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Come si fanno le curve in moto – Parte 2

Premessa

Questo articolo è il seguito della Parte 1 – Sterzata e spostamento laterale del corpo, dove sono descritti i modi per far curvare la moto. Qui invece vedremo che cosa succede alle traiettorie quando si accelera e si frena in curva.

Anche questa parte parte inizia con un capitolo in cui sono trattate le nozioni di dinamica della moto necessarie per comprendere i comportamenti descritti nel seguito.

Variazioni di velocità in curva

1       Dinamica

1.1             Trasferimenti di carico

1.1.1        In accelerazione

In accelerazione, la forza impressa contro l’asfalto dalla ruota posteriore e l’inerzia applicata sul baricentro determinano un trasferimento di carico dalla ruota anteriore a quella posteriore, reso evidente dal fatto che la moto cabra, cioè solleva la parte anteriore e abbassa quella posteriore.

Per chiarire meglio questo fatto, immaginate di appoggiare la moto su due bilance, una per ruota, e che a moto ferma entrambe le bilance segnino lo stesso peso. Se si potesse continuare a pesare la moto anche in accelerazione, accadrebbe che il peso, pur restando complessivamente uguale [1], si sposterebbe dalla ruota anteriore a quella posteriore all’aumentare dell’accelerazione.

Figura 1 – Trasferimento di carico in accelerazione

In conseguenza di quanto detto sopra, visto che tra i fattori che influiscono sull’aderenza vi è anche il carico gravante sullo pneumatico, l’aderenza disponibile alla ruota posteriore aumenta notevolmente, mentre diminuisce quella all’anteriore. Ciò consente di scaricare a terra una grande coppia motrice e quindi di accelerare molto rapidamente prima che la ruota motrice slitti.

Tutto ciò però avviene solo a patto che l’accelerata sia progressiva. Infatti, il trasferimento di carico non avviene istantaneamente, ma il suo completamento richiede qualche frazione di secondo, perché la sospensione e lo pneumatico posteriori devono avere il tempo di comprimersi. Un’azione troppo brusca sull’acceleratore, in caso di scarsa aderenza o di coppia motrice  molto elevata, porterebbe lo pneumatico posteriore a superare il limite di aderenza prima che il trasferimento di carico eserciti il suo effetto e quindi a slittare.

Il sistema di controllo della trazione evita lo slittamento in accelerazione. Quelli più semplici intervengono tagliando la potenza in caso di slittamento, mentre i più raffinati sono collegati a piattaforme inerziali – strumenti di controllo dei movimenti della moto nello spazio – e intervengono in modo più o meno incisivo in base all’inclinazione della moto e ad altri parametri.

Oltre a quanto detto sopra, in accelerazione:

  • lo sterzo si alleggerisce
  • l’angolo di sterzo e l’avancorsa aumentano, rendendo la moto meno maneggevole.

1.1.2        In frenata

In frenata la forza frenante impressa contro l’asfalto dalle due ruote determina un trasferimento di carico dalla ruota posteriore a quella anteriore, con la moto che picchia, cioè affonda la parte anteriore e solleva quella posteriore.

Figura 2 – Trasferimento di carico in frenata

Di conseguenza, l’aderenza disponibile all’anteriore aumenta notevolmente e quella disponibile al posteriore diminuisce nella stessa misura, perciò è possibile frenare in modo molto più incisivo davanti che dietro. È per questo che i freni anteriori sono di solito molto più potenti di quelli posteriori.

Anche in questo caso è essenziale che l’azione sul freno anteriore sia progressiva, per consentire alla sospensione e allo pneumatico anteriori di comprimersi e realizzare compiutamente il trasferimento di carico. Se invece l’azione sul freno anteriore fosse brusca, il trasferimento di carico non avrebbe il tempo di esplicare i suoi effetti positivi sull’aderenza e quindi la ruota anteriore arriverebbe prematuramente al bloccaggio, con conseguente caduta, a meno di non rilasciare immediatamente il freno mantenendo lo sterzo rigorosamente in linea con la traiettoria.

L’ABS impedisce il bloccaggio delle ruote e quindi la conseguente sbandata. Nelle versioni dotate di funzione cornering esso agisce anche molto prima del bloccaggio al fine di rendere la frenata più progressiva e rendere più dolci le variazioni di assetto in curva.

Oltre a quanto detto sopra, in frenata:

  • la compressione della sospensione anteriore peggiora notevolmente l’assorbimento delle sconnessioni
  • l’angolo di sterzo e l’avancorsa diminuiscono, rendendo la moto più maneggevole e favorendo l’inserimento in curva.

1.2             Deriva

Quando si percorre una curva, il battistrada è deformato dalla forza centripeta generata dal contatto con l’asfalto, perciò la ruota percorre una traiettoria un po’ più larga rispetto a quella che dovrebbe essere se il battistrada fosse perfettamente rigido. Questo fenomeno si chiama deriva e l’angolo tra la traiettoria teorica – cioè la direzione del piano di mezzeria della ruota – e quella reale percorsa dalla ruota è detta angolo di deriva.

