Corso di Sistemi di Trazione Lezione 18: Angoli caratteristici delle sospensioni, tipologie costruttive e moti relativi del veicolo A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015

Argomenti Angoli caratteristici delle ruote delle sospensioni L’avancorsa con riferimento ai ciclomotori Il moto di rollio di un veicolo: Definizione Centro di rollio Posizione ottimale del centro di rollio Il docente inizia la lezione e descrive gli argomenti che tratterà. Le lezioni iniziano sempre con questa formula: “In questa lezione parleremo di: argomento 1 Argomento 2 Argomento n Ove opportuno, in questa come nelle altre slide, può essere utilizzato il seguente effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse. Per inserire nuove diapositive, utilizzare sempre l’apposita funzione di PowerPoint: Menu Inserisci Nuova diapositiva. Scegliere, eventualmente, dal Riquadro attività, un layout diverso da quello proposto in automatico, ma SEMPRE tra quelli disponibili. Evitare il layout “Solo titolo”.

Obiettivi della lezione Fornire la conoscenza di strumenti per il dimensionamento degli organi principali di un veicolo, con particolare riferimento alle sospensioni e allo sterzo Definire il moto di rollio di un veicolo e le soluzioni migliori nella progettazione di un veicolo in base al suo utilizzo (stradale, da corsa, ecc.) Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

Gli angoli caratteristici Angoli delle ruote Campanatura (o inclinazione ruota) Convergenza ruote Angoli delle sospensioni Inclinazione del montante Incidenza del montante

Angolo di campanatura (Camber) Angolo tra l’asse verticale del pneumatico e l’asse del terreno Si misura con la macchina in assetto di marcia Negativo verso l’interno, positivo verso l’esterno

Positivo Negativo Neutro Tipologie di camber Positivo Negativo Neutro

Effetti dei vari tipi di camber Il camber neutro con tutti gli assetti ha consumi uniformi su tutta la larghezza del battistrada e massima aderenza Il camber positivo diminuisce l’entità del braccio a terra trasversale Il camber negativo favorisce il contenimento trasversale del veicolo in rettilineo e in curva

Camber thrust Forza laterale generata quando un pneumatico ruota con un camber diverso da 0.

Soluzioni adottate nella realtà Camber vicino allo zero (1°- 2°) per evitare: Strisciamenti del pneumatico e conseguente usura irregolare Deviazione dalla marcia rettilinea della ruota Asse di sterzata inclinato per ridurre il braccio a terra trasversale senza ricorrere ad alti valori di camber

Convergenza delle ruote (toe-in and toe-out) Angolo formato dal piano passante per la mezzeria della ruota e l’asse longitudinale del veicolo Positiva se convergente verso l’asse nel senso del moto

Tipologie di convergenza Positiva Negativa Nulla

Caratteristiche della convergenza Viene solitamente fornita in mm come differenza delle distanze dei cerchi ruota rispettivamente dietro e davanti al mozzo Viene stabilita prossima allo zero nelle condizioni medie d’uso della vettura Valori massimi: 1.5° anteriore 3.5° posteriore

Convergenza nel veicolo Le ruote non motrici tendono a divergere durante la marcia: necessità di convergenza positiva Le ruote motrici tendono a convergere durante la marcia: necessità di convergenza negativa Conseguenza: diversa convergenza per veicoli a trazione anteriore o posteriore

Inclinazione del montante Angolo formato dall’asse di sterzata con la verticale al terreno passante per la mezzeria del veicolo E’ responsabile della maggior parte delle forze di auto-centramento del sistema di sterzo Per le auto è solitamente compreso tra 10° e 15°

Caratteristiche dell’inclinazione del montante (1/2) Garantisce il ritorno delle ruote, dopo una sterzata, alla marcia rettilinea e il suo mantenimento Positivo quando il punto di incontro fra asse di sterzata e verticale al terreno sta sopra il piano terrestre Nella pratica non si realizza quasi mai negativo (aumenta il braccio a terra trasversale)

Caratteristiche dell’inclinazione del montante (2/2) Il braccio a terra trasversale positivo tende a opporsi alla sterzatura → migliore stabilità direzionale Nella pratica si realizzano bracci a terra negativi di valore molto ridotto per: Migliori doti di direzionalità Sicurezza di marcia (controbilanciamento squilibri dovuti a differente aderenza fra 2 ruote di uno stesso asse)

