Sistema di sterzo e sospensioni – Tecnologia Ackermann – Chassis Tech

La storia, l’applicazione e la verità su…

Vedi tutte le 10 fotoBob BolleswriterMay 12, 2010

Gli articoli che mi piace di più scrivere sono quelli che fanno la differenza in termini di prestazioni. In passato ho incluso le informazioni Ackermann nei miei articoli di allineamento generale e ho dedicato interi articoli all’effetto Ackermann. Avrete anche notato che mi ripeterò ogni due anni circa, o prima se ce ne sarà bisogno. Questa è una di quelle volte.

Il motivo per cui tendo ad insistere su un certo fenomeno di setup è dovuto a diverse cose, tra cui il fatto che abbiamo sempre nuovi corridori che entrano in questo sport, nuovi lettori indipendentemente dal tempo trascorso in gara, e perché alcuni di noi hanno bisogno di essere ricordati di tanto in tanto. Potresti aver ricevuto il messaggio, ma potresti passare a un’altra squadra e questa potrebbe non averlo ricevuto. E’ utile nella vostra argomentazione per certi processi fare riferimento ad un articolo recente, qualsiasi articolo, in Circle Track.

Ackermann è importante perché può rovinare un’installazione altrimenti grandiosa. La sua conoscenza è importante per tutti i tipi di auto da corsa, non solo per la pista circolare. Abbiamo lettori di tutti i ceti sociali. Abbiamo confermato le notizie della nostra rivista che finiscono nei bagni delle squadre di Sprint Cup troppo numerose per poterle citare nel limitato spazio che abbiamo qui. Sprint Cars, auto sporche, modelli Tardivi asfaltati, SCCA, Formula, IndyCars e Formula 1 devono essere tutti interessati all’effetto di Ackermann, e lo sono certamente.

Al giorno d’oggi, sia per i corridori dello sterrato che per le squadre di asfalto, i moderni allestimenti impongono uno sguardo più attento a molte aree della geometria del telaio e dell’allineamento. Se diamo la priorità alle varie aree di interesse, Ackermann si posizionerebbe proprio lì vicino alla vetta. Ancora più importante ora, le moderne tendenze di assetto sia nello sterrato che nell’asfalto ci impongono di esaminare più da vicino la situazione di Ackermann.

Anni fa era abbastanza comune vedere un’auto sporca con la gomma anteriore sinistra fuori pista nelle curve o vedere le temperature delle gomme sulla gomma anteriore sinistra di un’auto asfaltata che erano le più fresche delle quattro. Questi erano il risultato di configurazioni sbilanciate in cui la sospensione posteriore voleva rotolare molto di più della sospensione anteriore. A quei tempi, una maggiore quantità di Ackermann poteva essere desiderabile, o almeno meno dannosa per la nostra maneggevolezza. Se il pneumatico LF è fuori dalla superficie di gara non può fare alcun danno.

La storia di Ackermann Effetto L’effetto Ackermann è un fenomeno meccanico associato al sistema di sterzo di un’automobile. Un disegno 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 una leggera differenza nell’angolo di sterzata tra i pneumatici anteriori perché la ruota interna gira su un cerchio o un arco più piccolo rispetto alla ruota esterna. La parola chiave è “leggera”.

L’effetto Ackermann prende il nome dall’uomo che ha fatto un’ampia 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 per la guida di un’auto di produzione in modo che ogni ruota seguisse correttamente il percorso quando l’auto stava negoziando una svolta. Il sistema ideale avrebbe compensato le curve a grande raggio, così come le curve a raggio stretto, “girare a destra al segnale di stop”, tipo di curve a raggio ridotto.

Una prima storia racconta che molti dei primissimi proprietari di automobili erano preoccupati di strappare i loro vialetti di ghiaia circolari e l’Ackermann progettato nello sterzo aiutava a mantenere il corretto tracciamento delle ruote e riduceva la causa primaria di solchi nei vialetti. Le moderne auto da corsa hanno poco in comune con le auto di serie, quindi dobbiamo rielaborare la questione dell’Ackermann.

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 erano corretti su questo argomento? La risposta è Sì e No. Ecco perché.

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Nel nostro passato, risalendo a circa 30 anni fa, le sospensioni e i sistemi di sterzo delle auto di serie a carreggiata ovale erano rigorosamente di serie e presentavano le caratteristiche della destinazione d’uso originaria, principalmente per la guida in giro per il quartiere. La conversione dell’auto in una corsa su pista circolare andava oltre la sua destinazione d’uso originale. Quindi, è facile capire perché alcuni dei sistemi di serie potrebbero non funzionare molto 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, come abbiamo spiegato più volte negli articoli della CT, entrambi 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, tra cui aiutare tutti e quattro i pneumatici a lavorare di più, e fornire coerenza nell’equilibrio della maneggevolezza tra stretto e sciolto.