Figura 3 – Deriva dello pneumatico

L’angolo di deriva di ciascuna ruota aumenta:

  • all’aumentare delle forze laterali
  • al diminuire del carico.

I grafici seguenti illustrano le relazioni fra forza laterale, carico e deriva con uno pneumatico standard, vale la pena di osservarli attentamente e di meditarci sopra.

Figura 4 – Relazione tra forza laterale e angolo di deriva, per diversi carichi
Figura 5 – Relazione tra forza laterale e carico, per diversi angoli di deriva

Si noti che in curva anche le forze longitudinali influiscono sulla deriva delle ruote, in quanto comprendono una componente laterale dovuta alla traiettoria curva.

In pratica, la deriva in curva si comporta nei vari casi come segue:

  1. maggiore è la velocità a parità di raggio della traiettoria, cioè maggiore è l’angolo di inclinazione del sistema moto + pilota, più la deriva aumenta (aumenta la forza laterale ma non il carico)
  2. più il carico si trasferisce dinamicamente su una ruota, più la sua deriva diminuisce (aumenta il carico, ma non la forza laterale)
  3. più si applica forza frenante o accelerante a una ruota, più la sua deriva aumenta (la forza è diretta longitudinalmente rispetto allo pneumatico, ma la sua componente trasversale dovuta alla traiettoria curva aumenta la forza laterale)

1.3             Momenti imbardanti dovuti alle variazioni di velocità

Come abbiamo visto nel paragrafo 1.5.2 della Parte 1 di questo articolo, durante la percorrenza della curva, le ruote percorrono una traiettoria più esterna rispetto a quella del baricentro. Per tale ragione, ogni variazione della velocità impressa alle ruote con il gas e i freni determina un momento imbardante che si somma o si sottrae a quello autoraddrizzante naturalmente presente in curva. In particolare:

  1. una decelerazione aumenta il momento imbardante ad allargare, cioè spinge la moto ad andare ancora più dritta.
Figura 6 – Momento imbardante ad allargare
  • un’accelerazione aggiunge un momento imbardante a stringere, cioè riduce la tendenza della moto ad andare dritta e, se il baricentro è alto, può addirittura arrivare a spingerla a chiudere la curva.
Figura 7 – Momento imbardante a stringere

Questa è la ragione per cui nelle gare si vedono moto che escono in impennata dalle curve senza partire per la tangente.

Figura 8 – Impennata in curva in accelerazione

1.4             Effetti della diversa posizione del baricentro

La posizione del baricentro influenza profondamente il comportamento della moto.

1.4.1       Variazione della posizione longitudinale

Quando il baricentro si trova sulla verticale del centro dell’interasse, il carico statico (cioè il peso da fermo) della moto grava in misura uguale su entrambe le ruote. Via via che il baricentro viene spostato in avanti, aumenta il carico statico sulla ruota anteriore e diminuisce corrispondentemente quello sulla ruota posteriore, e viceversa.

A parità di altezza del baricentro, una moto con il baricentro avanzato:

  1. ha più aderenza usando il freno anteriore, anche sui fondi scivolosi
  2. impenna con maggior difficoltà
  3. ha meno trazione in accelerazione
  4. si ribalta in avanti più facilmente.
Figura 9 – Baricentro avanzato e ribaltamento in frenata

Una moto con il baricentro arretrato invece:

  1. ha più trazione in accelerazione, anche sui fondi scivolosi
  2. si ribalta in avanti con maggior difficoltà
  3. ha meno aderenza usando il freno anteriore
  4. impenna più facilmente.
Figura 10 – Baricentro arretrato e ribaltamento in accelerazione

Il pilota può modificare entro certi limiti a proprio vantaggio la posizione longitudinale del baricentro del sistema, per esempio spostandosi in avanti nelle forti accelerazioni e indietro nelle frenate decise, in modo da allontanare il limite di ribaltamento, oppure spostandosi indietro nelle forti accelerazioni, se è un amante delle impennate.

1.4.2        Variazione dell’altezza

In generale, una moto con il baricentro alto è più reattiva e maneggevole di una col baricentro basso, in quanto:

  • ha più trazione in accelerazione, perché il trasferimento di peso sulla ruota posteriore avviene più rapidamente
  • ha più aderenza usando il freno anteriore, perché il trasferimento di peso sulla ruota anteriore avviene più rapidamente
Figura 11 – Altezza baricentro e reattività alle accelerazioni
  • si inclina di meno in curva a causa della larghezza degli pneumatici, come illustrato nella figura che segue:
Figura 12  – Altezza del baricentro e angolo di piega
  • si inserisce più velocemente in curva a parità di velocità e raggio di curva, perché il baricentro si sposta di lato più rapidamente all’inclinarsi della moto – se il baricentro è molto basso e la ruota posteriore è molto larga e piatta, può addirittura diventare difficile o impossibile inclinare la moto [2], come nell’esempio a destra della figura che segue:
Figura 13  – Altezza del baricentro e velocità di rollio
  • è soggetta a una minor forza centrifuga a parità di velocità e raggio di curva, perché il baricentro percorre una traiettoria più vicina al centro geometrico della curva.
Figura 14  – Altezza del baricentro in curva

