FISICA, MOTORE, STILE DI GUIDA: 5 regole d'oro per guidare bene, consumando meno

Sono sempre stato un grande sostenitore dell'importanza del divertirsi alla guida. Avere un'auto bella da guidare, sia telaisticamente che dal punto di vista motoristico, può davvero, per chi apprezza, migliorare la qualità della vita. 

Se però anche tu usi l'auto spesso macinando chilometri e chilometri, sicuramente ti sarai posto il problema di ridurre i consumi. In larga misura i consumi dipendono dalle caratteristiche dell'auto (cilindrata, potenza, "età del motore", massa, aerodinamica dell'auto ecc..), ma un grosso impatto lo ha anche il modo in cui si guida.

In questo articolo vedremo 5 regole d'oro per guidare bene, consumando meno.

Per parlare di consumi però, credo sia il caso di richiamare un concetto fisico basilare quanto fondamentale: il concetto di energia.

In un'auto (che sia termica, elettrica o ibrida) avviene una conversione di energia. L'energia conservata in forma chimica nel carburante (o nelle batterie) viene trasformata in energia cinetica (dal greco kinētikós: ‘attinente al movimento’) permettendo al veicolo, appunto, di muoversi. L'energia impiegata in uno spostamento dell'auto può essere espressa come:

Energia = Forza x Spostamento

A questo concetto sarà necessario aggiungere l'altrettanto basilare e fondamentale concetto espresso dal Secondo Principio della Dinamica:

Forza = Massa x Accelerazione

Bello questo tuffo ai tempi della scuola vero?

Volendo fare un passo avanti rispetto a Newton, la forza necessaria per spostare l'auto può essere espressa come:

Forza = (Massa x Accelerazione) + Resistenza al rotolamento  + Resistenza aerodinamica

Questi due concetti fondamentali ci mettono davanti, nero su bianco, ad alcune cose che sarebbe meglio tenere sempre a mente.

1. Il carburante (o l'energia in generale) che consumiamo è ovviamente proporzionale alla distanza percorsa.
   
2. La forza necessaria a muovere l'auto (e di conseguenza i consumi) è proporzionale (tra le altre cose) alla massa, ma l'impatto della massa del veicolo sui consumi è a sua volta proporzionale all'accelerazione che richiediamo tramite il pedale dell'acceleratore. Un primo punto dove il nostro piede può fare la differenza.
   
3. I consumi sono influenzati dagli pneumatici e dalle forme dell'auto (o dalle alterazioni di queste ultime).

Assodati questi primi concetti basilari, abbiamo ciò che ci serve per iniziare a dare un'occhiata alle nostre regole:

Regola 1:

Tieni lo sguardo alto! Anticipa il traffico!

Se i consumi, come abbiamo detto, dipendono in buona parte dalle accelerazioni che chiediamo all'auto, la prima regola d'oro per ridurli sarà di ridurre le accelerazioni tenendo la velocità il più costante possibile.

Questo chiaramente significa non fare scatti inutili (ad esempio alle ripartenze da semaforo o alle immissioni), ma accelerare gradualmente fino a raggiungere la velocità che vogliamo. 

 

Per motivazioni differenti, però, il principio di ridurre le accelerazioni il più possibile è valido anche in frenata. Su un'auto convenzionale, infatti, ogni volta che azioniamo i freni, andiamo a dissipare l'energia cinetica dell'auto trasformandola in calore. Nelle auto ibride o elettriche, sebbene sia possibile sfruttare gli stessi motori elettrici come freno rigenerando energia, la coppia frenante rigenerativa è comunque limitata e se si chiede di più andranno comunque azionati i freni.

Tornando ai motori convenzionali, inoltre, è utile tenere a mente che, nel momento in cui si molla completamente il gas, mantenendo la marcia inserita, il motore entra generalmente in modalità di cut-off. (Ovvero l'iniezione di carburante viene interrotta e il motore viene trascinato dall'inerzia dell'auto stessa, creando l'effetto di freno motore) Chiaramente, non essendo iniettato carburante, i consumi in questa fase si riducono a zero.

 

La morale, in ogni caso, è che anche in frenata (se si vuole ridurre i consumi) è sempre meglio, a prescindere dal tipo di motorizzazione e di auto, rallentare gradualmente evitando le inchiodate. 

Chiaramente, se vediamo un ostacolo all'ultimo, non ci resta da fare altro che inchiodare...  un ottimo motivo per rimanere concentrati alla guida, tenendo lo sguardo alto e cercando di anticipare in modo pro-attivo ciò che accade intorno a noi. (cosa che ovviamente non fa bene solo ai consumi, ma anche alla nostra sicurezza su strada 😜 )

 

Regola 2:

Non andare inutilmente veloce!

Spingere un po' l'auto ogni tanto è divertente, ma aumenta inevitabilmente i consumi. Se scegli di concentrarti sul ridurli, quindi, dovrai tenere in considerazione l'idea di ridurre la velocità.

