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 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 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 y'' Una forza laterale agente sul veicolo determina x'' una variazione della direzione della velocità del centro della ruota, che non è più diretta secondo l’asse di simmetria longitudinale del pneumatico. V 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 diRuota pressioni e risultanti Ruota in Movimento 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 V Y X Xr 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 V Y cos Y 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 Ycos . Andamento qualitativo delle due componenti della forza di deriva al variare dell’angolo 3 Central [kN] 2 1 Drag 0 0° 30° 60° Angolo di deriva [gradi] 90° Il concetto di rigidezza in deriva • Si definisce rigidezza in deriva (C) la derivata della forza trasversale (di deriva) rispetto all’angolo di deriva Y C α • Per angoli di deriva piccoli la rigidità è costante e la derivata diventa un rapporto Y C α Forza tras vers al e Il carpet di deriva Carico normale A ngolo 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. Y [kN] polare dei risultati diagramma sperimentali Frenante Traente X [kN] Il moto rettilineo del veicolo in presenza di deriva (uguale all’anteriore ed al posteriore) aasx vasx Festerna aadx vveicolo apsx vpsx vadx Fa a Festerna p apdx vpdx Fp a ap p Fp x pk p Fe ap Fa x ak a Fe 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) VA VG G R VP Sterzatura di un veicolo 2WS ad alta velocità (sterzatura dinamica) VA A VG G R FC P VP 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
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