Nonostante la dinamica dei veicoli moderni sia oggi fortemente influenzata dai sistemi di controllo elettronico, esistono ancora parametri puramente meccanici che determinano in modo molto impattante il comportamento di guida. Uno di questi è l’angolo di caster.
Definizione di angolo di caster
Per un veicolo con geometria della sospensione tipo MacPherson, da una visuale laterale, è possibile tracciare una linea fino a terra lungo la dimensione maggiore del gruppo molla-ammortizzatore. L’angolo che questa linea forma con la verticale è l’angolo di caster.
Invece, in una sospensione a quadrilatero, ovvero doppio braccio oscillante (vedi figura sotto) da una visuale laterale è possibile tracciare una linea passante per gli attacchi dei triangoli superiore ed inferiore al mozzo della ruota. Anche in questo caso, l’angolo che questa linea forma con la verticale è l’angolo di caster.
Angolo di caster e feeling di guida
Il primo scopo dell’angolo di caster è quello di dare stabilità alle ruote sterzanti, che altrimenti risulterebbero ingovernabili. Essendo il centro dell’area di contatto a una certa distanza dal prolungamento dell’asse di sterzo (steering axis), si genera un momento (una coppia) di riallineamento ogni volta che si cerca di deviare la ruota dalla marcia rettilinea. Questo momento auto-allineante lo si avverte ogni volta che si sterza il volante, notando una certa opposizione dello stesso, che tende a tornare al “centro”, cioè all’angolo zero. Se l’angolo è piccolo, il riallineamento sarà lento e blando, viceversa con angoli più elevati si ha un ritorno più marcato dello sterzo e una maggiore durezza dello stesso.
Nelle comuni auto da strada il valore angolo di caster è solitamente compreso tra i +3 e i +5 gradi ed è solitamente più accentuato sulle auto a trazione posteriore. Infatti, su quelle a trazione anteriore e a trazione integrale esso tende ad essere più contenuto, perché esiste già un effetto auto-allineante causato dalla motricità, che produce uno spostamento in avanti del centro dell’area di contatto dello pneumatico, il quale genera un momento che tende a riportare le ruote parallele al senso di marcia. Queste auto hanno un basso angolo di caster positivo in quanto lo sterzo deve essere leggero e maneggevole e per ridurre le vibrazioni. Nelle vetture sportive, da competizione, l’angolo di caster può assumere valori molto maggiori (ad esempio compresi tra i +12 e i +13 gradi).
Perché un angolo di caster può andar bene per un’auto ma può non essere l’ideale per un’altra? Su Assetto Corsa Competizione possiamo infatti trovare auto come la Porsche 911 GT3-R che richiedono un basso angolo di caster, pari a +6,7 gradi e altre auto che richiedono un angolo più elevato, come ad esempio la Ferrari 488 GT3 Evo e la Mercedes AMG GT3 Evo, maggiore di +12 gradi, e poi ci sono auto come la BMW con angolo di caster di circa +9,4 gradi.
Per spiegare ciò, introduciamo un altro parametro: il braccio a terra longitudinale (o mechanical trail).
L’angolo di caster determina a sua volta un altro parametro importante, ovvero il braccio a terra longitudinale. Sempre osservando il veicolo lateralmente, il braccio a terra longitudinale è la distanza tra il punto individuato dalla proiezione del centro della ruota al suolo e il punto di congiungimento tra il prolungamento dell’asse di sterzo e il terreno.
Questa misura è influenzata, oltre che dall’angolo di caster, anche dalla geometria della sospensione e con essa dalla posizione dell’asse di sterzo (steering axis). Pertanto a parità di angolo di caster si possono avere differenti valori del braccio a terra longitudinale, come mostrato negli esempi “a”, “b” e “c” dell’immagine sotto dove, con un angolo di caster di +18 gradi circa, abbiamo tre diversi valori di tale parametro (X1 ≠ X2 ≠ X3).
