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    [Parte 3] Guida al setup nel karting: il sistema di Ackermann

     

    Kartisti e appassionati di Drivingitalia! Bentornati nella nostra guida a puntate che andrà a definire tutto ciò che è necessario sapere per effettuare il corretto setup su un go-kart da competizione… sia nella realtà, ma anche sui simulatori più importanti in circolazione, come Kart Racing Pro, Kartkraft e Kartsim.

    Dopo una prima introduzione al mondo delle ruote piccole e l’approfondimento sull’angolo di caster, oggi andremo ad analizzare un’altra componente fondamentale della geometria di sterzo di un go-kart. Stiamo parlando del sistema di Ackermann, inventato e brevettato nel 1817 al fine di ottimizzare l’orientamento delle gomme anteriori e, quindi, la percorrenza in curva del nostro piccolo mezzo da corsa.

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    SISTEMA DI ACKERMANN: COS’È?

    A livello puramente teorico, il sistema di Ackermann (conosciuto anche come quadrilatero o angolo) è rappresentato concettualmente da una serie di leve che collegano tra di loro le ruote anteriori, le quali non sterzano idealmente mantenendosi tra di loro parallele, ma piuttosto nel modo più corretto possibile per mantenere una traiettoria di tipo curvilineo.

    Questo sistema corrisponde numericamente all’angolo medio tra i due angoli, differenti tra di loro, che vengono coperti da ciascuna delle due ruote anteriori: tale valore permette al kart di sterzare senza far scivolare eccessivamente lo pneumatico interno, in modo da ottenere un miglior inserimento in curva e un maggiore grip all’anteriore.

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    SISTEMA DI ACKERMANN: A COSA SERVE?

    In altri termini, l’Ackermann consiste nella differenza tra l’angolo di sterzata determinato dalla gomma anteriore interna a una curva e quello formato dalla gomma anteriore esterna, a seconda dell’input dato dal pilota sul volante. Questa differenza angolare è pari a zero quando entrambe le ruote girano con lo stesso angolo. L’Ackermann, invece, è negativo quando il pneumatico esterno ruota di un angolo maggiore rispetto a quello interno, mentre è positivo quando quest’ultimo presenta un angolo di sterzata superiore a quello esterno.

    Fondamentalmente aumentare l’angolo di Ackermann, cioè far sì che la gomma interna a una curva compia una traiettoria più stretta di quella effettuata da quella esterna, permette di ottenere un avantreno molto reattivo durante le manovre di sterzata, con un volante molto veloce da utilizzare. Diminuirlo, invece, determina esattamente l’effetto opposto: il nostro go-kart si inserirà in curva più lentamente e, in generale, lo sterzo (e l’anteriore) sarà molto meno reattivo e preciso.

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    SISTEMA DI ACKERMANN: COME FUNZIONA?

    Per spiegare il funzionamento del sistema di Ackermann dobbiamo partire da un concetto evidente a tutti: quando si percorre una curva su un go-kart, la gomma anteriore esterna disegna una traiettoria più larga di quella interna, che invece sarà molto più stretta. Questo, ovviamente, è possibile solo se il nostro mezzo da competizione sia provvisto di un unico centro di rotazione comune ai due pneumatici, attorno al quale questi possano girare.

    In un caso ideale, se le ruote anteriori fossero perfettamente parallele tra di loro non si verrebbe mai a creare un unico centro di rotazione durante la percorrenza di una curva, in quanto i loro assi rimarrebbero a loro volta paralleli tra di loro senza alcun punto in comune (che si verrebbe a generare solamente dall’intersezione degli assi stessi). Così facendo le gomme slitterebbero, generando una frizione tra il proprio battistrada e il tarmac dell’asfalto, con il risultato di un’usura repentina e di un’importante perdita di prestazioni sul giro.

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    L’angolo di Ackermann, di conseguenza, serve proprio a compensare la differente linea percorsa dalle ruote in questione, facendo sì che al girare del volante queste sterzino in maniera non lineare. Questo determina il centro di rotazione che stiamo cercando, quel punto teorico comune ai due pneumatici anteriori in cui i loro assi e l’asse dell’assale posteriore si intersecano. In sostanza, l’Ackermann permette di sterzare le due ruote anteriori in sincronia, le quali ovviamente hanno due angoli differenti quando il kart va ad affrontare una curva.

