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MotoGP, Baricentro: i segreti dell’holeshot, così la Ducati diventa un dragster

TECNICA, PRIMA PARTE - Il centro di massa è uno dei parametri fondamentali su cui intervenire per modificare il comportamento dinamico della moto. Nella parte iniziale si descrive l’ ‘abbassatore’ introdotto da Ducati per migliorare le partenze e il concetto di centralizzazione delle masse     

MotoGP: Baricentro: i segreti dell’holeshot, così la Ducati diventa un dragster

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Il centro di massa definisce la distribuzione della massa del sistema. Il sistema, la moto, è appunto composta da diversi componenti ognuno dotato di una propria massa. Quindi considerando un sistema discreto (formato da n-punti ognuno con la propria massa), il centro di massa è la media pesata tra le coordinate dei diversi punti moltiplicati per la propria massa rispetto alla massa totale. Ai fini della dinamica della motocicletta è interessante notare che, il centro di massa ha lo stesso moto di un singolo punto materiale in cui è concentrata tutta la massa del sistema. Fisicamente la forza è espressa come il prodotto della massa per l’accelerazione quindi il centro di massa assume un ruolo fondamentale nella progettazione di un veicolo.

In letteratura si trovano riferimenti in cui il centro di massa -  CG Center of Gravity – è definito come baricentro. Non va però confuso con il baricentro geometrico che indica la media delle coordinate senza tener conto della massa. Prendendo come esempio un figura piana regolare come il quadrato, è intuitivo determinare il baricentro geometrico della figura nel centro della stessa. Se la distribuzione della massa non è uniforme, un lato pesa di più rispetto agli altri, il centro di massa sarà spostato verso il lato più pesante.

Il baricentro (di massa) di una moto generalmente ha una ripartizione del peso complessivo quasi del 50/50 tra i due assi. Ma se si aumenta, ad esempio, il peso verso l’asse anteriore si andrà ad aumentare il carico statico sulla ruota anteriore. L’aumento sarà proporzionale alla posizione del baricentro rispetto all’interasse della moto. Le moto dragster, ideate per gare di accelerazione, sfruttano questi fenomeni fisici per limitare l’eccessivo trasferimento di carico verso il posteriore che porterebbe al ribaltamento all’indietro. Interasse molto ampio e baricentro basso ed avanzato sono i principi base che permettono di sfruttare al meglio e trasmettere, attraverso la generosa gomma posteriore, la coppia del motore al terreno.

'Abbassatore': si ispira ai dragster

Tornando a competizioni a noi (europei) più familiari, l’ ‘abbassatore’ utilizzato in MotoGP è un esempio concreto di spostamento del baricentro per ottimizzare un preciso comportamento. Il dispositivo è denominato anche holeshot ed è stato introdotto dalla Ducati per far abbassare il posteriore della moto in partenza, andando a limitare il trasferimento di carico. Il sistema è stato evoluto permettendo al pilota di azionarlo, non solo in partenza, ma anche durante le fasi di guida. In questo articolo trovate tutti gli approfondimenti tecnici. Quest’anno è stato ulteriormente affinato, permettendo alla moto di scattare allo spegnimento del semaforo rosso, non solo con il posteriore schiacciato, ma con la forcella anteriore compressa per delle partenze in stile dragster.

Il trasferimento di carico gioca un ruolo fondamentale, non solo in accelerazione, ma anche in frenata. In frenata ovviamente il peso verrà maggiormente trasferito all’anteriore. Le condizioni limite della manovra sono rappresentate dal bloccaggio della ruota, dipendente dal coefficiente d’attrito, e dal ribaltamento in avanti. Applicando l’equazione di equilibrio si ottiene riscontro di come un baricentro arretrato e basso inibisca il ribaltamento. Rimandiamo a questo articolo per approfondire l’argomento della ripartizione ottimale della frenata e l’utilizzo del freno posteriore.

Questi esempi sono utili per comprendere come sia necessario un compromesso nel posizionamento del centro di massa per evitare il ribaltamento sia in accelerazione che in frenata. Il comportamento generale con un baricentro alto enfatizza i trasferimenti con la ruota anteriore che tende ad alzarsi in accelerazione e quella posteriore che tende a sollevarsi in frenata. Di contro abbassare troppo il baricentro non consente di trasferire sufficiente carico sulla ruota più stressata, durante la manovra di accelerazione o di frenata, con conseguente slittamento. Questo è dovuto al fatto che la forza d’attrito dipende dal carico perpendicolare al punto di contatto.

Schematizzazione delle forze durante la frenata. Applicate al baricentro: Id = forza inerziale di decelerazione e m = forza peso che viene equilibrata dalle due reazioni normali (Na, Nr). In rosso le forze frenanti applicate nei punti di contatto ruota-asfalto (Fa, Fr).

E’ chiaro come la ripartizione dei pesi sia uno dei parametri più importanti per definire il ‘carattere’ dinamico della moto. Un maggior carico all’avantreno comporta, anche solo staticamente, o a bassa velocità una certa difficoltà nell’azionare lo sterzo. Questa caratteristica può risultare trascurabile per una sportiva che predilige le alte velocità. Anzi ad elevate velocità l’anteriore con più peso regala una maggior stabilità andando a contrastare l’effetto aerodinamico che tende a sollevare la ruota anteriore.

Di contro una moto da fuoristrada non è progettata per percorrere curve ad alta velocità, piuttosto ha la necessità di uno sterzo sufficientemente leggero per poter superare gli ostacoli. In questo particolare aspetto ricopre un ruolo molto importante il peso del pilota. Ipotizzando una moto che pesa 150kg ed un pilota di taglia media di 75kg il rapporto è di uno a due. Quindi lo spostamento sulla sella del pilota varia notevolmente la ripartizione dei pesi. Un altro esempio è lo spostamento dei piloti (di velocità) verso l’interno della curva che, modificano la posizione del baricentro del sistema (moto più pilota), riescono a percorrere la curva più efficacemente.

Non tutte le masse sono uguali

La moto, fortunatamente, non è progettata per procedere solo in rettilineo ma deve essere in grado di poter affrontare anche le curve. L’ideale è che lo faccia in maniera rapida se si tratta di una moto da pista. Altre esigenze sono richieste nel caso di una moto da viaggio dove si sacrifica la maneggevolezza per esaltare la stabilità. Anche qui ritorna preponderante il discorso del compromesso.
In questo ambito è di particolare rilievo il concetto della centralizzazione delle masse. Come intuibile dal nome si cerca di avvicinare la maggior parte dei componenti il più possibile al baricentro, specialmente quelli più pesanti. Questo aspetto crea non pochi problemi ai progettisti che devono creare soluzioni alternative per collocare la batteria piuttosto che il serbatoio. Invece il peso del carburante in alto sopra il motore, che già da solo incide fortemente sulla distribuzione dei pesi, si può spostare parte del peso sotto la sella. Abbassando il peso si avrà il vantaggio di una maggior costanza nel comportamento della moto man mano che si svuota il serbatoio. Fenomeno trascurabile su strada ma non in pista.
Il vano sotto sella è però solitamente occupato dalla batteria. E’ lecito chiedersi perché i centri di ricerca e sviluppo dedicano molte ore di ingegneria per trovare la miglior collocazione del peso se poi il totale è sempre lo stesso.

La risposta, a breve, nella seconda parte dell’articolo.

Fonti: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/rktcg.html

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