Sia la resistenza aerodinamica (come abbiamo già visto in altri articoli dedicati all'argomento), sia la resistenza al rotolamento data dagli pneumatici aumentano proporzionalmente al quadrato della velocità. Cosa significa?

 

Per farsi un'idea, non c'è niente di più utile di un piccolo esempio pratico.

 

Immaginiamo di avere un'auto a benzina e volerci spostare da Torino a Milano prendendo l'autostrada. 

Limitando l'analisi al tratto autostradale, parliamo di circa 130 km da percorrere a 130 km/h, quindi in sostanza un'ora di autostrada. 

 

Focalizzandoci sui consumi, una volta raggiunta la velocità di crociera (quindi accelerazione = 0) , tutta l'energia che andremo a richiedere al motore servirà a sconfiggere la resistenza all'avanzamento data da aerodinamica e pneumatici. 

Un consumo realistico per un benzina in autostrada è 14 km/l con un costo medio del carburante di 1.40 €/l. Di solo carburante quindi, andremo a spendere circa 13€.

Supponiamo ora di avere fretta e di scegliere, in barba a Tutor e Autovelox, di farci l'autostrada a 150 km/h. 

Risparmieremo così 8 minuti di autostrada, ma quanto andremo a consumare di più? 

 

Abbiamo detto che la resistenza all'avanzamento (e quindi i consumi) crescono in modo quadratico con la velocità. A un aumento di velocità del 15% (da 130 a 150), perciò, corrisponderà un aumento di resistenza all'avanzamento di circa il 33%. In totale, quindi, in carburante, andremo a spendere 17.30 € invece di 13. 

In sostanza abbiamo pagato 4.30€ per risparmiare 8 minuti...  più di 50 cent al minuto.

Senza contare eventuali multe per eccesso di velocità e assumendo che l'efficienza del motore sia sempre la stessa. (cosa non vera, ma lo vedremo più avanti)

 

Ne sarà valsa la pena? Immagino dipenda...

Se hai in macchina qualcuno che sta per partorire probabilmente si. 😅

Regola 3

Controlla le pressioni!

Probabilmente l'avrai già sentito altre volte, prima di affrontare un viaggio è buona norma far controllare le pressioni delle gomme. 

 

 

L'energia dissipata con il rotolamento degli pneumatici, infatti, è dovuta alla deformazione della carcassa e del battistrada al contatto con l'asfalto. Minore è la pressione, maggiore è la deformazione dello pneumatico e la sua resistenza al rotolamento. Più resistenza al rotolamento significa maggiori consumi.

Regola 4:

Finestrini o aria condizionata? 

In estate, tendenzialmente, i consumi aumentano. L'aria condizionata richiede energia al motore per essere tenuta in funzione, mentre tenere aperto il finestrino aumenta la resistenza aerodinamica. Quest'ultima però abbiamo detto che è proporzionale alla velocità...  Qual'è quindi la velocità a cui un finestrino aperto ci fa consumare di più dell'aria condizionata accesa?

 

 

La risposta è, generalmente, intorno agli 80 km/h. 

Se vuoi ottimizzare i consumi, sotto questa soglia, ti conviene accontentarti del fresco dei finestrini aperti... 

Ricorda di spegnere l'aria condizionata però!
Tenere l'aria condizionata accesa e il finestrino aperto significa letteralmente buttare l'energia del nostro carburante fuori dalla finestra... anzi, dal finestrino! 😉

Regola 5:

Sfrutta il motore nell'area di maggiore efficienza! 

 

Siamo arrivati alla parte più tecnica di questo articolo, quella in cui entra in gioco il concetto di efficienza. Ma di cosa stiamo parlando?

All'inizio dell'articolo, parlando di energia, vedevamo che il motore di un'auto, di qualunque tipo esso sia, effettua una conversione di energia, trasformando l'energia chimica del carburante in energia cinetica facendo muovere il mezzo. In realtà, non tutta l'energia del carburante diventa energia utile a muovere il veicolo, una buona parte viene dispersa sottoforma di calore. 

 

L'efficienza del motore è quindi la percentuale di energia chimica che il motore riesce a trasformare in energia cinetica. 

 

Concentrandoci sui motori termici, in genere, ci si aggira intorno a valori di efficienza di circa il 30%. 

L'efficienza del motore, però, non è un valore fisso. Dipende infatti dai giri motore e dalla coppia erogata secondo una mappa di questo tipo:

 

In questa mappa (che rappresenta le prestazioni di un generico motore a benzina), sull'asse orizzontale troviamo i giri motore in rpm, mentre sulla verticale troviamo la pressione media effettiva in camera di scoppio (un parametro proporzionale alla coppia erogata dal motore). In pratica, quindi, stiamo vedendo come varia l'efficienza del motore in funzione del modo in cui lo si utilizza, ma come ci torna utile dal punto di vista della guida? 

Per capirlo è utile ripassare la definizione del concetto di potenza inteso come prodotto tra forza e velocità (o tra coppia e velocità di rotazione). 

Aldilà di tutti i rapporti di trasmissione, infatti, sarà sempre valida quest'equazione:

 

(Coppia Motore) x (rpm) = (Forza longitudinale trasmessa dalle ruote) x (Velocità dell'auto)

Per capirci con un esempio, quindi, in autostrada a velocità costante, la potenza erogata dal motore sarà uguale alla velocità moltiplicata per la resistenza all'avanzamento. Il rapporto tra la velocità dell'auto e gli rpm motore, però, non è costante..  

 

 

Data infatti una determinata richiesta di potenza (scelta insomma una delle curve rosse), cambiando marcia possiamo, in sostanza, scegliere in che punto della curva posizionarci. 

Prendiamo sempre ad esempio il caso dell'autostrada, supponendo che a 130 km/h la richiesta di potenza sia rappresentata dalla curva rossa centrale. 

Mettiamo che, se l'auto ha un cambio a 6 marce, in 5a marcia, verosimilmente, terremmo i 130 con un regime di giri motore intorno ai 4000 rpm, mentre in 6a (arrotondando per semplificare) saremo intorno ai 3000. 

 Usando la sesta invece della quinta sposteremo l'efficienza da un valore di circa il 22% a circa il 26%. Che si tradurrebbe in un aumento relativo di efficienza, e quindi una riduzione dei consumi, del 18%. Altri 2.30€ risparmiati sulla tratta autostradale Torino-Milano. 😜

Volendo generalizzare il concetto, guardando la mappa, appare chiaro che, a parità di potenza erogata (eccetto per situazioni in cui abbiamo giri molto bassi e farfalla spalancata), minore è il regime di giri, maggiore è l'efficienza. 

 

Questo si traduce, a livello pratico, in una semplice regoletta:

Finchè l'auto ce la fa senza dover stare a tavoletta, tieni la marcia più alta che riesci a tenere cercando di salire di marcia il prima possibile. Come regime di giri indicativo, l'istituto olandese TNU suggerisce di salire di marcia tra i 2000 e i 2500 rpm, sia per i motori a Benzina che per i Diesel.

Chiaramente l'auto risulterà essere un po' meno allegra, ma qui stiamo parlando di ridurre i consumi.. non devi farlo sempre, ma quando ne hai bisogno è utile sapere come farlo in modo efficace. 😉

Bene! Per oggi direi che è davvero tutto. 

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Ci vediamo dall'altra parte! 😜

CODICE PNEUMATICO : Molto più di quel che immagini

Tutto parte dagli pneumatici. 

Molti considerano le gomme come un accessorio in un'auto; un qualcosa di intercambiabile, purchè le dimensioni siano quelle giuste. 
Nulla di più sbagliato! Che tu stia progettando una nuova auto, valutando di elaborarne una o semplicemente pensando di cambiare quelle gomme ormai lisce che la tua auto monta sin da prima di arrivare in concessionaria, la scelta degli pneumatici è un momento fondamentale.

Tutto lo chassis di un qualunque veicolo è studiato in funzione di ciò che gli pneumatici montati su di esso possono o non possono fare, di quanto questi siano sensibili alla variazione di determinati parametri. Molte di queste informazioni sono contenute in forma sintetica nel codice identificativo dello pneumatico, altre no, almeno non in modo esplicito. 

In quest'articolo vedremo quali indicazioni si possono dedurre da questo codice e quali sono le caratteristiche degli pneumatici che più influenzano le prestazioni dinamiche dell'auto e la progettazione di quest'ultima. 

205/55 R16 91V

Ecco un esempio di codice pneumatico.
Tralasciando la R, che sta per Radiale (struttura di carcassa condivisa ormai da tutti gli pneumatici automobilistici), vediamo, un parametro alla volta, quali informazioni possiamo trarre...

-> 205/55 R16 91V - Le dimensioni: 

Come puoi vedere in figura, 205 indica la larghezza dello pneumatico in mm, 16 il diametro del cerchio in pollici, mentre 55 è il rapporto in percentuale tra altezza della spalla e larghezza della gomma (aspect ratio). 

Semplice no?  Certamente! 

Se stai pensando di cambiare gli pneumatici della tua auto però, variando anche solo uno di questi parametri, non puoi non considerare alcuni aspetti fondamentali. Andiamo con ordine.  😉

1) Le ruote fanno parte della trasmissione:

I rapporti di trasmissione di marce e differenziale vengono progettati tenendo in considerazione un valore di raggio ruota. Questo significa che cambiare il diametro complessivo degli pneumatici ha un impatto diretto sulle performance motoristiche dell'auto.

Un diametro gomma maggiore ridurrà la capacità dell'auto di scaricare a terra la coppia, un diametro minore la aumenterà, ma ne ridurrà la velocità massima. In genere, in un'auto, i rapporti di trasmissione vengono ottimizzati per raggiungere la velocità massima e minimizzare i consumi. Una variazione del solo raggio ruota, di conseguenza, porta solitamente a un peggioramento di entrambi questi indici di performance.

2) La gomma è un sistema dinamico:

Su FR Tecnica, in diverse occasioni si è parlato di sistemi dinamici. Se sei nuovo di queste parti e vuoi approfondire l'argomento, ti consiglierei di dare un occhiata a qualcuno di questi articoli:

STABILITA' e MANEGGEVOLEZZA: Scelte di carattere 

RIGIDO, MA NON TROPPO: Trasferimenti di carico e stabilità  

CONTROSTERZO: Quando la sterzata diventa un comando a basso livello  

ASSETTO: Quando un controsterzo non basta

SISTEMI DI CONTROLLO: Capitolo ZERO - Una base di partenza  

SISTEMI DI CONTROLLO: Capitolo 1 - ABS e Traction Control  

IL VERO VALORE DEI TEMPI AL RING: Sbrogliamo la matassa 

INGRESSO E PERCORRENZA: Il doppio ruolo dell'Anti-Roll Bar

Ciò che è importante ricordare, ai fini di questo articolo, è che un sistema dinamico è caratterizzato da 3 elementi fondamentali:

Inerzia, rigidezza e smorzamento. 

I primi due fattori determinano la frequenza naturale di oscillazione del sistema (più il rapporto tra rigidezza e inerzia è alto, più alta sarà la frequenza naturale di oscillazione), il terzo è una misura di quanta energia viene dissipata nell'oscillazione di quest'ultimo. Se si considera una sola ruota non montata, l'inerzia è data dalla massa di gomma e cerchio, la rigidezza dall'aria contenuta nello pneumatico, lo smorzamento dalla deformazione della gomma.

Per quanto riguarda la rigidezza, senza entrare troppo nel tecnico, ci basterà sapere che:

- A parità di pressione di gonfiaggio, un volume di aria maggiore significa una rigidezza più bassa. 

- A parità di volume d'aria, una pressione di gonfiaggio maggiore significa una rigidezza più alta. 

In termini di inerzia, normalmente in uno pneumatico automobilistico, cerchio e gomma si dividono la massa complessiva, che di solito oscilla tra i 20-25 kg,  più o meno in parti uguali. Il rapporto tra massa di gomma e cerchio è ovviamente influenzato dal rapporto tra la dimensione della spalla e il diametro del cerchio, con la differenza che, maggiore è la massa di gomma, maggiore sarà lo smorzamento fornito da quest'ultima che, in altre parole, dissiperà più energia. 

3) Le dimensioni dello pneumatico influenzano direttamente la sensibilità di quest'ultimo agli input dati dal telaio:

In uno dei miei primi articoli (FISCHI ED ELLISSI: Come lavora uno pneumatico), ti spiegavo che le forze orizzontali esercitate dalla gomma, possono essere rappresentate da un modello empirico (Pacejka) in funzione dello scorrimento; dove quest'ultimo, in genere, è una misura dello spostamento del cerchio rispetto alla superficie stradale ed è, quindi, un misto di deformazione e scivolamento dello pneumatico.

Analizzando l'argomento più in dettaglio possiamo dividere la curva forza-scorrimento in tre fasi. 

Nella prima fase, quella di grip, lo scorrimento è principalmente caratterizzato da una deformazione elastica della carcassa della gomma. La forza, di conseguenza, ha un andamento lineare e viene trasmessa interamente a terra attraverso una forza che può essere considerata analogamente ad un attrito statico (sottolineo che si tratta di un'analogia che faccio per semplificare l'argomento che, chiaramente, è molto più complesso di così). 

Quando si arriva al limite, la deformazione della gomma è tale da generare una forza laterale che supera il limite di attrito statico tra gomma e asfalto (limite che, in genere, dipende da mescola e battistrada); di conseguenza la gomma comincia a scivolare. 

In pieno scivolamento, la forza che la gomma può trasmettere a terra per attrito dinamico tendenzialmente scende. Di conseguenza anche la deformazione della carcassa si riduce. 

Ma in che modo questo fenomeno viene influenzato dalle dimensioni della gomma? 

La risposta è in figura. Se la spalla dello pneumatico è più bassa, a parità di scorrimento, la deformazione della carcassa (che è rappresentata in figura dall'inclinazione della linea di mezzeria) sarà maggiore e, di conseguenza, anche la forza esercitata da questa. Non cambierà però la forza limite data dall'attrito gomma asfalto. Di conseguenza, assumendo che la struttura interna della carcassa sia analoga (ed è una grossa semplificazione del problema reale), a parità di larghezza della gomma, l'aspect ratio avrà l'effetto sulla curva forza scorrimento che vedi in figura. Il tutto si può sintetizzare dicendo che uno pneumatico con una spalla più bassa è più sensibile allo scorrimento laterale.

In realtà, questo discorso si può estendere a qualsiasi tipo di sollecitazione che comporta una deformazione della carcassa (scorrimento longitudinale, angolo di camber ecc..). Una gomma a spalla ribassata, perciò, risulterà essere più "esigente" in termini di precisione degli input dati dallo chassis, sia in termini di schema sospensivo, che di controllo della trazione. Di contro, però, in termini di guida, risulterà più preciso e diretto rispetto ad uno pneumatico dalla spalla più alta. 

Ricapitolando, andiamo a vedere, uno per uno, gli effetti dati dalla variazione delle dimensioni di uno pneumatico:

- Diametro complessivo:
 ([mm] = Diametro cerchio [in] * 25.4  + 2*Aspect Ratio * Larghezza [mm])

A parità di coppia trasmessa dal motore e rpm, riducendo il diametro complessivo della ruota aumenta la coppia trasmessa a terra e si riduce la velocità dell'auto; aumentandolo diminuisce la coppia e aumenta la velocità. 
In entrambi i casi, solitamente, si perde la taratura ottimale dei rapporti di trasmissione peggiorando le prestazioni dell'auto in termini di velocità massima e consumi. 

- Aspect ratio: 

Tenendo costante la larghezza della gomma, un' Aspect Ratio maggiore significa una spalla più alta. Abbiamo visto che una spalla più bassa significa da una parte un volume d'aria minore nella gomma e, di conseguenza, una rigidezza verticale maggiore (che significa comfort ridotto sulle sconnessioni stradali, ma risposta più rapida nei trasferimenti di carico), dall'altra una maggiore rigidezza anche in termini di carcassa. 

Di conseguenza, in sintesi, una gomma a spalla ribassata si rivela più diretta, precisa e veloce nella risposta, ma è anche molto più esigente in termini di qualità del sistema sospensivo e del telaio dell'auto in generale.

- Larghezza:

Nel rotolamento della gomma, la cintura di battistrada si deforma continuamente. Abbiamo visto che, alla deformazione della gomma, è associato un dissipamento di energia a cui il motore deve sopperire. In parole povere una gomma più larga significa più resistenza al rotolamento e, di conseguenza, consumi più alti e prestazioni motoristiche generalmente più scarse. 

Una gomma più larga però, generalmente, significa anche uno pneumatico in grado di scaricare a terra una forza maggiore a parità di pressione di gonfiaggio. A questo aspetto si riconduce il prossimo parametro che andremo a vedere...  

-> 205/55 R16 91V - L'indice di carico:

Il codice numerico posizionato dopo il diametro del cerchio indica il massimo carico verticale sostenibile dallo pneumatico, secondo la seguente tabella (fonte):

Nel nostro esempio, quindi, il carico massimo dello pneumatico sarà di 615 kg. 

Quindi, supponendo una ripartizione dei pesi 50/50, basta che il peso dell'auto diviso per 4 non superi quel numero, giusto?

Sbagliato. 


L'indice di carico ci dice molto più di questo. Indica la massima forza verticale oltre la quale lo pneumatico non è più in grado di esercitare forze orizzontali in modo efficace. Se ricordi, già in un altro articolo (RIGIDO, MA NON TROPPO: Trasferimenti di carico e stabilità ) ti avevo accennato al rapporto tra la tenuta laterale della gomma e il carico verticale esercitato su di essa come un modello sostanzialmente bilineare. 

Volendo approfondire l'argomento, la curva che descrive questa funzione somiglia più a questa:

E' importante notare che, quella che in questo grafico viene chiamata "Tenuta", altro non è che la pendenza che la curva "Forza di Attrito - Scorrimento" ha nella zona di grip. 

Per rendere il tutto più chiaro ho suddiviso la curva di tenuta nella zona antecedente al carico massimo in 3 aree, a seconda delle prestazioni che la gomma è in grado di offrire. 

Area Blu - Zona lineare

Se l'intervallo di carichi di lavoro della gomma cade in quest'area, la tenuta dell'assale non vede praticamente alcuna sensibilità ai trasferimenti di carico. La perdita di tenuta della ruota scarica viene, quindi, interamente compensata dall'aumento di tenuta della ruota più carica.

Area verde - Zona normale

In quest'area i trasferimenti di carico hanno un impatto sulla tenuta dell'assale, in quanto l'aumento di tenuta dello pneumatico più carico comincia a non essere sufficiente a compensare la perdita di tenuta sulla ruota più scarica. La tenuta complessiva dell'assale si riduce, ma gli pneumatici sono ancora pienamente in grado di offrire buone performance. 

Area Gialla - Zona limite

In quest'area la tenuta di strada è estremamente sensibile ai trasferimenti di carico. La gomma esterna è del tutto incapace di compensare per la perdita di tenuta della ruota scarica. Di conseguenza l'aderenza complessiva dell'assale cala drasticamente. 

Ma da cos'è dato l'intervallo di lavoro della gomma? 

