F1 | Analisi tecnica: Rollio e sistemi antirollio nelle Formula 1

Nelle vetture di Formula 1 possiamo assistere a 3 oscillazioni principali: rollio, beccheggio ed imbardata. Vediamo nel dettaglio il rollio.

Schema vettura con sistema di riferimento ed oscillazioni – immagine Davide Galli f1ingenerale.com

Prima di iniziare l’analisi è utile impostare un sistema di riferimento sulla vettura. Prendiamo un sistema XYZ posizionato nel baricentro della vettura. L’asse X sarà diretto lungo la lunghezza della vettura, l’asse Y lungo la larghezza e l’asse Z lungo l’altezza. Possiamo adesso definire le 3 oscillazioni principali. Il rollio è l’oscillazione lungo l’asse X, si verifica principalmente quando avviene un cambio di traiettoria della monoposto. Il beccheggio invece è l’oscillazione intorno all’asse Y, avviene sempre quando la vettura è in fase di accelerazione o frenata. Infine l’imbardata è l’oscillazione lungo l’asse Z, assistiamo a questa rotazione quando il veicolo affronta una curva. L’immagine sopra rappresenta tutti gli assi con le relative rotazioni.

Rollio

Come anticipato prima, il rollio è l’oscillazione intorno all’asse X. Assistiamo a questo moto quando la vettura effettua un cambio di traiettoria o una curva. Gli effetti del rollio sono la creazione di una differenza di forze agenti sui due lati della vettura (sinistro e destro). Questo fenomeno mi porta quindi a caricare di più una gomma rispetto ad un’altra, nel caso di una curva a sinistra otterrò un carico maggiore sul lato destro. Come posso ridurre questo fenomeno?

Effetti del rollio durante una curva a sinistra

Dispositivi antirollio

Come dice il nome stesso, questi sono dispositivi che tendono a ridurre il rollio della vettura, ma come funzionano? In sintesi questi sono dei dispositivi che collegano tra di loro le sospensioni, sinistra e destra, per ridurre la differenza delle forze che agiscono sulle due ruote.

Schema semplice di un dispositivo antirollio
Rollio Formula 1
Applicazione dello schema nella realtà – Foto di Federico M. – Vettura Dallara F3

Vediamo ora come funziona questo dispositivo. Se le sospensioni si spostano di una stessa quantità, non ho differenza di carico sulle due gomme, il sistema ruota semplicemente attorno all’asse verde evidenziato nelle figure. Quando effettuiamo un cambio di traiettoria o una curva, le sospensioni si spostano di quantità diverse, è qui che entra in gioco questo dispositivo. In questo caso avviene quindi la rotazione del dispositivo intorno all’asse blu delle figure. Questa rotazione trasmette una forza dalla sospensione più carica a quella più scarica, riduce la differenza delle forze applicate.

Esempio di rotazione

Come si nota dall’immagine del caso reale, questo dispositivo è regolabile. Andando a modificare i punti di attacca sull’asta evidenziata in viola andiamo ad aumentare o ridurre la rigidezza, e quindi la capacità di trasmettere le forze, del dispositivo. In questo caso riducendo l’interasse a aumenteremo la rigidezza del dispositivo.

Importanza dispositivo

Grafico: forza resistente dello pneumatico in funzione del carico applicato

Come detto prima questo dispositivo entra in funzione quando la vettura è in curva. Gli pneumatici sono dotati di una caratteristica non lineare tra la forza resistente in direzione tangenziale alla gomma ed il carico a cui sono sottoposti. Quando la macchina procede in rettilineo senza rollio ho su entrambe le gomme la curva 3 del primo grafico. Le curve 2 e 1 rappresentano un carico minore agente sulla gomma rispetto al caso 3 mentre quelle 4 e 5 un carico maggiore. I casi sono però collegati, posso avere su entrambi gli pneumatici il caso 3 oppure le coppie 2-4 o 1-5. Come notiamo dal secondo grafico il caso migliore è quello con entrambe le gomme caricate allo stesso modo.

Avere una forza resistente tangenziale maggiore vuol dire riuscire a fare i cambi di traiettoria e le curve con una maggiore velocità. Per questo motivo cerco sempre di ridurre il più possibile il trasferimento di carico e quindi il rollio. Una barra troppo rigida però porta ad una maggiore usura delle gomme, mentre una troppo morbida porta ad avere poco controllo. Sta quindi al pilota trovare il giusto compromesso in base alla pista ed al suo stile di guida.

Effetti secondari

Un minor trasferimento di carico ha anche effetti positivi nell’aerodinamica della vettura. Una minore oscillazione intorno all’asse X comporta una minore rotazione dei dispositivi aerodinamici e quindi una maggiore efficienza degli stessi.

Esempio Formula 1

rollio Formula 1
Sospensione anteriore Mercedes W10 – Singapore 2019 – Foto di Federico M.

Chiudiamo con un esempio di vettura di Formula 1, caso della sospensione anteriore della Mercedes W10. In questo caso notiamo una geometria completamente diversa del componente, notiamo comunque il collegamento delle due sospensioni all’interno del cerchio verde. Questo collegamento è stato realizzato attraverso due camme collegate tra di loro. In questo caso il dispositivo è ruotato rispetto a quello visto sulla Formula 3 di 90°. Il piano di lavoro adesso è quello frontale e non più quello superiore. Notiamo inoltre un cilindro argentato dietro al sistema, quello è il terzo elemento.

Rollio Formula 1
Schema semplice con antirollio e terzo elemento

Questo terzo elemento non influenza la rigidezza del dispositivo ma serve solo a smorzare gli effetti dinamici di questo sistema.

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Federico Martello

Vehicle Engineer student, Euroracing (Indy autonomous challenge) vehicle dynamics team member