Sistema di sterzo Ackermann – Ackermann Technology Revisited

Messa a punto del sistema di sterzo per ridurre il trascinamento

Vedi tutte le 7 fotoBob BolleswriterPort City RacingphotographerJul 1, 2004

Uno degli elementi critici per un corretto allineamento del telaio è il sistema di sterzo. Le ruote anteriori devono lavorare insieme, proprio come le due estremità dell’auto, in modo che possano produrre la massima trazione per far girare la macchina. Quest’area dell’assetto del telaio ricade sotto l’ombrello di quei sistemi sulle nostre auto che, se non progettati correttamente, possono rovinare un assetto altrimenti ottimo.

Abbiamo pubblicato precedenti storie su Ackermann, la sua definizione e i dettagli tecnici sul perché è importante. Tuttavia, abbiamo imparato di più su questo importante argomento. Dobbiamo continuamente considerare Ackermann e come influisce sul nostro pacchetto complessivo di allestimento del telaio.

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Cos’è l’Effetto Ackermann? L’effetto Ackermann è un fenomeno associato al sistema di sterzo di un’automobile. Un design dello sterzo che incorpora Ackermann fa girare la ruota interna (più vicina al raggio di sterzata) in misura maggiore rispetto alla ruota esterna. Abbiamo bisogno di questa differenza nell’angolo di sterzata perché la ruota interna gira su un cerchio o un arco più piccolo rispetto alla ruota esterna.

L’effetto Ackermann prende il nome dall’uomo, Rudolf Ackermann, che ha scoperto e fatto ricerca e sviluppo sull’argomento. All’inizio della progettazione e dello sviluppo dell’automobile di base, gli ingegneri hanno scoperto la necessità di progettare un sistema esatto per la guida di un’auto di produzione, in modo che ogni ruota seguisse correttamente il percorso quando l’auto stava negoziando una curva. Il sistema ideale avrebbe compensato le curve a grande raggio, così come le curve a raggio più stretto, “girare a destra allo stop”, tipo di curve a raggio più piccolo.

La storia ci insegna che molti dei primissimi proprietari di automobili erano preoccupati di strappare i loro vialetti di ghiaia circolari, e l’Ackermann progettato all’interno dell’auto aiutava a mantenere il corretto tracciamento delle ruote e riduceva la causa principale di solco nei vialetti.

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Abbiamo bisogno di Ackermann nelle nostre auto da corsa? Ci sono state molte opinioni sull’uso di Ackermann nelle nostre auto da corsa e se sia davvero utile. Numerosi vecchi libri e articoli sull’argomento esaltano i vantaggi di Ackermann per aiutare l’auto a girare. Questi articoli sono corretti? La risposta è sì e no. Ecco perché.

Nel nostro passato, risalendo a circa 30 anni fa, le sospensioni e i sistemi di sterzo delle auto di serie ovali erano rigorosamente unità di serie che mostravano le caratteristiche dell’uso che si intendeva fare – guidare in giro per il quartiere e lungo l’interstatale. La conversione dell’auto in una corsa su pista circolare andava oltre la sua destinazione d’uso originaria. È facile capire perché alcuni dei sistemi potrebbero non aver funzionato bene in pista.

I primi capi equipaggio non capivano, né avevano le conoscenze tecniche per sviluppare quello che oggi conosciamo come un setup equilibrato. È qui che i sistemi di sospensione lavorano insieme e fanno la stessa cosa quando la macchina è in curva. Questo equilibrio fa accadere un sacco di cose buone, come far lavorare duramente tutte e quattro le gomme e fornire coerenza nell’equilibrio di maneggevolezza tra stretto e sciolto.

Perché la maggior parte delle auto non erano correttamente bilanciate – anche se alcune ci sono arrivate attraverso tentativi ed errori di indovinare – il pneumatico anteriore sinistro di solito ha fatto poco lavoro. Questo è stato dimostrato da diversi indicatori: 1. temperature del pneumatico anteriore sinistro freddo (LF) rispetto al pneumatico posteriore sinistro (LR); 2. necessità di una molla rigida anteriore destra (RF), poiché l’angolo RF supportava la maggior parte del carico anteriore dell’auto nelle curve; e 3. eccessiva usura e calore del pneumatico RF. Se il pneumatico LF aveva poco peso nelle curve, allora le squadre hanno imparato che l’eccesso di Ackermann ha effettivamente aiutato il pneumatico a generare più calore e sforzo in curva.

