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).
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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.
Per trasferimento di carico si intende la variazione delle quote di peso gravanti sull’asse anteriore e posteriore del veicolo rispetto alla situazione statica: questo effetto è causato dalle accelerazioni e dalle decelerazioni che si generano durante il moto. In effetti si sposta la retta d’azione della risultante R fra il carico P e la forza d’inerzia Fi: il carico statico rimane infatti costante fra i due assi, mentre la forza d’inerzia, applicata al baricentro, genera un momento rispetto all’asse di beccheggio che carica un’asse e scarica l’altro. Si ha così una rotazione del baricentro la cui entità dipende dalla distanza del baricentro dall’asse di beccheggio, dalla flessibilità del sistema elastico e dal passo del veicolo. Si ricorda che l’asse di beccheggio è quell’asse trasversale al veicolo attorno a cui la scocca ruota durante i movimenti di beccheggio (accelerazione-frenata), tale asse si può determinare graficamente in funzione della geometria della sospensione. Gli effetti del trasferimento di carico possono venire valutati con la relazione:
