Le geometrie di sterzo. Parte 1. Il King Pin (KP).

E' da un po che mi riprometto di scrivere una serie di articoli sulle geometrie.
Dato che sono argomenti che vengono fuori periodicamente, e che nessuno si è mai preso la briga di trattarli in argomenti a se stanti, inizio questo lavoro nella speranza che chi di dovere ritenga utile renderli "sticky" o quantomeno organizzarli in maniera tale che questo lavoro non venga vanificato finendo sommerso da altri post (in stile Facebook).

Essendo un lavoro MOLTO lungo e dato che non ho intenzione di scrivere per giorni verrà trattato in argomenti brevi (brevi per modo di dire), a puntate, e prendendo in esame i parametri uno per volta.
Alla fine, quando tutti i parametri saranno stati spiegati, avrò la possibilità di discuterli analizzando l'interazione tra i vari parametri.
Questo è ovviamente impossibile se non si sa quali sono i parametri e di che cosa si sta parlando, quindi per essere in grado di imparare qualcosa occorre che vi leggiate con calma le parti con le "definizioni" dei vari parametri.

Invito inoltre chi partecipa alla discussione di evitare di spostare l'argomento su cose diverse da quelle STRETTAMENTE in questione, per evitare di creare confusione.
Se la trattazione resterà "ordinata" e quindi utile, dipende in gran parte da voi, dato che non ho la possibilità di cancellare i post e le eventiuali domande off topic.
La questione verrà trattata in maniera teorica ma MOLTO semplificata, e con terminologia "scaleristica" per renderla comprensibile a tutti.
Alla fine di ciascun argomento farò una lista dei pro e dei contro e di come questti parametri impattano (se impattano) sulla prestazione di uno scaler, e a seconda del tipo di utilizzo.

Le geometrie di sterzo.
Parte 1. Il King Pin (KP), l'inclinazione del king pin (KPI) e l'asse del King Pin (KPA)



Iniziamo con le definizioni dei parametri in gioco, e posto subito due foto che vi consiglio di tenere d'occhio durante la lettura della parte che definisce i parametri




KP:
Il king pin è l'asse immaginario che passa attraverso i fori delle "C" (dove si attaccano i fuselli).

KPI
King Pin Inclination è linclinazione del KP GUARDANDO IL MEZZO DA DAVANTI (o dietro).
Se i due bracci delle C (e i fori) sono simmetrici, l'asse è verticale.
Se uno dei due bracci e più lungo dell'altro e/o i fori non sono simmetrici (uno dei due è piu all'esterno dell'altro) questo asse sarà inclinato.
Questa inclinazione, che si misura in gradi rispetto alla verticale, si chiama KPI (King Pin Inclination) da non confondere con il KPA. Generalmente negli scaler non puo essere variata (perche dipende dal disegno del fusello) e di solito, se presente, è intorno agli 8° oppure è assente.

KPA
King Pin Axis, è l'inclinazione del KP GUARDANDO IL MEZZO DA DI FIANCO. Questa inclinazione che si misura in gradi rispetto alla verticale puo essere variata (nei mezzi che lo prevedono) ruotando le C rispetto all'asse del ponte.

Steering Center (SC)
Lo steering center (SC), cioe il "centro di sterzata" è punto in cui il KPI interseca il piano di rotolamento della ruota, cioè il punto intorno al quale la ruota girera girerà durante l'azione sterzante .

Center point (CP)
Il CP è il punto in cui l'asse mediano delle ruota interseca il piano di rotolamento.

Camber (C)
E' l'inclinazione dell'asse mediano della ruota, nota anche come campanatura. Con campanatura neutra l'asse mediano della gomma è verticale, e il CP cade sotto il centro di rotazione della gomma stessa, salvo le deformazioni a cui la ruota è soggetta durante l'azione sterzante. Per non coplicare oltremodo la cosa, consideriamo (per il momento) la ruota come non deformabile.
E' facile intuire che variando la campanatura il CP cadrà piu all'interno o piu all'esterno.

Lo Scrub Radius (SR)
Lo "Scrub Radius" (SR) e la distanza tra SC e CP.
Quindi se SC e CP coincidono (SR=0), la ruota durante l'azione sterzante gira su su stessa (come una moneta poggiata su un tavolo e fatta ruotare a mo' di trottola).
In presenza di SR (SR diverso da 0) la ruota durante l'azione sterzante descrive un arco, il cui raggio è pari a SR.
"Scrub" in inglese signifca sfregare, strofinare, e il termine Scrub Radius è molto descrittivo perchè nel caso in cui la ruota sottoposta ad azione sterzante sia frenata (come nel caso di un mezzo a trazione anteriore o 4wd fermo), non potendo la ruota girare liberamente durante l'azione sterzante, dovrà essere "trascinata" (scrubbed) lungo l'arco di rotazione.
In realtà anche nel caso in cui la ruota sia in movimento ci sarà un trascinamento, perchè oltre al normale avanzamento questa dovra muoversi anche sull'arco, verso avanti o verso indietro.

