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.

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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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