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Un sistema drag-link è correttamente progettato con bracci di sterzo angolati. Il sistema all’interno dei bracci dello sterzo produce un effetto Ackermann indesiderato, che deve essere annullato. Il risultato della rotazione del volante è il seguente: 1. 1. Il conducente gira il volante a sinistra; 2. La barra di trascinamento si sposta a sinistra; 3. La barra di trascinamento si sposta in avanti mentre il braccio Pitman e il braccio di rinvio ruotano attorno a punti fissi; 4.

Così, quando sentiamo i capi dell’equipaggio più anziani e più esperti dirci che usare livelli più alti di Ackermann aiuta davvero le loro auto da corsa a girare meglio, possiamo crederci. Ora che abbiamo imparato a bilanciare correttamente l’auto, non abbiamo bisogno dell’eccesso di Ackermann nei nostri sistemi di sterzo. Infatti, se non eliminiamo l’effetto Ackermann in eccesso, questo avrà un effetto inverso sulla nostra maneggevolezza e farà sì che l’auto sviluppi una spinta mentre le due gomme anteriori combattono l’una contro l’altra per andare in direzioni diverse.

Quando abbiamo l’effetto Ackermann presente nel nostro design dello sterzo, la punta è aumentata. Al contrario, con l’effetto Ackermann inverso, la punta si riduce quando ruotiamo il volante. Ci sono molte diverse impostazioni statiche per la punta del frontend che dipendono dalle dimensioni della pista, dall’angolo di inclinazione e dal tipo di pneumatico utilizzato. La maggior parte delle squadre di auto di serie su pista corta usa la punta per stabilizzare il frontend ed evitare che vaghi avanti e indietro sulla pista. La saggezza convenzionale ci dice che l’auto avrà bisogno di più toe-out statico per le piste a raggio ridotto. Su piste di più di mezzo miglio è necessario un minore toe-out. La quantità di toe-out utilizzata varia tipicamente da 11/416 a 11/48 pollici.

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Sterzo a cremaglieraIl sistema di sterzo a cremagliera è progettato per utilizzare bracci di sterzo dritti e produce pochissimo effetto Ackermann se entrambi i bracci sono della stessa lunghezza. Dal momento che entrambe le ruote girano la stessa quantità mentre la cremagliera si muove avanti e indietro, le ruote sterzano un numero uguale di gradi.

Indipendentemente dalla quantità di puntale statico che si usa, i numeri delle dita dei piedi possono essere molto diversi quando si gira il volante. Se la nostra auto guadagna punta quando è sterzata, comunemente chiamata toe-steer, allora abbiamo l’effetto Ackermann. Se la nostra auto perde la punta quando è sterzata, abbiamo l’effetto Ackermann inverso.

Abbiamo bisogno di pochissimo effetto Ackermann nella maggior parte delle situazioni quando si corre su una pista ovale. Anche su piste da un quarto di miglio molto strette, la ruota LF avrà bisogno solo di un ulteriore 11/416 pollici di punta sulla ruota RF per seguire correttamente il suo arco di raggio più piccolo. Che è di 0,112 gradi, o poco più di un decimo di grado. Potete immaginare la mia reazione quando un pilota mi dice che ha solo un paio di gradi di Ackermann in macchina. Un grado di Ackermann equivale a 11/42 di pollice di punta per una gomma di circonferenza di 85 pollici. Quindi, se abbiamo 2 gradi di Ackermann nei nostri sistemi di sterzo, ciò equivale a un ulteriore pollice di piede quando giriamo il volante. Non penseremmo mai di mettere un pollice di punta statica nelle nostre auto e poi andare a correre.

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Mentre questo indica il fatto che tutti noi abbiamo bisogno di un sistema di sterzo progettato correttamente, la maggior parte dei piloti e molti costruttori di auto ancora non capiscono completamente i sistemi di sterzo delle loro auto e come lavorano per produrre o cancellare Ackermann.

Cosa causa Ackermann? Ci sono diversi modi in cui la vostra auto può produrre l’effetto Ackermann. Il più comune è quello di installare sull’auto i mandrini sbagliati o altri componenti del sistema di sterzo.

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Negli ultimi anni, le squadre e i costruttori di automobili hanno lavorato duramente per ridurre il peso non sospeso – il peso del gruppo ruota/mandrino. Un modo per ottenere questo risultato è stato quello di installare un mandrino più leggero.