Per visualizzare facilmente il concetto, pensiamo a cosa succede ad esempio alla anteriore SX in presenza di un SR MOLTISSIMO esagerato, cioè un "palmo" (23-25cm)

Poggiamo il pollice della mano sinistra su un piano, immaginando che la ruota (ant. sx) sia sulla punta del mignolo e ruotiamo il palmo intorno al pollice verso destra di 45°. La punta del mignolo (il centro della ruota) si sposterà verso avanti di 10-15cm, e verso indietro della stessa misura se giriamo a sinistra. Durante questa traiettoria radiale, una ruota (che non sia libera) non ha altra possibilità se non di essere "trascinata" sul piano.
Per ridurre il percorso lungo cui la gomma deve essere trascinata occore ridurre lo scrub radius (la distanza tra pollice e mignolo) fino a zero, situazione in cui si verifica l'esempio della moneta che gira su stessa tipo di trottola di cui parlavo prima.
In realtà SR=0 non è conveniente per altri motivi di cui parleremo in seguito, e che sono anche facilmente intuibili, perchè non è detto che sia un vantaggio avere delle ruote che tendono a girare da sole con troppa facilità, ma di certo non è una buona idea avere un SR esagerato con la ruota che di fatto deve essere trascinata avanti e indietro durante l'azione sterzante.

Vantaggi e svantaggi dello scrub radius.
Il vantaggio di un piccolo scrub radius rispetto a zero, è dato dal fatto che la ruota mantiene una certa direzionalità su superfici lisce, ma questo a noi interessa poco.
All'aumentare dello SR e in condizioni di terreno fortemente accidentato, uno scrub radius marcato tende a risultare nell'effetto opposto causando fenomeni di "bump steer", cioè sterzata causata da urto contro ostacoli.
Infatti tornando all'esempio del palmo, se urtiamo il mignolo contro un ostacolo questo tenderà a spostarsi indietro, che equivale ad una azione sterzante verso sinistra indotta dall'urto. Ovviamente possiamo prevenire questo problema aumentando la forza del servo, e sperando che non cedano gli uniball ecc.
Questo problema, può però anche trasformarsi in un vantaggio in alcuni casi.
Pensiamo sempre alla nostra ruota anteriore SX sulla punta del mignolo e immaginiamo di volerle far superare un ostacolo.
In questo caso sterzando verso DX, spingo la ruota SX verso avanti, quindi oltre alla trazione derivante dalla rotazione della gomma, non solo avrò il vantaggio di aiutarla a superare l'ostacolo spingendola verso avanti, ma anche di "schiacciarla" contro l'ostacolo stesso, migliorandone la trazione sullo stesso. Sempre ammesso che io abbia un servo e organi di sterzo di adeguta potenza/robustezza, altrimenti rompo tutto.

Quindi in definitiva possiamo affermare che:
In mezzi destinati ad affrontare ostacoli ad un certa velocità (che non significa necessariamente "a tutta birrra"...) lo scrub radius e controproducente e andrebbe ridotto a poco piu di zero, per non avere un mezzo instabile (bump steer) e per prevenire usura/cedimento delle componenti di sterzo che sarebbero fortemente sollecitate.
In mezzi destinati ad affrontare ostacoli quasi da fermo o comunque a velocità minima (crawler) un certo SR può aiutare a patto e condizione di avere componenti di sterzo di primissimo ordine.
Inoltre, in mezzi con ruote di dimensioni generose, la riduzione dello scrub radius, comporta la possibilità di montare un servo meno potente senza grossi problemi.
Questà è una cosa di cui tenere conto perchè la differenza ad esempio sostituendo dei fuselli con 8° di KPI con altri da 0° ci si accorge subito che il mezzo "non gira più" e il paliativo di aumentare la forza del servo non sempre ottiene i risultati desiderati, in quanto la sterzata che prima era bella fluida e modulabile diventa "scattosa".

