Quattro ruote sterzanti (4WS)

4WS
Da un po’ di tempo si sente parlare di veicoli con quattro ruote sterzanti, note anche con la sigla 4WS, AWS, RWS, da non confondere con le quattro ruote motrici, 4WD, AWD. Diversi costruttori hanno sviluppato il loro sistema di sterzatura delle ruote posteriori ribattezzandolo con nomi diversi, come nel caso del sistema 4control di Renault. In ogni caso il principio di funzionamento è lo stesso: ruotando il volante sterzano sia le ruote anteriori, sia le posteriori. L’ampiezza dell’angolo di sterzata di queste ultime non può essere scelto arbitrariamente ma è gestito elettronicamente, sfruttando un sistema di controllo integrato con le centraline presenti nel veicolo, ed azionato mediante attuatori elettromeccanici collegati alle ruote posteriori.

Ma quale vantaggio dà un sistema del genere rispetto alle due ruote sterzanti anteriori (FWS)? Per rispondere a questa domanda è conveniente distinguere due condizioni di guida: bassa e alta velocità. Ci sono altre applicazioni in condizioni particolari, come il cambio corsia.

In generale il “segreto” di questa applicazione sta nella possibilità di poter fare variare la posizione del Centro d’Istantanea Rotazione (C.I.R.) del veicolo all’interno di un range più ampio, che tradotto indica la possibilità di controllare in modo migliore il comportamento sovra/sottosterzante della vostra auto.

Per comprendere meglio le spiegazioni seguenti è utile capire meglio cos’è questo parametro, senza entrare nei dettagli matematici del problema.

Il Centro d’Istantanea Rotazione

Centro d'istantanea rotazione

Possiamo dire che questo è il punto attorno al quale ruota l’intero veicolo e varia ogni istante. Graficamente è il punto d’intersezione tra le rette ortogonali ai vettori velocità di un qualsiasi punto del veicolo, inteso come corpo rigido. In figura è rappresentato uno schema di veicolo con ruote anteriori sterzanti; sono rappresentati i vettori velocità delle quattro ruote con le corrispondenti rette a loro ortogonali, che individuano il punto C d’intersezione.

La distanza tra il punto C e il centro di massa del veicolo G rappresenta il raggio di curvatura della traiettoria del baricentro: più è piccolo, più stretta è la curva che riusciamo a percorrere con la nostra auto.

Curve a bassa velocità

4WS sterzatura controfase
Modello monotraccia

Donne, la vostra nuova auto 4WS vi semplificherà la vita nel parcheggio!! Vi basti sapere questo.
In questa condizione le ruote posteriori sterzano in opposizione di fase a quelle anteriori, quindi se le ruote anteriori sterzano a sinistra, le posteriori sterzeranno a destra e viceversa.

Nell’immagine in alto è rappresentato un modello semplificato di veicolo, chiamato monotraccia, in cui le due ruote per ogni assale sono condensate in una. Sono sovrapposti un modello di veicolo con ruote sterzanti anteriori e un modello 4WS.
Facendo pure considerazioni cinematiche si vede immediatamente che il centro d’istantanea rotazione nei due casi è posizionato in due punti differenti, in particolare il raggio di curvatura del caso 4WS è più piccolo di quello del caso FWS perchè nel primo caso la distanza tra il C.I.R. e il centro di massa del veicolo è minore. Questo concetto si dimostra anche matematicamente.
Bene…e quindi? Quindi con il 4WS si riesce a percorrere curve più strette, rendendo anche più semplici le manovre di parcheggio o nel traffico.

Curve ad alta velocità

4WS sterzatura in fase

In questo caso il concetto é un po’ più complesso.
Se le ruote posteriori sterzassero in opposizione di fase darebbero un contributo sovrasterzante al veicolo in ingresso in curva, condizione non desiderabile ai fini della stabilità e della sicurezza.
La sterzatura in questa condizione avviene in fase, quindi le ruote posteriori ruotano (di poco) nello stesso verso di quelle anteriori. Questo comporta diversi vantaggi, tra cui:

  • La capacità di sviluppare una maggiore forza laterale;
  • Sviluppare un contributo sottosterzante in ingresso in curva;
  • Smorzare maggiormente le oscillazione della velocità d’imbardata, stabilizzando prima il veicolo nei transitori.

In realtà però questa classificazione è reale ma troppo generica, nel senso che l’angolo di sterzatura delle ruote posteriori e la loro fasatura rispetto alle anteriori dipende dalle condizioni di marcia e dalla necessità di recuperare la stabilità se il veicolo tende ad un testacoda o ad uscire fuori carreggiata per eccessivo sottosterzo. Come accennato all’inizio tutto ciò è controllato dalle centraline installate nel veicolo che lavorano in sinergia tra loro.

Un altro caso è rappresentato da un rapido cambio di corsia. È stato evidenziato che un sistema 4WS permette al veicolo una manovra più rapida, con un minore ritardo nella risposta all’input volante: a parità di tempo trascorso dall’input sul volante, il veicolo raggiunge un’accelerazione laterale maggiore.

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