Setup, Telemetria e Dinamica del veicolo

6 gennaio 2009

Come si regola un differenziale autobloccante

Rubrica: I padroni della coppia

Titolo o argomento: Regolazioni del differenziale autobloccante

Per conoscere il metodo di regolazione di un differenziale autobloccante ed i parametri regolabili, ovvero percentuale di bloccaggio in potenza, percentuale di bloccaggio in rilascio e precarico, visita il nostro sito tecnico alla pagina seguente: ralph-dte.net/set-trasmissione Sono riportati diversi esempi inerenti i differenziali autobloccanti montati su vetture a trazione anteriore, trazione posteriore ed integrale. Sono inoltre presenti curiose simulazioni che mostrano gli effetti di particolari tarature. Buona lettura.

effetti differenziale aperto effetti differenziale autobloccante

Simulazione degli effetti prodotti sulla dinamica del veicolo da particolari tipologie di differenziale

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

2 novembre 2008

L’altezza di una vettura da corsa

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Altezza di una vettura e gli effetti sulla sua regolazione

Anche l’altezza della vettura è un parametro che se regolato solo da un lato (avantreno o retrotreno) da effetti anche sull’altro.

Qui l’esempio è molto più semplice che nei casi precedenti (vedi i link in basso). Una vettura più bassa dietro tenderà a scaricare più massa sulle ruote posteriori rimanendo più incollata all’asfalto con il retrotreno. Questo effetto, se troppo eccessivo, si ripercuoterà all’avantreno con sottosterzi irroneamente corretti dai più con un aumento dell’ala anteriore e il conseguente risultato di una vettura molto sbilanciata e di difficile comprensione nella guida.

Ciò significa che la differenza di altezza tra avantreno e retrotreno non sarà mai eccessiva, indipendentemente da che altezza complessiva abbia il mezzo.

Un veicolo troppo basso sul fronte, distribuirà qui la percentuale maggiore della sua massa e, oltre ad affaticare sospensioni e pneumatici anteriori in staccata, vi regalerà inefficienti sovrasterzi che si verificheranno già al primo accenno di inserimento in curva. inizialmente l’avantreno vi sembrerà solido ma, appena agirete sullo sterzo con più decisione, il retro del veicolo tenderà ad anticiparvi.

Regolare l’altezza del mezzo su un asse dell’auto va fatto tenendo conto degli effetti che avrà anche sull’altro asse. Evitate eccessive differenze di altezza.

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

30 ottobre 2008

Il giunto viscoso

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Il giunto viscoso

Il giunto viscoso (detto anche giunto Ferguson dal nome dell’inventore) è un organo meccanico che serve a collegare due alberi non in maniera rigida, permettendo piccole differenze di velocità di rotazione.

Due serie di dischi calettati alle estremità dei due alberi sono poste a distanza ravvicinata in una scatola che contiene un particolare liquido siliconico che ha la caratteristica di aumentare notevolmente la sua viscosità con la temperatura.

Quando le velocità dei due alberi sono diverse il liquido si scalda e, aumentando l’attrito con i dischi, limita lo slittamento relativo dei due fino ad impedirlo (con tempi di intervento dell’ordine del secondo).

Quando la tendenza ad avere velocità diverse diminuisce il liquido si raffredda e torna a permettere piccole differenze di velocità di rotazione.

Il giunto viscoso viene utilizzato principalmente come sistema di bloccaggio automatico del differenziale centrale (o, meno frequentemente, posteriore) degli autoveicoli a trazione integrale, principalmente dalle auto sportive e dai SUV dalle caratteristiche più stradali che fuoristradistiche.

In alcuni casi può direttamente sostituire il differenziale centrale.

Nell’uso stradale l’intervento progressivo del bloccaggio dovuto al tempo necessario al liquido per riscaldarsi è da considerarsi un vantaggio sia per non cogliere impreparato il conducente sia per questioni di comfort. Nelle competizioni invece si preferisce ricorrere ad altre soluzioni che riducano il tempo di bloccaggio.

