TECNICA - CENTRO DI NON ROLLIO: Pull-Rod Ferrari SF15-T e Push-Rod Mercedes - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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TECNICA - CENTRO DI NON ROLLIO: Pull-Rod Ferrari SF15-T e Push-Rod Mercedes

L'intero staff di F1ANALISITECNICA è lieto di annunciare un nuovo ingresso nel nostro gruppo. Si tratta di Samuele Barsacchi, appassionato di F1 e più in generale di Auto. La Formula 1 è il suo sogno ed è per questo che ha scelto di studiare ingegneria del veicolo a Pisa.

Ecco le sue parole:
"Dopo aver seguito il corso di dinamica del veicolo me ne sono innamorato, così come dell'aerodinamica. Sto provando a cercare di capire qualcosa in più sulla F1 per quanto possa visto che è un mondo veramente complesso."



A proposito della nuova sospensione anteriore portata sulla SF15-T, una delle modifiche più evidenti è stata proprio quella dell’abbassamento del centro di (non) rollio.

Riguardo a questo strano punto vorrei provare a fare un po' chiarezza per cercare di spiegare che cosa esso rappresenta veramente.



Perché ha questo nome? come lo si trova? Quali informazioni ci può dare sul veicolo?

Il centro di non rollio di un asse di un veicolo è quel punto in cui se andiamo ad applicare una forza questa viene scaricata direttamente sui braccetti delle sospensioni senza passare attraverso gli elementi elastici ovvero barre di torsione (o comunque molle in generale) ed ammortizzatori. 

Come conseguenza, non avremo rollio della vettura dovuto alla deformazione delle molle da qui il nome centro di NON rollio (sebbene in genere sia chiamato centro di rollio).

Più in generale per avere questa condizione basta che la retta d’azione della forza passi per il centro di non rollio. In realtà è comunque sbagliato dire che il veicolo non presenterà alcun rollio perché anche gli pneumatici con la loro deformazione danno un contributo al rollio che non è trascurabile rispetto a quello delle sospensioni: soprattutto in una F1 dove questo angolo è veramente basso.

Vediamo come si trova.

Prima di tutto bisogna dire che ogni assale, anteriore e posteriore, ha un centro di non rollio. Andando poi a tracciare la retta che congiunge questi due punti si può poi trovare l’asse di rollio del veicolo.

Per ora analizziamo l‘asse anteriore: quindi vediamo come si determina in una sospensione Double Wishbone come quelle che montano le F1 (il procedimento è simile anche per altri tipi di sospensione):

Si tirano le rette passanti per i braccetti del triangolo superiore e del triangolo inferiore e si va a segnare il punto dove si intersecano. Il punto così trovato è il centro di rotazione della ruota rispetto al veicolo (molto importante perché determina le variazioni di camber quando la ruota ad esempio prende un dosso o una buca). 
Ora tracciamo una retta che congiunge questo punto con il punto di contatto tra ruota e terreno. 
Segnato il punto dove questa retta interseca la mezzeria abbiamo il centro di non rollio. 

Come si può vedere nelle foto che potete trovare appena sotto, sono comparati il CDR della F14T e quello della SF15T. E' ben mostrabile che il CDR nella nuova sospensione sia stato abbassato.

La scelta dell’altezza di questo punto è frutto di un compromesso.
  • Spostare il centro di non rollio verso l’alto (avvicinandolo al centro di massa) permette di avere una vettura più reattiva in quanto le forze tendono a scaricarsi tramite i braccetti (senza far lavorare la sospensione e quindi senza passare tramite barre di torsione o le - molle in generale), di contro una scelta di questo tipo comporta un maggior effetto di sollevamento del veicolo in curva (jacking) e maggiori variazioni di carreggiata che tendono a sollecitare in modo maggiore gli pneumatici.



  • Spostare il centro di non rollio verso il basso aumenta la distanza in verticale di questo punto dal centro di massa (dove si può considerare applicata la forza centrifuga o centripeta a seconda di quale sistema di riferimento adottiamo e quindi maggior “roll moment”) e ciò comporta che in curva si avranno forze più grandi sugli elementi elastici della sospensione e quindi per ottenere la stessa reattività sarà necessario l’uso di elementi elastici più rigidi. In questo caso però le variazioni di carreggiata sono minori e la vettura riesce ad essere più gentile sulle gomme. 