Ti propongo un metodo semplificato (ma, come vedrai, piuttosto efficace) per calcolarlo.
Come ti spiegavo nell'articolo dedicato, quando l'auto entra in curva, accelera o frena, si genera un trasferimento di carico. Prendendo in considerazione la dinamica laterale, ad esempio, il trasferimento di carico è dato dalla formula:

LT = M * ay * (hg/t)

dove: 

M è la percentuale di massa sull'assale (es. metà del peso dell'auto)
ay è l'accelerazione laterale
hg è l'altezza del centro di gravità
t è la carreggiata dell'assale

Proviamo a fare 2 calcoli considerando, ad esempio, l'Alfa Romeo Giulietta.

Massa complessiva di 1300 kg  con ripartizione 60/40. 
Sull'anteriore perciò avremo M=0.6*1300=780kg
ay => per un'auto stradale raramente si supera 1g come valore massimo. 
hg => possiamo stimare un 500mm per un'auto di questo tipo.
t => 1550 mm 

Il trasferimento di carico laterale massimo con 1g (che è già sovrastimato) sarà perciò di circa 250 kg che, sommati (o sottratti) al carico statico di 390 kg daranno un intervallo di lavoro della gomma tra i 140 e i 640 kg.
Non a caso, gli pneumatici omologati per la Giulietta hanno indice di carico 92 (630kg) a conferma del fatto che l'auto in questione 1g laterale non lo fa. 😉

Proviamo a fare lo stesso calcolo con un'auto più sportiva... Non so, rimanendo in tema Alfa potremmo considerare la 4C. 
Massa di 895 kg , ripartizione 50/50 quindi carico sull'assale di circa 448 kg, stessa accelerazione laterale, altezza del centro di gravità che potremmo stimare intorno ai 400 mm e carreggiata di 1604mm. 

Ripetendo lo stesso calcolo si ottiene un intervallo di carico di lavoro tra i 112 e i 336 kg. Gli pneumatici omologati per quest'auto, però, hanno un'indice di carico di 88 (560 kg). A dimostrazione del fatto che una 4C 1g di accelerazione laterale lo fa eccome. 😜

Cos'è cambiato?

L'intervallo di carico di lavoro delle gomme si è spostato da un ampio utilizzo della zona gialla (Giulietta) verso la zona verde. Di conseguenza gli pneumatici della 4C si dimostreranno più performanti in termini di tenuta laterale rispetto a quelli della Giulietta, sebbene presentino un'indice di carico più basso. 

Morale della favola:

Ci sono 2 modi per migliorare la tenuta laterale dell'auto.

1) Migliorare le prestazioni telaistiche dell'auto riducendone la massa, abbassando il centro di gravità o aumentando la carreggiata.

2) Usare pneumatici con indice di carico superiore. (che di solito, per i motivi che vedevamo prima, sono anche più larghi)

Un'osservazione non banale, però, è che più gli pneumatici risultano sovradimensionati rispetto al range di carico di lavoro dell'auto, meno efficaci si riveleranno miglioramenti telaistici (come alleggerimento, abbassamento del centro di gravità o aumento della carreggiata) sulla tenuta di strada effettiva di quest'ultima.

Resta un'ultimo parametro da valutare...

-> 205/55 R16 91V - L'indice di velocità:

Come per l'indice di carico, anche l'indice di velocità indica la massima velocità a cui lo pneumatico può spingersi (velocità critica) secondo una tabella standard (fonte). 

Ma cosa succede se si raggiunge la velocità critica?

Come ti dicevo poco sopra, uno pneumatico è un sistema dinamico con inerzia, rigidezza e smorzamento. Ci sono diversi modi di visualizzare la cosa, dal punto di vista del rotolamento, un modello di base utilizzato spesso è questo:

Come puoi vedere, nel modello lo pneumatico viene considerato come un insieme di molle disposte in modo radiale. In ogni istante, il peso dell'auto si scarica su una di queste, che di conseguenza si comprime. 

Se la ruota inizia a rotolare, ciascuna molla sarà compressa una volta ogni giro di ruota, quindi con una frequenza che aumenterà in modo proporzionale alla velocità di rotazione, sino ad arrivare alla frequenza di risonanza... 

(fonte immagine : Genta, Morello - The Automotive Chassis, Volume I )

Quando lo pneumatico raggiunge la velocità critica (ovvero quella in cui la sua struttura radiale va in risonanza) la resistenza al rotolamento aumenta esponenzialmente, si generano forti vibrazioni e la temperatura della gomma sale rapidamente. E' una condizione instabile e, se non si riduce la velocità, in brevissimo tempo la carcassa della gomma collassa e quest'ultima esplode.

" Perfetto, allora basta che la velocità critica sia maggiore della velocità massima dell'auto e siamo tranquilli, no? " 

Dipende! Se ti interessa massimizzare la tenuta di strada, allora no. 

Il coefficiente di attrito tra pneumatico e strada, infatti, segue una funzione di questo tipo:

E' chiaro che uno pneumatico che, a parità di tutto il resto, presenta una velocità critica più alta (2) avrà una tenuta di strada migliore praticamente a qualunque velocità. 

