Tecnica Bilanciamento

Cosa vuol dire "bilanciamento"? E "trasferimento di carico"? E quanto può cambiare nella guida? Queste le fondamentali domande cui risponderemo in questo capitolo.

Intanto osserviamo queste due immagini, dove ci interessa in particolare il comportamento della Ford in accelerazione e frenata.

Vediamo quindi una Ford impegnata nelle due situazioni citate:

Column 1
[TR]
[TD] Vedi l'allegato 9513 [/TD]
[TD] Vedi l'allegato 9512 [/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Accelerazione
Il muso dell'auto è sollevato verso l'alto e conferisce un caratteristico "assetto cabrato" all'auto[/TD]
[TD]Frenata
La Ford in primo piano ha il muso rasente la terra[/TD]
[/TR]

Se io peso l'auto ferma, e ne analizzo la distribuzione del peso fra asse anteriore e asse posteriore, otterrò un valore circa di 40%/60% rispettivamente fra anteriore e posteriore (per un'auto a motore posteriore, ovviamente).

Ciò significa che se l'auto pesa 600 kg, le ruote anteriori ne sopportano 240, mentre quelle posteriori 360. Questa distribuzione dei pesi è valida solo in condizioni statiche, poiché quando invece siamo in velocità vi sono i fenomeni di inerzia che vanno di fatto a generare delle forze che virtualmente "spostano" il peso tra asse anteriore e asse posteriore (in accelerazione/frenata), e destra/sinistra (in curva).


Frenata

Per cercare di spiegare come mai avvengano i "trasferimenti di carico", semplifico in un elementare modello fisico il comportamento dell'auto in frenata. E' evidente che questo modello è lungi dall'essere esatto e preciso, ma ci può aiutare a capire cosa avviene in maniera chiara.





Osserviamo lo schema. In frenata le gomme esercitano una forza "f" con direzione sul piano della strada e con verso opposto a quello della marcia del veicolo. Il baricentro (segnato con il pallino azzurro), per definizione è il punto dove posso considerare concentrato tutto il peso del veicolo: esso non si trova ovviamente sulla direzione della forza sviluppata dalle gomme in frenata, che è il livello della strada, ma si troverà ad una certa distanza da terra, "h".

Sul baricentro, quindi, verrà applicata una coppia, con momento dato da F*h (indicato con la M nello schema).

I singoli assi saranno a distanza rispettivamente ba e bp dal baricentro, ovviamente con ba + bp = passo della vettura. Le forze che la coppia di momento M svilupperà sui due assi sono date dalle relazioni:


Fa * ba = F * h
Fp * bp = F * h

ba e bp sono noti, in quanto sono la distanza del baricentro dai due assi, facilmente calcolabile dalla distribuzione dei pesi statica che presumiamo nota. Possiamo quindi risolvere Fa e Fp, che ci indicano la variazione della forza agente sul singolo asse.

L'effetto risultante di una frenata, pertanto, è quello di variare la forza che va ad agire sugli assi anteriori e posteriori dell'auto, aumentando la forza su quello anteriore e diminuendola su quello posteriore. E' esattamente come se in frenata aumentasse il peso sull'asse anteriore, e diminuisse il peso sull'asse posteriore. Ecco perché vediamo la Lotus col muso per aria in accelerazione, e a sfiorare l'asfalto in frenata.

Per questo si parla di "trasferimento di carico": le forze in gioco fanno sì che, ai fini pratici, si ottenga un risultato analogo a quello che si verificherebbe se il peso dell'auto si spostasse verso l'avantreno, spostando il baricentro e i pesi gravanti sui singoli assi.

E per inciso, da qui si capisce come mai si cerca sempre di abbassare il baricentro il più possibile, e perché questo ha effetti benefici sulla tenuta del veicolo: riduce il braccio "h" della forza "f", per cui alla fine il veicolo è meno sensibile alle sollecitazioni sia longitudinali che trasversali (naturalmente il discorso fatto qui in senso longitudinale, è assolutamente valido anche per le forze trasversali). In altre parole, più abbasso il baricentro, più il veicolo diventa stabile: ma soprattutto, riducendo il braccio h, le componenti Fa e Fp si riducono, allontanandosi dal limite di deriva delle gomme.

In definitiva, abbassando il baricentro è come se io guadagnassi un "bonus" di aderenza, visto che devo esercitare forze F maggiori per provocare forzeFa e Fp (e analoghe trasversalmente, sia chiaro) che portino le gomme al limite di deriva.
Accelerazione

Ciò che avviene in accelerazione è concettualmente la stessa cosa che succede in frenata, solo che la forza "f" ha verso opposto (e quindi favorevole alla marcia del veicolo). In questo caso le forze risultanti saranno dirette verso l'alto per l'avantreno (che si "alleggerisce") e verso il basso per il retrotreno (che si "carica").

