Convergenza o Toe

Convergenza o Toe

La convergenza misura l'angolo che si forma tra l'asse mediano delle ruote e l'asse longitudinale del veicolo (vista dall'alto). Avremo una situazione di convergenza nullla quando le ruote sono parallele; si definisce positiva o chiusa quando le ruote tendono a chiudersi nella direzione di marcia; si definisce aperta o negativa nel caso opposto in cui le ruote tendono ad aprirsi.

La convergenza influisce principalmente su 3 fattori: stabilità in rettilineo, consumo dello pneumatico e reattività nell'inserimento in curva.

Partiamo considerando il caso più semplice: la convergenza nulla, quindi un angolo pari a 0. E' l'angolo perfetto per ridurre i consumi delle gomme avendo le 4 gomme che lavorano in parallelo.

In realtà , va sempre tenuto conto che le ruote motrici, applicando la loro coppia, tendono a tirare verso di loro, assumendo quindi una convergenza positiva. Prendiamo ad esempio il caso di una comunissima vettura a trazione anteriore: se intendessimo avere convergenza nulla, dovremmo in pratica dare un leggero angolo negativo (toe out) per correggere la naturale tendenza delle ruote a chiudersi e convergere.

Da ciò emerge ancora una volta che noi configuriamo sempre dei settaggi statici, i quali poi variano dinamicamente col moto della vettura.

Si può dire che una convergenza chiusa migliori la stabilità in rettilineo e in frenata; una convergenza aperta sacrifica parte della stabilità per avere più risposta dello sterzo. Ritornando all'esempio di prima, con la nostra macchina a trazione anteriore, possiamo pensare di correggere la sua naturale tendenza al sottosterzo con una convergenza negativa, che indurrà un po' di sovrasterzo.

Le macchine di serie hanno in genere convergenza chiusa per favorirne la stabilità e la sicurezza d'uso, con quel classico sottosterzo facile da gestire. Le vetture racing optano per una convergenza negativa.

Per quel che riguarda i consumi, i settaggi a convergenza aperta tendono a consumare prima il lato interno della gomma, al contrario la convergenza positiva consuma prima il lato esterno. Talvolta, specie in ambito racing, la convergenza viene regolata per dare omogeneità alle temperature dello pneumatico (vedi sez. pneumatici).

Valori eccessivi in un vero o nell'altro causeranno in ogni caso consumi indesiderati e comportamenti non predetti o voluti.

Si può portare lo stesso discorso per la convergenza posteriore: un aumento assoluto del valore dà più stabilità al retrotreno, mentre una diminuzione o apertura porta più rapidità di risposta.

Valori estremi sono sempre da evitare, per non incorrere in problemi quali extra consumo dello pneumatico, incontrollabilità in rettilineo, perdita di velocità massima.

Appendice Teorica: Slip Angle e convergenza

In caso di convergenza chiusa (positiva) quando si procede in linea retta, è sempre presente uno slip angle, il quale risulta di segno opposto tra le due ruote anteriori (quella sinistra "tira" lo pneumatico verso destra, quella destra "tira" lo pneumatico verso sinistra. L'attrito si oppone a questa forza e determina lo slip angle sul battistrada dello pneumatico).

Anche con convergenza aperta (negativa), procedendo in linea retta, lo slip angle si è già formato, ma è di segno opposto rispetto alla convergenza chiusa. In questo caso l'asse degli pneumatici è rivolto verso l'esterno della vettura. (La ruota di destra "tira" lo pneumatico verso destra e quella sinistra lo "tira" verso sinistra).

Cosa succede allora?

Quando la vettura ha convergenza aperta, essa è sensibile ai piccoli movimenti di sterzo, quando non si sia ancora verificato un trasferimento di carico. Questo perché la direzione alla vettura è imposta dallo pneumatico interno alla curva (non si è ancora verificato il trasferimento di carico sulla ruota esterna); con convergenza aperta lo slip angle sullo pneumatico interno alla curva è già formato, permettendo un rapido inserimento alla vettura.
Questo spiega il perché, con convergenza aperta, la vettura sia instabile alle alte velocità ed in frenata a ruote dritte.

Con convergenza neutra, invece, non si è ancora creato lo slip angle sulla ruota interna alla curva. Quindi un primo movimento di sterzo è "assorbito" dalla necessità di creare lo slip angle sullo pneumatico interno alla curva.
Parimenti, con convergenza chiusa, lo slip angle sullo pneumatico interno alla curva è addirittura di segno opposto a quello che dovrebbe essere e, quindi, si dovrà annullare tale slip angle e crearne uno nuovo di segno opposto.
Questo spiega il perché la convergenza neutra o addirittura chiusa permette una maggior stabilità in rettilineo ed in frenata. Fino a che non avviene il trasferimento di carico lo sterzo avrà un effetto sulla direzione della vettura minore rispetto al caso con convergenza aperta (sensazione di vuoto al centro).
(Primo motivo per cui le vetture di serie hanno convergenza chiusa).

Una volta che è avvenuto il trasferimento di carico dalla ruota interna a quella esterna alla curva, però la situazione si capovolge.
Sullo pneumatico esterno lo slip angle con convergenza chiusa si è già creato, mentre con convergenza aperta non si è ancora creato.
Questo comporta che, avvenuto il trasferimento di carico, nel caso di convergenza chiusa lo sterzo sarà molto più diretto, mentre con convergenza aperta sarà più vago o, meglio, occorrerà sterzare più del raggio della curva, in modo da creare lo slip angle.
Una conseguenza ulteriore si manifesta sulla tenuta degli pneumatici; con convergenza aperta sarà quindi possibile forzare maggiormente in percorrenza di curva prima di far perdere aderenza allo pneumatico, mentre con convergenza chiusa la perdita di aderenza dell'asse si manifesterà prima.
(Secondo motivo per cui le vetture di serie hanno convergenza chiusa).

Ovviamente lo slip angle varia a seconda del tipo di pneumatico montato (rigidità carcassa, altezza spalla, profondità battistrada...).

Per quanto attiene ai piccoli movimenti di sterzo, l'influenza dello pneumatico interno alla curva è ovviamente tanto maggiore quanto minore è la velocità di trasferimento di carico sulla ruota esterna (e da qui si possono comprendere le differenze tra diversi assetti).