Bene! Con questo direi che il nostro viaggio alla scoperta dei segreti del codice pneumatico può dirsi concluso. Non tutti i pneumatici con lo stesso codice identificativo sono uguali però...  C'è la mescola, il battistrada... ma ne parleremo in un altro articolo 😉

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Ci vediamo alla prossima... Ciao!  😜

NON SOLO STILE: Capitolo 3 - Dettagli che fanno la differenza

Nel secondo capitolo della rubrica Non Solo Stile abbiamo parlato di come l'aerodinamica influenzi inevitabilmente le linee delle nostre auto. Negli ultimi anni, però, è diventata sempre più comune l'applicazione di piccoli dettagli in grado avere un forte impatto sulle prestazioni aerodinamiche del veicolo, senza inficiare pesantemente le linee dell'auto, lasciando più libertà ai designer e rendendo, in molti casi, lo stile dell'auto piacevolmente aggressivo.

Di cosa parlo? Vediamolo insieme! 😉

Trattando l'argomento, non si può che partire dallo Spoiler. Proviamo perciò a capire cos'è e a cosa serve.

Ali o Spoiler? 
Facciamo chiarezza...

La differenza tra un'ala e uno spoiler è molto semplice, un'ala è un'appendice aerodinamica interamente immersa nel flusso d'aria votata, in Automotive, alla generazione di carico aerodinamico. Non mi dilungherò troppo sull'argomento, se vuoi approfondire puoi dare un'occhiata all'articolo sulle ali "a cucchiaio".

Uno spoiler, invece, è un'appendice aerodinamica integrata nella carrozzeria dell'auto che entra a contatto con il flusso d'aria solo nella parte superiore. Dal punto di vista funzionale, possiamo distinguere:

1) Spoiler per generare carico aerodinamico: 
Un esempio di questo tipo di spoiler è quello applicato sulla Giulia Quadrifoglio (in copertina). Per visualizzare meglio il suo funzionamento, dà un'occhiata all'immagine qui sotto.  

In questa immagine il colore del flusso d'aria rappresenta la velocità relativa tra aria e veicolo. Come puoi vedere, l'effetto dello spoiler posteriore è quello di creare una zona, sulla superficie di carrozzeria davanti ad esso, dove il flusso d'aria rallenta. Se ricordi quanto ti dicevo nella Breve Guida Pratica, un flusso più lento significa una pressione maggiore e, conseguentemente, più carico aerodinamico. 

2) Spoiler per ridurre la resistenza all'avanzamento:

Quest'ultimo tipo è sicuramente più comune e ha, come scopo principale, quello di controllare il distacco del flusso d'aria dalla carrozzeria, rendendolo netto e riducendo di conseguenza la generazione di vortici di scia.

Questo accorgimento diventa particolarmente utile in caso di profilo hatchback e consente ai designer di dare al lunotto posteriore l'inclinazione esteticamente migliore (circa 50°) evitando le importanti turbolenze che si genererebbero in assenza di spoiler, come ti spiegavo sempre nella Guida. 

A questo proposito, diventa sempre più comune il prolungamento laterale dello spoiler per i profili hatchback e  l'applicazione di spigoli vivi lungo i bordi "verticali" della parte posteriore dell'auto. Per capire di che parlo, osserva l'immagine qua sotto.

Se osservi attentamente i fari posteriori di molte auto nuove, poi, noterai che presentano spigoli molto accentuati che però diventano poco visibili a distanza grazie alla superficie trasparente del faro. 

Come ti dicevo nel Capitolo 2, però, tutti questi accorgimenti servono a poco se il flusso si distacca prima di raggiungere il posteriore dell'auto. Sempre nello scorso capitolo ti spiegavo che, per la Teoria del solido di Pavloski, anche all'anteriore l'ideale sarebbe avere uno spigolo abbastanza accentuato per evitare il distacco, anche se meno "vivo" di quelli che normalmente si vedono al posteriore. 

Se, a livello macroscopico, uno spigolo così vivo all'anteriore risulterebbe decisamente poco gradevole dal punto di vista estetico, lo stesso non si può dire dal punto di vista delle linee di dettaglio, che donano all'auto un look più aggressivo e, allo stesso tempo, riducendo la resistenza all'avanzamento, ne riducono consumi e rumorosità.

Restando sull'anteriore dell'auto, un'altro dettaglio di cui non si può non parlare è lo Splitter:

Spesso confuso con lo spoiler, lo splitter ha un principio di funzionamento completamente diverso. L'idea è quella di sfruttare la zona di alta pressione che si crea nel punto in cui l'aria impatta contro il frontale dell'auto fermandosi (punto di stagnazione), per generare carico aerodinamico. 
Come? Semplicemente posizionando, al disotto di esso, una superficie piatta sulla quale questa pressione possa trasformarsi in una forza diretta verso il basso. Tale superficie, inoltre, separa il flusso d'aria che impatta contro l'auto da quello che passa al disotto di essa (da cui il nome splitter) rendendo quest'ultimo più pulito, riducendo la formazione di turbolenze e migliorando il funzionamento di un eventuale fondo piatto.


