Tecnica Deriva delle gomme

Cerchiamo di capire cosa sia questa deriva. La deriva è diretta conseguenza della deformazione della gomma (ecco perché questo aspetto rappresenta un limite simulativo). Infatti, quando entriamo in curva e sforziamo la gomma, questa reagisce deformandosi elasticamente, in dipendenza del carico impostole.

[h=2]La deformazione della gomma[/h]Un paio di schemi (ok, sono orrendi, li ho fatti a mano, ma basta che diano l'idea!!!) chiariranno le cose:

Column 1
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[TD] Vedi l'allegato 9444 [/TD]
[TD]Ruota ferma, vista di lato
Qui vediamo la ruota di fronte, come se guardassimo l'auto, da ferma, da davanti. La ruota appoggia regolarmente sull'asfalto, e l'unica forza che deve sopportare è quella di gravità. La sua impronta a terra, pertanto, è molto simile a un rettangolo, come vediamo nell'immagine sottostante.
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[TD] Vedi l'allegato 9443 [/TD]
[TD]Ruota ferma, vista dall'alto
L'impronta a terra è definita dall'area tratteggiata, come si vede è regolare e simmetrica. La sottile linea scura determina l'asse dell'impronta a terra. La cosa più importante da notare è che questo asse dell'impronta coincide con l'asse della ruota.
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[TD] Vedi l'allegato 9442 [/TD]
[TD]Ruota in curva, vista di lato
Ora entriamo in curva, e andiamo a caricare la gomma, ovvero a sottoporla a sforzo. Da una parte l'inerzia dell'auto tenderà a spingere la gomma lungo la tangente alla traiettoria; dall'altra la gomma eserciterà un attrito sul punto di contatto con l'asfalto, e subirà pertanto una torsione esercitata da queste due forze contrastanti (una l'inerzia, l'altra l'attrito).
Sotto questo sforzo, il punto di contatto con l'asfalto si sposterà, la gomma verrà deformata, e - cosa più importante di tutte - l'asse del punto di contatto non coinciderà più con l'asse della ruota:
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[TD] Vedi l'allegato 9441 [/TD]
[TD]Ruota in curva, vista dall'alto
La cosa assolutamente importante da notare, è l'angolo che si va a formare tra l'asse della ruota e l'asse del punto di contatto (segnato sempre con la sottile linea nera). Questo angolo è indicato dalla freccia, ed è fondamentale per la comprensione della tenuta di strada di tutto il veicolo.
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[h=2]L'angolo di deriva[/h]Il problema basilare è semplicemente questo: la gomma non può deformarsi indefinitamente, e questo è ovvio. Fino ad un certo punto, la reazione èlineare, ovvero tanto più io la "carico" (cioè tanto più cerco di sfruttarne l'aderenza), tanto più la gomma, sotto lo sforzo imposto, si deforma.

In questo grafico vediamo la relazione tra il carico trasversale sopportato dalla gomma e il suo angolo di deriva.

In ordinata abbiamo i kg di carico trasversale (per i pignoli: moltiplicate per 9.81 e ottenete i Newton...), in ascissa abbiamo i gradi di deriva. Abbiate ben chiaro, innanzitutto, che sono valori esemplificativi, ogni gomma ha valori diversi in dipendenza della sua struttura, e curve diverse di relazione carico-deriva. Quello che è importante, è il concetto che è uguale per qualunque gomma.

Allora, fino a circa 2° (nel nostro esempio, ripeto che gomme diverse avranno valori diversi) la relazione è lineare: ogni 50 kg (ca. 500 N) di carico laterale imposto, mi aumenterà la deriva della gomma di 1°.
Si parte da 100 kg con una deriva di 0°, poiché la carcassa della gomma ha una certa rigidità di base, e fino a 100 kg di "impegno" non avrà deformazione. Superati i 200 kg di carico laterale imposto, vediamo che la curva non è più lineare, e comincia a "spianare".

Cosa significa questo? Significa che continuando a impegnare la gomma, basterà sempre meno carico per ottenere deformazioni sempre più significative.
A 4° la curva arriva al vertice, ovvero sto ottenendo la massima aderenza che quella gomma può dare.

Da qui la curva comincia a scendere. Entriamo in un punto altamente delicato. Il significato del grafico, in questo punto, è che basta progressivamente meno carico per far deformare sempre di più la gomma. In poche parole, la gomma sta perdendo aderenza, e la cosa grave è che il carico che poteva sopportare a 4° di deriva, ora non è più sopportabile.

Le scelte che ho, da un punto di vista di guida, sono ora due:

1. Allargo la traiettoria, abbasso il carico imposto alle gomme, riduco così la deriva e mi riavvicino alla condizione di massima aderenza, recuperando quindi la stabilità.

