi la direzione che avevano nell’istante precedente.

Se invece il veicolo perde aderenza e parte per la tangente, “tirando dritto”, sia sul pilota che sull’accelerometro e l’auto non agiscono forze che tendono a trattenerli nel precendente moto. Questo perchè la precedente direzione, anche se con un diverso equilibrio del veicolo, sta già continuando. Tutto parte per la tangente come se il pilota improvvisamente decidesse di tirar dritto… Vi sono sempre e comunque forze che agiscono su pilota, auto e accelerometro ma gli effetti sono meno incisivi in quanto la situazione assomiglia, almeno nell’istante prima che il mezzo inizi a scomporsi, ad un prolungamento del rettilineo. Con le dovute approssimazioni è come se non si verificassero cambiamenti di direzione dell’auto da corsa.

In realtà poi la vettura non starà procedendo sull’asfalto, inoltre il pilota avrà abbondantemente agito sui freni e lo sterzo. L’equilibrio della vettura non sussisterà più e starà saltellando sulla ghiaia magari… Quindi sull’insieme pilota-vettura-accelerometro staranno agendo comunque altre forze.

Forza centrifuga e centripeta agente su un corpo che varia la traiettoria

Pubblicato in Domande dei lettori e sondaggi, Ingegneria, tecnologie, energia e cenni di scienze, Motorismo, motorsport e meccatronica | 14 Commenti »

Le barre antirollio in un’auto da corsa

Scritto da Ralph DTE il 9 Giugno 2009

Rubrica: Il setup che fa impazzire -  livello base

Titolo o argomento: Le barre antirollio e gli effetti sulla loro regolazione

Le vetture da corsa più performanti sono dotate di barre antirollio sia all’avantreno che al retrotreno. Questo offre un’importante possibilità di intervento in più. Gli effetti della rigidezza delle barre antirollio si ripercuotono sul comportamento delle gomme e dell’intero veicolo.

Il compito della barra antirollio, come dice la parola stessa, è quello di ridurre gli effetti del rollio del mezzo (per sapere cos’è il rollio, l’imbardata, il beccheggio e il pompaggio: CLICCA QUI) durante la percorrenza delle curve.

Una barra antirollio più rigida obbligherà il gruppo ruota-sospensione a rispettare il più possibile gli angoli caratteristici impostati; primo tra tutti il Camber o Campanatura. Significa che le gomme manterranno anche durante gli sforzi maggiori l’angolo impostato di inclinazione rispetto alla retta verticale perpendicolare al suolo (è bene considerare sempre una sorta di oscillazione, seppur minima, che cambia l’impronta di contatto a terra del pneumatico).

Questo fenomeno ha diversi tipi di conseguenze:

  • Le gomme vanno in temperatura piuttosto velocemente

  • Le gomme raggiungono temperature di esercizio più elevate

  • Il veicolo risulta più preciso ma più scorbutico

  • In caso di perdita di stabilità il veicolo è più facile da riprendere

  • In caso di fondo sconnesso o bagnato il veicolo risulterà inguidabile

 

 Nel caso in cui ci troviamo ad avere (sia su un simulatore, sia nella realtà) un veicolo con barra antirollio sia all’anteriore che al posteriore,

ci comporteremo come segue:

  • Una barra antirollio molto più rigida all’anteriore rispetto che al posteriore indurrà facilmente il sottosterzo nel veicolo che molto probabilmente rifiuterà di inserire l’anvantreno in curva.

  • Vice versa se la barra antirollio anteriore è troppo morbida rispetto a quella posteriore sarà facile l’innesco del sovrasterzo.

  • Ammorbidire eccessivamente la barra antirollio posteriore oppure indurire eccessivamente quella anteriore quindi produce lo stesso effetto? Il sottosterzo!?! Non è del tutto vero: si innesca senza dubbio il sotto sterzo in entrambi i casi ma con differenti effetti sulle temperature delle gomme e la guidabilità del mezzo. Quindi compiere o l’una o l’altra operazione non è esattamente la stessa cosa e bisogna sapere quando operare in un modo e quando nell’altro. Generalmente lo si fa controllando anche la temperatura delle gomme ed osservando quindi il modo in cui esse lavorano.

  • Se una vettura sovrasterza e per ridurre tale effetto andiamo ad indurire la barra antirollio anteriore dopo aver constatato che le temperature all’anteriore erano buone o leggermente alte, non otterremo un effetto equilibrante sul mezzo bensì un ulteriore surriscaldamento delle gomme anteriori. (temperatura gomme)

E’ buona norma trovare un giusto equilibrio tra la rigidezza della barra all’anteriore e quella al posteriore, tuttavia non dipenderà solo da questo parametro il verificarsi del sotto-sovrasterzo. E’ importante notare che pur disponendo della corretta rigidezza delle barre tra anteriore e posteriore si può incappare nello squilibrio del veicolo per altri motivi tra i quali troviamo:

  • Lo sbilanciamento dell’incidenza degli alettoni (con diverse spinte a terra, ovvero carichi, tra avantreno e retrotreno).

  • L’errata convergenza delle ruote anteriori/posteriori.

  • L’errata campanatura delle ruote anteriori/posteriori.

  • L’errata taratura delle sospensioni anteriori/posteriori in compressione, estensione, precarico.

  • L’errata altezza della vettura da terra all’anteriore e posteriore.

  • L’errata distribuzione delle masse.

  • L’errata rapportatura del cambio.

  • L’errato freno motore.

Questo significa che quando un’auto da corsa in pista non si comporta come noi vorremmo, l’abilità sta nell’individuare da dove arrivano le cause. Ottimi preparatori/costruttori sono proprio quelli che hanno talento nel trovare rapidamente soluzioni individuando la natura delle cause e indirizzando una elevata mole di lavoro nella giusta direzione.

Il prossimo articolo di questa rubrica chiuderà la serie LIVELLO BASE.  Questo gruppo di 7 articoli introduttivi (più il relativo RAPID RESUME) va compreso e testato con calma prima di iniziare l’approccio con gli articoli che verrano relativi al LIVELLO INTERMEDIO e quelli conclusivi del LIVELLO AVANZATO.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

Pubblicato in Setup e telemetria, dinamica veicolo, dinamica moto, Vehicle sim | 5 Commenti »

 
Chiudi
Invia e-mail