Imprecisione convergenza e volante sterzo - occhio ai tiranti sterzo con antivibrazioni

bobkelso

Alfista Megalomane
20 Marzo 2008
2,139
506
176
Mi
Regione
Lombardia
Alfa
33
Motore
1.3 v.l. GPL
Altre Auto
avute negli anni ( quasi solo d'epoca, hobby del restauro ):
Lancia, Matra, Fiat, VW, Audi, Volvo, Renault, Peugeot, Opel, Ford, Jeep, LandRover
Ho visto per caso una discussione su un forum inglese, sono loro ad aver notato il componente per caso e approfondito

0-147-156-gt-tirante-assiale-sterzo-snodo.jpg


un riassunto è che pare che la precisione di sterzo che ci si aspetterebbe dalle raffinate geometrie delle sospensioni anteriori di Alfa 147, 156, GT siano state annaquate (e in misura meno evidente anche di Alfa 166 e Alfa 159) dall'utilizzo di un componente, il "tirante assiale" di sterzo, modificato al fine di rendere l'auto più "confortevole", ma che forse, almeno nel caso di 147-156-GT, non è stato calibrato alla perfezione, risultando troppo cedevole

Sportiva da un lato e signorile-comoda dall'altro, sono due anime contrapposte di questi progetti e entrambi giustificate dal target degli utilizzatori sempre più esigenti anche in termini di confort;

In particolare la riduzione delle vibrazioni dovute a motore e imperfezioni strada, misurate con accelerometri sul sedile, sulle pedane dove poggiano i piedi, sul volante dove poggiano le mani, sulla leva cambio, è un parametro molto monitorato ed effettivamente importante per il confort in caso di viaggi non brevi;

in ambito lavorativo (autisti di autobus, camion, auto, ma anche banalmente di trattori o muletti industriali) questi parametri sono persino normati, ci sono dei valori minimi da rispettare per tutelare la salute di chi tali mezzi li deve guidare molte ore al giorno;
ma tornando a queste auto, qui si tratta di una rincorsa al miglioramento bel oltre i valori minimi, verso appunto fornire un confort elevato

Ora, per estensione di questo concetto, nell'ottica di fornire una esperienza di guida sempre più ovattata, sinonimo di maggiore qualità-prestigio generale, di auto che simula una facilità e sicurezza maggiore ( mentre in realtà i limiti fisici di tenuta e reattività sono sempre gli stessi da decenni, giusto qualche marginale miglioramento sulle mescole delle gomme), i costruttori possono cercare di attutire anche le reazioni avvertibili allo sterzo;

in questo caso non sono propriamente dannose vibrazioni verticali del piantone sterzo ad essere eliminate, ma piuttosto microrotazioni del volante, dovute alle asperità colpite dalle singole ruote, microreazioni che in realtà allo sportivo potrebbero piacere, il famoso sterzo "comunicativo", oltre che ulteriormente più preciso, mentre la direzione presa dalle automobili è invece per una esperienza più ovattata, che ricordi un device "de-materializzato" (computer, smatphone, software, etc, roba che in teoria/percezione "non si rompe e va sempre senza problemi" )

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la soluzione tradizionale
Di solito il filtraggio delle vibrazioni trasmesse alla rotazione del volante nella maggior parte delle auto si faceva tramite delle boccole elastiche sui 4 bulloni che fissano la scatola sterzo al telaio;
queste boccole sono piuttosto sottili e rigide, difficilmente nelle solecitazioni normali permettono scuotimenti oltre 1 mm, valore già sufficente a diminuire lo stress meccanico degli impatti sulla scatola sterzo stessa e smorzare leggermente le microrotazioni al volante (ci sono ulteriori smorzamenti dati dall'idroguida stessa e dall'alberino di collegamento al volante); comunque in presenza di asperità della strada colpite dai pneumatici questi minimi scuotimenti laterali della scatola sterzo non modificavano il valore di convergenza, ma solo in modo impercettibile e per una frazione di secondo l'angolo di sterzo

EDIT: ad alte velocità, a fare da filtro alla trasmissione delle asperità, concorre anche l'effetto giroscopico delle ruote, che si oppone con forza a una sterzatura iper-veloce della ruota come nel caso dovuto ad asperità della strada
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la soluzione adottata su alfa 147-156-GT (e anche 166 e 159, e alcune altre vetture non Alfa)
viene introdotto un ammortizzatore in elatomero (gomma) sui singoli braccetti tiranti a snodo della cremagliera di sterzo; questo rende la lunghezza dei tiranti di sterzo dx e sx variabile durante la guida;
può variare il valore di convergenza delle ruote anteriori, di minuire precisione del volante nelle correzioni che non siano lente e sul dritto ( invece non creano fastidi in marcia rilassata in autostrada, l'elastomero quando non sollecitato non interviene); la sterzatura a piccoli angoli, vicino al centro sterzo, può risultare avere un po di inerzia e una sorta di mancanza di precisione, o a certe andature richiedere più correzioni, e il valore di convergenza può essere non stabile in marcia ma anche da ferem, ad es. ad ogni misurazione ravvicinata nel tempo sul banco del gommista risulta diverso;
oltre agli aspetti negativi, potrebbe anche asserci un impercettibile vantaggio teorico (una sola ruota alla volta viene affetta dagli scuotimenti delle buche), ma a patto che queste variazioni di lunghezza dei tiranti siano minime, e questo ridurrebbe anche i sopra citati aspetti negativi

