a cura della redazione - 03 March 2021

King-Pin e Ackermann: tanto importanti quanto sconosciuti

Sicuramente più volte vi sarete chiesti che cosa cambia nel comportamento dinamico della vostra auto se, invece che limitarvi a variare altezza e rigidezza del comparto molla e ammortizzatore, vi doveste spingere a modificare uno o più angoli caratteristici della sospensione.

Ogni seppur minima variazione di anche solo uno di questi angoli, innesca una forte influenza sul comportamento dinamico della vettura. Oltre ai consueti angoli (convergenza, campanatura e incidenza) vi sono anche altri due angoli da tenere in considerazione durante il set-up di un assetto: l’angolo di King-Pin o l’angolo di Ackermann.

L’angolo di King-Pin è l'angolo d'inclinazione (trasversale) dell'asse dell’asse di sterzo nel piano trasversale del veicolo o meglio è l’inclinazione dell’asse di sterzo rispetto al riferimento verticale perpendicolare al terreno se si guarda l’auto da davanti o da dietro. E’ un angolo strettamente legato all'offset del cerchio, ovvero alla distanza tra la superficie di appoggio del mozzo e la mezzeria della ruota, ed è di fondamentale importanza per il comportamento dinamico del veicolo e per il feedback sullo sterzo restituito al guidatore. Questo angolo insieme al Caster determina in maniera importante i famosi "bracci a terra longitudinale e trasversale", parametri utilizzati per calcolare l'entità della risposta del montante sospensione nel riallineare la ruota. Non per niente un elevato angolo di King-Pin porta a un elevato momento di auto allineamento dello sterzo, situazione contraria in caso di piccolo angolo di King-Pin. Nello stesso tempo un elevato angolo di King-Pin genera un elevato braccio a terra trasversale che provoca a sua volta un aumento dello sforzo richiesto per sterzare e sensibili ritorni di coppia sullo sterzo in seguito alle frenate, alle accelerazioni, o alle irregolarità stradali. Infine, maggiore è l’angolo di King-Pin e maggiore sarà l’influenza tra l’angolo di sterzo e la campanatura della ruota, provocando inevitabilmente l’inclinazione verso l’esterno della parte alta della ruota al variare dell’angolo di sterzo. Discorso analogo può però essere fatto in merito al braccio a terra longitudinale, più influenzato dal valore di Caster, perché se positivo fornisce migliore stabilità e facilità di ritorno dello sterzo mentre se è negativo innesca maggiore facilità alla sterzatura e instabilità. Va, infine, evitato un braccio a terra nullo perché in questo caso, la ruota sarebbe sensibile a ogni tipo di disturbo e in aggiunta a questo problema mancherebbe il contributo necessario al ritorno agevolato dello sterzo dopo una sterzata. Nelle auto a trazione anteriore, è pratica comune dei progettisti avere un braccio a terra trasversale negativo, con l’asse di sterzo che incontra la linea del terreno all’esterno del centro dell’area di contatto della ruota, per avere un effetto stabilizzante: per esempio, se una delle due ruote motrici perde trazione, la ruota opposta tenderà a aprire la convergenza, compensando le diverse forze traenti nei due lati della vettura.

L’angolo di Ackermann è quel particolare meccanismo che permette al sistema di sterzo di realizzare due diversi angoli di sterzatura tra la ruota interna e quella esterna alla curva. Tutti voi, infatti, ben saprete che quando una vettura percorre una curva la ruota interna debba percorrere una circonferenza di raggio minore rispetto a quello percorso dalla ruota esterna. Questo implica la necessità di avere un diverso angolo di sterzo tra la ruota interna e quella esterna e un meccanismo che permetta di differenziare questi due angoli. Per questo motivo la scatola di sterzo viene progettata in modo da far sterzare maggiormente le ruote interne alla curva rispetto a quelle esterne. In sostanza quindi l’angolo di Ackermann è l’angolo che il sistema di sistema di sterzo deve aggiungere alla ruota interna alla curva per far si che la vettura ruoti attorno a un punto unico. Nelle vetture stradali si tende ad avere un angolo di Ackermann quasi nullo, per facilitare un sottosterzo congenito, evitando l’insorgere del sovrasterzo. Nelle auto da corsa e in Formula 1 la corretta selezione dell’angolo di Ackermann è molto variabile in funzione dell’assetto e della tipologia di tracciato che si affronta. Si possono avere casi di Pro-Ackermann con la ruota interna che sterza molto di più di quella esterna anche sensibilmente oltre i valori cinematici. Questo succede quando la ruota interna contribuisce molto all’aderenza complessiva come per esempio quando si ha una deportanza aerodinamica elevata e il trasferimento di carico trasversale contribuisce percentualmente meno al carico verticale complessivo sulle ruote. Oppure si possono avere casi di Anti-Ackermann con la ruota interna sterza meno di quella esterna e questo succede quando la ruota interna viene scaricata notevolmente dal trasferimento di carico e quindi si è costretti a ridurre sensibilmente il suo angolo di deriva.

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