02 - L'architettura del veicolo stradale - VIT

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[[2. Architettura Veicoli Stradali - VIT.pdf#page=2]]

Categorie di veicoli:

Autovettura - Trasporto persone
Autocarro - Trasporto merci
Autobus - Trasporto persone
Rimorchio
Semirimorchio: Rimorchiato ma non ha sostentazione autonoma
Autoarticolato
Autotreno
Autosnodato

Pneumatico

La sostentazione nei veicoli terrestri è stradali è affidata alla ruota pneumatica, cioè alla ruota dotata di pneumatico.

pneumatico

Lo pneumatico ha la funzione di mantenere l'aria. Deve pertanto essere impermeabile.

È collegato all'asse del veicolo tramite il #Cerchione.

Lo pneumatico svolge principalmente 3 compiti:

Ripartisce il carico su una superficie molto ampia per ridurre la pressione agente sulla strada a valori sopportabili
Realizza l'elemento elastico interposto tra la parte rigida della ruota (#Cerchione) e l'asfalto
Assicura la più elevata aderenza possibile.

Lo pneumatico è assicurato al #Tallone. All'interno del tallone sono posti i #Cerchietti: fili di acciaio a cui sono ancorate le tele.

Il punto di contatto tra la strada e lo pneumatico è il #battistrada. Si tratta di una parte dello pneumatico in cui è presente una quantità di materiale superiore rispetto al toro puro in modo da aumentare la superficie di contatto, migliorando l'aderenza.

Lo pneumatico è fatto di una tela disposta a trama incrociata.
Questo rende i fianchi molto rigidi. Per questo motivo non tutte le tele sono poste nella stessa direzione. Alcune sono poste in modo radiale in modo da creare uno pneumatico più flessibile.

Carcassa

La carcassa è formata da più tele sovrapposte e realizzate con fibre di raion e Nylon che sono rese solidali tra loro mediante un processo di Vulcanizzazione della gomma.

A seconda di come sono disposte le tele della #Carcassa lo pneumatico ha proprietà differenti

#Pneumatico convenzionale
#Pneumatico radiale

Pneumatico convenzionale

Le tele dello #Pneumatico convenzionale sono sovrapposte ed incrociate a un angolo di circa 40°.

Questa struttura presenta

Resistenza maggiore lungo i fianchi
Maggiore rigidezza flessionale
A parità di pressione, c'è minore superficie di contatto
Minore aderenza

Pneumatico radiale

Le tele dello #Pneumatico radiale sono tese tra i due talloni con andamento radiale. Solo nella parte corrispondente alla fascia di rotolamento è disposta un'ordinatura composta da tele incrociate a un angolo di circa 20°.

Questa struttura presenta

Più estesa area di contatto
Più uniforme distribuzione delle pressioni
Maggiore aderenza

Cerchione

cerchione

Il cerchione è un disco o cerchione metallico che fa da supporto allo pneumatico e lo collega all’asse ovvero al perno attraverso dei bulloni che si avvitano sul mozzo.

Deriva

deriva

In presenza di forze trasversali che agiscono su uno #Pneumatico, come in curva, l'impronta in presenza di strisciamento laterale assume una forma asimmetrica, deformata rispetto al piano della ruota ed ingobbita nel verso della forza trasversale.

Le particelle della parte anteriore della ruota avanzano con una traiettoria inclinata di un angolo $α$ rispetto al piano della ruota. Questo angolo prende il nome di #Angolo di deriva.

Si dice quindi che uno [[#Pneumatico]] marcia in deriva quando la velocità del suo centro non è diretta secondo l'asse longitudinale dello pneumatico stesso
Viene quindi naturale la definizione di [[#Angolo di deriva]] $α$ come l'angolo formato dalla direzione della velocità del centro della ruota e l'asse $x$ .

La deriva fa si che il veicolo in curva risulti:

#Sterzatura cinematica
#Sottosterzante
#Sovrasterzante

Sterzatura cinematica

sterzatura cinematica

Nel caso di velocità molto basse, gli pneumatici mantengono angoli di deriva molto bassi, quasi trascurabili.

In queste condizioni, il movimento degli pneumatici coincide con la direzione del loro piano medio.
Esiste inoltre un angolo d'assetto $β$ tra l'asse del veicolo e la traiettoria del suo baricentro. $β$ inoltre è tale che la parte anteriore del veicolo si trovi all'esterno della traiettoria appena menzionata.

Quando invece il veicolo viaggia a velocità medio-alte, il fenomeno della #Deriva non è più trascurabile.
Gli pneumatici devono generare delle forze trasversali capaci di bilanciare la Forza centrifuga $F_{c}$ .
L'angolo di assetto $β$ sarà pertanto opposto al caso precedente e la parte anteriore del veicolo si trova internamente alla traiettoria descritta dal baricentro.

Sottosterzante

veicolo sottosterzante

È ottosterzante il veicolo che costringe il conducente a sterzare ancora di più il volante nel verso di percorrenza della curva per mantenere il veicolo su una traiettoria curvilinea di raggio R costante

Sovrasterzante

veicolo sovrasterzante

Quello che risponde in modo instabile, tendendo a diminuire il raggio di curvatura $R$ pur mantenendo l’angolo di sterzo d costante; ossia il veicolo che costringe il suo conducente a controsterzare per mantenere il veicolo su una traiettoria curvilinea di raggio $R$ all’aumentare di $F_{c}$ (Forza centrifuga)

Sospensioni

Dispensa: Le sospensioni

sospensioni

Le sospensioni sono l'insieme degli organi elastici interposti fra le ruote ed il telaio del veicolo con lo scopo di assolvere le seguenti funzioni:

Mantenere la corretta altezza del veicolo da terra
Ridurre l'effetto delle asperità stradali
Correggere l'allineamento delle ruote rispetto all'asse del veicolo
Sopportare il peso del veicolo
Mantenere le ruote a contatto con la strada
Ridurre il beccheggio ed il rollio
Determinare la ripartizione dei carichi sulle ruote nelle varie condizioni che si possono presentare.