Le vetture dotate di trazione integrale con giunto viscoso devono avere un sistema che lo disabilita in caso di frenata, dove l’indipendenza di rotazione delle ruote è essenziale per un corretto funzionamento dell’impianto frenante sia esso con o senza ABS. A tal fine vengono oggi impiegate delle frizioni tipo Haldex.

giunto viscoso

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

30 ottobre 2008

Il differenziale autobloccante

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Generalità sul differenziale autobloccante

Si ricorre ai differenziali autobloccanti, i veri padroni della coppia motrice, quando è richiesta un’importante precisione del veicolo e, di conseguenza, di guida. Le vetture con prestazioni medio alte non possono fare a meno di questo importante organo della trasmissione. Quando una ruota motrice perde aderenza e va a vuoto, viene opportunamente frenata per permettere al differenziale di trasmettere più coppia motrice alla ruota che dispone di maggiore aderenza. Si arriva persino, in taluni casi, a distribuire l’intera coppia motrice alla sola ruota motrice che dispone del corretto grip. La peculiarità dei differenziali autobloccanti è quella di poter avere tarature di bloccaggio differenti per la fase di accelerazione e per quella di rilascio. Tramite il precarico inoltre è possibile tenere sempre il differenziale bloccato di un tot. Il differenziale può così adattare la trasmissione della coppia alle diverse situazioni di guida (ingresso curva, uscita di curva, fondi sconnessi, fondi con differenti coefficienti di attrito, fondi con presenza di ghiaccio, neve, fango, ghiaia, foglie, sporco…). Quando una ruota perde aderenza e slitta a causa di un tratto di strada che offre un basso coefficiente di aderenza, essa non riesce a trasmettere al suolo una forza di trazione sufficiente a muovere il veicolo. In simili casi, il differenziale diventa un dispositivo svantaggioso in quanto l’altra ruota motrice (che magari dispone di un’aderenza molto maggiore) non trasmette alcuna coppia motrice a terra (vedi il paragrafo sui differenziali aperti). Grazie al dispositivo di bloccaggio invece è possibile correggere questo difetto trasmettendo una coppia maggiore alla ruota con una migliore aderenza. La coppia che può essere trasmessa è determinabile in base alle condizioni di aderenza ed al valore di bloccaggio del differenziale autobloccante (o a slittamento limitato). Il valore del bloccaggio “S” si determina con la formula seguente:

Tale valore indica la maggiore differenza di coppia possibile tra la ruota motrice destra e quella sinistra in entrambe le direzioni rispetto al valore nominale. Esso viene indicato in “%” e si riferisce al momento di carico applicato alla corona conica. Ad esempio un valore di bloccaggio del 40% vuol dire che la ruota motrice con migliore aderenza può trasmettere il 40% di coppia motrice in più rispetto a quella con minore aderenza.

Continua… Funzionamento del differenziale autobloccate.