Tutte i vantaggi descritti sopra rendono la moto con il baricentro alto particolarmente efficace nel misto stretto e negli slalom, perché:

  • la moto si inclina più rapidamente
  • la moto deve rollare per un angolo minore per passare da curva a controcurva
  • il baricentro segue una traiettoria più interna, con minor forza centrifuga da vincere
  • la moto chiude meglio la curva in accelerazione, grazie al maggior momento imbardante dovuto all’aumentata distanza tra la traiettoria della ruota posteriore e il baricentro.

Per contro, la stessa moto:

  • è limitata nell’accelerazione massima dal fatto che impenna più facilmente
Figura 15 – Altezza baricentro e ribaltamento in accelerazione
  • è limitata nella frenata al limite dal fatto che si ribalta in avanti più facilmente
Figura 16 – Altezza baricentro e ribaltamento in frenata
  • tende ad allargare di più la traiettoria in frenata, a causa del maggior momento imbardante dovuto all’aumentata distanza tra le traiettorie delle ruote e il baricentro.

1.4.3       Variazione della posizione laterale

Il baricentro della moto si trova di solito nel piano di mezzeria della stessa [3]. Il pilota invece può spostarsi lateralmente e quindi modificare la posizione del baricentro del sistema moto + pilota per variare l’inclinazione e modificare la traiettoria, come abbiamo visto nella Parte 1 di questo articolo.

1.5             Sospensioni

Le sospensioni sono studiate con cura in sede di progetto per assicurare il miglior compromesso tra tenuta di strada e confort in rapporto all’uso per il quale la moto è destinata.

Sull’argomento si potrebbero scrivere libri, qui di seguito ci limiteremo a vedere le nozioni più importanti ai fini del controllo della moto in curva.

I parametri importanti delle sospensioni sono:

  1. l’escursione – o corsa – cioè la distanza che le ruote percorrono tra la massima compressione e la massima estensione
  2. la rigidità, cioè la forza con cui resistono alla compressione.

Sospensioni morbide e a corsa lunga:

  • favoriscono l’assorbimento delle sconnessioni
  • evitano le perdite di aderenza delle ruote sullo sconnesso

Sospensioni rigide e a corsa corta:

  • riducono le oscillazioni e quindi l’inerzia delle masse sospese – cioè di tutto quello che sta sopra alle molle delle sospensioni: telaio, motore, persone, bagagli ecc.
  • diminuiscono la compressione delle sospensioni in piega dovuta alla forza centrifuga, massimizzando l’angolo di inclinazione possibile.
Figura 17 – Compressione delle sospensioni in curva

1.5.1        Escursione

L’escursione delle sospensioni è decisa dal progettista e non può essere modificata dal pilota. In linea di massima, a moto ferma e pilota di peso standard a bordo, le sospensioni risultano compresse per circa un terzo della loro escursione, in modo da potersi comprimere per altri due terzi o estendersi per un terzo in base ai trasferimenti di carico e alle sconnessioni della strada. Piloti più leggeri o pesanti della media richiedono la regolazione del precarico delle molle (e in casi estremi la loro sostituzione con altre più adatte) per compensare la variazione di peso e mantenere l’assetto conforme al progetto, e un adattamento ancora maggiore è richiesto quando si trasportano passeggero e bagagli. Perciò è indispensabile regolare almeno la sospensione posteriore – quella che sopporta la maggior parte del carico aggiuntivo – ogni volta che si cambia configurazione.

Mantenere un precarico insufficiente peggiora notevolmente il comportamento della moto sotto vari i punti di vista:

  • peggiora nettamente l’assorbimento delle sconnessioni
  • lo sterzo diventa:
    • meno preciso
    • meno rapido
    • più pesante
  • diminuisce la luce a terra in curva.

Ciò vale anche per i corti di gamba che riducono il precarico della sospensione posteriore per abbassare l’altezza della sella: è un errore da evitare. Se non toccate terra sulla moto dei vostri sogni:

  • adottate una sella più bassa
  • se ciò non basta, acquistate la versione ribassata del modello, se disponibile
  • se tale versione non è disponibile, cambiate i vostri sogni.

1.5.2        Rigidità

La rigidità della sospensione dipende dalla molla, che può essere più o meno rigida, e dall’ammortizzatore, che può essere più o meno frenato. Contrariamente a quanto molti credono, la regolazione del precarico non ha alcuna influenza sulla rigidità della sospensione, anche se essa può influenzare in peggio la capacità di assorbire le sconnessioni, se il precarico è eccessivo o troppo basso, perché la sospensione raggiunge più facilmente il fondo corsa in estensione o in compressione.

