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Angoli e curve, come cambia la dinamica di guida

16 maggio 2017
di Max Glaskin
Angoli e curve, come cambia la dinamica di guida
La geometria del telaio influenza il comportamento della bici, ma è davvero possibile prevedere come si guida dalle quote ciclistiche?

Foto Danny Bird

Quando nella guida applichiamo una forza sul manubrio, la reazione della bici dipende dalla geometria della ciclistica. Questo legame tra geometria e dinamica è molto complesso, tanto che ci è voluto un secolo per comprenderlo, ma Arend Schwab, un professore della Technical University di Delft, Paesi Bassi, appartiene a una squadra di fisici che sostiene di avere finalmente risolto il problema nel 2011. "Nella nostra equazione - svela a Cyclist - ci sono 27 variabili, che includono gli angoli dei tubi del telaio, l'angolo di inclinazione del cannotto, l'avanzamento della forcella, l'altezza del movimento centrale e il centro di gravità. Cambiando solo uno di questi elementi si modifica il comportamento della bici".
Decenni di esperienza hanno portato telaisti a identificare una geometria valida in generale per le bici da strada, che centra il miglior compromesso tra comfort, efficienza e maneggevolezza. Di conseguenza oggi la maggior parte delle modifiche per il controllo della dinamica sono realizzate ritoccando l'angolo del cannotto di sterzo e l'offset della forcella (o rake, in sostanza, l'avanzamento delle punte della forcella rispetto alla linea dello sterzo), elementi che determinano l'avancorsa (queste misure si comprendono subito osservando il disegno che pubblichiamo). Per avere un'idea di come si calcola: immaginate un fascio di luce che passa attraverso il tubo di sterzo, andrà a colpire il terreno a monte del punto in cui il pneumatico anteriore tocca il suolo. La distanza tra questi due punti è l'avancorsa, ed è uno dei parametri fondamentali che determinano il comportamento della bicicletta.
"L'avancorsa influisce sulla stabilità - spiega il tecnico Richard Craddock della fabbrica di telai in carbonio Craddock di Bromsgrove, Inghilterra -. Tutte le biciclette sono più stabili all'aumentare della velocità, ma più ampia è l'avancorsa e più è facile stare in equilibrio. Ma non si può esagerare, perché all'aumentare del valore aumenta l'oscillazione quando si pedala fuorisella, ed è necessario uno sforzo maggiore quando si affronta una curva".
Su questo punto interviene Anders Annerstedt, della lussemburghese Rolo Bikes: "In curva è più difficile seguire la traiettoria ideale con una bici dall'avancorsa accentuata, e in un tornante può capitare di dover eseguire più correzioni. Inoltre occorre applicare uno sforzo maggiore sul manubrio, perché la geometria tende a mantenere la bici nella traiettoria esistente".
Con un'avancorsa contenuta, aggiunge, non si deve sprecare energia per eseguire queste correzioni, e le variazioni di traiettoria avvengono più velocemente; nei suoi progetti la sceglie per ottimizzare la maneggevolezza della bici, ma facendo anche attenzione ad assicurare la stabilità a bassa velocità.
Visto che l'avancorsa determina il carattere della bici, il valore va scelto in base alla destinazione d'uso: in un modello da turismo è preferibile garantire un comportamento stabile e prevedibile, quindi si sceglierà un'avancorsa importante. Al contrario, in una bici da corsa, è più importante assicurare reazioni rapide e facilità di esecuzione nelle curve strette, in questo caso il valore sarà contenuto.
Il valore dell'avancorsa si modifica principalmente lavorando in due modi: cambiando l'angolo di inclinazione del tubo sterzo o regolando l'offset della forcella. Il valore si riduce rendendo il tubo di sterzo più verticale, aumentando il rake; il progettista interverrà su uno, sull'altro o su entrambi a seconda delle esigenze.
Su strada i ciclisti propendono per una bici maneggevole, obiettivo che si ottiene con un'avancorsa di 50-60 millimetri. Questo valore si può ottenere con un angolo del tubo di sterzo di 73° e con un rake di 45 millimetri; se si conoscono due delle tre variabili è possibile calcolare il terzo sul sito bikecad.ca. Si tratta di valori indicativi, e comunque molti telaisti sono restii a divulgare le cifre precise.

Pesi e misure

Nel caso delle bici di taglia piccola c'è una complicazione in più. A volte non è possibile scegliere un valore dell'avancorsa contenuto perché la ruota anteriore si avvicinerebbe troppo al movimento centrale, correndo il rischio di interferire con i piedi; per evitare questo inconveniente si può aprire maggiormente l'angolo del tubo di sterzo, oppure aumentare l'offset. Queste modifiche, per quanto detto, potrebbero però limitare la maneggevolezza, a meno che non si intervenga su altri parametri. Infatti fortunatamente - o purtroppo, perché aumenta la complicazione del progetto del telaio e non basta valutare l'avancorsa per intuire la dinamica di una bici, perché è influenzata anche da altri fattori. Secondo alcuni telaisti i successivi due importanti elementi sono l'altezza del movimento centrale e l'interasse; a questi seguono la lunghezza dello stelo, la larghezza del manubrio, il tipo di ruote e di pneumatici. Ruote e pneumatici più pesanti, per esempio, hanno maggiore inerzia e richiedono quindi uno sforzo maggiore sul manubrio.
Il comportamento di una bici dipende anche dalla rigidità del telaio e della forcella, questo significa che le forme dei tubi e i materiali giocano un ruolo importante. "La scelta di forme e materiali - afferma Tim Hartung, progettista della Trek - permette a un progettista di ottenere caratteristiche diverse a parità di geometria. E in questo tema i materiali compositi hanno un grande vantaggio rispetto a quelli isotropi come l'acciaio e l'alluminio". Ad Hartung piace come il carbonio gli permette di ottimizzare la rigidità, controllando gli spessori, le forme e le sezioni dei tubi.
Anche gli ultimi sviluppi tecnologici, come i freni a disco sulla bici da strada, hanno un effetto sulla dinamica. Come afferma Hartung: "In genere i perni delle ruote con i freni a disco, comunemente di 12-15 millimetri, sono più spessi rispetto allo sgancio rapido standard, e così si crea un collegamento più rigido tra il telaio e la ruota posteriore che può causare situazioni in cui le ruote non sono sincronizzate tra loro; la posteriore e il telaio tendono a rimanere nello stesso piano, mentre l'anteriore è più libera di muoversi poiché la forcella flette. Questa difformità può essere controproducente quando si cerca di mantenere una linea ideale in curva, oppure quando si usa un controsterzo per correggere una sbandata. Un'eccessiva rigidità potrebbe anche compromettere l'impronta a terra del pneumatico, oppure costringere a correggere la traiettoria con un colpo di freni".
Hartung aggiunge: "Nessuno di questi casi è augurabile in gara, quando si viaggia ad alta velocità. C'è comunque da tener presente che questi effetti indesiderati possono essere notati solo da ciclisti d'elite, e che alcuni di essi possono essere attenuati semplicemente modificando i parametri di rigidità del telaio". Non importa quale sia la geometria scelta e la rigidità definita, ci sarà sempre una variabile che il progettista non potrà mai prevedere con precisione: il ciclista.
 

L'articolo completo è stato pubblicato sul numero 2 di Cyclist

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