Ad esempio nell'attraversamento di un ostacolo come nell'immagine sopra, si vengono a generare delle accelerazioni verticali. Nel caso specifico ci sarà un'accelerazione verso l'alto, provocando quindi la nascita di una forza di inerzia verso il basso. Introduciamo quindi la sospensione proprio per controllare e limitare queste forze.

Nel caso in cui non sia presente una sospensione infatti, nel caso qui sopra, la forza di inerzia è

F = (M_{1} + M_{2}) a

essendo $a$ l'accelerazione verticale. Aggiungendo la sospensione, a spostarsi è solo la massa $M_{1}$ (massa non sospesa) e si avrà quindi forza di inerzia inferiore:

F = M_{1} a

Attraverso la sospensione faccio si che la forza di inerzia dipenda solo dalla ruota (massa non sospesa) e non dall'intero carico (massa sospesa).

I principali tipi di sospensione sono:

#Sospensioni a molla
#Sospensioni pneumatiche

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❗❗❗ COMPLETARE ❗❗❗
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Sospensioni a molla

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Sospensioni pneumatiche

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Sterzatura

La traiettoria di un veicolo è definita dall'orientamento delle ruote. Per variare la direzione è necessario variare l'assetto delle ruote tramite sterzatura.

sterzatura

La sterzatura è l'atto di orientare le ruote del veicolo in modo che questo percorra una traiettoria curvilinea.

Generalmente ad essere sterzanti sono l'asse o gli assi anteriori. In casi più rari, come in macchinari particolari, si ha la sterzatura da assale posteriore.
Talvolta si accoppia la sterzatura dell'asse anteriore e posteriore insieme, così da agevolare le manovre.

La sterzatura può avvenire principalmente in due modi:

#Sterzatura ad assale girevole
#Sterzatura ad assale rigido e ruote orientabili

Sterzatura ad assale girevole

Le ruote rimangono sempre parallele tra di loro. L'assale è collegato al telaio mediante una cerniera detta #ralla posta nella mezzeria dell'assale.

Con questo sistema si dice che la sterzatura è corretta: l'asse dell'assale anteriore girevole e dell'assale posteriore fisso individuano alla loro intersezione un centro di istantanea rotazione $O$ del veicolo.

Per via della geometria di questo sistema, in curva la superficie di appoggio si riduce notevolmente e può provocare fenomeni di instabilità. Viene pertanto applicato a casi limitati come quello dei rimorchi.

Sterzatura ad assale rigido e ruote orientabili

Si può ottenere la #Sterzatura mantenendo rigido l'assale e orientando esclusivamente le ruote.

Al fine di evitare eccessivi strisciamenti le perpendicolari ai piani delle ruote devono tutte convergere in $O$ . Vien da se che quelle delle ruote anteriori non possono essere parallele e così le ruote rotanti non possono ruotare dello stesso angolo.

È necessario un meccanismo per far girare di un angolo diverso le 2 ruote: il #Quadrilatero di Jeantaud

Quadrilatero di Jeantaud

Si dimostra però che ogni meccanismo funziona correttamente solo per uno specifico angolo raggio di curvatura. Si deve quindi cercare un compromesso cercando di adattare la geometria ai raggi di curvatura che si incontrano più facilmente per strada.

In particolare, ponendo le cerniere il più vicino possibile è possibile limitare il problema.

Inoltre, sempre al fine di limitare gli strisciamenti ci sono alcune modifiche attuabili:

Campanatura
Convergenza

Campanatura

La campanatura consiste nell'inclinare il piano di rotolamento delle ruote al fine di limitare gli slittamenti indotti dal #Quadrilatero di Jeantaud.
Si forma così un angolo tra il piano verticale e il piano ruota detto angolo di campanatura.

Questa modifica però porta le traiettorie degli pneumatici a divergere da quella dell'asse del veicolo. Si può ovviare a ciò per mezzo della #Convergenza

Convergenza

La convergenza consiste nel montare le ruote in modo i loro piani siano convergenti nella parte anteriore del veicolo.

Qualora le ruote sterzanti fossero anche ruote motrici, il momento torcente porterebbe la convergenza ad aumentare. In questo caso quindi, le ruote vengono montate divergenti.

Fascia di ingombro

In rettilineo, l'ingombro è dato dall'area occupata in pianta dal veicolo (ordinariamente largo $2.5 m$ ). Va inoltre garantito uno spazio laterale di $0.5 m$ , portando la larghezza ordinaria di una carreggiata a $3.5 m$ .

fascia di ingombro

La fascia di ingombro è la fascia in pianta che il veicolo occupa durante una curva.

Si trova cercando le traiettorie dei punti più vicino e più lontano al centro di rotazione del veicolo.

Il punto più vicino coincide con la ruota posteriore interna (se non rotante) mentre il più lontano solitamente (ma non necessariamente) coincide con lo sbalzo anteriore.

La fascia spazzata dal veicolo ha larghezza

f = R_{e} - R_{i}

dove:

$R_{e} =$ Raggio esterno
$R_{i} =$ Raggio interno

osservazione

La fascia di ingombro non dipende dal verso di moto del veicolo

Gli spigoli delle auto sono arrotondati per ridurre la fascia di ingombro

In presenza di più assi posteriori non orientabili il centro di rotazione si pone nel punto medio dei vari assi.

Es 02 - Ingombro di un autoarticolato - VIT