Sulle sospensioni più economiche, la rigidità non è regolabile e molla ed ammortizzatore sono scelti in base all’uso per cui la moto è progettata. Salendo di livello diventano disponibili regolazioni della frenatura idraulica dell’ammortizzatore più o meno sofisticate e ampie, in modo da cucirsi addosso l’assetto su misura o, più di frequente, combinare disastri dovuti all’incompetenza.

Le moto più sofisticate offrono sospensioni a controllo elettronico che adattano il proprio comportamento alle condizioni del fondo stradale e in base alle scelte effettuate dal pilota durante la guida. Di solito funzionano molto bene su strada, dove le condizioni di uso variano notevolmente, mentre in pista non sono più efficaci di un set di ammortizzatori tradizionali di alto livello, purché ben regolato.

1.5.3        Sospensioni pro-dive e anti-dive

La forcella tradizionale è inclinata in modo tale che quando essa si comprime, il mozzo della ruota arretra; per tale ragione, l’uso del freno anteriore la fa comprimere più di quanto sia necessario a causa del trasferimento di carico. In altre parole, la forcella ha un comportamento pro-dive, tanto maggiore, quanto maggiore è il suo angolo rispetto alla verticale.

Figura 18 – Arretramento del perno ruota su una forcella tradizionale

Le sospensioni anti-dive evitano questo effetto grazie alla propria geometria, che rende pressoché verticale il movimento del perno ruota durante la compressione. In questo modo la forza frenante applicata alla ruota non influisce sull’affondamento, che è dovuto soltanto al trasferimento di carico.

Figura 19 – Comportamento del perno ruota con la sospensione Telelever

I vantaggi di questo tipo di sospensione sono:

  1. una maggior capacità di assorbimento delle sconnessioni dovuta all’adozione di molle e ammortizzatori più morbidi rispetto a quelli necessari con le forcelle tradizionali
  2. un aumento del comfort dovuto all’assetto piatto in frenata
  3. una maggior stabilità in frenata, dovuta al mancato accorciamento dell’interasse
  4. una ridotta tendenza a bloccare la ruota anteriore in frenata, grazie al minor tempo necessario per ottenere il trasferimento di carico sull’anteriore.

Per contro, una sospensione anti-dive mantiene il baricentro della moto più alto in frenata rispetto a una tradizionale, ma il conseguente maggior rischio di ribaltamento è mitigato dal fatto che l’interasse non si accorcia.

Sospensioni di questo genere sono piuttosto rare ed equipaggiano soltanto alcuni modelli di gamma alta della BMW e la versione più recente della Honda Gold Wing.

Figura 20 – Sospensione anteriore anti-dive della Honda Gold Wing 2018

1.6             Momento sterzante dovuto alla frenata anteriore

A moto inclinata, il punto di contatto di una ruota a terra si sposta verso l’interno della curva, mentre l’asse di sterzo giace sempre nel piano di simmetria della moto. Per tale ragione, una frenata anteriore genera un momento che tende a chiudere lo sterzo e quindi a sbilanciare la moto verso l’esterno, allargando la traiettoria.

Figura 21 – Momento sterzante indotto dal freno anteriore

Questo effetto può variare molto, da quasi nullo a decisamente evidente, ed aumenta se la ruota anteriore è larga, se il battistrada ha un profilo turistico (non a V) o se esso è spiattellato (usurato al centro) dall’uso in autostrada, perché in tali casi aumenta lo spostamento del punto di contatto a moto inclinata e quindi il braccio di leva tra questo e l’asse di sterzo.

2       Gestire la traiettoria con la variazione della velocità

Abbiamo visto nella Parte I di questo articolo che lo sterzo e lo spostamento del corpo del pilota consentono di inclinare e quindi far deviare la moto in qualsiasi situazione della guida, sia in rettilineo che a curva già impostata.

Freni e gas non consentono di impostare una curva, in quanto a sterzo e moto dritti ogni loro effetto si esplica nel piano verticale di simmetria della moto [4], però a moto inclinata hanno effetti sulla sua traiettoria e quindi possono essere usati a tale scopo.

Le variazioni di velocità in curva influiscono sull’inerzia della moto, sui carichi gravanti sulle ruote, sulle derive degli pneumatici e sulla direzione dello sterzo, perciò l’analisi dei loro effetti sul comportamento della moto deve tenere conto contemporaneamente di tutti questi aspetti.