La mia idea è che per la Ferrari, una scelta del Centro di Rollio più basso possa portare ad una vettura scarsamente reattiva, e la maggior rigidezza richiesta agli elementi elastici dell’avantreno nei circuiti con frequenti cambi di direzione possa far patire problemi di sottosterzo .
Infatti, irrigidire l’avantreno è proprio un intervento che va ad accentuare il comportamento sottosterzante della vettura. Come si è visto poi, più praticamente, a Barcellona, dove la SF15T perdeva più di mezzo secondo nell'ultimo tratto.
Inoltre la sospensione a tirante è caratterizzata da sollecitazioni maggiori sul telaio che possono provocare cedimenti (spostamenti) dei punti d'attacco e quindi un peggioramento nel comportamento della vettura.

Inoltre le minori forze laterali sulle gomme (come conseguenza di una minor variazione di carreggiata) dovute al centro di rollio più basso fanno si che la Ferrari fatichi di più a mandare in temperatura le gomme come si è visto anche dopo la ripartenza dalla Safety Car a Monaco ma riesca probabilmente a consumarle meno quando fa caldo. 


L’analisi qui fatta è molto semplificativa: in realtà dietro al progetto di una sospensione oltre alle scelte aerodinamiche ci sono molti altri parametri di cui tener conto come variazione di camber con il rollio con la sterzatura e con il movimento verticale dello pneumatico, angoli di kingpin e caster che hanno tutti un enorme influenza sul comportamento della vettura e sulle sollecitazione degli pneumatici. 
Inoltre bisogna tener conto di come il centro di non rollio si sposta quando i braccetti ruotano.

Il centro di non rollio così presentato rappresenta un po' una sintesi, un parametro globale, di come una sospensione è progettata ovvero delle scelte costruttive fatte per la posizione l’inclinazione e la lunghezza dei braccetti oltre che relative all’ampiezza della carreggiata ma non definisce una sospensione.

Per quanto riguarda la W-06 Hybrid, uno dei suoi tanti punti di forza sta anche nel fatto di non avere la pull-rod all'anteriore che seppur avendo un cinematismo uguale alla push-rod consente di avere sollecitazioni minori nei punti di attacco che rende la W06 più precisa.


Ma dal prossimo anno anche per Ferrari le cose dovrebbero cambiare.

Cristiano Sponton

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8 commenti

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29 maggio 2015 11:52 delete

Ma allora i problemi e i distacchi che rimedia la Ferrari nei tratti misti sono dovuti all'inserimento non all'uscita di curva?

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29 maggio 2015 12:01 delete

E' dovuta ad entrambe le cose. Con questo post abbiamo cercato di dare una spiegazione al problema di inserimento. Con il post che uscirà nei prossimi giorni spiegheremo quelli relativi all'uscita di curva e alla trazione

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Frenk
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29 maggio 2015 13:48 delete

Grazie Cristiano,ottimo articolo.

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30 maggio 2015 09:59 delete

Salve lettori di F1ANALISITECNICA leggendo questo bellissimo articolo mi vengono da fare alcune considerazioni e voi esperti correggetemi se sbaglio
La prima considerazione
Era impossibile per la Ferrari cambiare sospensione e passare alla push-road già quest'anno avrebbe significato fare la macchina da 0 in pochissimo tempo quando già il progetto della nuova macchina era fatto e già in fase di realizzazione giusto ?
Quindi allison è riuscito a tirare fuori da un progetto fallimentare qualcosa di buono correggendo i difetti e raggiungendo una buona competitività ma questo non basta per battere la Mercedes
Una seconda considerazione che vorrei fare in questa formula 1 l'aerodinamica e si importante ma nel cimplesso contano molto molto di più motore telaio e meccanica in generale in quanto come
Tutti abbiamo visto nonostante i molti aggiornamenti portati dalla Ferrari in termini aerodinamici in queste prime gare non hanno consentito di fare quello step tale da avvicinare di più la
Mercedes perché la sf15t e l'evoluzione della 2014 quindi a livello meccanico di telaio a già raggiunto il suo limite
Credo che a livello di motore la Ferrari sia molto vicina alla
Mercedes quindi con il prossimo step evolutivo possa raggiungere se non superare la casa tedesca però resta il fatto che il resto della vettura non consente di poter raggiungere quella competitività che si desidera ma
Sono molto fiducioso per il 2016 quando allison avrà carta bianca per il nuovo progetto allora si che ne vedremo delle belle

