Categoria: Setup, Telemetria e Dinamica del veicolo

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori
Titolo o argomento: Se si stacca energicamente e si scalano repentinamente le marce, l’elevato regime di rotazione del motore può generare forze che inducono un testacoda?
Risponendo a: Stefano

Stefano scrive: Fra le numerose forze che agiscono sul veicolo (peso, forza centrifuga, forze di spinta delle ruote motrici, ecc…) debbono essere annoverate anche quelle indotte dalla rotazione del motore. Chiunque può facilmente rendersi conto che esse esistono, sol che esegua questo facile esperimento. Si prende una vettura con elevata potenza e motore longitudinale, ferma su un pavimento perfettamente piano. Si avvia il motore e si pone il cambio in folle. A questo punto si accelera fino a fondo corsa. La vettura compie un movimento di rollio. Tale rollio si manifesta secondo un senso di rotazione opposto rispetto a quello del motore. Tale effetto determina una compressione degli ammortizzatori e delle molle sul lato della vettura soggetto al caricamento ed un fenomeno opposto sull’altro lato. Di conseguenza si ha un movimento di tutte le sospensioni e, per effetto del movimento delle sospensioni, la variazione degli angoli assunti dal piano longitudinale delle ruote rispetto al pavimento. Immaginiamo adesso una vettura che procede lungo una traiettoria rettilinea su una strada piana. Ad un certo momento il pilota, sempre mantenendo lo sterzo dritto, frena con forza e scala le marce. Il fenomeno di cui sopra, ossia la variazione dell’angolazione del piano delle ruote anteriori, può determinare forze orientate lungo una direzione inclinata rispetto alla traiettoria rettilinea, tali da disallineare il corpo vettura rispetto alla sua traiettoria dritta e da indurre un testacoda? Ho formulato questa ipotesi in seguito all’osservazione di vari testacoda compiuti da vetture in fase di staccata, prima però che il pilota iniziasse a ruotare il volante. Infatti, il testacoda che avviene quando la vettura marcia lungo una traiettoria curvilinea, ha varie spiegazioni, ben note a tutti. Il fenomeno che ho descritto, invece, mi pare difficilmente spiegabile altrimenti.

Quando una vettura da corsa procede lungo un rettilineo a forte velocità e poi si appresta alla staccata ed all’ingresso in curva, alle volte può perdere il suo equilibrio ed entrare in testacoda (come si può osservare guardando le gare). Questo fenomeno però non è influenzato dalla rotazione del motore, bensì dai trasferimenti di carico o dalle differenze di motricità che possono innescarsi a seguito di vari fenomeni.

Un sobbalzo, difficilmente visibile tramite le telecamere, può portare ad una perdita di contatto di una o più ruote inducendo uno squilibrio considerevole che può terminare o meno in un testacoda a seconda di come il pilota sta agendo sui comandi. In altri casi è il pilota stesso a commettere l’errore, in un momento di particolare stress, frenando nel momento sbagliato (basta un decimo di secondo di ritardo) ed iniziando quindi la sterzata mentre la pressione sul freno è ancora troppo elevata. Il fenomeno può indurre un testacoda o una sbandata di diversa entità a seconda dei fattori in gioco (setup, trasferimenti di carico, forze agenti sul veicolo in quel dato istante, reazioni del pilota, risposta del veicolo) e del settore del tracciato (pendenze, asfalto, geometrie del percorso). L’angolo di sterzata, il carico presente su ogni pneumatico, il settaggio delle sospensioni e la presenza di eventuale sporco o imperfezioni sul tracciato giocano un ruolo determinante affinché un sobbalzo si trasformi in una sbandata o, nel peggiore dei casi, in un testacoda.

Quando la vettura è ferma al box e vengono impresse forti accelerazioni a folle si avvertono in effetti delle piccolissime variazioni dei valori rilevati dai giroscopi di bordo (collegati alla telemetria). Ovviamente le accelerazioni cui è soggetto il manovellismo con la vettura ferma in folle ai box sono maggiori rispetto a quelle subite dallo stesso in gara. Questo perchè con la vettura in folle il motore non è chiamato ad affrontare alcun carico (detto volgarmente, va a vuoto). Nonostante ciò tale fenomeno è di un’entità talmente contenuta che non può comportare significativi movimenti delle sospensioni. Per di più quando la vettura si muove in velocità il discorso cambia nettamente. Le forze che agiscono sul veicolo da corsa durante un rettilineo sono talmente elevate (effetto inerziale) che la rotazione del motore è considerata trascurabile.

I motori ad elevate prestazioni, ad esempio quelli da F1, sono oltremodo equilibrati fin dal principio grazie agli schemi scelti per la disposizione dei cilindri. Le forze di massa libere date dal moto alterno di bielle, pistoni e spinotti tenderanno ad annullare il loro effetto reciprocamente. Laddove un motore presenti invece degli squilibri importanti nella rotazione del suo manovellismo, viene dotato di contralberi di equilibratura che ne annullano, o riduco al minimo, gli effetti.

Se anche venisse rimosso un eventuale contralbero di equilibratura, gli squilibri indotti dal movimento delle masse alterne, e da quelle in pura rotazione, non riuscirebbero a provocare un testacoda in frenata per effetto della scalata. Se così fosse significherebbe che l’equilibrio della vettura è sempre e costantemente precario. Le masse in gioco nel manovellismo, nonostante siano fortemente accelerate in motori che raggiungono elevati regimi di rotazione, non hanno il potere di innescare un testacoda.

Il regime di rotazione può essere imputato come causa di un eventuale sbandata o, al limite, testacoda, solo per ragioni legate alla variazione repentina di coppia motrice disponibile alle ruote posteriori, ad esempio in caso di problemi connessi con la gestione elettronica (controllo di trazione, differenziale elettronico, azionamenti del cambio, antispin, torque vectoring brake, ecc.).

Quindi ricapitolando l’auto da corsa che apprestandosi all’ingresso in curva entra in testa coda può trovarsi in una simile situazione prevalentemente a causa di:

Trasferimenti di carico anomali difficilmente osservabili e valutabili in tv.
Una sconnessione sull’asfalto che produce importanti sobbalzi e perdita di aderenza.
Un’errata azione sui comandi da parte del pilota.
Una fascia di asfalto che offre differente grip alle ruote da un lato della vettura.
L’appoggio delle ruote, solo da un lato (anche solo per una piccola porzione) su erba o bagnato.
Problemi di gestione elettronica.

Nell’immagine una simulazione eseguita poggiando una minima porzione dei pneumatici del lato
destro del veicolo sull’erba mentre si agisce con vigore sui freni. Il medesimo fenomeno si verifica
anche a seguito di problemi di elettronica nella gestione della trasmissione o a causa della
presenza di sconnessioni sull’asfalto.