differenziale autobloccante

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30 ottobre 2008

Il differenziale aperto

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Il differenziale aperto

Il differenziale aperto compensa le differenze di regime di rotazione delle due ruote motrici. Durante una curva permette alla ruota motrice esterna di girare tanto più velocemente quanto più lentamente gira la ruota motrice interna alla curva. Esso trasmette la stessa coppia a entrambe le ruote motrici indipendentemente dal loro regime di rotazione. Il valore di coppia motrice trasmessa è determinata dalla ruota motrice che presenta la peggiore aderenza al suolo. Se ad esempio una ruota slitta, l’altra si ferma ed il veicolo non ha più trazione. Il differenziale aperto è costituito da un pignone conico motore collegato all’albero di trasmissione. Tale pignone trascina la corona conica sulla quale è fissata la scatola del differenziale che funge da vero e proprio supporto. All’interno della scatola del differenziale vi sono i satelliti. Questi sono solidali all’asse portasatelliti e possono ruotare su sé stessi. I satelliti sono in presa con i planetari i quali, a loro volta, sono collegati ai semialberi o semiassi. Durante la marcia in rettilineo, ruote motrici e planetari girano alla stessa velocità. In questa fase i satelliti non fungono da ruote dentate ma da nottolini di trascinamento; sono quindi fissi (non ruotano) e seguono il movimento rotatorio della scatola del differenziale trasmettendo il regime di rotazione in parti uguali al planetario destro e sinistro. Quando una ruota slitta il relativo planetario fa girare i satelliti del differenziale attorno all’altro planetario il quale rimane fermo. La ruota che slitta ha una frequenza di rotazione doppia rispetto alla corona conica. In questa situazione la distribuzione di coppia avviene in parti uguali e dipende dalla ruota motrice che presenta l’aderenza minore. Pertanto considerando che la ruota slittante non può trasmettere coppia, anche l’altra non la trasmette e si ferma. In curva le ruote devono per forza di cose percorrere tragitti di differente lunghezza. Le ruote motrici ed i planetari presenti nel differenziale girano con velocità differenti. Questo è reso possibile dai satelliti che compensano le differenze di regime di rotazione dei due planetari. A parità di aderenza la ruota motrice interna alla curva gira tanto più lentamente quanto più velocemente gira quella esterna ed ogni ruota riceva la medesima coppia.

Il differenziale aperto viene impiegato sui comuni veicoli stradali a trazione anteriore, per la sua economicità. Esso favorisce l’avvitamento del mezzo all’interno di una curva con il massimo comfort e, come vedremo nel prossimo paragrafo, senza quei bruschi colpi di sterzo da kart. Tuttavia non è assolutamente adatto all’uso sportivo né tantomeno corsaiolo di un mezzo che necessita due particolari situazioni: avere una sorta di differenziale aperto alle basse velocità e avere una sorta di assale rigido quando una ruota motrice perde aderenza. Per avere sia i vantaggi di trazione del kart, sia i vantaggi di un’utilitaria nei brevi tratti percorsi a bassa velocità (come ad esempio i tornanti) vedremo nei prossimi paragrafi l’importanza dei differenziali autobloccanti. Ricapitolando il kart è scomodo e non si avvita alle basse velocità (problema che non lo riguarda visto l’uso che se ne fa) mentre in curva (a velocità sostenute) o su un cordolo o ancora quando una ruota non tocca terra, garantisce la massima trazione. Viceversa una comune utilitaria si avvita benissimo nelle curve lente, è molto manovrabile, ma risulta imprecisa durante le curve ad elevata velocità (dove il rollio può essere tale da non garantire un corretto contatto a terra della ruota motrice interna alla curva) o sulle irregolarità del fondo stradale date da fondi sconnessi o da differenti coefficienti di attrito delle superfici (bagnato, neve, ghiaccio, ghiaia, terriccio…). Insomma in situazioni in cui anche solo una ruota motrice può perdere aderenza, il differenziale aperto è incapace di trasmettere la necessaria coppia motrice ad entrambe le ruote…

differenziale

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24 ottobre 2008

Temperature e campanature

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Relazione tra le campanature e le temperature delle gomme

Avrete notato che in diversi simulatori viene mostrata, attraverso i tasti funzione, la temperatura delle gomme di ogni ruota. In quelli migliori addirittura la temperatura dei 3 settori di contatto a terra di ogni gomma. Ovvero la temperatura della fascia interna di pneumatico (in teoria quella a maggior contatto); la temperatura della fascia centrale (che dovrebbe essere tra i 5 e i 10 gradi centigradi più bassa) ed infine la temperatura della fascia esterna ovvero quella responsabile del contatto con il suolo nelle curve (qui la temperatura misurata nel rettilineo potrebbe oltrepassare i 15°C di differenza in meno rispetto alla fascia centrale). Su live for speed vengono visualizzate 3 temperature per ruota ma in realtà ci sono ben 16 sensori per fascia (per un totale di 48 sensori per ruota) atti a rilevare (simulare) ogni tipo di variazione di temperatura causato da: saltellamenti della gomma, contatti errati, spiattellamenti e bloccaggio della ruota, sovrasterzi o sottosterzi marcati… Impressionante. Grazie a questi valori si può calibrare la migliore campanatura nonché comprendere il comportamento dell’intero autotelaio.