NB: non sono sicuro sia presente su tutte le annate, ma cosi parrebbe
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Come le foto si capisce meglio, gli estremi del tirante non sono solidali tra loro, il cilindretto visbile sul tirante contiene lo smorzatore di vibrazioni in gomma, che nel caso di 147-156-GT ha una corsa totale di circa 4mm ( 2mm in compressione e 2mm in estensione ) apparentemente raggiungibile già con forze modeste applicate alle ruote o al volante

0-147-156-gt-tirante-assiale-sterzo-snodo.jpg


0-159-tirante-sterzo-snodo.jpg


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Lo smorzatore in azione (visibile solo rimuovendo la cuffia a soffietto protettiva)


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Confronto con gli effetti dovuti alle boccole in gomma della sospensione
anche le boccole della sospensione introducono flessibilità nella geometria, in questo caso è principalmente la boccola posteriore del braccio inferiore che ha degli spazi vuoti che le consentono di muoversi lateralmente durante la guida di molti millimetri, lasciando muovere avanti e indietro la ruota anteriore nel passaruote non solo in base alle asperità del terreno ma anche con le frenate o accelerazioni; questo costituisce il contributo principale e più massiccio di smorzamento delle vibrazioni, qui un video relativo a questa boccola flessibile su una Alfa 159, ma il funzionamento della boccola posteriore in gomma del braccio inferiore è simile sulle altre vetture con il trapezio inferiore di geometria simile


però questi movimenti nella boccola in gomma sono stati progettati in modo che in prima approssimazione non modifichino il valore di sterzatura/convergenza; quando la ruota arretra, lo fa anche il braccetto di sterzo, è un movimento diciamo di piegatura di un parallelogramma, che non modifica l'angolo di sterzatura della ruota, ma solo il suo arretramento;

ovvero è un buon sistema ammortizzatore di vibrazioni che rende l'auto confortevole e lo fa, in prima approssimazione, senza pagare pegno sulla precisione di sterzo (a meno di boccole completamente distrutte e da sostituire sui entrambi gli angoli del trapezio;

qualcosa di simile, per alcuni aspetti anche meglio, si era già visto su altre vetture, si è sempre fatto anche molti anni fa, come il gioco elastico tra i bracci inferiori e boccole in gomma delle ruote anteriori delle piccole-medie vetture alfasud e alfa 33, capaci di salire in corsa su cordoli facendo arretrare la ruota per ammortizzare l'urto senza far avvertire scomponimenti dell'auto o dello sterzo, li però la precisione si perdeva molto in caso di boccole usurate, il disegno adottato sulle autorecenti è più efficente in questo

L'ammortizzatore sui tiranti invece..
..ad ogni sollecitazione modifica anche se non di molto (ma abbastanza da essere visibile ad occhio) direttamente la sterzatura della ruota, la convergenza può diventare un budino ( ho visto più post di chi lamentava di non riuscire a farla misurare in modo stabile ), la precisione di sterzo a certe andature anche un po' ne risente, anche la reattività, il movimento iniziale del volante è soggetto a gioco elastico prima di muovere le ruote, questo ritardo è in parte mascherato da una rapporto di sterzo molto diretto garzie all'idroguoda, mentre poco si può fare per il calo di precisione, che vanifica parte degli sforzi fatti nel disegno delle sospensioni a quadrilatero alto per ottenere insieme al confort anche uno sterzo di livello superiore


Impressioni
Ora, nell'accogliente "Bar sport" che è un forum einternet in generale, fare critiche con leggerezza e con competenza tecnica solo da hobbysti agli ingegneri professionisti che hanno lavorato con fior di software a queste vetture, è la norma, ci casco anche io, ma va da sè che lascia il tempo che trova;
se questa soluzione è stata adottata, evidentemente si è reputato che nell'insieme della geometria raffinata delle sospensioni, dello sterzo diretto, etc, l'auto si potesse permettere anche questo elemento peggiorativo in nome di una sensazione di guida più filtrata cui sicuramente sarà stato favorevole il reparto marketing più che quello tecnico

