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
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.)
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
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):
an
a
cosε 
•
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)
FT  FTU  FTL  FTM
m U  A  H U mS  A  h M S



T
T
T

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:
FTL
mS  A  h
FS  h


T
T
FTM
MS

T
Veicolo a ponte rigido in curva (6/6)
Si definisce coefficiente anti-rollio:
h
J AR (%) 
 100
HS