Dove sta il peso decide come si comporta l'auto

Un'auto è una trave su due appoggi

Sali con un asse e poi con l'altro su una pesa e il problema è risolto. L'auto è una trave rigida appoggiata su due sostegni distanti un passo, e la statica dice che il carico su ciascun sostegno dipende solo dalla sua distanza dal baricentro. Prendi i momenti rispetto all'asse anteriore: il carico dell'asse posteriore per il passo è uguale al peso totale per la distanza fra asse anteriore e baricentro. Riordinando, quella distanza è semplicemente peso posteriore × passo ÷ peso totale.

Falla su un veicolo vero. Una compatta di 1 500 kg con motore trasversale appoggia 900 kg sull'asse anteriore e 600 kg su quello posteriore, passo 2,70 m. Il baricentro sta a 600 × 2,70 ÷ 1500 = 1,08 m dietro le ruote anteriori, cioè 1,62 m davanti a quelle posteriori — e 1,08 ÷ 2,70 fa 40 %, esattamente la quota dell'asse posteriore. Non è un caso: la frazione di passo e la frazione di massa sono lo stesso numero letto dai due capi. Visto questo, il conto si fa a mente.

Che cosa compra davvero la ripartizione statica

L'aderenza massima di una gomma cresce con il carico che porta, ma non in proporzione: raddoppia il carico e il grip sale meno del doppio. Solo questo fatto spiega perché la ripartizione conta. Un asse che porta il 60 % della massa non può dare il 60 % dell'aderenza: ne dà un po' meno, e l'asse alleggerito ne dà un po' di più per chilogrammo della sua quota. La conseguenza è che un'auto rende di più quando i due assi sono caricati in modo più simile, ed è per questo che si insegue il 50/50 e per questo esistono i motori centrali.

Spiega anche il comportamento di base. Metti il 60 % della massa sull'asse sterzante e le gomme anteriori arrivano al limite prima delle posteriori; l'auto allarga invece di girarsi. È il sottosterzo, scelto di proposito perché è il modo di cedimento a cui un guidatore non addestrato sopravvive: alza il piede e il muso rientra. L'altro modo, il retrotreno che molla per primo, richiede una correzione che la maggior parte non ha. Nulla di tutto ciò dice se un'auto è buona o cattiva; dice quale asse satura per primo, e lo decide dove sta la massa.

Frenare sposta la massa, e la quantità è esatta

Quando un'auto decelera, la forza frenante agisce a livello del suolo mentre l'inerzia agisce nel baricentro, che sta più in alto. La coppia che ne nasce vale la forza per l'altezza del baricentro. Il passo vi si oppone, da cui il trasferimento ΔW = m × a × h ÷ L: massa × decelerazione × altezza del baricentro, diviso il passo. Nota che cosa manca: molle, ammortizzatori, gomme, ripartizione di frenata. Nessuno cambia il trasferimento totale. Molle più morbide fanno affondare di più il muso, ma il carico che arriva all'asse anteriore è lo stesso.

Passa l'auto di esempio nella formula. A 0,8 g — una frenata decisa su asfalto asciutto — il trasferimento vale 1500 × 0,8 × 0,55 ÷ 2,70 = 244 kg. L'asse anteriore passa da 900 a 1 144 kg e quello posteriore da 600 a 356 kg. In quote, l'auto passa da 60/40 a 76/24 nel tempo in cui il pedale scende. L'asse posteriore ha perso il 41 % del carico che aveva un secondo prima, e l'ha perso proprio mentre gli si chiede la sua parte dell'arresto. La tabella qui sopra rifà il conto, dallo sfioramento del pedale alla frenata d'emergenza.

Perché sarebbe l'asse posteriore a bloccarsi

Un impianto frenante ripartisce il suo sforzo fra gli assi in proporzione fissa, o quasi. Il carico sugli assi fisso non resta: la tabella lo mostra passare da 60/40 a 80/20 al crescere della decelerazione. Da qualche parte in quella corsa i freni posteriori applicano più forza di quanta le gomme posteriori alleggerite possano trasmettere, e le ruote posteriori si bloccano. Un asse posteriore bloccato non ha alcuna aderenza laterale, quindi il retrotreno parte al minimo scarto. Ecco perché il bloccaggio posteriore è il caso pericoloso e quello anteriore soltanto il caso lento.