In sintesi:

temperatura maggiore al centro: pressione di gonfiaggio pneumatico eccessiva
temperatuta maggiore all’interno: è naturale dato che si adottano su tutti i veicoli da corsa campanature negative ( https://www.ralph-dte.net ). Se tale temperatura è troppo elevata, segnala un eccessiva campanatura negativa che, se presente all’anteriore, porta al sottosterzo per mancanza di contatto a terra; mentre se presente al posteriore, porta a incontrollabili sovrasterzi già marcati all’ingresso curva.
temperatura maggiore all’esterno: campanatura da aumentare ovvero da rendere ancor più negativa; in curva il veicolo non ottiene il dovuto grip in quanto la ruota tende a far toccare solo la parte esterna del pneumatico il quale non poggia bene
temperature maggiori ai bordi: pressione di gonfiaggio insufficiente

Nella foto vengono visualizzate le temperature delle gomme (simulazione) ai box, ovvero poco dopo lo smontaggio delle termocoperte. Le gomme in questione a mescola intermedia andranno in temperatura a 100°C. Sono inoltre visibili i 4 vettori perpendicolari al piano che indicano la forza con cui preme ogni ruota sull’asfalto a mezzo fermo. Durante il movimento oltre ad aumentare l’intensità della forza (riconoscibile da un allungamento più o meno pronunciato di tali segmenti) a seconda dello sbilanciamento del mezzo, vengono anche indicati i vettori (paralleli al piano) che aiutano nei conteggi dell’aderenza, delle forze centrifughe e delle forze di inerzia in gioco su ogni ruota in accelerazione, in frenata ed in curva. Un quadro completo per ottenere validi SETUP e capire il comportamento del nostro mezzo e del pilota.

temperatura troppo elevata dell’intero pneumatico:

mescola troppo tenera
Barra antirollio del relativo asse eccessivamente rigida. Le gomme vanno in temperatura molto velocemente e tendono a scaldarsi oltremodo se il valore della rigidezza della barra è eccessivo. Viceversa se le barre sono troppo morbide, le relative gomme, si scalderanno in modo più uniforme per il fatto che la gomma è libera di oscillare in modo a volte anomalo facendo alternatamente toccare l’intera superficie del pneumatico che non si scalda ma traballa regalando una forte imprecisione di guida.
pressione di gonfiaggio insufficiente
troppo sottosterzo se le gomme scaldano eccessivamente all’anteriore e al contempo il muso della vettura se ne va per la tangente della curva
troppo sovrasterzo se le gomme che scaldano troppo sono le posteriori. Generalmente si verifica meno in quanto il pilota quando sente sgradevoli galleggiamenti del posteriore, non spinge al massimo.
troppo slittamento in apertura di gas in partenza o all’uscita di tornantini lenti. Le cause risiedono nella gestione motore e nel piede del pilota.
sgommate o guida impropria: comportamenti che stressano eccessivamente e, sopratutto inutilmente, le gomme, portano all’usura in pochi minuti con la perdita totale di aderenza.

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

22 ottobre 2008

Le campanature di un’auto da corsa

Rubrica: Il setup che fa impazzire – Livello base

Titolo o argomento: Angoli caratteristici – Le campanature

Se si esclude il caso di lievi affinamenti come citato nel precedente articolo “Le Ali“, anche per le campanature all’anteriore e al posteriore vale la stessa logica già trattata. Significa che in caso di interventi importanti sui valori di campanatura all’anteriore, si hanno effetti che si ripercuotono al posteriore e viceversa.

