Trasferimento di Carico e Rollio nel SimRacing

In quest’articolo a cura del nostro Setup and Telemetry Specialist Massimo Zecchinelli, diamo uno sguardo approfondito al trasferimento di carico e al rollio nel mondo del Motorsport e nel SimRacing.

Iniziamo subito!

Posto che non esiste alcuna formula o numero magico che ci permetteranno di essere improvvisamente veloci risolvendo tutti i problemi di setup, quello su cui dobbiamo focalizzare la nostra attenzione sono due sole cose:

Il Bilanciamento della Vettura ed il Relativo Trasferimento di Carico

Tutto ruota intorno a questi due fondamentali fattori.

Infatti, una vettura bilanciata, non solo farà sentire a proprio agio il pilota e gli permetterà di acquisire sicurezza e costanza nei tempi, ma il suo comportamento sarà meno incline a giocare brutti scherzi con improvvisi sovrasterzi o bloccaggi.

È vitale avere sempre il controllo del mezzo in ogni situazione di gara e, possibilmente, in ogni condizione atmosferica. 

Per quanto riguarda invece il trasferimento di carico, questo può riguardare sia l’asse longitudinale (quindi quello che avviene in frenata ed accelerazione), sia quello trasversale (quello cioè che avviene tra l’asse destro e sinistro dell’auto).

Negli scorsi appuntamenti abbiamo parlato di CoP e CoG (rispettivamente il bilanciamento aerodinamico ed il baricentro) sottolineando come, rispetto al CoG, è possibile controllare e “spostare” longitudinalmente il CoP attraverso la modifica di determinati parametri del setup inerenti l’aerodinamica dell’auto.

Per cui se ad essere più carica è l’ala anteriore, il bilanciamento sarà più spostato verso l’avantreno, viceversa, con un’ala posteriore più carica il bilanciamento sarà verso il retrotreno.

Tuttavia è importante tenere a mente che mentre il CoG è sostanzialmente fisso e statico, il CoP seppure in minima parte è un punto dinamico, si sposta cioè durante le fasi di frenata\ingresso ed accelerazione\uscita di curva.

Ecco un video che illustra il tutto.

Ovviamente tutto questo influisce sul comportamento e sulla risposta della vettura durante queste fasi, ed un bravo pilota (o ingegnere) sa sempre quali parametri modificare per sfruttare al meglio questo trasferimento di peso per ottenere la massima rotazione in ingresso di curva, senza per questo comprometterne la stabilità.

Ma se è vero che il trasferimento di carico longitudinale è importante, il trasferimento “principe”, il più importante, è quello che avviene in curva, ovvero quello LATERALE.

E quando si parla di trasferimento di carico laterale, non è possibile non parlare anche delle BARRE ANTIROLLIO.

Come facilmente intuibile dal nome stesso, le barre antirollio hanno il compito di controllare e gestire il rollio della monoposto.

Ma che cos’è il rollio? 

Per rollio si intende l'oscillazione di un veicolo intorno al suo asse longitudinale.

È la situazione che si verifica quando, percorrendo una curva, il lato esterno della vettura tende ad abbassarsi verso il suolo, mentre quello interno tende a sollevarsi. 

In pratica si verifica un trasferimento di carico laterale verso le ruote esterne rispetto alla curva.

Quando il veicolo percorre una curva, la forza centripeta (data dalla forza di attrito tra lo pneumatico e la strada) tenderà ad “attrarre” l’auto lungo la sua traiettoria, verso il centro della curva, mentre a causa della forza centrifuga il carico tenderà a spostarsi verso il lato opposto rispetto a quello del centro della curva, originando così il fenomeno del rollio.

In sostanza, il trasferimento di carico laterale è la quantità di variazione dei carichi verticali degli pneumatici a causa dell'accelerazione laterale.

In altre parole, è la quantità di trasferimento di peso di cui il carico verticale viene aumentato sugli pneumatici esterni e ridotto sugli pneumatici interni quando la monoposto sta affrontando una curva.

La formula prende in considerazione solo la massa, l'accelerazione laterale, l'altezza della massa e la carreggiata dell'auto.

Non c’è traccia di barre di torsione, barre antirollio o ammortizzatori.

Se poi pensiamo alle uniche variabili presenti, la maggior parte di esse non è influenzabile dalle impostazioni di setup.

La massa dell'auto è più o meno fissa, l’accelerazione laterale va sempre massimizzata perché si cerca di portare sempre la vettura e gli pneumatici al limite, la carreggiata è scelta in base al progetto o comunque al regolamento tecnico in vigore.

L'unica cosa che è possibile cambiare è l'altezza del CoG abbassando la vettura, ma anche questa modifica riduce solo in minima parte il trasferimento di carico totale.

Per cui, se non è possibile modificare il trasferimento di carico laterale totale, perché il bilanciamento della monoposto viene invece modificato con molle e dalle barre antirollio?

La risposta è nella formula per il trasferimento del carico totale:

Come si puoi vedere, il trasferimento del carico totale è la somma del trasferimento del carico sull’asse anteriore e del trasferimento del carico sull’asse posteriore, ovvero è evidente come c'è una distribuzione del trasferimento di carico che la parte anteriore realizza rispetto alla parte posteriore…

...ed è questa distribuzione che è influenzata dalle molle e dalle barre antirollio.