    SISTEMA DI ACKERMANN: COME SI CALCOLA?

    Per far sì che le ruote anteriori sterzino in maniera non lineare l’angolo di Ackermann deve essere diverso da zero. Questo è reso possibile grazie alla presenza di fuselli anteriori realizzati con un braccetto orientato verso l’interno del telaio, alle cui estremità si trovano i fori a cui si agganciano i braccetti dello sterzo. In questo modo, si realizza un sistema in cui la distanza fra gli assi di rotazione dei fuselli è superiore rispetto a quella tra i punti di attacco dei braccetti dello sterzo con i braccetti dei fuselli stessi. L’angolo che si andrà a generare in questo modo, di conseguenza, sarà proprio quello di Ackermann.

    Tuttavia, per dare maggiore progressione a tale angolo, che corrisponde alla variazione media dei due angoli di sterzata delle ruote anteriori, i braccetti dello sterzo vengono collegati a due punti distinti sulla piastra di sterzo. Questo determinerà la variazione non lineare che ci interessa, secondo la quale le gomme anteriori si adatteranno a seconda dell’angolo di sterzata impresso dal pilota.

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    Il calcolo teorico dell’angolo di Ackermann è dato da una formula che lega la dimensione della carreggiata anteriore (X) e il passo del go-kart (Y) ai due angoli delle ruote anteriori (alfa e beta) legate all’asse dei fuselli anteriori. Tale rapporto può essere espresso in questo modo:

    X/Y = cotg (alfa) – cotg (beta)

    SISTEMA DI ACKERMANN: COME SI REGOLA E QUALI SONO GLI EFFETTI?

    A livello pratico, invece, l’angolo di Ackermann può essere modificato intervenendo sull’inclinazione dei braccetti di sterzo, sulla posizione del braccetto al fusello in tutti quei kart con diversi fori di attacco… oppure sulla convergenza delle gomme. Il “toe”, infatti, presenta una relazione molto importante con il quadrilatero di Ackermann: a livello generale, possiamo affermare che una convergenza aperta determina l’aumento di questo angolo (in particolare quello “alfa” dell’anteriore interna), mentre al contrario con convergenza chiusa l’angolo in questione si riduce.

    Ma cosa succede in ciascuno di questi casi? Aprendo la convergenza delle gomme, e quindi aumentando l’Ackermann, si otterrà una maggiore precisione dell’anteriore nei tornanti stretti, mentre al contrario un angolo di Ackermann ridotto, dato da una minore convergenza, privilegerà la guidabilità nelle curve a percorrenza veloce.

    Intervenendo direttamente sulla colonna di sterzo, invece, l’aumento dell’angolo di Ackermann si otterrà spostando i braccetti di sterzo sui fori più bassi della piastra, mentre una sua diminuzione potrà verificarsi spostandoli sui fori più alti. Su quei telai che presentano un posizionamento variabile di questi braccetti sui fuselli, l’Ackermann potrà essere aumentato spostando i loro attacchi sui fori più interni: ciò permetterà un miglioramento del grip e della precisione all’avantreno nelle curve più strette. Spostando l’attacco sui fori esterni, al contrario, il valore dell’Ackermann diminuirà e ciò migliorerà l’aderenza dell’avantreno nelle curve più larghe.

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    CONCLUSIONE

    Per migliorare l’inserimento in curva di un go-kart, che in questo modo avrà un maggior grip sulle ruote anteriori, abbiamo visto che possiamo intervenire sia sull’angolo di caster, sia sul quadrilatero di Ackermann, un valore rappresentato dalla media degli angoli di sterzata di ciascuna delle gomme all’avantreno. Come per ogni regolazione non bisogna esagerare, in modo da evitare una caduta repentina dell’aderenza al posteriore che, in caso contrario, scivolerà durante ogni fase di percorrenza di una curva, destabilizzando il corretto equilibrio dell’assetto del nostro piccolo mezzo da competizione.

    Parlando dell’angolo di Ackermann abbiamo anche nominato un altro parametro estremamente importante che agisce sulla geometria di sterzo di un go-kart: la convergenza, o “toe”, che andremo ad analizzare nella prossima puntata. Continuate a seguirci!


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