Sovrasterzo e sottosterzo

I termini sovrasterzo e sottosterzo sono molto utilizzati e, a volte, anche abusati nei discorsi tra appassionati di auto. Vediamo di fare un po’ di chiarezza alla portata di tutti, esponendo i concetti senza addentrarsi troppo nella matematica che regola la dinamica del veicolo.

Saliamo a bordo della nostra auto e partiamo. Arriviamo in prossimità di una curva e, al momento opportuno, iniziamo ad agire sul volante. La nostra vettura, a causa dell’inerzia della massa, vorrebbe continuare la sua marcia rettilinea finendo fuori strada, ma gli pneumatici, grazie all’attrito con l’asfalto, generano forze laterali che tengono il veicolo in carreggiata e gli consentono di inserirsi in curva.

Dato che il nostro mezzo non viaggia su rotaie, l’angolo di sterzo che imponiamo alle ruote non coincide del tutto con la traiettoria che esse effettivamente seguono: infatti, gli pneumatici mostrano una certa deriva. In termini grafici, la velocità di traslazione del centro ruota non coincide con il piano longitudinale di mezzeria della ruota, ma forma con esso un angolo che prende il nome di angolo di deriva (fig. 1).

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Fig. 1 – Pneumatico visto dall’alto. Il vettore verde indica la velocità del centro ruota.

Il fenomeno della deriva avviene su tutte le ruote del veicolo, anche su quelle non sterzanti (fig. 2).

Fig. 2 – Autoveicolo in curva. I vettori blu indicano le velocità dei centri ruota. Gli angoli α sono gli angoli di deriva, mentre δ è l’angolo di sterzo.

Mentre durante la normale marcia di un’automobile, gli angoli di deriva assumono valori di pochi gradi, nel caso di un’auto intenta ad eseguire un doughnut (fig. 3), gli angoli di deriva delle ruote posteriori raggiungono valori prossimi ai 90°. Infatti, in una situazione del genere le ruote si spostano lateralmente su una circonferenza, quindi la loro direzione di movimento è perpendicolare rispetto al loro asse longitudinale (fig. 4).

Fig. 3 – Auto intenta ad eseguire una manovra di doughnut.

Fig. 4 – Durante una manovra di doughnut le velocità dei centri ruota (in blu) dell’asse posteriore sono quasi perpendicolari ai piani longitudinali delle ruote.

All’estremo opposto, procedendo a velocità ridotta e con piccoli angoli di sterzo, gli angoli di deriva sono talmente piccoli che approssimano bene la cosiddetta sterzatura cinematica, cioè quella condizione ideale in cui il veicolo percorre una curva con angoli di deriva nulli (fig. 5). In tale situazione, l’angolo di sterzo prende il nome di angolo di Ackermann ed assume il seguente valore:

dove p è il passo del veicolo, mentre R è il raggio della curva percorsa.

Fig. 5 – La condizione in cui gli angoli di deriva sono nulli è detta sterzatura cinematica ed è approssimata bene da un veicolo che procede a velocità ridotta e con piccoli angoli di sterzo.

Dopo questa breve, ma doverosa digressione sugli angoli di deriva, torniamo alla guida della nostra automobile. Immaginiamo ora di percorrere una strada perfettamente circolare cercando di seguire sempre la stessa traiettoria (fig. 6).

Fig. 6 – Veicolo impegnato a seguire una traiettoria circolare.

Partiamo da una velocità molto bassa ed aumentiamo l’andatura in maniera molto lenta al fine di non trasmettere troppa coppia motrice a terra. All’aumentare della velocità di avanzamento possono accaderci tre cose:

• dobbiamo sterzare sempre più verso l’interno della curva perché il veicolo tende pian piano ad allargarsi (veicolo sottosterzante);
• dobbiamo ridurre l’angolo di sterzo perché il nostro mezzo tende pian piano a chiudere la curva (veicolo sovrasterzante);
• possiamo tenere invariato l’angolo di sterzo perché il veicolo tiene perfettamente la traiettoria (veicolo neutro).

Ciò che abbiamo appena fatto non è altro che la prova di steering pad, eseguita per caratterizzare il comportamento direzionale stazionario degli autoveicoli.

Da ciò che abbiamo detto sulla deriva degli pneumatici, possiamo banalmente dedurre che se la vettura sottosterza vuol dire che l’asse anteriore deriva maggiormente del posteriore, viceversa in caso di sovrasterzo.

Qualcuno stenterà a crederlo, ma tutte le autovetture commerciali hanno un carattere sottosterzante e vengono progettate appositamente così. Siano esse a trazione anteriore, posteriore o integrale, comunque presentano un comportamento sottosterzante se impegnate in una prova come quella descritta sopra.

Quindi, se qualcuno vi dirà: “La mia auto è sovrasterzante perché è a trazione posteriore”, sappiate che sta portando avanti un’affermazione non propriamente esatta!

È invece corretto affermare che un’auto può diventare sovrasterzante in alcune condizioni. Infatti, ci sono fattori che possono influenzare la deriva degli pneumatici e modificare il comportamento direzionale del veicolo. Come esempio per spiegare questo concetto possiamo prendere proprio un’autovettura a trazione posteriore. Se percorriamo una traiettoria circolare aumentando lentamente la velocità di avanzamento, la vettura mostrerà un carattere sottosterzante, ma se agiamo in maniera brusca sull’acceleratore andremo incontro al fenomeno del sovrasterzo che, se non controllato, ci porterà al testacoda. Perché succede questo?

La trasmissione di elevati valori di coppia motrice sull’asse posteriore impegna molta aderenza longitudinale e ciò causa una riduzione della disponibilità di aderenza laterale. Non riuscendo a sviluppare le forze laterali necessarie, la deriva del retrotreno del veicolo supera quella dell’avantreno ed il mezzo sovrasterza. Il fenomeno è comunemente noto come sovrasterzo di potenza.

L’esatto opposto accade ai veicoli a trazione anteriore. Agendo bruscamente sull’acceleratore in curva, l’impegno di aderenza longitudinale sull’avantreno ne riduce l’aderenza laterale ed il veicolo sottosterza maggiormente (sottosterzo di potenza).

Situazioni equivalenti si verificano se trasmettiamo forze frenanti. Tipico esempio è la classica derapata innescata con il freno a mano: frenando il solo asse posteriore, si riduce la forza laterale da esso sviluppabile e se ne incrementa la deriva.

Un concetto da tenere bene a mente è quindi il seguente: l’impegno di aderenza longitudinale riduce la disponibilità di aderenza laterale.

In questo articolo ho espresso brevemente ed in maniera molto discorsiva i concetti di sottosterzo e sovrasterzo. Per saperne di più sul comportamento direzionale del veicolo e sui fattori che lo influenzano, ti invito a registrarti alla newsletter cliccando qui e a leggere l’articolo Quali fattori influenzano il sottosterzo?.