Inoltre, gli effetti prodotti variazioni nella direzione degli pneumatici sulla traiettoria della moto in curva sono più complessi da analizzare che sulle auto, in quanto bisogna tenere presente che:

  1. ogni variazione nella direzione delle ruote non genera solo una variazione della traiettoria, ma anche una variazione dell’inclinazione e questo, come abbiamo visto nel paragrafo 1.4 della Parte I, influenza a sua volta la traiettoria
  2. ciascuna manovra produce effetti contrastanti fra loro, perciò il risultato complessivo può andare in una direzione o in quella opposta, secondo quali effetti prevalgono
  3. finché non si raggiunge il limite di aderenza, la traiettoria della moto è determinata dalle sue variazioni di inclinazione conseguenti alle variazioni nella direzione delle ruote, mentre all’approssimarsi del limite di aderenza, gli pneumatici non riescono più a stringere la traiettoria, che quindi in questi casi è decisa dalle derive e dalla forza centrifuga.

Facciamo l’esempio di un aumento della deriva della ruota anteriore, che quindi punterà più verso l’esterno della curva:

  • finché c’è aderenza, ciò sbilancerà la moto verso l’interno e quindi essa stringerà la traiettoria
  • una volta raggiunto il limite, la moto non riuscirà a stringere la traiettoria, anzi, la allargherà, perché l’avantreno scivolerà verso l’esterno, e insistendo, perderà l’aderenza e la moto finirà in una caduta low-side (cioè con il pilota sul lato interno della curva).

Nei prossimi paragrafi vedremo che cosa accade nei diversi casi, tenendo sempre presente che quando una moto curva, essa è sempre soggetta agli effetti autoraddrizzanti descritti nel paragrafo 1.5. della Parte 1.

2.1             Accelerazione

L’accelerazione della ruota posteriore causa i seguenti effetti sull’assetto della moto:

  1. sottrae aderenza disponibile alla ruota posteriore
  2. induce un momento imbardante che tende a far stringere la traiettoria
  3. aumenta la forza centrifuga, con tendenza ad allargare la traiettoria
  4. induce un trasferimento di carico dalla ruota anteriore a quella posteriore, che determina:
    • l’estensione della forcella, con conseguente riduzione della maneggevolezza
    • l’aumento della deriva della ruota anteriore
    • la diminuzione della deriva della ruota posteriore
  5. la componente laterale della forza accelerante impressa alla ruota posteriore ne aumenta la deriva, in contrasto con quanto visto al punto precedente, tanto più, quanto maggiore è l’accelerazione.

L’effetto complessivo risultante sulla traiettoria dipende:

  • dalla forza dell’accelerazione
  • dalla posizione del baricentro
  • dall’avvicinamento al limite di aderenza.
  1. se l’accelerazione è lieve, lo sbilanciamento verso l’interno dovuto al gioco delle derive compensa il momento raddrizzante dovuto all’inerzia e la moto tende a mantenere la traiettoria impostata
  2. all’aumentare dell’accelerazione, l’effetto complessivo dipende dalla posizione del baricentro della moto:
    • con un baricentro alto, prevale l’effetto imbardante a stringere e la moto continua a mantenere la traiettoria impostata senza alcuna difficoltà
    • con un baricentro basso, l’effetto imbardante a stringere non prevale e la moto tende ad andare dritta
  3. se l’accelerazione è eccessiva, la ruota posteriore supera il proprio limite di aderenza e derapa verso l’esterno e:
    • se il pilota riesce a controsterzare e a modulare l’accelerazione, controlla la sbandata
    • se il pilota non riesce, la moto cade in low-side avvitandosi verso l’interno

  1. se il pilota chiude il gas, la ruota posteriore riacquista bruscamente aderenza a moto sbandata, sbilanciandola con violenza verso l’esterno (high-side).

2.2             Frenata anteriore

2.2.1        Effetti sull’assetto

La frenata della ruota anteriore causa i seguenti effetti sull’assetto della moto:

  1. sottrae aderenza disponibile alla ruota anteriore
  2. induce un momento imbardante che tende a far allargare la traiettoria
  3. riduce notevolmente la forza centrifuga, con tendenza a stringere la traiettoria
  4. induce un trasferimento di carico dalla ruota posteriore a quella anteriore, che determina:
    • la compressione della forcella, con conseguente aumento della maneggevolezza
    • la diminuzione della deriva della ruota anteriore
    • l’aumento della deriva della ruota posteriore
  5. la componente trasversale della forza frenante dovuta alla traiettoria curva aumenta la deriva della ruota anteriore, in contrasto con quanto visto al punto precedente, tanto più, quanto più forte è la frenata
  6. determina un ulteriore affondamento della sospensione anteriore, se questa è pro-dive (forcella normale)
  7. induce un momento sterzante a chiudere che tende a raddrizzare la moto, allargando la traiettoria

L’effetto complessivo risultante sulla traiettoria dipende:

  • dalla forza della frenata
  • dalle caratteristiche dello pneumatico anteriore
  • dalla posizione del baricentro
  • dall’avvicinamento al limite di aderenza

In pratica, i casi possibili sono i seguenti:

  1. se lo pneumatico anteriore è largo e/o il suo battistrada ha un profilo turistico e/o è spiattellato, il momento sterzante diventa particolarmente evidente e la moto tende ad allargare la traiettoria, tanto più quanto più forte è la frenata – si noti che questo effetto influisce solo sulla forza esercitata dal manubrio sulle mani e non anche sulla tenuta di strada, per cui basta contrastarlo per mantenere la traiettoria
  2. all’aumentare della frenata, aumenta il momento imbardante ad allargare la traiettoria, tanto più, quanto più il baricentro è alto
  3. se la frenata è eccessiva, la ruota anteriore supera il proprio limite di aderenza, lo sterzo si chiude e la moto cade in low-side.

