Comportamento dinamico di una vettura

Cerchi di Cam.

Un pò di fisica semplificata per approfondire il concetto di aderenza e di limite secondo il principio dei “Cerchi di Cam".

          Abbiamo stabilito che esistono fondamentalmente tre tipi di forze di attrito che agiscono sul pneumatico: forza d’attrito motrice, forza d’attrito frenante, forza d‘attrito centrifuga. Possiamo allora chiederci: esistono dei limiti per queste forze?

Esiste cioè un valore oltre il quale queste forze non possono andare?

La risposta é sì, e tale valore e‘ dato per ogni ruota dalla formula:
Fmax : Peso Macchina - Coefficiente d’attrito statico - Coefficiente di' ripartizione dei carichi.

Il peso della macchina e‘ ripartito tra le quattro ruote non equamente e ciò spiega la necessità di un coefficiente moltiplicativo < 1 (ma tale che la somma dei quattro coefficienti delle ruote sia =i cioè 100% del peso). Questo limite e‘ uguale in tutte le direzioni e lo supponiamo uguale per tutte e quattro le ruote. Sarà quindi possibile per ogni ruota disegnare un cerchio del limite ammissibile delle forze applicate sul pneumatico. Tale cerchio viene denominato di' Cam (Figura 14).           Il Cerchio e‘ centrato nel baricentro del pneumatico, il suo raggio è esattamente uguale al valore della Fmax calcolato con la formula precedente. Esiste un Cerchio di Cam per ognuno dei quattro pneumatici. Verosimilmente il cerchio anteriore destro sara‘ circa uguale al cerchio anteriore sinistro e così saranno circa uguali fra loro anche i posteriori. Le dimensioni del Cerchio di Cam dipendono unicamente dal peso applicato su quella ruota (in realtà come vedremo dopo, dal carico verticale) e dal tipo di' mescola del pneumatico (coefficiente d’attrito).

           A questo punto tracciamo per ogni pneumatico la risultante delle forze applicate, si potranno verificare due casi: la risultante cade all’interno del Cerchio di Cam oppure la risultante cade all’esterno. Fintanto che la risultante e‘ all’interno del Cerchio di Cam diremo che siamo in condizione di aderenza e cioè l’asfalto è effettivamente in grado di esplicare tale valore di' forza e il pneumatico non striscia rispetto ad esso. Nel momento in cui la risultante cade invece all’esterno del cerchio, l’asfalto non sarà in grado di esplicarla. Gli stiamo "chiedendo troppo.” Si genererà una perdita di aderenza e uno slittamento del pneumatico nella direzione della forza risultante.

          In poche parole una volta che siamo usciti da una condizione di' aderenza (siamo usciti dal Cerchio di Cam) non e‘ altrettanto facile rientrarvi. Chiunque guidi una macchina sia in pista che in strada deve ben tenere bene a mente questo risultato. Vediamo alcuni esempi di possibili modi di fuoriuscita dal cerchio di Cam: Forze Verticali.

Finora abbiamo fissato la nostra attenzione sulle forze orizzontali ma ovviamente nella dinamica dell’autoveicolo entrano prepotentemente in gioco anche le forze verticali. Immaginate ad esempio un’auto di Formula Uno, visibile a tutti in televisione, che tocchi il cordolo con un pneumatico, ad esempio l'anteriore destro: non è raro vedere tale pneumatico decollare, come su strada una semplice asperità del fondo (Figura 15). Perchè? Perchè quel cordolo ha esplicato sul pneumatico una forza avente una componente verticale maggiore del peso distribuito su quel particolare pneumatico, sufficiente cioè a farlo decollare.           Se la forza espressa dal cordolo (asperità, cunetta, etc.) e‘ minore del peso distribuito su quel pneumatico, esso non decollerà ma comunque quel lato della macchina subirà un alleggerimento.

Cosa succede ai Cerchi di Cam in questo caso?
Come variano cioè i cerchi in presenza di forze verticali?

Ricordiamo la formula del raggio del cerchio di Cam:

Fmax = Peso Macchina - Coefficiente d’attrito — Coefficiente di ripartizione dei carichi.

Essa in realtà andrebbe riscritta:

Fmax : Carico Verticale — Coefficiente d’attrito - Coefficiente di ripartizione dei carichi.

Dove con carico verticale si intende la risultante delle forze verticali agenti sulla singola ruota. Da ciò si deduce che Fmax, cioè il raggio del Cerchio di Cam è variabile col carico verticale e in particolare sarà:

• R = 0: il raggio si riduce ad un punto se il carico applicato è nullo (per esempio nella formula uno, in cui il pneumatico decolla).
• R Crescente: con il crescere del carico verticale (asperità non sufficienti al distacco del pneumatico).
• R : Peso macchina: in assenza di altre forze verticali oltre il peso della macchina.
• R ulteriormente crescente al crescere del carico (per es. Carico Aerodinamico o zavorre aggiuntive, bagagli, etc. ma anche il percorrere di una salita o di una discesa. o del beccheggio e del rollio).
•  

Ricordiamo quindi che più e‘ grande il Cerchio di Cam più grande sarà la nostra “zona di aderenza”. E chiaro che eventuali alleggerimenti giocano a sfavore dell’aderenza del pneumatico.