tratto da: MOTOTECNICA
LEGAMI TRA LE GRANDEZZE CARATTERISTICHE DELL’AVANTRENO
Leggendo la scheda tecnica di una qualsiasi motocicletta leggiamo un valore in mm che esprime l’avancorsa, una delle grandezze fondamentali che caratterizzano la ciclistica. Tale misura è molto più di un semplice numero, dato che, come vedremo meglio più avanti, influisce direttamente sulla stabilità e sulla maneggevolezza del veicolo a due ruote.
Partiamo dalla considerazione che tutte le moto presentano una ruota anteriore sterzante libera di girare intorno ad un asse chiamato asse di sterzo. Questo asse risulta inclinato rispetto alla verticale di un certo angolo, che chiameremo angolo di inclinazione dell’asse di sterzo o, più tecnicamente, inclinazione del canotto di sterzo.
Dopo questa breve premessa possiamo definire l’avancorsa come la distanza del punto d’intersezione della proiezione dell’asse di sterzo con il terreno e il punto di contatto della ruota anteriore con la medesima superficie. Per convenzione il suo valore è considerato positivo quando il punto di contatto della ruota è più arretrato, rispetto alla direzione della marcia, del punto d’intersezione dell’asse di sterzo con il piano stradale. Ogni motocicletta soddisfa questo presupposto, ma esistono delle situazioni in cui l’avancorsa viene ridotta fino a diventare addirittura negativa. L’avancorsa dipende strettamente sia dall’angolo di inclinazione dell’asse di sterzo che dal diametro della ruota. Prendendo in esame una qualsiasi moto noteremo però che l’asse del perno della ruota difficilmente coincide con l’asse di sterzo, ma è avanzato di una certa distanza che viene chiamata offset o avanzamento. Questo parametro permette di modificare il valore di avancorsa, indipendentemente dall’inclinazione delcanotto di sterzo e del diametro della ruota. In genere l’avanzamento viene ottenuto dall’adozione ormai universale di piastre di sterzo (che hanno lo scopo di aumentare l’angolo di sterzata) che traslano la forcella in avanti rispetto all’asse di sterzo. Nel caso delle moto da fuoristrada, l’offset viene anche realizzato spostando in avanti i piedini della forcella (anche in questo caso con il doppio scopo di aumentare la corsa delle sospensioni).
Una particolare attenzione la merita anche il pneumatico, poiché il contributo della ruota non deve essere trascurato in favore delle grandezze geometriche sopra menzionate: il comportamento della moto è talmente sensibile all’avancorsa che è sufficiente montare gomme con un’altezza della spalla diversa per avvertire piccole differenze di risposta dello sterzo. Si pensi poi alla difficoltà nel definire il raggio reale della ruota, condizionato dalla pressione di gonfiaggio e dalla deformazione del pneumatico. Se poi, come avviene nella trasformazione di una moto da enduro in supermotard o viceversa, si sostituisce il cerchio con uno di diametro diverso gli effetti percepiti sul sistema sterzante cambiano sensibilmente.
a = r * tgb - (h/cosb)
in cui:
- a = avancorsa
- r = raggio della ruota
- b = angolo di inclinazione dell’asse di sterzo
- h = offset
A parità degli altri parametri, l'avancorsa cresce all'aumentare dell'angolo di inclinazione del canotto di sterzo. Bastano frazioni di grado per avvertire sensibili differenze.
L'offset sposta in avanti o indietro il perno della ruota comportando una riduzione o un aumento dell'avancorsa
Mantenendo gli altri parametri costanti, l'adozione di ruote di diverso diametro modifica proporzionalmente il valore di avancorsa
In pratica, il numero riportato nelle specifiche tecniche viene misurato con il veicolo in posizione verticale, con la ruota dritta e le sospensioni estese, in modo da ottenere dei risultati facilmente ripetibili e quindi confrontabili. Per tale ragione, il valore dichiarato è chiamato più propriamente avancorsa statica. Rispetto alla definizione presentate, definire il punto di contatto tra ruota e terreno non è così semplice per via delle deformazioni del pneumatico che genera un’area di contatto. Per tale motivo si prende come riferimento l’asse verticale passante per il centro della ruota. Ma attenzione: ciò vale solo in condizioni di terreno piano perché è la posizione del punto di contatto del pneumatico con il suolo che deve essere preso in considerazione.