Fin qui (spero) tutto chiaro, ma adesso uno giustamente si chiede perchè questo argomento si chiama KP e non scrub radius.
La risposta è semplice ed anche abbastanza ovvia (per chi si è letto attentamente le definizioni).
Abbiamo detto che Scrub Radius è la distanza tra SC (centro di sterzata della ruota proiettato a terra) e CP (asse mediano della ruota proiettato a terra).
Abbiamo pero anche detto che SC è anche il punto in cui il KPI interseca il piano di rotolamento.
Quindi è facile intuire che:
- aumentando l'angolo di KPI in modo da avvicinare SC a CP otterremo una riduzione dello scrub radius.
- riducendo l'offset dei cerchi avvicineremo CP a SC riducendo lo scrub radius
- ruducendo la campanatura avvicineremo CP a SC riducendo lo scrub radius
E ovviamente viceversa.

In conclusione torniamo a parlare solo del KPI e di un altro effetto che questo genera.
Se il KPI non è pari a zero (cioè non è verticale) durante l'azione sterzante la ruota compie anche una traiettoria verso l'alto o verso il basso, proprio perchè l'asse di rotazione è un po inclinato, esattamente come nel caso del nostro pianeta.
Nel solito caso della anteriore sinistra quando sterziamo a destra la ruota viene quindi spinta verso il basso, il che si traduce nel fatto che l'anteriore sinistro del mezzo viene spinto verso l'alto. Questa azione ancora una volta varia in funzione dello scrub radius. Nel caso di scrub radius pari a zero la ruota tendera a inclinarsi ma senza variare di molto l'equilibrio statico del mezzo, ma se per avere scrub radius pari a zero devo dare tanto KPI avro un effetto di spinta verso l'alto ancora maggiore.
Anche in questo caso ci sono effetti positivi e negativi. Questa azione di pressione verso il basso può aumentare la trazione della gomma, ma può anche causare sbilanciamenti del mezzo, ad esempio nel caso in cui sia necessario sterzare su un trasversale.
Se siamo su un trasversale al limite del ribaltamento con pendenza a DX, in un mezzo con tanto KPI, nel momento in cui sterzeremo verso DX l'anteriore sinistro del mezzo si alzerà e l'anteriore destro si abbasserà, causando un ribaltamento.
Quindi senza scendere nei dettagli, questa variazione dell'equilibrio statico si considerà un effetto collaterale indesiderato del KPI.
Possiamo pero ridurre questo effetto indesiderato del KPI lavorando sul KPA !

Abbiamo detto che il KPA (King Pin Axis) è sempre la solita retta che passa tra i due fori sulle C PERO' QUESTA VOLTA VISTA DA DI FIANCO E NON DA DAVANTI.
Mentre il KPI (nei nostri mezzi) non puo essere variato (generamente è di 8°) il KPA si, almeno in quei ponti che prevedono la possibilità di ruotare le C.
La spiegazione del perchè il KPA influisca sullo spostamento verso l'alto/basso è poco intuitiva, anzi è molto complessa dato che stiamo iniziando a parlare delle interazione tra due assi (che poi in verità sono tre, perche il KPA influenza il caster...), e quindi rinuncio a cercare di spiegarla (almeno in questo thread).
Però una cosa ve la posso dire (se vi fidate) e cioè che generalmente un KPA pari al KPI tende a ribilanciare le cose.
La cosa migliore da fare, se avete un mezzo che ha i fuselli con 8° di KPI e mettere KPA pari a zero e inziare ad aumentarlo (girando la C di sinistra in senso orario e quella di destra in senso antiorario, fino a che noterete che il mezzo non ha variazioni di equilibrio statico, il che come dicevo prima avviene normalmente con una rotazione della C C rispetto all'asse del pontè di circa 8°.
Notate bene che parlo di equilibrio STATICO, il che comporta il fatto che queste prove possono, anzi direi devono, essere fatte con mezzo fermo su un piano. Eventualmente è anche possibile effettuare delle prove su un piano inclinato per verificare la questione del ribaltamento.

 

Grande! Davvero complimenti!

 

E' il mio contruibuto a cercare di rilanciare il forum, dotandolo di contenuti non reperibili altrove.

 

Tanto di cappello!
Complimenti ancora e grazie per tutte le nozioni che condividi!