Si noti che con il freno anteriore è impossibile causare una caduta high-side, cosa invece sempre possibile in caso di errore nell’uso del gas e del freno posteriore, ovviamente in assenza di aiuti elettronici.

2.2.2        Quando si usa

Se l’effetto di chiusura dello sterzo presente sulla moto è elevato, l’uso del freno anteriore da solo può diventare controproducente, perché la moto raddrizza la traiettoria in modo eccessivo.

Se invece tale effetto è ridotto, l’uso del freno anteriore consente decelerazioni notevoli in curva e quindi permette di stringere la traiettoria efficacemente, almeno finché non ci si avvicina al limite dell’aderenza, allorché gli effetti sottosterzanti prevalgono e la moto allarga con sempre maggior decisione la traiettoria.

2.3             Frenata posteriore

2.3.1        Effetti sull’assetto

La frenata della ruota posteriore è molto più blanda di quella anteriore e quindi influisce assai meno sull’assetto. Tenendo presente tale premessa, essa causa i seguenti effetti sull’assetto della moto:

  1. sottrae aderenza disponibile alla ruota posteriore
  2. riduce sensibilmente la forza centrifuga, aumentando la tendenza a stringere la traiettoria
  3. induce un momento imbardante che tende a far allargare la traiettoria – più lieve di quello indotto dalla frenata anteriore, vista la traiettoria più stretta percorsa dalla ruota posteriore
  4. induce un trasferimento di carico dalla ruota posteriore a quella anteriore – più lieve di quello indotto dalla frenata anteriore, vista la minor decelerazione possibile – che determina:
    • una compressione della forcella trascurabile, perché essa è tirata indietro dal freno posteriore anziché essere compressa dall’effetto pro-dive indotto dalla frenata anteriore
    • la diminuzione della deriva della ruota anteriore
    • l’aumento della deriva della ruota posteriore
  5. la componente trasversale della forza frenante dovuta alla traiettoria curva – più lieve di quella generata dalla frenata anteriore, vista la minor decelerazione possibile – aumenta ulteriormente la deriva della ruota posteriore, tanto più, quanto più forte è la frenata.

L’effetto complessivo risultante sulla traiettoria è che la moto:

  1. tende in qualsiasi circostanza a mantenere la traiettoria impostata
  2. se la frenata è eccessiva, la ruota posteriore supera il proprio limite di aderenza, derapa verso l’esterno e:
    • se il pilota è bravo a controsterzare e a modulare la frenata, controlla la sbandata
    • se il pilota tiene il freno premuto, la moto cade in low-side avvitandosi verso l’interno
    • se il pilota molla il freno posteriore di scatto, la ruota posteriore riacquista bruscamente aderenza a moto sbandata, sbilanciandola con violenza verso l’esterno (caduta high-side).

2.3.2        Quando si usa

Il freno posteriore consente decelerazioni più blande rispetto a quello anteriore, ma non genera effetti negativi sulla traiettoria – almeno finché non si supera il limite di aderenza – né sullo sterzo né sulla compressione della forcella. Quindi esso è un ottimo strumento per correzioni di entità limitata, come:

  • stringere la traiettoria in caso di curva presa un po’ troppo velocemente
  • adattare la traiettoria nelle curve a stringere
  • non allargare la traiettoria nelle curve in discesa.

2.3.3        Freno posteriore o chiusura del gas?

Gli effetti dinamici prodotti dai due comandi sono gli stessi, ma il freno è più semplice e preciso da usare rispetto alla chiusura del gas, perché:

  • ha un comportamento costante e prevedibile, mentre l’effetto di una chiusura del gas varia moltissimo in base al rapporto inserito, al regime e al tipo di motore
  • consente di rallentare senza chiudere il gas, evitando ogni effetto on-off.