Le norme lo sanno. Il Regolamento ONU n. 13-H, con cui le autovetture sono omologate in frenata, impone che l'asse anteriore raggiunga il limite di aderenza prima del posteriore nell'intervallo utile di attrito stradale, e il costruttore deve dimostrarlo con curve di utilizzazione dell'aderenza. Le auto ci riescono con un ripartitore o, oggi ovunque, con la ripartizione elettronica che legge la velocità di ogni ruota. Nulla di tutto ciò abolisce il trasferimento; sposta soltanto lo sforzo frenante in avanti mentre avviene. Ed è per questo che caricare pesantemente il bagagliaio altera l'equilibrio che l'ingegnere dei freni aveva ipotizzato.

La stessa leva, di fianco

La curva fa esattamente la stessa cosa in larghezza di carreggiata invece che lungo il passo: ΔW = m × a × h ÷ t, con t la carreggiata. L'auto di esempio ha 1,55 m di carreggiata e baricentro a 0,55 m; a 0,8 g laterali trasferisce 1500 × 0,8 × 0,55 ÷ 1,55 = 426 kg dalle ruote interne a quelle esterne. Il lato interno, che da fermo portava 750 kg, scende a 324 kg. Spingi fino a che le ruote interne non portano più nulla e l'auto è sul limite del ribaltamento; accade a un'accelerazione laterale di t ÷ 2h, qui 1,55 ÷ 1,10 = 1,41 g.

Quel rapporto ha un nome: il fattore di stabilità statica, ed è ciò che le agenzie di sicurezza stradale calcolano quando pubblicano i voti sul ribaltamento. Alza il baricentro a 0,75 m, come un crossover alto, e con 1,60 m di carreggiata il fattore scende a 1,07 g: una manovra che la compatta si limiterebbe a scivolare può mettere il veicolo alto su due ruote. Fra i due assi, poi, quanta parte del trasferimento laterale ciascuno prende dipende dalla rigidezza a rollio di ogni estremità. Irrigidisci la barra antirollio anteriore e l'asse anteriore ne assorbe di più, perde aderenza prima e l'auto sottosterza di più. È la regolazione di comportamento più economica che esista, ed è pura aritmetica di leva.

Il carico dietro l'asse posteriore alleggerisce l'anteriore

È il risultato che la gente si rifiuta di credere, e viene dritto dalla leva. Metti un carico dietro l'asse posteriore e quell'asse diventa un fulcro, con il carico da un lato e tutta l'auto dall'altro. Prendi i momenti rispetto all'asse posteriore: la massa aggiunta per la sua distanza dietro l'asse deve essere bilanciata da una riduzione del carico anteriore per il passo. Quindi l'asse anteriore perde P × d ÷ L, e quello posteriore guadagna il carico intero più quella stessa quantità.

I numeri: 100 kg di bagagli a 1,00 m dietro l'asse posteriore dell'auto di esempio tolgono 100 × 1,00 ÷ 2,70 = 37 kg all'asse anteriore e ne mettono 137 su quello posteriore. L'auto pesa ora 1 600 kg e la sua quota anteriore è scesa dal 60,0 % al 53,9 %. Sei punti di equilibrio spostati da dove è finita una valigia. Lo sterzo si alleggerisce, le gomme anteriori hanno meno carico da sfruttare, i fari puntano più in alto, e niente di tutto ciò era nel depliant.

L'omologazione europea mette un pavimento. Il regolamento (UE) n. 1230/2012 impone che, con il veicolo caricato alla massa massima ammissibile, l'asse anteriore porti almeno il 30 % di quella massa — e che, aggiungendo il carico al gancio, ne porti ancora almeno il 20 %. Quei due numeri esistono proprio perché altrimenti un progettista potrebbe costruire un veicolo il cui asse anteriore si svuota mentre si riempie il retro. Sono l'enunciato normativo del conto qui sopra.

