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Articoli - Archivio

28/04/2014
WHERE THE TYRE MEETS THE ROAD

Questione di contatto

 

Se dell’aderenza totale disponibile se ne usa una parte per frenare o per accelerare, diminuisce quella che si può utilizzare per sterzare il veicolo. Analogamente, in curva la possibilità di frenare o di accelerare è ridotta perché il grip longitudinale diminuisce

Massimo Clarke

 

I pneumatici collegano il veicolo al suolo, sostenendo il carico in maniera elastica e in grado quindi di assicurare un adeguato confort. Inoltre, trasmettono al fondo stradale le forze, sia longitudinali che trasversali, il che consente le accelerazioni, le frenate e i cambiamenti di direzione. Queste forze passano tra​mite la zona di contatto col suolo, ovvero l’“impronta a terra”, la cui estensione e la cui geometria hanno pertanto un’ importanza fondamentale, unitamente alle caratteristiche della mescola, ai fini del comportamento del pneumatico, e quindi di quelle del veicolo stesso.

A causa del carico il pneumatico si deforma elasticamente, “schiacciandosi” nella zona inferiore, e a veicolo in moto la cosa si ripete senza sosta in quanto la ruota gira. Dunque, quella che ha luogo è una serie di compressioni e di estensioni; la zona del battistrada che è a contatto con il suolo cambia di continuo, con una nuova porzione della gomma che va a rimpiazzare quella precedente. La deformazione interessa non solo la struttura stessa del pneumatico (in particolare sono i fianchi che si flettono), ma anche, su scala differente, il materiale del battistrada, nella zona di contatto col suolo. Una conseguenza di portata non trascurabile della deformazione elastica del pneumatico è costituita dal fatto che, a causa dello schiacciamento in questione, il raggio efficace della ruota è inferiore rispetto a quello geometrico. Ciò significa che un giro della ruota determina uno spostamento del veicolo minore di quello teorico, cioè corrispondente alla circonferenza del pneumatico in condizioni statiche e  senza alcun carico gravante su di esso.

L’estensione e la forma dell’impronta a terra vengono influenzate da fattori come le misure del pneumatico, il suo profilo, la rigidità della carcassa, la pressione di gonfiaggio e il carico gravante sulla ruota. Una maggiore area di contatto col suolo è vantaggiosa ai fini della possibilità di trasmettere forze al suolo. Queste ultime sono quelle acceleranti e deceleranti, che agiscono longitudinalmente, e quelle sterzanti, ovvero trasversali. Il carico gravante su ciascun pneumatico varia nelle diverse condizioni di funzionamento. Quando si affronta una curva a elevata velocità la vettura tende a coricarsi trasversalmente e le ruote esterne devono sopportare la maggior parte del peso del veicolo. Al limite, quelle interne possono addirittura sollevarsi da terra.

In frenata, per via del trasferimento di carico (la cui entità aumenta al crescere della altezza del baricentro del veicolo e al diminuire dell’interasse), il peso gravante sulle ruote anteriori aumenta; al tempo stesso quello sulle ruote posteriori diminuisce in misura analoga. Il contrario avviene in fase di accelerazione. Nelle moto questi fenomeni sono particolarmente evidenti; basta osservare una gara di velocità per constatare come quando il pilota apre con decisione il gas, in partenza o dopo avere percorso una curva, la ruota anteriore assai spesso si sollevi dal suolo (i moderni sistemi di controllo di trazione limitano molto questo fenomeno e talvolta possono eliminarlo pressoché completamente). Quando la moto si impenna tutto il carico va a gravare sulla ruote posteriore.

La trasmissione delle forze al suolo avviene fondamentalmente in due modi: per adesione molecolare e per ancoraggio meccanico dell’elastomero, che letteralmente “penetra” nelle piccole irregolarità del fondo stradale. La capacità di trasmettere al suolo le forze costituisce l’aderenza, ovvero il grip. L’adesione molecolare sfrutta le forze di Van der Waals e agisce a livello dell’interfaccia gomma-fondo stradale. Richiede pertanto un contatto diretto, con legami che si formano, si rompono e si riformano di continuo. L’ancoraggio meccanico ha luogo grazie alla rugosità dell’asfalto e alla deformazione dell’elastomero del battistrada. Il numero degli “ancoraggi” è influenzato dall’ estensione dell’impronta a terra, dalla pressione di contatto e dalle condizioni superficiali dell’asfalto. Il battistrada si deforma e (nel caso dei pneumatici di serie e schematizzando la situazione) durante la rotazione nuovi “blocchi” di elastomero entrano in contatto col suolo, vengono compressi e sottoposti a forze di taglio che li deformano, piegandoli (all’indietro in frenata e in avanti in accelerazione), prima di scorrere in una certa misura e di arrivare infine al distacco, in corrispondenza del margine di uscita dell’impronta a terra.

Ai fini del grip, oltre alle caratteristiche della mescola, come già accennato è importante il carico che grava sul pneumatico. È proprio per aumentare quest’ultimo, e quindi migliorare l’aderenza, che nelle monoposto da competizione si impiegano estesamente delle appendici aerodinamiche in grado di generare una considerevole deportanza.

La massima aderenza disponibile può essere rappresentata graficamente dal cosiddetto “cerchio di aderenza”, il cui raggio indica quanta forza può essere trasmessa al suolo nelle varie direzioni. È importante qui sottolineare che se questo potenziale viene sfruttato in una certa misura in senso trasversale, quello utilizzabile in senso longitudinale diminuisce in modo proporzionale, e viceversa. In altre parole, se della aderenza totale disponibile se ne usa una parte per frenare o per accelerare, diminuisce quella che si può utilizzare per sterzare il veicolo. Analogamente, in curva la possibilità di frenare o di accelerare è ridotta perché il grip longitudinale diminuisce.     

Ai fini della trasmissione delle forze al suolo risulta fondamentale lo scorrimento. Quello ottimale, per quanto riguarda il grip è compreso tra il 5 e il 15% per le gomme destinate a normale impiego stradale (nel caso di quelle da competizione siamo invece dalle parti del 2-3% circa). Se ha luogo uno scorrimento del 10% in accelerazione, quando la velocità di avanzamento del mezzo è di 50 km/h, quella delle ruote motrici è di 55 km/h. Allo stesso modo, in frenata la velocità delle ruote è di fatto inferiore a quella del veicolo.

 

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