Corso di Sistemi di Trazione Lezione 16: Fenomeno della deriva e scambio di forze degli pneumatici A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015

Argomenti Deformazione reale degli pneumatici Distribuzione degli sforzi normali e di taglio Angolo di deriva Resistenze al moto nelle varie fasi di marcia Momento di auto-allineamento La sterzatura cinematica Andamento dell’aderenza laterale Rigidezza Comportamento stabile ed instabile Punto neutro e margine statico 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 Comprendere il comportamento reale degli pneumatici. Il fenomeno della deriva nelle fasi di moto rettilineo e in curva Andamento dello sforzo normale e tangenziale al variare dell’angolo di deriva e del carico applicato Come funziona la sterzatura dei veicoli Cos’è il punto neutro di deriva e il margine statico Come si spiegano i fenomeni di sovrasterzo e sottosterzo e come si possono contrastare Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

La deformazione del pneumatico in presenza di sollecitazioni laterali

Modificazione della forma dell’impronta in presenza di deformazioni trasversali

Il concetto di angolo di deriva Una forza laterale agente sul veicolo determina una variazione della direzione della velocità del centro della ruota, che non è più diretta secondo l’asse di simmetria longitudinale del pneumatico. L’angolo compreso tra la direzione della velocità del centro ruota e l’asse di simmetria longitudinale del pneumatico si chiama angolo di deriva

Un ricordo sulla distribuzione delle pressioni di contatto Confronto di pressioni e risultanti Ruota in Movimento Ruota ferma

La distribuzione degli sforzi di taglio in deriva al variare dell’angolo

La risultante degli sforzi di taglio ed il momento di auto-allineamento La risultante degli sforzi tangenziali non è applicata al centro della zona di contatto, ma in un punto distante t in posizione arretrata rispetto al centro della ruota, nasce quindi un momento definito momento di auto-allineamento Na = Y*t

Traiettoria del punto di contatto ruota terreno

Effetto della deriva sulla resistenza al rotolamento In curva, a causa della deriva, si ha un aumento della resistenza all’avanzamento XR , che è diretta secondo la direzione della velocità V. Vi è infatti una componente della forza laterale Y che contribuisce alla resistenza XR secondo l'espressione : Xr = X cosa + Y sina

Forza di deriva ed equilibrio delle forze in direzione trasversale In curva la forza che si oppone alla forza centrifuga non è la forza di deriva Y , ma è la sua componente perpendicolare al percorso del veicolo Ycosa .

Andamento qualitativo delle due componenti della forza di deriva al variare dell’angolo

Il concetto di rigidezza in deriva Si definisce rigidezza in deriva (C) la derivata della forza trasversale (di deriva) rispetto all’angolo di deriva Per angoli di deriva piccoli la rigidità è costante e la derivata diventa un rapporto

Il carpet di deriva

L’aderenza trasversale e la sua dipendenza da quella longitudinale In un pneumatico che sviluppa contemporaneamente forze X e Y l’impiego di aderenza in una direzione diminuisce l’aderenza disponibile nell’altra. diagramma polare dei risultati sperimentali

Il moto rettilineo del veicolo in presenza di deriva (uguale all’anteriore ed al posteriore) Fa aasx aadx vasx vadx a Festerna Festerna vveicolo p apsx apdx vpsx vpdx Fp

Il punto neutro di deriva N Si definisce punto neutro di deriva il punto dell’interasse del veicolo in cui applicando una forza ortogonale all’interasse stesso la deriva delle ruote all’asse posteriore e anteriore risulta uguale La posizione del punto neutro dipende dalla rigidezza in deriva e cioè da: struttura e dimensione dei pneumatici carico verticale applicato sui vari pneumatici impiego di aderenza longitudinale (trazione o frenatura)

Sterzatura di un veicolo a due ruote sterzanti (2WS) a bassa velocità (sterzatura cinematica) A velocità molto basse i pneumatici hanno angoli di deriva trascurabili e quindi ci si avvicina alle condizioni di sterzatura cinematica: il veicolo si dispone in modo tale che la sua parte anteriore si trova all'esterno della traiettoria descritta dal suo baricentro ( > 0).

Sterzatura di un veicolo 2WS ad alta velocità (sterzatura dinamica) A velocità maggiori i pneumatici, per generare le forze necessarie per contrastare la forza centrifuga, lavorano con angoli di deriva elevati. La parte anteriore del veicolo si trova all’interno della traiettoria del baricentro ( < 0).

Il Margine statico MS In curva la forza centrifuga è applicata al baricentro Si definisce margine statico la distanza tra il punto neutro N ed il baricentro G Se N è dietro G MS è positivo Se N è avanti a G MS è negativo Se MS è positivo il veicolo è “sottosterzante” Se MS è negativo il veicolo è “sovrasterzante”

Sottosterzo ossia comportamento stabile Se la deriva è maggiore all’asse anteriore che posteriore il veicolo compie una curva di raggio maggiore di quello desiderato dal pilota (sottosterzo) Essendo il raggio maggiore la forza centrifuga è minore e la deriva diminuisce cioè l’effetto contrasta la causa ed il comportamento è stabile

Sovrasterzo ossia comportamento instabile Se la deriva è maggiore all’asse posteriore che anteriore il veicolo compie una curva di raggio minore di quello desiderato dal pilota (sovrasterzo) Essendo il raggio minore la forza centrifuga è maggiore e la deriva aumenta cioè l’effetto amplifica la causa ed il comportamento è instabile

Trazione e stabilità La trazione, richiedendo aderenza longitudinale diminuisce quella trasversale e la rigidezza in deriva quindi aumenta l’angolo di deriva Le autovetture a trazione anteriore, aumentando gli angoli di deriva all’anteriore se in curva e in trazione, inducono un comportamento maggiormente sottosterzante Le autovetture a trazione posteriore, aumentando gli angoli di deriva al posteriore se in curva e in trazione, inducono un comportamento maggiormente sovrasterzante