Un'altra grande opportunità di migliorare le prestazioni aerodinamiche dell'auto è data sicuramente dalle ruote. La loro interazione con i flussi che investono l'auto è un fenomeno complesso per il quale eviterei di entrare nel dettaglio. 

Per i nostri scopi ci basterà ricordare 2 fenomeni: 

Da una parte che una ruota non carenata, investita da un flusso d'aria, già di per se genera lift e resistenza all'avanzamento. (se ricordi, ne parlavo nell'articolo sulle ali in stile Alfa/Ferrari all'inizio della stagione di F1 2019, da cui richiamerò lo sketch qui sotto)

Dall'altra, nel momento in cui le si va a carenare per ridurre il fenomeno, si può dire che tutta la zona tra ruota e parafanghi è una zona altamente turbolenta che presenta una pressione media superiore a quella che c'è lungo la carrozzeria dell'auto. Questo farà sì che l'aria, dalla zona delle ruote, "spingerà" per uscire, trovando uno spiraglio sul lato dell'auto e andando a sporcare il flusso d'aria lungo la fiancata.

Guardando il problema da un'altra prospettiva, questa zona di alta pressione troverà, al disopra di essa, la superficie del parafango, spingendola verso l'alto. Vediamo quali sono gli interventi che gli ingegneri, generalmente, attuano per arginare questi 2 fenomeni riducendo da una parte la resistenza all'avanzamento e dall'altra il lift complessivo dell'auto. 

Air Curtain: 

Di questa soluzione ti avevo già parlato nell'articolo in cui commentavo le prestazioni Ferrari dopo la prima gara del 2019. Il principio è quello di creare un vero è proprio schermo accelerando un flusso d'aria che gira attorno alla parte scoperta della ruota, impedendo all'aria all'interno di uscire generando le turbolenze di cui sopra.

Inventata da BMW, questa soluzione è ormai davvero molto comune tra le auto relativamente nuove (un'esempio è la nuova Tipo), puoi notarla facilmente osservando la parte anteriore dell'interno del parafanghi anteriore; se vedi una fessura saprai di cosa si tratta. 😜

Ridurre il lift generato dalle ruote è tutta un'altra storia. 
Abbiamo detto che tutta la zona all'interno del parafanghi è una zona ad alta pressione, che spinge la carrozzeria al disopra di essa verso l'alto. Come evitare questo effetto? Semplice! Rimuovendo quella parte di carrozzeria.

Un principio simile è spesso sfruttato per ridurre anche la resistenza all'avanzamento. Se è vero che l'alta pressione nei parafanghi spinge la carrozzeria verso l'alto, è anche vero che, nella parte posteriore della ruota, la stessa alta pressione spinge la carrozzeria, e l'intera auto verso dietro. Rimuovendo anche questa parte di carrozzeria, si può ridurre la resistenza all'avanzamento. Alternativamente, la si può sostituire con una serie di profili inclinati che sfruttano questa pressione per generare carico. Di seguito qualche esempio.

Chiuso il capitolo ruote (almeno per quest'articolo), se torni a osservare l'ultima immagine CFD, potrai chiaramente notare che un'altra grande fonte di turbolenze sono senza dubbio gli specchietti. 

Se nel motorsport, questi vengono ridotti al minimo indispensabile e profilati in modo tale da disturbare il flusso il meno possibile e integrarsi con esso al meglio, per le auto stradali il loro principale indice di performance è l'acustica.
Un flusso turbolento, infatti, è sinonimo di pressioni (e di conseguenza forze) non costanti attorno alle superfici dello specchietto. Forze non costanti che generano vibrazioni che, trasmettensodi alla cassa veicolo, arrivano all'orecchio dei passeggeri nella forma di fastidiosi rumori aerodinamici.

Un metodo per ridurre questo fenomeno è quello di posizionare l'attacco alla carrozzeria degli specchietti su una superficie più spessa e fonicamente isolante. Spesso, perciò, si preferisce attaccare gli specchietti alla parte metallica della portiera piuttosto che al finestrino, proprio per migliorare l'acustica dell'auto.

Anche stavolta siamo arrivati ai saluti. Con questo terzo capitolo si conclude la rubrica Non Solo Stile. 
 
Ovviamente con quest'articolo (e con questa rubrica) non pretendo di aver trattato in modo completo l'argomento, ma spero di averti dato ciò che serve per guardare a certi accorgimenti stilistici con occhi nuovi, ricordando che ciò che vediamo di un'auto è frutto di un sottilissimo gioco di equilibri tra stile e funzionalità che, alla prova delle vendite, vede vincitore non chi applica più soluzioni e nemmeno chi ha le linee più belle. Il difficile è bilanciare ed integrare le due cose, rendendo il lavoro degli ingegneri invisibile agli occhi di chi guarda l'auto, ma percepibile da chi la usa.   
 
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