Alcune interessanti considerazioni che si possono fare ora, ci permettono di comprendere ora come mai veicoli con una distribuzione di pesi diversa, hanno comportamenti diversi:

più il passo è lungo e più "ba" e "bp" sono lunghi: questo fa sì che le forze risultanti "Fa" ed "Fp" siano più piccole che non in una vettura a passo corto, dove "ba" e "bp" sono minori. Ecco spiegato come mai un veicolo a passo lungo è più stabile di un veicolo a passo corto, tanto in frenata quanto in accelerazione. Ma, per contro, questo rende l'auto meno "reattiva" ai comandi del pilota, e se si esagera si ottiene un'auto così stabile da essere difficilmente manovrabile!

più il baricentro è verso il retrotreno e più "ba" è lungo, ma "bp" corto: in questo caso succede invece che il braccio dell'avantreno è lungo e rende sempre minime le variazioni di carico dell'avantreno in frenata; ma nel contempo, "bp" corto fa sì che al retrotreno le variazioni siano sempre evidenti. Questo diventa inavvertibile in frenata, visto che l'avantreno compensa, ma diventa al contrario molto evidente in accelerazione, dove il "carico" del posteriore aumenta in maniera notevole. Ecco perché quando si cerca di aumentare la trazione di un'auto, in genere si cerca di spostare il baricentro un po' verso il retrotreno: ricordo sempre che l'aderenza di una gomma è data dal suo coefficiente di attrito moltiplicato per la forza peso che "preme" la gomma sull'asfalto. Naturalmente, fino al limite di deriva!​

Trasferimenti di carico e gomme

Ed eccoci arrivati al problema grosso. Le gomme. Come abbiamo visto, frenata e accelerazione "modificano" la forza peso che agisce sui due assi dell'auto. E conseguentemente cambiano l'aderenza che le gomme hanno sull'asfalto, con conseguenti variazioni nel comportamento dell'auto.

Per esempio, in frenata l'avantreno guadagna aderenza e il retrotreno ne perde, se io provo a sterzare in queste condizioni rischio di avere il retrotreno troppo "leggero" per fare presa sull'asfalto, e quindi di sbandare fino al testacoda in inserimento di curva; in particolare perché nel frattempo l'avantreno ha più aderenza e mi permette di sterzare con più decisione rispetto a quello che potrei fare in condizioni di "equilibrio".

Tuttavia, dobbiamo sempre tenere presente che (come abbiamo visto nel capitolo dedicato alle gomme e alla loro deriva) modificare il peso che grava sulle gomme ha due effetti:

1. ne modifica la forza di attrito (l'aderenza);
2. ne modifica l'angolo di deriva.
​

Il problema è il punto 2. Quando comincio a frenare, carico progressivamente le ruote anteriori che guadagnano aderenza, mentre contemporaneamente le gomme posteriori ne perdono. Mano a mano che aumento la potenza frenante, questo fenomeno diventa via via più evidente, e il posteriore diventa sempre più instabile. Ad un certo punto però, le gomme anteriori arrivano nelle condizioni già viste nel caso del cerchio limite di deriva: ovvero sono ancora entro il limite di deriva in frenata, ma se provo a sterzare vado fuori e la gomma comincia a slittare.

La situazione diventa allora difficile, perché non solo non ottengo la capacità sterzante che pensavo, ma perdo anche la potenza frenante. Per questo è buona norma frenare a ruote dritte, per massimizzare la potenza frenante, e inserirsi in curva a freno già rilasciato.

Se poi semplicemente in frenata freno troppo, le gomme anteriori vanno oltre il limite di deriva e perdono aderenza. Il risultato è un drittone a ruote bloccate.

In accelerazione avviene qualcosa di simile, mano a mano che accelero il posteriore riceve sempre più carico e conseguentemente prende sempre più aderenza. Questo fa sì che la trazione posteriore sia l'ideale in termini di prestazioni su vetture molto potenti: più accelero, più mi serve aderenza, più le gomme posteriori vengono caricate, più hanno aderenza, più io posso scaricare potenza...

Tutto perfetto? Quasi. Anche qui si va prima o poi a imbattersi nel limite di deriva, arrivati a quel punto la gomma posteriore comincia a slittare. In rettilineo mi ritrovo semplicemente col motore a limitatore e l'accelerazione che non è quella massima possibile, in curva le cose si fanno più complicate perché il posteriore improvvisamente perde aderenza e parte verso l'esterno.

Occorre immediatamente parzializzare il gas per ridurre la coppia motrice trasmessa alle gomme e farle quindi rientrare nel cerchio limite di deriva, pena il testacoda sicuro; ma nel contempo, non rilasciare completamente il gas, altrimenti l'accelerazione che trasferiva carico al retrotreno viene a cessare, e le gomme posteriori perdono carico e quindi aderenza: il testacoda a questo punto è sicuro e inevitabile, in particolare perché oltre a tutto questo si va anche a sbloccare il differenziale che contribuiva a tenerci allineati.

fonte: webalice.it/mbacilieri/pilotaggio/index.html