Poiché molte auto in passato non erano ben bilanciate, il pneumatico anteriore sinistro di solito portava meno carico e faceva poco lavoro. Questo era dimostrato da diversi indicatori: 1) temperature dei pneumatici LF freddi rispetto a quelli LR, 2) la necessità di una molla RF molto rigida in quanto la curva RF assorbiva la maggior parte del carico anteriore dell’auto nelle curve, 3) un’eccessiva usura e calore dei pneumatici RF e, per lo sporco, un pneumatico LF che non aveva contatto con la superficie da corsa per la maggior parte del tempo. Se il pneumatico LF aveva poco o nessun carico nelle curve, allora i team hanno scoperto che l’eccesso di Ackermann in realtà aiutava il pneumatico a generare più calore e sforzo in curva quando era a contatto con la pista.

Modern Day Trends in Setup Nel mondo delle corse di oggi, le auto da corsa sono più equilibrate nei loro setup e il pneumatico LF fa molto più lavoro. Questa tendenza ha reso le auto da cross più consistenti e veloci nella maggior parte delle condizioni. Con le squadre di asfalto, vediamo un movimento verso barre di oscillazione più grandi, molle più morbide e molle LR più rigide. Questa disposizione fa sì che il pneumatico LF sia molto più a contatto con la superficie da corsa, porti più carico e lavori più duramente che mai. Se le gomme anteriori non seguono esattamente dove dovrebbero, ci saranno problemi a far girare la macchina.

Quando abbiamo l’effetto Ackermann presente nel nostro progetto di sterzo, significa che la convergenza aumenta man mano che si gira il volante e con l’Ackermann inverso la punta si riduce. Ci sono diverse impostazioni statiche per il puntale anteriore 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 l’avantreno e per evitare che sfrecci 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 più piccolo. Nei grandi circuiti di più di mezzo miglio, è necessario un minore toe-out. La quantità di toe-out utilizzata varia tipicamente da 1/16 a 1/4 di pollice.

La verità è che abbiamo bisogno di pochissimo effetto Ackermann nella maggior parte delle situazioni quando si corre su una pista ovale, sia che si tratti di sterrato o di asfalto. Anche su piste da un quarto di miglio molto strette, la ruota LF avrà bisogno solo di un ulteriore 1/16 di pollice 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 1/10 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 un 1/2 pollice di punta per un pneumatico di circonferenza di 85 pollici. Quindi, se abbiamo 2 gradi di Ackermann nei nostri sistemi di sterzo che equivarrebbe a un pollice in più di punta 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 tutto ciò indica che tutti noi abbiamo bisogno di un sistema di sterzo progettato correttamente, molti piloti e costruttori di auto potrebbero non comprendere appieno i sistemi di sterzo delle loro auto e come lavorano per produrre o cancellare Ackermann. Ecco una spiegazione di come funziona.

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Cosa causa Ackermann? Ci sono diversi modi in cui la vostra auto potrebbe produrre un effetto Ackermann eccessivo. Il più comune è quando installiamo i mandrini sbagliati o altri componenti del sistema di sterzo sulla nostra auto.

Negli ultimi anni, le squadre e i costruttori di automobili hanno lavorato duramente per ridurre il peso non sospeso, o il peso del gruppo ruota/mandrino. Non sono sicuro del perché. 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 compatte più piccoli e di serie sulla parte anteriore dell’auto, progettati per il sistema di sterzo a tirante. Allo stesso tempo, venivano fabbricati mandrini personalizzati per il nuovo design e per il sistema di sterzo a pignone e cremagliera, molto popolare. Questi mandrini successivi erano diversi dai mandrini di serie perché avevano i bracci dello sterzo che erano puntati in avanti rispetto al giunto 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 che erano stati utilizzati con i loro sistemi di trascinamento a magazzino con i mandrini più leggeri “a cremagliera” che erano destinati ad essere utilizzati sul sistema a cremagliera. Il risultato fu un sistema di sterzo che produceva un effetto Ackermann eccessivo. Questo ha danneggiato le prestazioni di sterzata di quelle auto.

Pochissimi piloti hanno capito quale fosse il problema, lo hanno corretto con bracci di sterzo di lunghezza diversa e hanno dominato le corse in quel periodo perché le loro auto giravano meglio della concorrenza. Oggi, con la nostra migliore comprensione di come funziona Ackermann e di quali quantità le nostre auto hanno realmente bisogno, possiamo misurare Ackermann e regolare correttamente qualsiasi eccesso in modo semplice e veloce. Ricordate, nessuna quantità di regolazione del telaio supererà l’effetto Ackermann in eccesso e la perdita di aderenza anteriore ad esso associata.

Come controllare l’effetto Ackermann Ci sono alcuni modi per controllare l’eccesso di Ackermann nelle nostre auto da corsa. Il modo migliore è quello di utilizzare un sistema di allineamento laser per misurare quanto gira ogni ruota anteriore e confrontare le due. Il sistema laser può essere utilizzato anche per l’allineamento posteriore, l’allineamento dei pneumatici sul lato destro e il paraurti.

