Effetto dell’Aumento dell’Angolo di Caster sulla
Dinamica in Curva
Normalmente l’angolo di
Caster è orientato come
in figura: l’asse sterzo è
inclinato indietro
(rispetto alla direzione di
moto) in alto.
geometria STD
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
geometria + Caster
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
1
Descrizione dell’Effetto Cinematico (1)
L’inclinazione dell’asse sterzo nel piano laterale (angolo di Caster) comporta la modifica
del movimento della ruota in sterzata: sterzando a sinistra la ruota anteriore destra si
avvicina al telaio, la sinistra si allontana (squotimento indotto). L’azione che genera questo
movimento è la coppia applicata al volante dal guidatore trasmessa attraverso la catena di
sterzo. L’effetto è paragonabile all’interconnessione delle ruote data dalla barra antirollio,
ma il contributo è di verso contrario, ovvero all’aumentare dell’angolo di sterzo la ruota
esterna alla curva viene avvicinata al telaio, quella interna è spinta verso il basso. Ne
consegue un effetto “pro-rollio” all’anteriore, proporzionale all’angolo di sterzata, che
consente la differenziazione del comportamento tra le curve ad ampio raggio (veloci) e
quelle strette (lente):
• nel primo caso l’angolo di sterzo è modesto e il bilanciamento della vettura
praticamente non subisce variazioni per effetto della modifica alla geometria di sterzo;
• nel secondo caso l’angolo di sterzo elevato si traduce in un contributo che contrasta
sensibilmente l’azione della barra antirollio anteriore, quindi di fatto determina la riduzione
della rigidezza a rollio del solo assale anteriore modificando la distribuzione dei
trasferimenti di carico laterali a svantaggio dell’asse posteriore. La variazione del
bilanciamento delle rigidezze a rollio comporta un miglioramento della capacità direttiva
dell’avantreno (dovuto alla riduzione del trasferimento di carico) e un peggioramento al
retrotreno che si traducono nella riduzione del livello di sottosterzo. Questo meccanismo
rende la vettura più agile (meno US) nelle curve lente.
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
2
Descrizione dell’Effetto Cinematico (2)
Per effetto dell’aumento dell’angolo di Caster la sterzatura comporta una variazione
dell’angolo di campanatura (Camber) di entrambe le ruote anteriori: si inclinano nella vista
frontale verso il centro della curva. Dal punto di vista della geometria di lavoro degli
pneumatici, si riduce il camber della ruota esterna (assume valori negativi più elevati in
modulo), aumenta quello dell’interna: entrambi generano una forza laterale aggiuntiva che
migliora la tenuta dell’assale anteriore.
Anche in questo caso la variazione di camber è proporzionale all’angolo di sterzata, perciò
consente la differenziazione del comportamento del veicolo nelle curve veloci rispetto a
quelle lente, migliorando in questo caso la tenuta dell’anteriore in misura legata all’angolo
di sterzatura.
Quale Effetto Prevale?
Nelle vetture da competizione le rigidezze a rollio sono molto elevate; di conseguenza
piccole variazioni di scuotimento introdotte attraverso il cinematismo di sterzo si traducono
in considerevoli variazioni dei carichi a terra. Nelle vetture di serie le sospensioni sono
molto più cedevoli di conseguenza la variazione dei carichi verticali è inferiore e quindi
l’effetto introdotto dalla variazione degli angoli di campanatura ha un ruolo predominante.
Effetti Collaterali
Aumenta lo sforzo al volante di una quota proporzionale all’angolo di sterzo (la coppia
necessaria per far ruotare il telaio rispetto all’assale viene fornita dal guidatore)
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
3
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
Variazione Rapporto di Sterzo (1)
Aumenta l’angolo di sterzo necessario
per ottenere la stessa accelerazione
laterale
L’AUMENTO dell’ANGOLO di
STERZO al VOLANTE NON
SIGNIFICA AUMENTO del
SOTTOSTERZO
!
Top View
+ Steer
Run 1187: std
Run 1188: + Caster
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
4
Variazione Rapporto di Sterzo (1)
Sono necessari + gradi al
volante per compiere la stessa
rotazione alla ruota: il rapporto
di sterzo si riduce (sterzo meno
diretto).
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
5
Variazione Trasferimenti di Carico
Run 1187: std
Run 1188: + Caster
DFz1 = trasferimento di carico ant
DFz2 = trasferimento di carico post
E’cambiata la distribuzione del trasferimento di carico
laterale a vantaggio dell’assale anteriore (DFz1 cresce,
DFz2 cala)
Attenzione alle condizioni di sicurezza attiva, è sempre
bene che una vettura tradizionale abbia un
comportamento sottosterzante e prevedibile, il che
comporta però una percezione di minor “sportività”
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
6
Variazione Camber in Sterzata
Le ruote anteriori si inclinano verso l’interno della
curva (camber negativo l’esterna, positivo
l’interna)
Gamma_L1 = camber ant sn
Gamma_R1 = camber ant dx
Front End View
Inclination < 0°
dx
sn
Vettura più pronta nelle curve lente con percezione di
maggiore sportività
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Run 1187: std
Run 1188: + Caster
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
7
Variazione Gradiente di Rollio
Per effetto dell’aumento del Caster la coppia
esercitata al volante contrasta la barra antirollio
anteriore riducendo la rigidezza a rollio => la
vettura rolla di più
Roll = angolo di rollio della massa
sospesa
Sgradevole aumento dello sforzo al volante
Run 1187: std
Run 1188: + Caster
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
8
Variazione Coppia allo Sterzo
L’aumento dell’angolo di Caster comporta
l’aumento della coppia che il guidatore deve
esercitare sul volante
Se si vuole raggiungere un alto comfort di
guida è fondamentale avere un volante
Steering wheel torque = coppia al
“leggero”.
volante
Al contrario se si privilegia il “feeling” di guida
meglio un volante non leggero.
Run 1187: std
Run 1188: + Caster
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
9
Angolo di Caster – Es1
Effetti Variazione Caster
Test track: Steering pad asfaltato uniformemente, piano e con coefficiente d’attrito costante su
tutta la superficie
Condizioni iniziali: Velocità iniziale=0 km/h.
Condizioni di prova: Velocità con rampa crescente fino ad un valore a scelta a seconda della
prova, no brake, impostare inseguimento della traiettoria (sterzo in anello chiuso).
Prove1: Simulare una curva veloce con caster std e caster maggiorato.
Risultati: Analizzare e commentare le seguenti grandezze:
- distribuzione dei trasferimenti di carico laterale
- rapporto di sterzo e angolo di sterzata VS Ay
- rollio (gradiente di rollio deg/g)
- variazioni di camber
- sforzo al volante (coppia attorno all’asse sterzo)
Prove2: Simulare una curva lenta con caster std e caster maggiorato.
Risultati: Eseguire le stesse analisi della prova precedente.
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Gruppo Autoveicoli
Intro Laboratorio
Effetto
VariazioneCarsim
Caster
10