Incidenza del montante (Caster) Angolo formato dall’asse di sterzata con la verticale al terreno osservando il veicolo lateralmente Positivo se l’asse di sterzata è ruotato nel verso opposto al senso di marcia del veicolo rispetto alla verticale al terreno Nullo per asse di sterzata verticale al terreno

Tipologie di incidenza

Effetti dell’incidenza (1/2) Stabilità nel perseverare nella marcia rettilinea e ritorno dello sterzo in posizione rettilinea dopo una sterzata L’incidenza positiva causa a livello del terreno un braccio (moment arm distance) → avancorsa Solitamente: Incidenza positiva → avancorsa positiva Incidenza negativa → avancorsa negativa Incidenza nulla → avancorsa nulla

Effetti dell’incidenza (2/2) La maggior parte dei veicoli è dotata di incidenza positiva Avancorsa positiva → si genera un momento “raddrizzatore” che tende a riportare la ruota che sterza in posizione rettilinea dopo la sterzata Avancorsa negativa → si genera un momento “sterzante” che tende ad aumentare la sterzatura della ruota

La geometria del motociclo

Definizione di avancorsa Distanza tra il punto di contatto della ruota anteriore con il suolo e l’asse dello sterzo Relazione tra avancorsa sul piano stradale (a) e avancorsa normale (an): ε = angolo di inclinazione dello sterzo

Tipologie di avancorsa Positiva Negativa

Caratteristiche dell’avancorsa (1/2) Molto importante per la stabilità del veicolo, soprattutto nel moto rettilineo Se positiva, genera un momento che riporta lo sterzo nella posizione di equilibrio a seguito di una perturbazione esterna Se negativa, amplifica l’effetto perturbativo

Caratteristiche dell’avancorsa (2/2) Per valori bassi dell’avancorsa, la manovra di sterzo è percepita leggera ma lo sterzo è sensibile alle irregolarità stradali Per valori elevati, aumenta la stabilità del moto rettilineo ma peggiorano drasticamente la manovrabilità e la maneggevolezza

Movimenti relativi del veicolo: il rollio

Posizione del baricentro Per avere una buona tenuta di strada conviene avere il baricentro più basso possibile Se la proiezione di R cade fuori dalla traccia della carreggiata il veicolo tende a capovolgersi

Definizione di rollio Rotazione della scocca intorno all’asse longitudinale del veicolo Si ha trasferimento di carico in senso trasversale

Il centro di rollio Dipende dal tipo di sospensione adottata Varia durante l’escursione delle sospensioni Si hanno due centri di rollio in uno stesso veicolo: uno all’avantreno e uno al retrotreno (schemi sospensivi diversi fra anteriore e posteriore)

Determinazione del centro di rollio (1/2)

Determinazione del centro di rollio (2/2)

Posizione ottimale del centro di rollio (1/3) Premessa: Ci si riferisce all’asse di rollio: asse virtuale che congiunge i centri di rollio anteriore e posteriore Asse di inerzia longitudinale del veicolo: retta congiungente i baricentri anteriore e posteriore

Posizione ottimale del centro di rollio (2/3) Condizione ideale (difficilmente realizzabile): coincidenza fra asse di rollio e asse di inerzia Condizione reale: fissità delle posizione reciproca fra i due assi

Posizione ottimale del centro di rollio (3/3) Sulla gran parte delle vetture di serie conviene avere c.d.r. alti dal suolo C.d.r. anche sotto il suolo per vetture da competizione Oggi si realizzano c.d.r. bassi (con sospensioni a ruote indipendenti) e si adottano le barre antirollio per contenere i coricamenti della scocca mantenendo un buon comfort di marcia

Veicolo a ponte rigido in curva (1/6)

Veicolo a ponte rigido in curva (2/6) GS = baricentro masse sospese GU = baricentro masse non sospese Φ = angolo di rollio

Veicolo a ponte rigido in curva (3/6) Componenti della forza FT di trasferimento di carico totale: FTU = forza laterale masse non sospese FTL = forza laterale masse sospese trasferite dai bracci FTM = forza del momento MS delle masse sospese

Veicolo a ponte rigido in curva (4/6) mU = masse non sospese mS = masse sospese A = accelerazione laterale in curva T = carreggiata del veicolo

Veicolo a ponte rigido in curva (5/6) Un centro di rollio alto sotto GS riduce il rollio, poichè aumenta FTL e diminuisce FTM:

Veicolo a ponte rigido in curva (6/6) Si definisce coefficiente anti-rollio: