Come funziona lo sterzo? (AUTO 3° PARTE) Sterzo e Servosterzo - Effetto Ackermann - Fisica ruota

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Una delle cose fondamentali in un veicolo, è la possibilità di mantenere o cambiare una certa direzione. Questo è possibile grazie allo sterzo, che ha la funzione di far cambiare direzione alle ruote anteriori della nostra auto. Ma perché dopo aver sterzato, la nostra auto segue una curva ben precisa e non continua a procede in linea retta? Per rispondere a questa domanda dobbiamo conoscere prima di tutto la fisica della ruota, una delle più grandi invenzioni dell’uomo.
Se la ruota della nostra auto gira su se stessa in modo perfetto, è perché la sua velocità a contatto con la superficie è pari a zero. Ma come può la ruota avere velocità zero? Questo accade perché la ruota presenta due diversi tipi di movimento: il movimento che trasla l’auto in avanti (chiamato velocità di traslazione) e il movimento rotatorio lungo il suo asse (chiamato velocità di rotazione). Possiamo notare che queste due velocità hanno direzioni opposte, e quando le sommiamo esse si annullano, creando così velocità zero nel punto di contatto tra la ruota e la superficie stradale.
Questo principio ci aiuta a capire meglio il meccanismo dello sterzo. Mettiamo caso che dopo aver sterzato, la nostra auto invece di svoltare, continui a muoversi in linea retta proseguendo in avanti. In questa situazione la direzione della VELOCITÀ DI ROTAZIONE è inclinata mentre la direzione della VELOCITÀ DI TRASLAZIONE è ancora dritta. La velocità nel punto di contatto dunque non potrà essere mai pari a zero, e questo porterà allo slittamento della nostra auto.
È necessario dunque che entrambe le velocità seguano la stessa direzione.
Ciò è possibile solo quando l’intero veicolo ruota rispetto ad un particolare punto centrale. Le linee perpendicolari delle 2 ruote anteriori infatti devono incontrare la linea perpendicolare delle 2 ruote posteriori in questo punto preciso, per ottenere la giusta sterzata. Come si può notare dal grafico, le due ruote anteriori hanno due angoli di sterzata diversi, questo fenomeno viene chiamato EFFETTO ACKERMANN, nel quale la ruota anteriore esterna disegna una traiettoria più ampia rispetto alla ruota interna. Questo significa che per effettuare un cambio di direzione le ruote anteriori devono avere 2 diversi angoli di sterzata.
L’impianto sterzante della nostra auto permette a entrambe le ruote anteriori di avere il giusto angolo di sterzata. Lo STERZO A PIGNONE E CREMAGLIERA rappresenta la tipologia di sterzo più comune sulle automobili. Al centro di questo meccanismo troviamo appunto la CREMAGLIERA, ovvero un ingranaggio lineare vincolato in tal modo da poter solo effettuare movimenti in linea retta. Il PIGNONE invece è collegato al piantone dello sterzo ed è in grado di far muovere la cremagliera a destra e a sinistra ogni volta che giriamo il volante.
Fissati alle ruote invece i BRACCETTI OSCILLANTI possono effettuare un solo movimento rotatorio lungo l’asse evidenziata. I braccetti a loro volta sono collegati alla cremagliera grazie a dei TIRANTI che hanno il compito di trasmettere il moto traslatorio e rotatorio.
Ma vediamo adesso cosa succede quando sterziamo con la nostra auto.
Come abbiamo detto le ruote anteriori hanno 2 diversi angoli di sterzata, se osserviamo le loro perpendicolari infatti vedremo che raggiungono sempre il centro della rotazione posto lungo la perpendicolare delle ruote posteriori. In questo modo otterremo una sterzata senza sbandamento o slittamento dei pneumatici.
Il meccanismo di sterzo che abbiamo illustrato fin ora è di tipo manuale, oggi, su gran parte dei veicoli si utilizza un meccanismo elettrico chiamato SERVOSTERZO, allo scopo di rendere l’operazione di sterzata più semplice e precisa.
Qui possiamo vedere un esempio di servosterzo assistito nel quale un motore brushless gestisce il PIANTONE dello sterzo ed il PIGNONE. Il motore brushless ha la capacità di ruotare in senso antiorario e orario tutto il meccanismo. Una centralina elettronica invece decide quanta potenza il motore deve trasferire al meccanismo di sterzata, in base all’angolo di sterzata, alla velocità di rotazione del volante e alla velocità del veicolo.
Un sensore a effetto HALL gestisce la coppia esercitata dal conducente in modo da agevolare la sterzata. In altre parole “alleggerisce” lo sterzo rendendolo più maneggevole in fase di sterzata.
Anche in caso di foratura di uno pneumatico il servosterzo entra in azione, aiutando il conducente a
controllare la traiettoria del veicolo.
Se facciamo fatica a girare il volante della nostra auto possono esserci dei problemi nella scatola dello sterzo, oppure il servosterzo è danneggiato...

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