2. Insisto a chiedere alla gomma di sopportare più di 260 kg, questa continua a deformarsi sempre di più, e cala sempre di più il carico che possono sopportare: tutto questo si traduce in uno slittamento sempre più marcato, fino ad arrivare al punto limite.
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Questa zona diciamo "di transizione", tra il picco di aderenza (4°) e il limite di deriva (5.5°, nell'esempio) determina la "prevedibilità" di una gomma.


Gomme stradali

Gomme stradali, poco ribassate, hanno una curva molto "piatta", il valore massimo di aderenza è relativamente basso, ma quando lo si supera l'aderenza cala molto adagio e va a raggiungere il limite con angoli molto più elevati.

In queste condizioni, la gomma è poco prestazionale, poiché l'aderenza massima ottenibile è bassa, ma è molto prevedibile, intuitiva, e ci lascia molto margine di manovra per correggere lo sbandamento, visto che quando comincia a perdere aderenza lo fa con variazioni molto modeste.

Le gomme delle auto del 1967, comunque, erano sicuramente molto più simili a gomme stradali, anzi pure peggio se possibile, perché erano normali gomme a tele incrociate (quindi non radiali, come pure le gomme da strada odierne) e dalla spalla altissima. Avevano quindi delle derive marcatissime, che sotto un certo punto di vista le rendevano molto "intuitive" (e per certi altri, dannatamente difficili da guidare)...

Gomme da corsa

Le gomme da corsa, molto ribassate, hanno invece una curva opposta: molto "acuta", hanno valori massimi estremamente elevati, e sono in grado di fornire aderenze estremamente elevate. Per contro, da quando superano il picco a quando arrivano al limite, calano di aderenza in modo bruschissimo e con variazioni di deriva molto ridotte.
Il che significa avere una gomma molto poco prevedibile, che tiene tantissimo, sembra non "mollare" mai, ma quando poi "parte" lo fa di colpo e senza quasi preavviso. Tra la perfetta aderenza e il fosso, passano pochi istanti.

Premetto che in questa definizione non rientrano generalmente le gomme di F1, che per limiti regolamentari possono stare al massimo su cerchi da 13", e che di fatto devono fare da sospensione vista la paurosa rigidità del resto dell'auto. Ma per le altre auto da corsa, se ci si fa caso, la tendenza è generalmente quella di andare verso cerchi sempre più grandi (fino a 19") e con spalle sempre più ribassate.

Ovviamente l'ideale è avere il miglior compromesso tra tenuta assoluta e prevedibilità: da una parte, per andare forte in curva, avrò bisogno della massima aderenza, dall'altra ho necessità di fare in modo che la gomma sia sufficientemente prevedibile perché il pilota possa condurla al limite. Non serve a niente una gomma che ha una tenuta teorica di 300 kg, ma che il pilota può sfruttare solo per il 70%, altrimenti arriva al punto critico dove perde il controllo. A quel punto, è meglio una gomma che ha 250 kg di limite, ma che siano sfruttabili al 100%!!! (il 70% di 300 è 210, per chi non vuole fare i calcoli...)


[h=2]Il limite di deriva[/h]Torniamo al grafico. A 4° abbiamo la massima aderenza, poi la gomma comincia a perdere più o meno progressivamente aderenza, fino ad arrivare al limite di deriva. A 5.5°, nel nostro esempio, la curva si interrompe.

Questo significa che la gomma ha raggiunto il suo assoluto limite, in quel momento perde completamente ogni aderenza e non esiste più alcun carico verticale in grado di fare riprendere aderenza alla gomma.

E' fondamentale capire una differenza importantissima: una gomma può slittare anche se non si è ancora arrivati al suo limite di deriva. Infatti la forza di attrito che una gomma genera - sia chiaro, finché si resta nella zona di linearità (ovvero, nell'esempio, fino a circa 2.5°) - rispetta una semplice legge fisica:

Fa = Ka * Fp

dove Fa è la forza di attrito risultante, Ka è il coefficiente di attrito (che dipende dalla mescola della gomma e dalle condizioni dell'asfalto) e Fp è la componente verticale del vettore della forza peso che agisce sulla gomma (cioè insomma, in parole volgari, "quanto è premuta la gomma"...).

E' evidente che se io chiedo alla gomma un attrito superiore al peso che ci grava sopra, moltiplicato per il coefficiente di aderenza, questa gomma si deformerà in minima parte, ma poi slitterà anche se non è ancora arrivata al limite di deriva.

