ANGOLO DI CONVERGENZA: COS'E' ED EFFETTO SULLA DINAMICA DELL' AUTO

La stabilità e la reattività della vettura sono influenzate dall'angolo di convergenza.

Regolazione dell'angolo di convergenza dei pneumatici alla guida

Setup della punta del piede nel Motorsport e nel settore automobilistico

Regolazione dell'angolo di convergenza nel settore automobilistico.

Che cos'è l'angolo di convergenza in un'auto?

L'angolo di convergenza, detto anche "toe",è la differenza tra la distanza laterale tra la parte anteriore e posteriore degli pneumatici anteriori. Se la distanza è più ravvicinata nella parte anteriore, si chiama convergenza positiva (toe-in) (i bordi d'attacco sono leggermente orientati l'uno verso l'altro). Se la differenza è più marcata nella parte posteriore, si chiama in gergo convergenza negativa (toe-out) (i bordi d'attacco si allontanano l'uno dall'altro). L'angolo di convergenza, insieme a campanatura e caster costituiscono un parametro fondamentale per la configurazione delle sospensioni.

Definizione di punta automobilistica

Il grado di convergenza può essere espresso in gradi come l'angolo di cui gli pneumatici non sono paralleli, o, più comunemente, come differenza tra le carreggiate misurate ai bordi di entrata e di uscita degli pneumatici o delle ruote. Le impostazioni della convergenza influiscono su tre aree principali delle prestazioni: l'usura degli pneumatici, la stabilità in rettilineo e le caratteristiche di maneggevolezza in entrata di curva.

Definizione dell'angolo di convergenza: toe in e toe out.

La convergenza è l'angolo simmetrico che ciascuna ruota forma con l'asse longitudinale del veicolo, in funzione della geometria statica e degli effetti cinematici e di aderenza. Questo può essere contrapposto con lo sterzo, che è l'angolo antisimmetrico, cioè entrambe le ruote puntano a sinistra o a destra, in parallelo (approssimativamente). Convergenza negativa (toe-out):L'inclinazione della ruota, o convergenza, è la parte anteriore della ruota che punta lontano dalla linea centrale del veicolo. Convergenza positiva (toe-in):è la parte anteriore della ruota che punta verso la linea centrale del veicolo. La convergenza può essere misurata in unità lineari, sulla parte anteriore o posteriore dello pneumatico, o come deviazione angolare.

Angolo di inclinazione Setup F1

Per quanto riguarda i veicoli a trazioneposteriore , l'aumento della convergenza anteriore garantisce una maggiore stabilità in rettilineo al costo di una certa lentezza nella risposta alla rotazione. I veicoli ad alte prestazioni possono avere una convergenza anteriore pari a zero o anche un po' di convergenza negativa per una migliore risposta agli input dello sterzo. L'usura dei pneumatici è leggermente aumentata poiché i pneumatici sono in condizioni di leggero slittamento laterale quando lo sterzo è impostato in direzione rettilinea. Sui veicoli a trazione anteriore, la situazione è più complessa. La convergenza posteriore positiva offre una migliore stabilità in curva.

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La definizione della convergenza influisce sulla stabilità e sulla risposta dell'auto.

Quando una ruota è impostata per avere un certo angolo di campanatura, l'interazione tra il pneumatico e la superficie stradale fa sì che la ruota tenda a rotolare in curva, come se fosse parte di una superficie conica (spinta di campanatura). Questa tendenza a girare aumenta la resistenza al rotolamento, oltre ad aumentare l'usura degli pneumatici. Un piccolo grado di convergenza (convergenza negativa per una campanatura negativa, convergenza positiva per una campanatura positiva) annullerà questa tendenza alla svolta, riducendo l'usura e la resistenza al rotolamento.

Una convergenza positiva o una convergenza negativa eccessive causano lo sfregamento dei pneumatici, poiché essi sono sempre ruotati rispetto alla direzione di marcia. Un'eccessiva convergenza provoca usura accelerata sui bordi esterni dei pneumatici, mentre una convergenza eccessiva causa l'usura dei bordi interni.

Quindi, se l'usura minima degli pneumatici e la perdita di potenza si ottengono con una convergenza nulla, perché avere un angolo di convergenza? La risposta è che le impostazioni della convergenza hanno un impatto importante sulla stabilità direzionale.

Assetto, convergenza e dinamica del veicolo.

Quando la ruota di un lato dell'auto incontra un disturbo, viene tirata all'indietro rispetto al suo asse di sterzata. Questa azione stabilizzante tira l'altra ruota nella stessa direzione di sterzata. Se si tratta di un disturbo minore, la ruota disturbata sterzerà solo di poco, magari in modo da rotolare dritta invece che leggermente inclinata. Ma si noti che con questo leggero input di sterzata, i percorsi di rotolamento delle ruote non descrivono ancora una curva. Le ruote hanno assorbito l'irregolarità senza cambiare significativamente la direzione del veicolo. In questo modo, la convergenza positiva migliora la stabilità in rettilineo.

L'instabilità della configurazione della convergenza delle ruote.

Se la vettura è impostata con la convergenza negativa (toe out), tuttavia, le ruote anteriori sono allineate in modo che lievi perturbazioni facciano assumere alla coppia di ruote la direzione di rotolamento che descrivono una curva. Ogni minimo angolo di sterzata oltre la posizione perfettamente centrata farà sì che la ruota interna sterzi in un raggio di sterzata più stretto rispetto alla ruota esterna. Pertanto, l'auto cercherà sempre di entrare in una curva,piuttosto che mantenere una linea di marcia rettilinea. È chiaro quindi che la convergenza negativa favorisce l'inizio di una curva, mentre la convergenza positiva la scoraggia. Per modellare la dinamica del veicolo, è possibile consultare questo documento Video dell'Università Altair.