2.4             Frenata integrale

2.4.1        Effetti sull’assetto

La frenata integrale causa i seguenti effetti sull’assetto della moto:

  1. sottrae aderenza disponibile ad entrambe le ruote, ma in misura minore su ciascuna di esse a parità di decelerazione rispetto alla frenata su una sola ruota
  2. riduce notevolmente la forza centrifuga, aumentando la tendenza a stringere la traiettoria
  3. induce un momento imbardante che tende a far allargare la traiettoria, ma in misura minore rispetto alla sola frenata anteriore a parità di decelerazione, perché la ruota posteriore percorre una traiettoria più stretta rispetto a quella anteriore
  4. rispetto alla frenata anteriore determina un momento sterzante nettamente ridotto, perché a parità di decelerazione la frenata anteriore ha un effetto minore sulla sterzata, mentre la frenata posteriore fa decelerare anche l’asse di sterzo, riducendo l’effetto
  5. induce un trasferimento di carico dalla ruota posteriore a quella anteriore, che determina:
    • la compressione della forcella minore che nel caso della sola frenata anteriore
    • la diminuzione della deriva della ruota anteriore
    • l’aumento della deriva della ruota posteriore
  6. la componente trasversale della forza frenante dovuta alla traiettoria curva aumenta la deriva di entrambe le ruote e in particolare di quella anteriore
  7. nel complesso, gli effetti sulle derive non influiscono sensibilmente sulla traiettoria.

L’effetto complessivo risultante sulla traiettoria è che la moto:

  1. tende in qualsiasi circostanza a mantenere la traiettoria impostata
  2. se la frenata è eccessiva – cosa piuttosto difficile, visto che la decelerazione ottenibile prima di superare il limite di aderenza è piuttosto elevata – tende a partire per la tangente sulle due ruote e quindi consente il recupero semplicemente riducendo la frenata.

2.4.2        Quando si usa

L’uso combinato dei due freni in curva è sempre possibile ed è nel complesso assai più efficace rispetto agli altri modi di frenare, perché:

  • presenta in misura assai minore l’effetto negativo sulla sterzata possibile con sola la frenata anteriore
  • consente decelerazioni assai maggiori senza mettere in crisi l’aderenza rispetto alla sola frenata posteriore
  • riduce l’affondamento della sospensione anteriore, migliorando la frenata sullo sconnesso e rendendo la guida più comoda, specialmente per il passeggero.

Ecco perché alcune moto sono equipaggiate con sistemi di frenata integrale.

l’unico caso in cui può convenire usare il solo freno anteriore è l’ingresso in curva nella guida sportiva, perché la maggior compressione della forcella aumenta la rapidità di ingresso in curva, a patto che la moto non soffra di un eccessivo momento raddrizzante dello sterzo.


[1] Se la strada è pianeggiante. Sui dossi il peso totale diminuirebbe e sulle cunette aumenterebbe.

[2] Questo fatto si verifica normalmente sui dragster, che hanno baricentro bassissimo e gomma posteriore molto larga e squadrata.

[3] Una eccezione famosa è costituita dalle Vespa con cambio meccanico, sempre sbilanciate a sinistra per compensare il peso del motore posto a destra della ruota posteriore.

[4] Fanno eccezione alcune moto con albero motore longitudinale, come le vecchie BMW con motore boxer e le Moto Guzzi, dove le variazioni di regime del motore influiscono sensibilmente sull’inclinazione della moto.

Si ferma prima una tourer o una race replica?

Uno dei principali argomenti nelle conversazioni da bar sulle moto è quello relativo agli spazi di frenata. Opinione comune è che una moto sportiva freni in spazi minori di quelli possibili con una tourer, grazie ai freni più potenti e al minor peso.

Ma è proprio vero? Facciamo un po’ di luce sulla questione.

Per ragionare sulla frenata di una moto occorre tenere presenti le seguenti grandezze:

  • la sua energia cinetica, cioè la quantità di energia che occorre dissipare per arrestare la moto;
  • l’aderenza degli pneumatici sull’asfalto, da cui dipende la forza frenante che si può trasmettere al suolo;
  • la potenza dei freni, che deve essere adeguata all’energia cinetica in gioco;
  • la posizione del baricentro, da cui dipende la tendenza della moto a ribaltarsi in frenata.

Energia cinetica

L’energia cinetica di un veicolo aumenta con la massa e con il quadrato della velocità, quindi al raddoppiare della massa anche l’energia cinetica raddoppia, mentre al raddoppiare della velocità essa quadruplica; ne consegue che la velocità è assai più importante della massa.

Per evidenziare la cosa, mettiamo a confronto due moto radicalmente diverse: una grossa tourer da 280 kg + 80 kg di pilota + 60 kg di passeggero + 20 kg di bagagli = 440 kg in grado di raggiungere i 240 km/h e una race replica da 200 kg + 80 kg di solo pilota = 280 kg in grado di toccare i 300 km/h.

Honda CBR 1000 RR BMW K1300GT

 

 

 

 

 

Nel caso della tourer, l’energia cinetica alla massima velocità e a pieno carico sarà pari a circa 978 KJoule, mentre per la race replica con il solo pilota saremo, alla sua velocità massima, a circa 972 Kjoule, quindi praticamente uguale, nonostante il peso nettamente inferiore.