Ricorda: altri fattori che influiscono sul braccio a terra longitudinale sono la misura dello pneumatico e del cerchio, la pressione di gonfiaggio e dall’usura del battistrada.
Il braccio longitudinale a terra assume pertanto una importanza rilevante poiché la sua lunghezza determina nella realtà l’entità del momento auto-allineante: ad una minore lunghezza di tale parametro corrisponderà un riallineamento più lento e debole, viceversa con un braccio più esteso si avrà un ritorno più energico.
Comportamento dinamico in curva
In curva, il caster assume ancora più importanza, perché si verifica la variazione dell’entità dell’angolo di campanatura (o camber) delle ruote sterzanti. Più precisamente la ruota esterna tenderà verso un camber più negativo (il segno meno è quando la parte alta della ruota si inclina verso il centro della vettura), mentre la ruota interna verso un camber positivo. Ciò avviene in maniera proporzionale, ovvero maggiore sarà l’angolo di caster e maggiore sarà l’effetto della variazione del camber in curva (il camber che si ottiene in curva è chiamato camber dinamico).
L’effetto è chiamato “recupero di camber”, cioè la capacità della sospensione di aumentare il camber in curva, evitando che lo pneumatico esterno veda spostarsi la propria area di contatto verso la parte esterna del battistrada, diminuendo quindi la sua impronta di contatto e quindi il grip.
Riepilogo degli effetti della regolazione del caster
L’aumento dell’angolo di caster comporta molteplici vantaggi che possono attenuare i problemi che si riscontrano in pista. I miglioramenti che possono determinarsi sono:
- aumento della sensazione di sterzata dell’auto, con più feedback attraverso il volante.
- anche la velocità di ricentraggio del volante aumenterà con l’incremento del caster positivo. Pertanto, se abbiamo la sensazione di dover riallineare manualmente il volante in uscita da una curva e che ci stiamo sforzando troppo per riportare l’auto in linea retta, l’aumento dell’incidenza sarà di aiuto.
- anche la stabilità ad alta velocità dell’auto in rettilineo trarrà benefici. Se abbiamo la sensazione che lo sterzo stia iniziando a traballare ad alta velocità, l’aumento dell’incidenza positiva darà alle ruote una coppia di autoallineamento più elevata e renderà l’auto più stabile ad alta velocità.
- infine, un angolo di caster positivo permette immediatezza e precisione di inserimento non appena si sterza. Ciò si deve al fatto che si ha una maggiore differenza di altezza tra le ruote anteriori, ovvero sollevamento della ruota interna e abbassamento di quella esterna; quindi a causa del trasferimento di carico che ne consegue, il lato esterno del veicolo risulta più caricato di quello interno (la ruota posteriore interna tende a sollevarsi). Ciò fornisce un contributo di coppia autosterzante che aiuta l’inserimento in curva.
Una impostazione con troppo angolo di caster positivo può tuttavia causare anche problemi:
- specialmente nelle gare di lunga durata, se le nostre braccia cominciano ad affaticarsi, è altamente consigliato ridurre l’incidenza positiva rendendo così lo sterzo più leggero.
- se l’auto inizia a sottosterzare a metà curva a causa della presenza di un camber negativo eccessivo sulla ruota esterna, abbassando il caster positivo otterremo una riduzione del recupero di camber in curva.
Risoluzione dei problemi di maneggevolezza connessi con le modifiche al caster
Di seguito sono sommariamente elencate le principali regolazioni all’angolo di caster per la risoluzione dei più comuni problemi di maneggevolezza dell’auto.
Sottosterzo
- ingresso curva: aumenta il caster.
- percorrenza curva: aumenta il caster.
- uscita curva: aumenta il caster.
Instabilità in curva
- ingresso curva: aumenta il caster.
- percorrenza curva: aumenta il caster.
- uscita curva: aumenta il caster.
Surriscaldamento gomme
- riduci caster.
Sterzo eccessivamente sensibile
- aumenta il caster.
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