L’EFFETTO RADDRIZZANTE DOVUTO ALL’AVANCORSA
In genere si può affermare che più l’avancorsa è grande più la moto è stabile, ma allo stesso tempo concorre a limitare la maneggevolezza percepita dal pilota. Naturalmente non si può giudicare il comportamento della moto esaminando esclusivamente gli effetti dovuti all’avancorsa indipendentemente da altri fattori come ad esempio il passo, la posizione del baricentro o la deformabilità del telaio. Ma perché l’avancorsa è così importante?
La ragione risiede nel fatto che l’avancorsa, più di ogni altra grandezza geometrica, è strettamente legata all’effetto raddrizzante che, congiuntamente ad altri fattori (tre cui l’effetto inerziale e l’effetto giroscopico delle ruote), determinano la guidabilità di una moto conferendo una stabilità della moto più o meno soddisfacente. Per cercare di spiegare il fenomeno ci avvaliamo di un semplice esempio. Supponiamo di guidare la nostra moto in un tratto autostradale (ipotesi di moto rettilineo uniforme) a velocità costante. Ad un certo punto un’improvvisa irregolarità dell’asfalto provoca una piccola rotazione dello sterzo, ipotizziamo verso destra. In tale situazione, il teorico punto di contatto tre la ruota e il terreno si sposta strisciando verso sinistra rispetto all’asse longitudinale della motocicletta. Lo strisciamento del pneumatico sull’asfalto genera una forza di attrito con direzione opposta al movimento della ruota, che determina un momento rispetto all’asse di sterzo. Il braccio di questa coppia applicata al sistema sterzante è rappresentato appunto dall’avancorsa. In altre parole, con una certa geometria dell’avantreno, è possibile sfruttare l’attrito generato dal pneumatico per creare una coppia di reazione che si oppone alla rotazione dello sterzo, che sia essa accidentale che volontaria. Essendo l’avancorsa positiva, la forza d’attrito genera un momento che tende a riportare lo sterzo nella posizione originaria d’equilibrio e genera una sorta di riallineamento automatico della ruota. Tale fenomeno viene chiamato effetto raddrizzante e porta a conservare il moto rettilineo, con conseguenti vantaggi per la stabilità della motocicletta. Dall’esempio si può ben capire come un valore positivo ed elevato del momento raddrizzante comporti alla motocicletta una guida direzionabilmente stabile, in cui lo sterzo tende facilmente a ritornare dritto dopo aver incontrato un ostacolo indesiderato, come può essere una buca o un sasso.
Arrivati a questo punto, sorge però l’eterno compromesso tra stabilità a maneggevolezza. Avere un buon effetto raddrizzante, infatti, può portare dei benefici quando si viaggia su percorsi veloci, ma può diventare un limite nel traffico cittadino o, più in generale, quando la moto deve essere in grado di poter variare facilmente la sua direzione.
Il momento raddrizzante viene numericamente descritto con formule abbastanza complicate che coinvolgono sia i parametri legati alla dinamica del veicolo che quelli derivanti dalle quote ciclistiche. Volendo evitare le complicazioni analitiche e arrivare a inquadrare logicamente il fenomeno, il momento raddrizzante può in alternativa essere anche espresso semplicemente come: M = a * Fd
In cui:
- M = momento raddrizzante
- a = avancorsa
- Fd = fattore dinamico
Quest’ultimo rappresenta una forza che dipende dalle caratteristiche del veicolo e dalle sue condizioni di moto (peso e la sua distribuzione sugli assi, velocità di avanzamento, coefficiente di attrito tra il pneumatico e la strada).
Senza entrare nel dettaglio, possiamo osservare nella formula come il momento raddrizzante sia direttamente proporzionale all’avancorsa e quindi, ragionando al contrario, avere un’avancorsa negativa comporterebbe un rispettivo momento negativo, che tenderebbe a favorire la rotazione dell’avantreno verso la direzione di sterzata compromettendo notevolmente la stabilità di guida. In questo caso le immaginabili conseguenze saranno tutte a carico del lavoro di braccia che il motociclista dovrà fare per contrastare l’effetto destabilizzante.