Un metodo meno costoso, ma adeguatamente accurato è quello di utilizzare le stringhe per misurare il vostro Ackermann. Ho usato questo metodo e, se fatto con attenzione, darà i risultati che cerchiamo. Quasi tutti hanno usato le stringhe per allineare una macchina da corsa. Una corda tesa è sempre dritta, possiamo contarci. Quindi, se tiriamo una corda tesa all’esterno di ogni fianco del pneumatico anteriore ed estendiamo la corda fino a 10 piedi, possiamo prendere le misure necessarie per vedere quanto Ackermann abbiamo.

La procedura è la seguente: 1. mettere le ruote anteriori dritte in avanti. 2. tirare una cordicella all’esterno di ogni pneumatico anteriore (evitare le scritte sui fianchi) e posizionare un segno sul pavimento (su un pezzo di nastro adesivo) dove si trova in linea retta. 3. girare il volante all’incirca nella stessa quantità che il guidatore farebbe nelle curve dove si corre. 4. ancora una volta, fare un segno sul pavimento a 10 piedi dove la corda si estende dall’esterno di ogni pneumatico anteriore. 5. misurare la distanza tra ogni serie di segni per ogni ruota e confrontare la ruota sinistra con la destra.

Il grafico Ackermann Toe Chart (pagina precedente) mostra quanto il guadagno della punta si riferisce alle differenze tra le ruote di sinistra e di destra per pneumatici di diverse dimensioni. Possiamo fare una media delle dimensioni degli pneumatici di sinistra e di destra e guardare quel numero quando troviamo il nostro Ackermann sul grafico. Ricordate che se la ruota sinistra si muove più lontano della ruota destra, allora abbiamo Ackermann, o toe gain. Se la ruota destra si muove più della ruota sinistra, allora abbiamo Ackermann al contrario o perdita di punta.

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Risolvere il problema dell’eccesso di Ackermann Se la vostra auto guadagna o perde la punta, ci sono un paio di modi per correggere la situazione. È possibile regolare la lunghezza di uno o di entrambi i bracci dello sterzo per compensare l’effetto Ackermann. Questo funziona meglio per un’auto in cui il volante è sempre girato a sinistra rispetto a un’auto sporca che a volte ha le ruote girate a destra. Allungando il braccio dello sterzo sinistro si riduce la quantità che ruota gira con un input di sterzo misurato, il che riduce l’effetto Ackermann. Per il braccio dello sterzo destro è vero il contrario: dovremmo accorciarlo per ridurre l’effetto Ackermann. Possiamo anche cambiare la nostra barra di trascinamento per spostare le estremità interne delle aste dei pneumatici in avanti per ridurre l’effetto Ackermann o all’indietro per aumentarlo o per ridurre l’effetto Ackermann inverso.

Se i vostri fusi non sono stati progettati per il vostro sistema di sterzo, cambiate il corretto design dei fusi ed eventualmente fatene fabbricare alcuni leggeri secondo le esatte specifiche come quelli corretti. L’ho fatto nel 1997 con una macchina nuova di zecca.

La nostra vecchia auto, che ha vinto un campionato regionale NASCAR, aveva i vecchi fusi in fusione e la nuova aveva i fusi leggeri a cremagliera. La nuova auto non girava bene. Abbiamo sostituito i fuseruole leggere con i fuseruole fuse vecchio stile e il problema è sparito. Abbiamo poi chiesto al costruttore dell’auto di fabbricarne di nuovi nelle stesse dimensioni dei fusi vecchio stile.

Chiese: “Perché?”. Abbiamo detto: “Non importa, lo stavamo pagando, fatelo e basta”. Qualche settimana dopo, una macchina nuova arrivò in uno dei concessionari dello stesso costruttore di auto a Nashville con fusi identici a quelli che avevamo fabbricato. Per coincidenza, ero lì per aiutare con un seminario e ho riconosciuto la copia.

Per un sistema di sterzo a cremagliera, spostando la cremagliera in avanti rispetto alle estremità esterne del tirante si riduce Ackermann. La maggior parte delle auto del tardo modello Dirt utilizzano i sistemi a cremagliera. Quindi, non abbiamo la comodità di dover migliorare il nostro effetto Ackermann solo in una direzione, deve essere corretto per la rotazione a destra o a sinistra delle ruote.

Anche i Modellini Tardivi in asfalto sono progettati con sistemi a cremagliera. Invece di cambiare la lunghezza dei bracci dello sterzo, potrebbe essere meglio spostare il rack e mantenere i bracci dello sterzo di uguale lunghezza quando si lavora per ridurre l’eccesso di Ackermann.

A Attenzione Non effettuare modifiche al mandrino senza sapere come la modifica 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. Questo problema si riferisce alle differenze di altezza del fuso in cui i giunti sferici superiori e/o inferiori cambiano di altezza con una modifica del fuso. Questo cambia l’angolo superiore e/o inferiore del braccio e, insieme a questo, la posizione del centro del momento.

Assicuratevi di sapere quanto sono sterzanti i vostri pneumatici e, se necessario, riducete l’effetto Ackermann. Poi, quando si bilancia l’assetto, entrambi i pneumatici anteriori lavoreranno in perfetto allineamento per sterzare l’auto. Una buona macchina da corsa sterzante è quella che avrà più potenza di sterzata ed è quindi più capace di correre davanti e vincere le gare.

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