Aderenza degli pneumatici sull’asfalto

Il primo parametro che determina l’aderenza è il coefficiente di attrito dello pneumatico con l’asfalto, cioè la forza longitudinale o trasversale che esso può sopportare prima di slittare. Esso può variare, su asfalto nuovo e asciutto, da circa 1 per una moderna gomma turistica a 1,2 circa per una gomma sportiva, per arrivare a 1,6 e oltre per una slick usata nei massimi campionati. Da ciò deriva che gli pneumatici in commercio consentono decelerazioni comprese tra 1 e 1,2 g.

Dato il proprio coefficiente d’attrito, l’aderenza offerta da uno pneumatico su una data superficie è una funzione lineare dell’ampiezza della propria impronta a terra e del carico specifico, cioè del peso gravante su di essa. Nel caso del nostro confronto, possiamo facilmente ipotizzare che le misure degli pneumatici delle nostre due moto siano le stesse (le classiche 120/70-17 e 190/55-17), e quindi che siano uguali anche le rispettive impronte a terra, a patto che la pressione sia regolata correttamente. Perciò, assumendo che entrambe le moto siano equipaggiate con pneumatici aventi lo stesso coefficiente d’attrito (anche se di solito le race replica sono equipaggiate con gomme più sportive rispetto alle tourer), abbiamo che l’aderenza disponibile dipende soltanto dal peso ed è proporzionale ad esso. In altre parole, più una moto pesa, più l’aderenza dei suoi pneumatici aumenta.

Ma come abbiamo visto più sopra, anche l’energia cinetica che gli pneumatici devono fronteggiare in frenata aumenta in proporzione al peso. Quindi, più la moto pesa e più l’aderenza e l’energia cinetica aumentano parallelamente. Da tutto ciò consegue che gli spazi di frenata di una moto non dipendono dalla sua massa, a condizione, ovviamente, che i freni siano abbastanza potenti da consentire la frenata al limite di aderenza degli pneumatici che la equipaggiano.

Potenza dei freni

Per fermare un veicolo in corsa occorre dissipare la sua energia cinetica in calore, e questo è appunto il compito dei freni.

Come abbiamo visto, l’energia cinetica massima sviluppabile da una leggera ma veloce race replica eguaglia quella massima sviluppabile di una pesante tourer a pieno carico. È chiaro quindi che i freni di una race replica, oggi in grado di imprimere facilmente alla moto una decelerazione superiore a 1 g (l’accelerazione gravitazionale terrestre) fino alle massime velocità, bastano e avanzano anche a bordo di una tourer, anche se questa pesa molto di più, e le consentono di sviluppare almeno la stessa decelerazione. E in effetti, buona parte delle moto moderne stradali – tranne quelle più economiche e dedicate ai principianti – hanno freni in grado di bloccare le ruote anche in velocità, anche se magari non sono belli e sexy come quelli di una Panigale.

Posizione del baricentro

Com’è intuitivo, se si frena molto e gli pneumatici hanno abbastanza grip, la moto può sollevare la ruota posteriore (stoppie) e, insistendo sui freni, ribaltarsi in avanti.

Questa tendenza al ribaltamento non dipende dal peso, ma dalla posizione del baricentro, ed è tanto maggiore, quanto più il baricentro è alto e avanzato.

Ora, assumiamo che una moto abbia il baricentro posto a 70 cm di altezza e 70 cm dietro la verticale del punto di contatto della ruota anteriore col suolo; in base ad un semplice calcolo geometrico, risulta evidente che tale moto inizierà a ribaltarsi quando la decelerazione impressa dai freni supererà 1g.

schema forzeCome abbiamo visto sopra, tutte le moto moderne di un certo livello sono equipaggiate con freni e possono essere facilmente dotate di pneumatici in grado di raggiungere e anche superare agevolmente tale decelerazione. Ne consegue che su alcune moto il limite geometrico di ribaltamento potrebbe essere l’elemento debole della catena, il parametro da cui di fatto dipendono gli spazi di frenata su tali modelli.

Di solito, sulle tourer il baricentro è piuttosto basso, perché ciò aiuta a gestire il peso della moto da fermo e la rende più maneggevole nel misto, e tende ad essere anche piuttosto lontano dalla ruota anteriore, anche perché l’interasse è piuttosto lungo. Il limite di ribaltamento di tali moto tende quindi ad essere molto lontano, tanto che di solito è più facile raggiungere il limite di aderenza e far bloccare la ruota anteriore, che provocarne il ribaltamento.

Al contrario, sulle supersportive il baricentro si trova normalmente più in alto, perché ciò aumenta la velocità di percorrenza in curva a parità di angolo di piega – vediamo se arrivate da soli a capire il perché! – ed è anche tendenzialmente avanzato, per ridurre la tendenza all’impennata e aumentare la direzionalità dello sterzo. Su tali moto quindi la regola è che, frenando correttamente su asfalto asciutto e in buono stato, si raggiunge prima lo stoppie che il bloccaggio delle ruote.

Per tali ragioni, una tourer ben gommata riesce a frenare senza ribaltarsi in spazi almeno pari e spesso anche inferiori a quello possibili con una moto pistaiola. Con buona pace degli amici del bar.