Da precisare anche che se per altri motivi costruttivi i bulloni della scatola sterzo sono fissati in modo rigido al telaio senza boccole elastiche, la presenza di un elemento fitrante (in questo caso finito sui braccetti di sterzo) è utile non solo al confort, ma anche a far durare leggermente di più la scatola sterzo stessa limando i picchi delle le forze impulsive un po' di più di quanto non facciano già le boccole sospensioni e il pneumatico

Un altro ipotetico esempio di motivo che sfugge a noi profani per la loro installazione di fabbrica, potrebbe essere (?) ad es. un certo equilibrio tra gli sforzi dell'idroguida, le reazioni giroscopiche delle ruote ad alte velocità ed eventuali piccole sterzature rapide effettuate dal guidatore, il componente aiuterebbe a far quadrare il cerchio anche con uno sterzo poco demoltiplicato come su queste vetture, rendendo il volante apparentemente più morbido, ma in realtà ritardando di una frazione di secondo la sterzatura e riducendone anche la precisione
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Detto questo, di valutazioni sbagliate in sede di progetto delle auto sappiamo per esperienza se ne fanno in continuazione per una moltitudine di motivi, anche se i progettisti sono ferratissimi, sono divisi in vari reparti ( immagino ci sia un reparto apposito che agisce per la riduzione delle vibrazioni, in inglese "NVH" , sovrapponendosi alle altre progettazioni) e sottostanno a molteplici vincoli, non tutti corretti lo si scopre più facilmente con il sennò di poi

L'impressione mia personale nel leggere la discussione su questi tiranti sterzo e altri post qui su vari aspetti della 156, è che questi ammortizzatori, tra l'altro non presenti in molte altre vetture moderne anche loro dotate di stero poco demoltiplicato e idroguida, quindi non strettamente necessari, abbiano semplicemente una cedevolezza eccessiva, già con forze modeste (in relazione alle forse applicate sui tiranti sterzo dalle ruote oppure muovendo il volante) arrivano al loro fondo corsa di circa 2mm in compressione e 2mm in estensione;

e probabilmente le cose peggiorano in caso vetture con molti anni e km, la cedevolezza a forze leggere potrebbe essere ancora maggiore (e più evidente in estate, in inverno la gomma rimane un po' meno elastica)

di per sè questi tiranti sterzo ammortizzati sarebbero un bell'oggetto, in poco spazio e basso costo (costano 15-30e l'uno) hanno un ammortizzatore non banale e con certe caratteristiche minime di resistenza all'usura nel tempo, mi chiedo se non sarebbero stati perfetti se costruiti con una costante elastica doppia di quella attuale, dimezzando le imprecisioni di guida in caso di sollecitazioni modeste e lasciando una residua/calibrata capacità filtrante;

e per quel poco che ho letto, pare che i possessori di alfa 166 e di alfa 159 non lamentino imprecisioni di sterzo o di convergenza, forse (?) su queste vetture i braccetti ammortizzati potrebbero essere meno invasivi (braccetti sterzo sui mozzi con raggio più lungo o altre variabili) o tarati diversamente o potrebbero essere diverse le aspettative, di un alto confort vs guida iper-precisa

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Ipotesi di modifiche migliorative
questi tiranti non sono disponibili in una versione meno cedevole, probabilmente una soluzione ottimale,
per cui la soluzione estrema è sostituirli con tiranti rigidi, accettabile se non si stanno usando cerchioni da 19 pollici con pneumatici praticamente privi di spalla, boccole racing in teflon e assetti rasoterra (pneumatici, boccole in gomma, sospensioni, sono gli altri ammortizzatori delle vibrazioni)

un utente inizialmente aveva saldato i tiranti originali rendendoli rigidi nell'area dove c'è il cilindretto ammortizzatore aggiungendo una parte fatta la tornio, attirandosi qualche critica sulla sicurezza dell'operazione di saldatura, ma facendo in tempo a scoprire che l'auto provata con la modifica ne esce trasformata in meglio, convergenza e sterzo precisi come le sospensioni avrebbero dovuto renderla fin dalle aspettative create dal progetto, al costo di sentire uno sterzo leggermente più ruvido, comunicativo, cioè oltre che più preciso diventa (purtroppo?) anche meno filtrato

hanno poi trovato velocemente una soluzione meno dubbia, ci sono dei tiranti rigidi, senza ammortizzatore in gomma, di origine Mercedes, compatibili per filettature e dimensioni con l'originale Alfa, in pratica si fa un monta e smonta

Idealmente se si cerca una guida più precisa, andando per gradi progressivi (cercando di limitare la perdita di confort):