Foto 1: esempio di campanatura portata quasi a ZERO. Il contatto a terra del pneumatico è massimo. Naturalmente in curva il pneumatico tenderà a sollevarsi e a non toccare nella parte interna alla curva.
Foto 2: esempio di campanatura di base fornita generalmente con gli assetti base sui simulatori e sulle vetture stradali a trazione posteriore. Ognuno poi affinerà, in base alla sua guida, i valori ottimali.
Foto 3: esempio di campanatura eccessivamente negativa. L’esempio mostra come ora solo una minima parte della gomma tocchi a terra. Questo si traduce in uno scarso contatto e scarso feeling. Non arrivano sensazioni al pilota se non quelle sgradevoli che indicano la continua perdita di aderenza. La campanatura ottimale deve sì essere negativa ma non eccessiva.

Ammettiamo che vogliamo più trazione (stiamo parlando di una trazione posteriore) ed andiamo a ridurre le campanature al posteriore (ad esempio da -1,5° fino al valore -0,9°) per avere più contatto a terra e conseguente maggiore aderenza nel momento in cui apriamo il gas…

che effetti secondari incontreremo?

Improvvisamente otterremo un retrotreno molto stabile, probabilmente troppo. Questo si ripercuoterà sull’avantreno che non disponendo del leggero sovrasterzo che occorre in rilascio per inserirsi in curva, tenderà ad andare dritto sottosterzando.

Perchè?

Si tratta sempre di una questione di semplici rapporti matematici. Se la superfcie di contatto a terra al posteriore è molto maggiore di quella all’anteriore, il mezzo tenderà ad andare dritto. Viceversa sovrasterzerà molto pericolosamente.

Considerando che le cause di sottosterzo e sovrasterzo sono molteplici anche se spesso la poca esperienza porta ad agire sempre sulle stesse cose (vedi gli alettoni), potremmo ottenere un effetto sottosterzante non solo aumentando il contatto a terra delle gomme posteriori, bensì anche riducendo eccessivamente il contatto a terra all’anteriore con campanature esagerate. Il discorso è sempre lo stesso: il rapporto tra l’anteriore e il posteriore risulta squilibrato con effetti fastidiosi se troppo elevato.

Tuttavia è inutile continuare a cercare i valori ideali di campanatura se non si sono regolati a dovere i differenziali e gli alettoni ad esempio. Ogni parametro può giocare brutti scherzi all’altro. Per trovare le campanature che più si addicono al vostro stile di guida, affidatevi al rilevamento delle temperature delle gomme nella parte centrale e ai due estremi di ogni gomma. Dividete il pneumatico in 3 ipotetiche fasce su cui prendere le temperature con un’apposita sonda se siete in pista realmente o semplicemente premendo F9 sulla tastiera se state simulando con Live for Speed.

Note

Inoltre io sto considerando un mezzo a trazione posteriore dove generalmente l’angolo di campanatura al retrotreno è minore di quello all’avantreno (anche se dipende dal posizionamento all’anteriore o al posteriore del motore che vuol dire davvero molto… ne parleremo in seguito) ma vi accorgerete che è il contrario per una trazione anteriore e che è variabile per una trazione integrale in base all’uso che se ne fa…

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

21 ottobre 2008

Le ali di un’auto da corsa

Rubrica:Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Le ali

Vai a scaricare gli alettoni ma la macchina va più piano. I tempi sul giro si alzano. Blocchi il differenziale ma all’ingresso in curva l’auto rifiuta di inserirsi. La abbassi pensando che con un baricentro più basso percorrerai le curve più velocemente ma in realtà diventa solo più nervosa e reattiva. Le campanature non vanno mai bene e le gomme scaldano troppo oppure non ti accompagnano nella curva.

Cosa succede al tuo setup?

In alcuni brevi articoli a partire da questo (le ali, le campanature, l’altezza da terra, i differenziali, le barre anti rollio ed un rapid resume molto utile) cercheremo di rispondere alle domande dei lettori nel modo più chiaro e semplice possibile evitando di dilungarci troppo. Successivamente ci occuperemo di approfondire via via sempre di più.