La regola di carico che ne discende

Tre termini decidono tutto quanto sopra: quanto la massa dista dagli assi, quanto sta in alto e quanto è lontana dalla mezzeria. Quindi carica pesante in basso, carica fra gli assi e non dietro il posteriore, e metti al centro del veicolo e non su un lato né sul tetto. Un box da tetto è il posto peggiore per la massa, non per il suo peso ma per la sua altezza: alza h, e h comanda sia il trasferimento longitudinale sia la soglia di ribaltamento.

E dopo aver caricato, controlla le due cose che discendono dal carico e non dal bagaglio. Le pressioni delle gomme vanno portate ai valori «a pieno carico» del montante della porta, perché il carico in più per gomma è reale e la pressione che reggeva l'auto vuota non reggerà questa. L'assetto dei fari va corretto, perché la scocca è cabrata e il fascio con lei. Entrambe le cose richiedono meno di cinque minuti ed entrambe stanno sulla targhetta del veicolo o sul suo manuale.

Domande frequenti

Come trovo il baricentro della mia auto senza officina?

La sua posizione longitudinale richiede solo due numeri ottenibili su qualsiasi pesa pubblica: il peso per asse e il passo, che sta sulla carta di circolazione. Distanza dietro l'asse anteriore = peso posteriore × passo ÷ totale. L'altezza è molto più difficile: il metodo normalizzato inclina o solleva un asse e ripesa, e richiede attrezzatura. Per l'uso quotidiano assumi all'incirca l'altezza dei centri ruota su un'auto bassa e parecchio di più su qualsiasi veicolo alto.

La ripartizione 50/50 è davvero migliore?

Per il massimo grip complessivo sì: carichi uguali fanno lavorare i due assi alla stessa frazione della loro capacità. Ma non è gratis e non è tutta la storia. In frenata la ripartizione va avanti da qualunque punto parta, quindi una 50/50 finisce carica davanti proprio quando conta; per questo alcune trazioni posteriori nascono un po' cariche dietro da ferme. E un'auto con le masse agli estremi — motore davanti all'asse anteriore, bagagli dietro il posteriore — può essere perfettamente 50/50 e rispondere lenta, perché la sua resistenza a ruotare è alta.

Un'auto più pesante trasferisce più massa in frenata?

In assoluto sì, perché la massa è nella formula. In relativo no: dividi ΔW per la massa totale e la massa si semplifica, resta decelerazione × altezza ÷ passo. Due auto con la stessa altezza di baricentro e lo stesso passo spostano la stessa percentuale del loro peso alla stessa decelerazione, qualunque sia il peso. Per questo le percentuali della tabella sono identiche per un'auto da 1 500 kg e il suo equivalente in libbre: sono le stesse quote, indipendenti dalle unità.

Perché la mia auto cambia con quattro persone a bordo?

Perché hai aggiunto circa un quinto della massa del veicolo, in gran parte dietro il baricentro e tutta ad altezza sedile, non pianale. La quota dell'asse posteriore sale, il baricentro arretra e si alza, e con lui si spostano la soglia di ribaltamento e l'equilibrio di frenata. L'auto rollerà di più, si fermerà più tardi e sterzerà con meno sensibilità. È anche il motivo per cui il montante della porta riporta due serie di pressioni, e per cui esiste quella più alta.

Una sospensione più rigida riduce il trasferimento di carico?

No. Il trasferimento totale è fissato da massa, accelerazione, altezza del baricentro e passo o carreggiata; le molle non compaiono. Molle più rigide riducono quanto la scocca si muove e quanto in fretta il carico arriva, il che cambia sensazione e prontezza, ma i carichi finali per asse sono gli stessi. Gli unici modi reali di ridurre il trasferimento sono abbassare il baricentro, allungare il passo o allargare la carreggiata: geometria, non ammortizzazione.