Con una certa eccessiva semplificazione possiamo dire che quando si aumenta la rigidità di un asse, aumenta la quantità di trasferimento del carico laterale su quell’asse e quindi si riduce la quantità di trasferimento del carico sull'asse opposto poiché il trasferimento totale del carico rimane invariato.

Questa è ciò che viene comunemente chiamato distribuzione della rigidità laterale.

Per capire meglio come viene influenzato l'equilibrio, dobbiamo capire che all'aumentare del carico verticale su un pneumatico, il coefficiente di attrito di quel particolare pneumatico diminuisce (e questo vale sia per il trasferimento di carico laterale che longitudinale).

Ovvero, si ottiene ancora più grip ma proporzionalmente meno.

Questo fenomeno è noto come load sensitivity (traducibile in italiano con sensibilità al carico).

Facciamo un esempio.

A 300 kg di carico verticale su uno pneumatico, il coefficiente di attrito è 1,30.

Moltiplicando i due numeri tra loro. si ottiene la forza di attrito fornita dal pneumatico:

300 x 1,30 = 390 kg (pneumatico singolo)

Se abbiamo un asse perfettamente bilanciato in cui ogni pneumatico supporta un carico di 390 kg, l'aderenza totale disponibile su quell'asse sarà:

(300 x 1,30) + (300 x 1,30) = 780 kg (totale asse)

Quando la vettura affronta una curva, avviene il trasferimento del carico laterale su ciascun asse per cui come già detto più volte, il carico verticale aumenterà sugli pneumatici esterni e diminuirà sugli pneumatici interni.

Continuando con l’esempio, supponiamo che a causa del trasferimento del carico laterale il carico verticale sullo pneumatico sinistro diventi 400 kg, mentre il carico sul lato destro diventi 200 kg.

Il coefficiente sulla gomma sinistra diminuisce da 1,30 a 1,22, mentre sulla gomma destra aumenta da 1,30 a 1,38.

400 kg x 1,22 = 488 kg (pneumatico sinistro)

200 kg x 1,38 = 276 kg (pneumatico destro)

488 kg + 276 kg = 764 kg (totale asse)

Quindi, mentre il carico totale sull'asse rimane lo stesso (600 kg), l'aderenza totale disponibile è ora di soli 764 kg in luogo dei 780 kg originali.

Maggiore è il trasferimento laterale del carico sull'anteriore, maggiore è la probabilità di sottosterzo mentre maggiore è il trasferimento laterale sul posteriore, maggiore è la probabilità di sovrasterzo.

Il principio di base è che "la rigidità attrae il carico".

Una barra antirollio più morbida all’anteriore vuol dire che la rigidità (ed il carico) sono spostati al posteriore.

In altre parole, è aumentato il trasferimento di carico laterale sull’asse posteriore ed è diminuito sull'asse anteriore.

Non bisogna cadere nella trappola di "più rollio = più trasferimento di carico".

Il trasferimento del carico NON è il risultato del rollio. È il contrario.

Quindi, una vettura settata con barre particolarmente rigide risulterà essere più reattiva agli input del pilota proprio perché il trasferimento di carico è maggiore, ma anche più imprevedibile nel comportamento, viceversa una vettura con barre più morbide risulterà più “pigra” dato il minor trasferimento di carico, ma sarà decisamente più prevedibile.

Un secondo “storico” malinteso è quello per cui bare antirollio più rigide riducono il trasferimento di peso laterale.

Questo è totalmente falso.

Solo perché il telaio ha un minor rollio, non significa che ci sia meno trasferimento di carico dal pneumatico interno a quello esterno.

La quantità di trasferimento del carico laterale è INDIPENDENTE dalla quantità di rollio corporeo.

Il motivo per cui una barra anti rollio anteriore più rigida introduce il sottosterzo, è perché il bilanciamento viene spostato in avanti.

Quindi gli pneumatici anteriori ricevono più carico (laterale) mentre quelli posteriori ne ottengono meno.

Come detto poco sopra, questo è il principio di base della rigidità che attrae i carichi.

Guarda questa immagine.

Se tu dovessi immaginarti seduto su questa altalena…quale dei due lati ti sembra il più solido e sicuro? Il tuo comportamento quale sarebbe?

Probabilmente per non cadere ti sposteresti verso la catena allontanandoti dalla molla che non ispira molta sicurezza.

Alle brutte potresti anche aggrapparti con tutte le tue forze alla catena per evitare di finire per terra.

Ecco, è lo stesso identico “comportamento” che fa il carico…il carico SEGUE la rigidezza o, appunto, la rigidezza attrae il carico. 

Ovviamente il carico non è senziente come una persona che deliberatamente decide dove spostarsi, ma è ovvio che se immaginiamo una situazione simile:

Quali sono le molle che secondo te sorreggono di più il carico “attraendolo” a sé?

Il principio per cui irrigidendo un asse rispetto ad un altro andiamo a spostarvi il carico, è esattamente lo stesso.

Per cui, aiutandoci con un esempio pratico, lo capiamo ancora meglio.

Bene, siamo giunti alla conclusione di quest’articolo in cui ti abbiamo mostrato un approfondimento sul Trasferimento di Carico e il Rollio nel Motorsport e nel SimRacing.