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Toe-angle-spiegato-impostazione dell'auto

La migliore configurazione della ruota di convergenza.

L'impostazione della convergenza su una particolare vettura diventa il miglior compromesso tra la stabilità in rettilineo garantita dalla convergenza e la rapidità di risposta dello sterzo, quest'ultimo determinato dalla convergenza negativa. Nessuno vuole che la propria auto da strada vaghi costantemente sulle strisce di catrame: le infinite correzioni dello sterzo necessarie farebbero impazzire chiunque. Ma i piloti sono disposti a sacrificare un po' di stabilità sul rettilineo per un'entrata in curva più precisa. Quindi, le auto da strada sono generalmente impostate con la convergenza positiva, mentre le auto da corsa sono spesso impostate con la convergenza negativa (toe out).

Assetto delle ruote convergenti: sovrasterzo e sottosterzo in un'auto da corsa.

Con le sospensioni a quattro ruote indipendenti, la convergenza deve essere regolata anche nella parte posteriore della vettura. La regolazione della convergenza posteriore ha essenzialmente lo stesso effetto sull'usura,sulla stabilità direzionale e di inserimento in curva come all'anteriore. Tuttavia, è raro che un'auto da corsa a trazione posteriore venga montata con il posteriore inclinato: ciò provoca un'eccessiva sovrasterzo,soprattutto quando si applica la potenza. Le auto da corsa a trazione anteriore, invece, sono spesso configurate con un po' di convergenza positiva, poiché questo induce un po' di sovrasterzo per contrastare la maggiore tendenza al sottosterzo delle auto a trazione anteriore.

La differenza tra punta statica e punta dinamica.

Ricordate anche che la convergenza cambierà da una situazione statica a una dinamica. Questo fenomeno è particolarmente evidente su un'auto a trazione anteriore o su un'auto a trazione posteriore a sospensione indipendente. Quando la coppia motrice viene applicata alle ruote, queste si tirano in avanti e cercano di creare la convergenza. Questo è un altro motivo per cui molte auto a trazione anteriore sono impostate con la convergenza negativa. Allo stesso modo, quando viene spinta lungo la strada, una ruota non motrice tende a inclinarsi. Questo fenomeno è più evidente nelle auto a trazione posteriore.

Angolo di inclinazione, campanatura e convergenza.

Se volete approfondire la dinamica degli pneumatici e la configurazione delle sospensioni, potete consultare i nostri articoli. Abbiamo già scritto di caster, camber e toe setup con alcuni approfondimenti sulle prestazioni delle auto da corsa. Controlla qui per altre letture.

L'effetto della regolazione della convergenza sulla dinamica del veicolo FWD.

Gli effetti dei diversi tipi di convergenza sulle ruote anteriori e posteriori sono diversi a seconda che l'auto sia a trazione anteriore, posteriore o integrale. Per questo motivo gli effetti sono stati suddivisi in 3 categorie, una per ciascuna, qui di seguito. All'interno di ciascuna categoria è presente un'ulteriore suddivisione che mostra gli effetti di una modifica della convergenza sulle ruote anteriori o posteriori per quel tipo di auto.

Allineamento della ruota anteriore: Angolo di convergenza negativo.

La convergenza sulle ruote anteriori di un'auto a trazione anteriore aumenta l'aderenza dei pneumatici anteriori grazie all' aumento dell'angolo di slittamento nel pneumatico. Questo aumenta l'accelerazione dell'auto grazie alla maggiore aderenza degli pneumatici guidati. Inoltre, il pneumatico si riscalderà più rapidamente a causa dell'angolo di slittamento, il che significa che il pneumatico raggiungerà il suo punto di massima aderenza più velocemente rispetto a quando non è stata installata la convergenza. Tuttavia, la convergenza positiva diminuisce la durata del pneumatico a causa dell'aumento delle sollecitazioni sulla gomma.
Gli effetti dinamici della convergenza negativa rendono l'auto più veloce nello sterzo, il che significa che l'auto gira più velocemente con meno input di sterzata da parte del pilota, il che è ideale per un percorso stretto e tortuoso con molteplici cambi di direzione, come il GP di Monaco. Questo aumento della risposta significa che la stabilità ad alta velocità dell'auto è ridotta e che può risultare nervosa nelle curve lunghe e veloci.

Regolazione dell'angolo di inclinazione - spiegata - sintonizzazione

Allineamento ruota posteriore: Angolo di convergenza negativo

L'uso della convergenza negativa sulle ruote posteriori di un'auto a trazione anteriore riduce l'accelerazione e la velocità massima dell'auto. Ciò è dovuto al fatto che queste ruote non sono guidate e vengono trascinate sulla pista. Pertanto, l'aderenza extra dei pneumatici posteriori si traduce in un aumento della resistenza aerodinamica, rallentando così l'auto in rettilineo. Tuttavia, la l'angolo di slittamento genera calore all'interno del pneumatico più velocementegenerando più rapidamente la massima aderenza, ideale per le gare brevi.
L'effetto dinamico della convergenza sulle ruote posteriori accorcia effettivamente il passo della vettura. Questo avviene grazie alla convergenza, che fa ruotare l'auto in entrata di curva consentendole di girare più velocemente e più stretta. Questo effetto si manifesta simile al sovrasterzo,senza perdere aderenza, e rende l'auto più agile, ideale per i tracciati con più cambi di direzione rapidi. Tuttavia, questo effetto rende la vettura più instabile nelle curve ad alta velocità.