 

sai che me l'aspettavo?
era un pò che lamentavi (giustamente) l'assenza di un tutorial comprensibile ma completo
come dici, gli argomenti sono tanti, ma so già che li spiegherai bene.

sarebbe bello se un domani ne aprissi una anche riguardo la progettazione, ovvero quella vera.
(le geomentrie telaistiche, ecc ecc)

ora seguo, tanto so già che saranno cose giuste

 

un unico appunto
coi termini o acronimi inglesi si capisce poco
ad esempio "angolo incluso" suonere bbe meglio
(ovvero, se qualcuno googla cercando "angolo incluso" il server lo riporterebbe a discussoni in italiano, dove probabilmente riuscirebbe a capire di che si tratta.)
tu lo sai, ma chi non lo sa magari deve cercarlo su google per capire di che si tratta)

 

Grazie, grazie, grazie.

 

Purtroppo è un mio limite. Avendo sempre usato questi termini non sono in grado di usarne altri.
Dovrei ristudiarmeli tutti da capo.

Forse avrai capito che lo spunto per scrivere questo e venuto proprio dai fuselli dei tuoi nuovi ponti, su cui chidevo info e che non hanno KPI.
Se non monti gomme grosse e se usi il mezzo in "crawler mode" non dovrebbe essere un grosso problema, però comunque dovrai usare un servo di potenza superiore a quello che avresti potuto usare se invece avessero avuto gli 8° di cui parlo, e la sterzata risulterà un po meno fluida/modulabile.
Puoi compensare almeno in parte scegliendo i cerchi con meno offset che riesci a montare.
Considerando che mi sembra che molte parti tra quei ponti e gli AR60 della stessa marca sono simili, se li avessero fatti con 8° di KPI non avrebbero sbagliato affatto.

 

Mi è venuto in mente dal fatto che non avevo capito quali fossero gli 8 gradi di cui parlavi, me ne sono reso conto leggendo.
In effetti, la mia ignoranza in materia è vasta.
Da qualche parte ho dei trascinatori più stretti, magari monto quelli.
E le gomme non mi sembrano esageratamente larghe.
E basta, non inquinerò oltre.

Di nuovo: grazie.

 

Piu che la larghezza delle gomme è importante l'offset dei cerchi, motivo per cui usare dei trascinatori piu stretti è un passo nella giusta direzione.
Comunque il tuo post non "inquina" affatto, in quanto è perfettamente in tema con l'argomento discusso.

 

...grazie .......maaa..... meno male che cosi' e' molto semplificata

 

In attesa della prossima puntata, il caro Marzo si è preso la briga di creare queste immagini esplicative, che sono indubbiamente MOOOOLTO più chiare di quelle che avevo trovato io frettolosamente in rete. La riproduzione del ponte dello scaler poi è una vera chicca !!!

Le posto io su sua richiesta ringraziandolo, e spero che faccia lo stesso chi è interessato a questi argomenti, un po aridi magari ma indubbiamente utili.

 

ringraziamo superclod, perchè fa da traduttore! ( termini/ sigle anglofone e quelle in italiano)-
io facevo confusione.

 

Grazie a tutti e due.

 

Aggiungo che se guardate attentamente la prima e la seconda immagine di Marzo, noterete che il KPI è lo stesso (essendo gli stessi i fuselli) però lo Scrub Radius e diverso, infatti passa da positivo ad addirittura negativo (cosa che non avevo trattato nella discussione per ragioni di semplicità e dato che è una situazione che di rado si verifica in mezzi OR anche in scala.
La differenza tra lo scrub radius tra le due illustrazioni. è appunto dovuto all'offset dei cerchi, che guardate attentamente risulta differente.
Quindi, come nel caso ad esempio dei fuselli di Bangood acquistati recentemente da pensieriusati, se i fuselli hanno 0° di KPI si può sempre compensare (almeno in parte) scegliendo dei cerchi con l'offset piu ridotto che riusciamo a montare.
E sempre per lo stesso discorso, ha poco senso "investire" in fuselli aftermarket con 8° di KPI quando poi magari per ragioni estetiche, andiamo a minimizzarne il beneficio montando cerchi con troppo offset (o troppo poco).

Ecco quindi una prima applicazione pratica (e utile per tutti) di quella che a prima vista poteva sembrare una discussione teorica, che come direbbe il nostro ex giudice Antonio Di Pietro con gli scaler "non ci azzecca niente"

 

Anche a me è cascato subito l'occhio sulla variazione a seconda dell'offset
grazie a entrambi per questa utilissima guida

 

Ottima spiegazione , Grazie !!!

 

grandi raga!! questi post sono bellissimi! si imparano un sacco di cose e offrono tantissimi spunti! grazie!!

 

grazie , davvero, peccato che faccio un sacco di fatica a capirci qualcosason proprio un "testa quadra"
( me lo diceva sempre mia mamma quando ero piccolo e non capivo qualche cosa a scuola)