ADEGUAMENTO DELL’AVANCORSA AD OGNI SPECIFICO IMPIEGO
Come abbiamo visto la stabilità e l’agilità di una moto sono fortemente influenzate dall’entità dell’avancorsa. Ma esista un valore ideale? Guardando il panorama motociclistico si può osservare come, in genere, moto con vocazione turistica hanno un’avancorsa notevole, mentre al contrario moto sportive prevedono valori più contenuti per garantire rapidi cambiamenti di direzione. Tuttavia queste considerazioni sono del tutto approssimative in quanto l’avancorsa può dare una corretta indicazione della maneggevolezza del motociclo solo se correlata al passo. Inoltre la scelta di un valore piuttosto che un altro dipende anche dal carattere che i progettisti vogliono dare ad una certa motocicletta, magari orientandosi verso valori che facciano diversificare la sua guida dalle concorrenti.
L’avancorsa e l’angolo di inclinazione dell’asse di sterzo sono particolarmente importanti in quanto definiscono le caratteristiche geometriche principali dello sterzo e quindi concorrono a definire le proprietà di maneggevolezza e di stabilità direzionale del veicolo: a parità del raggio della ruota e di offset, aumentare l’angolo di inclinazione del canotto di sterzo comporta un conseguente accrescimento dell’avancorsa. Basta anche un solo grado di inclinazione in più per ottenere aumenti dell’avancorsa di 5-7 millimetri.
Ci piace ricordare che per aggiustare il valore di avancorsa in base alle esigenze desiderate si può anche semplicemente intervenire sull’assetto delle sospensioni. Precaricando le molle della forcella o diminuendo il precarico del monoammortizzatore posteriore si può aumentare l’avancorsa. Agendo in maniera opposta si ottiene l’effetto contrario.
LA VARIAZIONE DELL’AVANCORSA IN BASE AL TERRENO E ALLA DINAMICA DI MARCIA
Fino a qui abbiamo considerato situazioni abbastanza semplici in cui il moto è rettilineo e il valore dell’avancorsa risulta sostanzialmente costante. Al contrario, nell’uso quotidiano del veicolo, esistono una serie di circostanze in cui il valore dell’avancorsa può cambiare improvvisamente, talvolta rischiando anche di diventare negativo. Il rapido susseguirsi di variazioni di avancorsa può portare a bruschi cambiamenti del momento raddrizzante e quindi anche di momentanee perdite di controllo del veicolo.
Se poi si contano tutte le variabili legate al comportamento dinamico della motocicletta nel piano e in curva, l’avancorsa può modificarsi infinite volte all’interno di una certa gamma di valori: in questo caso è più opportuno parlare di avancorsa dinamica.
Uno dei casi più indesiderati è la presenza di un dosso o, peggio ancora, di un gradino: al momento dell’impatto con l’ostacolo il punto di contatto con il terreno avanza e l’avancorsa si riduce. Nella peggiore delle ipotesi, in cui l’asperità a dimensioni notevoli, l’avancorsa può diventare perfino negativa rischiando di comportare persino una caduta.
Queste possibili diminuzioni dell’effetto raddrizzante devono essere tenute bene in considerazione dal pilota soprattutto in curva, qualora si debba affrontare un percorso sterrato. Se andiamo a vedere i dati costruttivi delle moto da fuoristrada non troveremo mai dei valori ridotti di avancorsa come ci potremmo aspettare da un impiego sportivo, ma un giusto compromesso che consenta al pilota di non perdere il controllo ad ogni minima asperità. Montati i cerchi da supermotard la storia può cambiare in favore di una ragguardevole agilità.
Anche il beccheggio del veicolo intorno al suo baricentro fa variare dinamicamente l’angolo di inclinazione dell’asse di sterzo e di conseguenza l’avancorsa.
A questo punto dovrebbe essere chiaro come l’avancorsa sia intimamente legata con la stabilità di una motocicletta e perché, a seconda delle destinazioni d’uso, si definisca un certo valore per soddisfare le diverse esigenze