All’inizio, i costruttori di automobili iniziarono ad utilizzare mandrini per auto più piccoli e compatti sui frontali delle auto di serie, progettati con il sistema di sterzo a tirante. Allo stesso tempo, venivano fabbricati mandrini personalizzati per il nuovo design e il popolare sistema di sterzo a pignone e cremagliera. Questi mandrini successivi erano diversi dai mandrini di serie perché avevano i bracci dello sterzo che erano puntati in avanti rispetto allo snodo sferico, invece di essere angolati da una vista dall’alto all’estremità del tirante, come quelli usati sui sistemi di sterzo a tirante.

A metà degli anni ’90, alcuni costruttori di automobili scambiarono i pesanti mandrini per auto in ghisa di serie che erano stati utilizzati con i loro sistemi di trascinamento di serie con i più leggeri mandrini “a cremagliera” destinati ad essere utilizzati sul sistema a cremagliera. Il risultato fu un sistema di sterzo che produceva un effetto Ackermann in eccesso. Questo ha danneggiato le prestazioni di sterzata di quelle auto.

Un modo semplice ma preciso per misurare Ackermann è quello di utilizzare un laser o una stringa per proiettare l’allineamento della ruota/gomma davanti all’auto. Se si posizionano i bersagli di fronte alle gomme a una distanza esattamente di 10 piedi dal centro del mozzo, è possibile segnare dove le gomme puntano in posizione diritta e poi in posizione ruotata.

Alcuni corridori selezionati hanno scoperto il problema e lo hanno corretto con bracci di sterzo di lunghezza diversa. In quel periodo dominavano le corse perché le loro auto giravano meglio della concorrenza. Oggi, con una migliore comprensione di Ackermann e delle quantità necessarie alle auto, possiamo misurare il nostro Ackermann e regolare correttamente l’eventuale eccesso di sterzata in modo semplice e veloce. Ricordate, nessuna quantità di regolazione del setup del telaio supererà l’effetto Ackermann in eccesso e la perdita di aderenza anteriore ad esso associata.

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Allineamento avanzato del telaio

Come testare l’effetto Ackermann Ecco un test semplice e facile: Per prima cosa, scrivi una linea su ogni pneumatico anteriore attorno all’intera circonferenza a circa la metà del battistrada. Utilizzare una puntina con puntatori a larghezza regolabile e misurare la punta con le ruote puntate in avanti misurando la larghezza anteriore e posteriore sulla linea di scriba e sottraendo le larghezze.

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Girare il volante nella stessa misura in cui il conducente sterzerebbe a metà sterzata, e poi ricontrollare la punta del piede con lo stesso metodo. Sarete in grado di registrare la reale quantità di guadagno (Ackermann) o perdita (Ackermann inverso) in punta. Le piastre delle dita dei piedi che leggono in gradi non sono abbastanza accurate per questo scopo e possono scivolare mentre le ruote vengono girate.

L’uso di un sistema di allineamento laser di qualità farà la stessa cosa che usare le stringhe o le puntine, solo con maggiore precisione. Data l’importanza di avere un corretto guadagno del puntale da un input di sterzo, l’investimento in un sistema laser sarebbe considerato un investimento ragionevole che fornirebbe un ritorno considerevole se un problema fosse presente ed eliminato.

Se la vostra auto guadagna o perde la punta, ci sono un paio di modi per correggere la situazione. È possibile regolare la lunghezza dei bracci dello sterzo per compensare l’effetto Ackermann. Allungando il braccio dello sterzo sinistro si riduce la quantità di giri della ruota, il che riduce l’effetto Ackermann. Per il braccio dello sterzo destro è vero il contrario: sarebbe necessario accorciarlo per ridurre l’effetto Ackermann. Possiamo anche cambiare la nostra barra di trascinamento per spostare le estremità interne dei tiranti in avanti per ridurre l’effetto Ackermann, o all’indietro per ridurre l’effetto Ackermann inverso.

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Se i vostri fusi non sono stati progettati per il vostro sistema di sterzo, cambiate il corretto design dei fusi ed eventualmente fate fabbricare alcuni fusi leggeri secondo le specifiche esatte come i fusi corretti.

Attenzione: Non effettuare modifiche al mandrino senza sapere come il cambiamento influirà sulla posizione del centro del momento. Potreste apportare una modifica positiva al vostro sistema di sterzo e una modifica negativa al design del centro del momento.

Assicuratevi di sapere quanto ciascuno dei vostri pneumatici sta sterzando, e bilanciate la vostra configurazione in modo che entrambi i pneumatici anteriori stiano lavorando insieme per guidare la vostra auto. Una macchina da corsa che gira bene è una macchina che avrà più potenza di sterzata ed è quindi più capace di correre davanti e vincere le gare.

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