Centro di rollio. Come individuare la posizione del centro di rollio.
Nell’articolo Centro di rollio: cos’è e come influenza il comportamento di un veicolo ho fornito una descrizione del centro di rollio spiegando in maniera concettuale gli effetti della sua posizione sulla dinamica del veicolo. Ora è il momento di vedere nel dettaglio come individuare la posizione del centro di rollio su ciascuna tipologia di sospensione.
In tal modo, se un giorno vorrai modificare con criterio l’assetto del tuo mezzo saprai come agire per stimare la variazione di posizione del centro di rollio ed evitare di avere un veicolo dal pessimo comportamento dinamico.
Iniziamo con le sospensioni indipendenti ed in particolare con il quadrilatero trasversale.
La prima cosa da fare consiste nel trovare il centro di istantanea rotazione delle ruote rispetto allo chassis del veicolo. In parole semplici, tale centro non è altro che il punto virtuale attorno al quale gira il montante ruota nel moto di scuotimento concesso dalla sospensione. Come al solito le illustrazioni sono più esplicative delle parole. Osserviamo la figura 1. Per trovare il centro di istantanea rotazione della ruota basta prolungare i triangoli del quadrilatero ed individuare la loro intersezione (punto verde).
Figura 1 – Centro di istantanea rotazione del montante ruota rispetto al veicolo.
Una volta eseguita la stessa operazione per entrambe le ruote del medesimo asse, basta tracciare i segmenti che uniscono i centri di istantanea rotazione ai centri delle orme di contatto degli pneumatici, proprio come indicato in figura 2. Il centro di rollio della sospensione è l’intersezione di questi due segmenti (punto rosso di figura 2).
Figura 2 – Posizione del centro di rollio (punto rosso) in una sospensione con quadrilatero trasversale.
Si noti che variando l’inclinazione dei bracci della sospensione è possibile variare l’altezza del centro di rollio. È possibile portarlo a terra (figura 3), oppure al di sotto del piano stradale o, addirittura, sopra al baricentro. Naturalmente quest’ultima scelta non viene mai messa in pratica in quanto darebbe luogo al rollio del veicolo verso l’interno curva, cioè in maniera opposta a come avviene su tutti gli autoveicoli e a come ci aspetteremmo.
Figura 3 – Quadrilatero trasversale realizzato in modo tale da avere centro di rollio a terra (il centro di rollio è il punto rosso).
A questo punto una domanda sorge spontanea. Ma se la posizione del centro di rollio cambia modificando l’inclinazione dei bracci della sospensione, vuol dire che quando la sospensione lavora il centro di rollio si sposta? Certo, la posizione del centro di rollio generalmente varia durante la marcia del veicolo, anche se questa variabilità può essere ridotta progettando con criterio la geometria della sospensione.
Rimanendo sempre in tema di sospensioni indipendenti passiamo allo schema MacPherson, utilizzato sull’asse anteriore di molti autoveicoli, nonché sull’asse posteriore di alcuni (come Jeep New Renegade, Alfa Romeo 147, Lancia Delta Integrale, qualche modello di Subaru Impreza di vari anni fa, ecc.).
Per individuare il centro di istantanea rotazione di una ruota rispetto allo chassis, prolunghiamo il braccetto inferiore e tracciamo la perpendicolare all’asse dell’ammortizzatore: l’intersezione tra queste due rette è il punto cercato (figura 4).
Figura 4 – Centro di istantanea rotazione di un montante ruota rispetto alla cassa del veicolo in una sospensione MacPherson.
Il medesimo procedimento vale per l’altra ruota. Eseguiamo poi la stessa operazione vista per il quadrilatero trasversale, cioè tracciamo i segmenti che uniscono i centri di istantanea rotazione ai centri delle orme di contatto degli pneumatici ed in tal modo individuiamo il centro di rollio della sospensione (figura 5). Come al solito le illustrazioni spiegano meglio delle chiacchiere.
Figura 5 – Posizione del centro di rollio (punto rosso) in una sospensione di tipo MacPherson.
Rispetto al quadrilatero, la MacPherson non ha il braccetto superiore, quindi la scelta della posizione del centro di rollio è più vincolata.
Passiamo ora ad una tipologia di sospensione a ruote indipendenti ormai in disuso, ma ancora conosciuta da molti amanti dell’off-road pesante, i quali sicuramente la associano agli autocarri Tatra: la sospensione a bracci trasversali (figura 6).
Figura 6 – Particolare della geometria del sistema sospensivo dei mezzi Tatra (dal link http://www.tatratrucks.com/why-tatra/tatra-vehicle-design/tatra-vehicle-design-1/)
In questo caso è molto semplice individuare i centri di istantanea rotazione delle ruote rispetto allo chassis, in quanto essi coincidono con gli snodi dei bracci trasversali (pallini verdi in figura 7). Facendo partire le solite due rette dal centro dell’orma di contatto degli pneumatici e passanti per i centri di istantanea rotazione troviamo rapidamente il centro di rollio della sospensione (pallino rosso in figura 7).
Figura 7 – Posizione del centro di rollio in una sospensione a bracci trasversali.
Per quanto detto poc’anzi, è facile notare che in questo tipo di sospensione il centro di rollio si trova sempre al di sopra degli snodi dei bracci trasversali. In particolare, esso sarà tanto più alto quanto più stretta è la carreggiata e quanto più grande è il diametro degli pneumatici.
Dopo aver visto come determinare la posizione del centro di rollio su alcune geometrie di sospensioni a ruote indipendenti, è il momento di analizzare alcune tra le più diffuse tipologie di sospensioni ad assale rigido.
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