- primo passo sostituzione con modifica dei braccetti sterzo;
- secondo passo (o a pari merito) avere in buono stato o mettere nuove le boccole in gomma del braccio sospensione inferiore
( eventualmente anche il braccetto superiore e va da sè le testine dei vari snodi, i perfezionisti giustamente leggo controllano e se serve sostituiscono poi anche le boccole della barra antirollio )

A questo punti la vettura dovrebbe già essere spettacolare (considerando che piace già anche con i braccetti sterzo ammortizzati)

- un passo ulteriore, criticabile e non adatto all'uso stradale (qui già si va a ledere il confort e modificare l'equilibrio del progetto originario), ho visto una discussione in cui sostituivano la boccola in gomma posteriore del braccio inferiore, con una boccola in gomma anteriore dello stesso braccio inferiore, modificandone gli attacchi;
la caratteristica di questa boccola è di essere più rigida, priva degli spazi vuoti dell boccola posteriore originaria; si va a sopprimere il sistema visto nel video sopra di ammortizzazione urti (e magari siperdono anche minimi effetti voluti in fase di progetto sulle geometrie quando si accelera o frena), sistema che secondo me non penalizzava la precisione di guida, ma magari è un intervento meno radicale che arrivare ad usare le famose boccole rigide in teflon (famose e famigerate, perchè montate sul trapezio basso hanno degli inconvenienti, da nuove sono troppo rigide, si sollecita a fatica l'acciaio della scocca e si viaggia più scomodi, e da usurate hanno un gioco libero privo di resistenza, le boccole in gomma, magari troppo morbide quando consumate, mantengono però almeno un minimo di forza autocentrante)

- rimane la variabile molle e assetti, ma chi ha questa vettura ne sa di più di sicuro; sospetto solo che la modifica dei tiranti sterzo sopra accennata, nel caso di Alfa 147 e Alfa 156 ( forse anche Alfa GT ? ) potrebbe essere più significativa in meglio che intervenire sull'assetto; cioè, perchè mettersi a fare un assetto spaccaschiena, se ancora lo sterzo non è al suo massimo potenziale ? piacere di guida su strada o cronometro in pista, quale di queste due modifiche darebbe più soddisfazione :) ?
 
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bobkelso

Alfista Megalomane
20 Marzo 2008
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Lancia, Matra, Fiat, VW, Audi, Volvo, Renault, Peugeot, Opel, Ford, Jeep, LandRover
Correggo:

pare che la maggior parte delle 147 e 156 abbiano i tiranti assiali di sterzo con l'ammortizzatore in gomma, ma non tutte, potrebbe andare ad annate, da cui diversi pareri sulla precisione dello sterzo di queste vetture;

per capire se c'è o meno, occorre schiacciare a mano la cuffia a soffietto della scatola sterzo e sentire se all'interno c'è il cilindro largo che contiene l'ammortizzatore o un tirante più sottile

Tra i ricambi, i tiranti assiali di sterzo sono (quasi) tutti con l'ammortizzatore, peso circa 670gr.; se vengono sostituiti senza scegliere, è certo che verranno ordinati questi con l'ammortizzatore, considerati il ricambio standard per queste vetture

Invece scegliendo pare che si trovi ancora qualche tirante assiale di sterzo per 147-156 senza ammortizzatore, per avere la guida più precisa, ad es. forse l'economico ricambio "RST 92-05814", non fidandosi dell'immagine usata (che potrebbe essere una immagine generica) ma guardando al peso più leggero (430gr), dovrebbe essere il tipo rigido senza ammortizzatore, ed è ricambio compatibile uguale ad un primo equipaggiamento previsto di fabbrica, senza dover adattare i tiranti Mercedes, che sarebbero contestabile ai fini legali, o senza dover comprare dall'estero più costosi tiranti rigidi di kit sportivi come "Protex Rack End - RE1082"

Allo stesso modo cercando un po' pare si trovino tiranti rigidi, invece che i più diffusi con ammortizzatore, anche per Alfa 166

Ps.: paragonando i volumi dei cilindri ammortizzatori e assumendo che usino lo stesso elastomero:
- i tiranti con ammortizzati di Alfa 166 sembrano essere meno cedevoli di quelli di alfa 147 e 156 ( volume e costante elastica a spanne superiore di un buon +50% )
- i tiranti con ammortizzatore di Alfa 159 sembrano ancora meno cedevoli ( volume e costante elastica a spanne superiore di oltre +100% ),
questi valori di differenziano in proporzione più delle differenze di peso di queste vetture, è possibile che una minore precisione alla guida sulle vetture equipaggiate con i tiranti in versione con ammortizzatore potrebbe essere un aspetto più avvertibile in particolare sulle 147-156;
se ci si trova a revisionare questi tiranti, vale la pena pensare a quale tipo di tirante ordinare, se ammortizzato o il tipo rigido

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