Il setup in realtà è fatto di rapporti ovvero andando a toccare un parametro che riguarda l’avantreno, gli effetti del mutamento si ripercuotono anche sul retrotreno. Per tale ragione ogni modifica fatta all’avantreno deve tener conto delle conseguenze che comporterà sul retrotreno e viceversa.

Un esempio?

Solitamente quando la macchina stenta ad inserirsi in curva, si agisce sull’ala anteriore con la volontà di ottenere più aderenza. Il più delle volte si finisce con l’ottenere una vettura che in realtà sovrasterza troppo.

Come mai?

Non bisogna solo considerare l’angolo dell’ala anteriore o posteriore durante una regolazione, bensì anche le percentuali di carico sul fronte sul retro. Se abbiamo un carico aerodinamico del 30% sul fronte e del 70% sul retro e vogliamo più aderenza all’anteriore, aumenteremo sì l’angolo dell’ala anteriore, ma andremo a correggere anche l’ala posteriore affinchè le percentuali di carico rientrino in quel range che mantiene la vettura in equilibrio durante la curva. Questo soprattutto quando andiamo a creare nuovi assetti. Prima ancora di scegliere l’angolo delle ali, sarà opportuno effettuare qualche conto sul bilanciamento del veicolo. Come sono ripartiti i pesi? Ha il motore anteriore o posteriore? Valori numerici ben precisi sono riportati alla pagina info della vostra vettura (sul simulatore lfs). Solo nel caso si facciano leggeri affinamenti correttivi si va a toccare una sola ala. Se invece le prestazioni del vostro mezzo sono da rivedere e la vettura in curva dinamicamente vi piace ma non vi entusiasma nel rettilineo, allora riducendo l’ala al posteriore per avere più velocità, dovrete ricordarvi di agire anche sull’ala anteriore per ricreare quell’equilibrio che avevate prima e che non rendeva la macchina né troppo sottosterzante, né troppo sovrasterzante.

Curiosità

A mano a mano che scarichi gli alettoni, solitamente sono necessarie alcune correzioni anche ad altri parametri del set. Spesso riducendo l’angolo di un’ala, si interviene anche sulle campanature delle relative ruote (anteriori o posteriori in base alla rispettiva ala) aumentandole un pelino. Tuttavia la migliore certezza l’avrai provando questa soluzione ed osservando in che misura ti da vantaggi/svantaggi. Muovi sempre le regolazioni di poco, si tratta di affinamenti. Aumentare un paramentro del 30%-40% ogni volta andando di 10 in 10 non ha senso. L’intervento è troppo esagerato e non ti dirà la verità.

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

4 ottobre 2008

Il differenziale torsen

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Il differenziale torsen

Il differenziale Torsen consente in maniera del tutto automatica di ripartire la coppia secondo l’aderenza disponibile per ciascuna ruota. Questo dispositivo non si blocca mai e viene definito differenziale a distribuzione di coppia. Può essere impiegato sia sull’asse anteriore che su quello posteriore o anche come differenziale longitudinale. Il sistema di funzionamento è molto semplice e si basa sul principio della vite senza fine che trasmette il moto in una sola direzione.

Il differenziale Torsen sfrutta l’attrito interno tra gli ingranaggi per produrre una coppia maggiore sull’asse che ruota più lentamente. Il TBR (Torque Bias Ratio) serve a definire il rapporto con cui viene ripartita tale coppia. Un rapporto che indica la coppia applicata alla ruota che gira più lentamente rispetto alla coppia applicata alla ruota che gira più velocemente. Il range di valori del TBR generalmente varia da 2 a 6. Un valore del TBR pari a 3 vale a dire che se all’albero di trasmissione viene applicata una coppia di 1600Nm, verranno trasmessi 400Nm alla ruota che perde aderenza e 1200Nm (tre volte tanto) alla ruota con maggior trazione. La somma delle coppie generate sugli alberi condotti è sempre uguale a quella fornita dall’albero condotto.

differenziale torsen

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