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30 maggio 2015 11:48 delete

mi trovo con tutto quello che dici, non avrei potuto scriverlo meglio

Anch’io penso che la vettura 2015 abbia limiti strutturali di telaio oltre i quali non si può andare; direi addirittura con il pacchetto aero di Barcellona messo a punto ormai la ferrari se la gioca quasi alla pari, è il telaio il vero vantaggio della W06 secondo me.

Riguardo la PU ferrari, vorrei fare un plauso al lavoro fatto dai motoristi perchè vedo in giro che non gli viene riconosciuto il giusto merito. Ormai credo che già adesso se la gioca con la mercedes, infatti ho letto più volte su AMUS che wolff pensa che in gara la ferrari esprima più cv di loro, AMUS inoltre calcola il deficit Honda da merc e ferrari e non solo mercedes, Lauda (e non capisco perché dovrebbe mentire) ha detto che loro hanno più o meno gli stessi cv dell anno scorso e ferrari ormai è alla pari, altri articoli a firma di james allen (che pare riprendesse dei rumours nel paddock da parte del reporter di F1 Ted Kravitz) e una lunga intervista a Symonds ( http://www1.skysports.com/f1/news/12476/9815982/exclusive-qa-pat-symonds-on-williams-form-so-far-in-2015 ) riprendono il concetto di PU Ferrari impressionante in assetto da gara, senza dimenticare i progressi fatti intermini di densità della benzina Shell. Tutto ciò mi conforta, l’anno scorso è stato un incubo; secondo me la ferrari deve fare prima di tutto dei motori competitivi, lo richiede la Sua Storia, quindi un elogio grande a Binotto&Co che quest’anno si sono riscattati alla grande.
Si potrebbe addirittura azzardare con lo sfruttamento dei gettoni un vantaggio di cv da monza in poi anche in qualifica, sarebbe una grande dimostrazione di forza in vista del 2016, io ci spero.

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30 maggio 2015 17:17 delete

Perdonami ho scritto malissimo hai ragione ma ero in macchina con il cellulare 😁😁

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Fede
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3 giugno 2015 13:45 delete

Il centro di rollio è il centro di istantanea rotazione del moto di rollio ed è determianto dalle condizioni cinematiche di vincolo.
Quelle correttamente riportate nell’articolo sono le sue proprietà.
Però a mio avviso l’impatto della geometria della sospensione sulle performance Ferrari è sopravvalutato come argomento in sè.
Il vero punto è: hanno capito le gomme Pirelli con configurazione cinture in kevlar e riescono ad usarle in maniera opportuna ?
Ferrari ha problemi con mescole dure, asfalti freddi, velocità al primo giro/qualifica e curve lente da ormai molte stagioni.
Riassumo
Reg. 2010 + gomme Bridgestone: Ferrari ok
Reg. 2011 (scarichi soffiati) + gomme Pirelli: Ferrari NON ok + NON ok uso scarichi soffiati
Reg. 2012 prima parte + gomme Pirelli cinture metalliche: Ferrari ok
Reg. 2012 seconda parte + gomme Pirelli cinture kevlar: Ferrari NON ok
Reg. 2013 (no scarichi soff.) + gomme Pirelli cinture kevlar: Ferrari NON ok
Reg. 2014 (turbo-ibrido) + gomme Pirelli cinture kevlar: Ferrari NON ok + NON ok dimensionamento pu

Mi sento di fare solo una considerazione sul pull-rod: gli anni passati il tirante era pressochè orizzontale lavorando di taglio anzichè a trazione.
Quest’anno è più inclinato.

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