Qual è la fondamentale differenza? La differenza è che se la gomma sta slittando perché non è sufficientemente "premuta" sull'asfalto, basterà aumentare il carico che grava su di essa per farla tornare ad aderire. Questo si può fare giocando col bilanciamento dell'auto in tiro-rilascio.

Un classico caso è quando si è in frenata, se si prova a curvare il retrotreno è così alleggerito che immediatamente parte a sbandare perché non ha sufficiente aderenza. Allora basta allentare il freno per ridurre il trasferimento di carico verso l'avantreno che alleggeriva il retrotreno, il peso "ritorna" sul retrotreno che può quindi ritrovare l'aderenza.

Ma se la gomma stava slittando perché si era raggiunto l'angolo limite di deriva, sarà inutile trasferire più carico, perché peggiorerà solo le cose. Per definizione, infatti, l'angolo limite di deriva è il limite di carico sopportabile dalla gomma senza slittare, superato questo angolo non esiste alcun carico verticale in grado di far riprendere aderenza alla gomma!


[h=2]Deriva longitudinale[/h]Il discorso della deriva, ovviamente, vale anche in senso longitudinale. Quando accelero o freno, impongo un carico alla gomma, e questa si deforma. Deformandosi va a determinare una deriva, che non misurerò in gradi, ma che ha comunque un limite.
Ciò che succede avvicinandosi a questo limite è assolutamente analogo a quello che succede in senso laterale: dapprima comincio a perdere aderenza (fase "calante" della curva) più o meno progressivamente a seconda del tipo di gomma, poi arrivo al limite della deriva e perdo ogni aderenza.

In senso longitudinale ciò che può accadere è di due tipi:

in frenata: le ruote si bloccano.
in accelerazione: le ruote motrici slittano senza darci significativa trazione.

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[h=2]Deriva totale[/h]Il discorso infine si complica quando andiamo ad analizzare ciò che succede al veicolo in condizioni reali. Frequentemente, infatti, capita che la gomma non sia impegnata da uno solo dei tipi di deriva finora visti, ma si possono avere combinazioni di vario tipo.

Uno dei casi più evidenti, è quando si accelera durante una curva, o quando si frena mentre si cerca di sterzare.

Il modo più semplice per capire il concetto è pensare a un cerchio (o meglio, a un'ellisse, perché non è detto che longitudinalmente la gomma offra la stessa aderenza che offre lateralmente):

L'area grigia è l'area di "aderenza" della gomma, ovvero finché restiamo in questa area, siamo nel campo dell'aderenza. Poi andiamo a tracciare, su questa area di aderenza, i vettori delle forze impresse nelle varie direzioni alle gomme.La freccia verde è puntata verso la frenata e lievemente verso destra. Indica in poche parole una frenata a fondo, quasi al limite dell'aderenza, durante una lieve semicurva verso destra.

Il pallino verde indica la componente sull'asse longitudinale della forza impressa allo pneumatico, mentre la componente orizzontale è ridottissima.

Globalmente, il vettore rientra ancora all'interno dell'area di aderenza, per cui la gomma è in grado di fornire l'aderenza richiesta senza slittamenti. La manovra si conclude senza sbandamenti.

Supponiamo che durante questa frenata, io voglia accentuare la curva, mantenendo la stessa intensità della frenata.

Il pallino verde (vettore sull'asse longitudinale) resta lo stesso, visto che la potenza frenante richiesta non l'ho diminuita. Aumento però la componente laterale, visto che voglio impegnare la gomma in curva. La componente laterale, in questo caso, l'ho indicata col pallino rosso.

Andiamo a tracciare la risultante (freccia rossa), e scopriamo che è fuori dall'ellisse!

Il significato di questo, è che ho globalmente richiesto alla gomma un'aderenza che essa non è in grado di offrirmi, sebbene singolarmente sia il vettore longitudinale che quello laterale ricadono dentro al cerchio di aderenza. Ma nel complesso degli sforzi richiesti, la gomma ha superato l'angolo limite di deriva e ha perso aderenza.

Lo stesso discorso vale in accelerazione per le gomme posteriori, con una grossa semplificazione, però: non essendo sterzanti, non devono fare i conti con l'angolo impresso dallo sterzo, che si va invece a sommare ai vari angoli di deriva di quelle dell'avantreno.

Resta il fatto, che in questa situazione, l'unica soluzione per salvarsi dal dritto o dal testacoda, è quella di ridurre gli sforzi sulla gomma fino a riportarli entro il cerchio di aderenza. In frenata, questo lo posso fare in due modi:

1) allento la frenata; 2) riduco la sterzata.

Se nessuno dei due metodi è possibile, l'uscita di strada diventa possibilissima, e allora si parla di errore del pilota...

fonte: Tecniche di Guida