I veicoli stanno diventando tecnologicamente più complessi, fisicamente più grandi e incredibilmente pesanti:Ti sto guardando, Hummer GMC . In parte ciò è dovuto all'aumento degli standard di sicurezza per il rischio di ribaltamento, i colpi compensati e la necessità di acciaio ad alta resistenza nella struttura dell'incidente del veicolo, ma la sicurezza non è l'unica causa. C'è anche l'abbondanza di offerte elettrificate che hanno aggiunto peso grazie ai sistemi di batterie densi.
Indipendentemente dal motivo alla base di questa tendenza all'aumento, il risultato è lo stesso:maneggevolezza scadente. Il peso e le dimensioni rendono i cambi di direzione terribilmente lenti. Mi viene in mente il vecchio adagio della difficoltà nel correggere la rotta di una nave. I consumatori, tuttavia, richiedono ancora la maneggevolezza delle auto sportive dalle loro Rolls-Royce Cullinan da 6.000 libbre, motivo per cui le quattro ruote sterzanti sono diventate rapidamente uno dei pilastri meccanici del mondo automobilistico.
Il termine quattro ruote sterzanti ha alcune variazioni, come la sterzatura integrale e la sterzatura posteriore (come nell'ultimo annuncio di Cybertruck di Tesla). Con così tanti termini e persino nomi di marchi che fluttuano là fuori, può creare molta confusione per la persona media che sfoglia l'ultima brochure Porsche.
Per fare meglio luce sulla sterzatura posteriore, inventata nel 1893, The Drive's La sezione Guide &Gear mette insieme la spiegazione definitiva sui sistemi di sterzo a quattro ruote, come funzionano, chi li produce e come influenzano le prestazioni della tua corsa. Diamoci da fare.
Lo sterzo della ruota posteriore è un meccanismo che, quando si gira il volante, aziona gli angoli delle ruote posteriori e le fa girare in tandem con le ruote anteriori o nella direzione opposta per aumentare meglio l'agilità a bassa o alta velocità di un veicolo.
Tra poco parleremo dei diversi tipi di sistemi di sterzo delle ruote posteriori, ma la premessa generale di questi sistemi è l'utilizzo di una serie di attuatori idraulici o elettrici per cambiare la convergenza delle ruote posteriori.
La convergenza si riferisce all'angolo in cui una ruota è puntata all'interno o all'esterno dell'auto, da cui i termini "convergenza" e "convergenza". Toe può anche essere descritto come negativo e positivo. Nella maggior parte delle situazioni, la convergenza si riferisce alle ruote anteriori di un'auto e, a seconda che entrambe le ruote siano rivolte verso l'interno o verso l'esterno, influisce sulla stabilità dell'auto alle alte velocità (convergenza) o sull'agilità alle basse velocità (convergenza).
Nello sterzo della ruota posteriore, il sistema del veicolo cambia la convergenza di entrambe le ruote posteriori in tandem, il che significa che le ruote posteriori si muovono a destra o a sinistra all'unisono in modo che siano puntate nella stessa direzione. Questo è l'esatto opposto di come funziona la convergenza sulle ruote anteriori di un veicolo.
Sebbene ogni sistema sia unico, il movimento risultante dagli pneumatici posteriori nelle quattro ruote sterzanti è esattamente lo stesso su diversi sistemi. Quando il guidatore gira il volante a basse velocità, le ruote anteriori girano nel senso di marcia mentre le ruote posteriori girano in senso opposto, riducendo di fatto il raggio di sterzata della vettura. Ciò rende le manovre a bassa velocità più rapide e facili.
Lo sterzo a velocità più elevate fa girare entrambe le ruote anteriori e posteriori nella stessa direzione per una maggiore stabilità alle alte velocità. Ciò significa che nel mondo delle prestazioni puoi tenere un veicolo lungo e un po' pesante come una Porsche Panamera al passo con un'auto sportiva con un passo più corto come una Porsche 911.
Questi sistemi offrono anche ai veicoli più grandi e pesanti prestazioni migliori di quelle che avrebbero se solo le ruote anteriori girassero. Questo si vede in esempi come la Lamborghini Urus, la Bentley Flying Spur e la Mercedes-Benz Classe S.
Diversi produttori hanno soluzioni diverse per lo sterzo della ruota posteriore, sebbene servano tutti gli stessi scopi. Alcuni si affidano a sistemi esclusivamente meccanici, come il vecchio sistema HICAS (High-Capacity Actively Controlled Steering) di Nissan, mentre la maggior parte utilizza versioni elettromeccaniche, come il sistema Dynamic All-Wheel Steering di Audi, il Rear-Axle Steering di Porsche e l'Active Sistemi di controllo cinematico (AKC) forniti da ZF a produttori come Ferrari e Cadillac.
Anche in questo caso, questi due sistemi funzionano in modo praticamente identico modificando la convergenza delle ruote posteriori verso l'interno o verso l'esterno, ma differiscono su ciò che li aziona. In un sistema meccanico come l'HICAS di Nissan, che non è stato utilizzato nelle Nissan dalla generazione R34 GT-R o in Infinitis dal G37, l'idraulica alimentata dalla pompa del servosterzo è stata utilizzata per azionare le ruote. I sensori di velocità verrebbero quindi utilizzati per determinare in che modo sterzano le ruote posteriori e quanto. Il Prelude Si 4WS di Honda aveva un sistema simile.
I sistemi sterzanti elettromeccanici a quattro ruote sono ora molto più comuni e più avanzati rispetto alle versioni precedenti. Controllati dalla ECU dell'auto e da una serie di sensori lungo la sua trasmissione, gli odierni sistemi di sterzo a quattro ruote offrono posizionamento, angoli e capacità delle ruote molto più precisi rispetto ai loro predecessori.
Sebbene il risultato di base sia lo stesso, i produttori differiscono anche per l'angolo di sterzata consentito dalle ruote posteriori, che vanno da 1 a 15 gradi.
Ecco la genesi delle quattro ruote sterzanti nel popolare zeitgeist, l'O.G. auto sportive a quattro ruote sterzanti.
Sebbene il sistema HICAS di Nissan sia noto per il suo utilizzo nella piattaforma Skyline GT-R, non è stato il primo a ottenerlo. Il sistema è stato mostrato per la prima volta nel 1985, ma la sua prima applicazione pratica è stata sulla Skyline GTS del 1986.
HICAS è stato sviluppato in Nissan dal padre della Skyline, Shin'ichiro Sakurai. L'ingegnere capo ha lavorato per Prince prima che fosse incorporato in Nissan ed è stato fortemente coinvolto nella selvaggia R380. Era anche famoso per il suo modo con le parole. Questo vale per la sua descrizione di come ha immaginato HICAS.
Naganori Ito, la persona che Sakurai ha scelto per succedergli, una volta ha descritto ciò che il suo mentore voleva dal sistema HICA:
“La filosofia di base della Skyline è quella di offrire affidabilità e prestazioni di guida eccezionali. L'ideale è un'auto assolutamente fedele alle intenzioni del guidatore. È lo stesso che un cavallo e un cavaliere diventano uno quando il cavaliere è in groppa al cavallo e il cavallo è in movimento. Un cavallo genera propulsione spingendo con le zampe posteriori e applicando una coppia per spostarsi in avanti. È abbastanza naturale. Questo è un buon esempio del sistema di trazione posteriore nelle auto. Ma se osservi più da vicino il movimento di un cavallo, vedi che si spinge anche da terra con le zampe anteriori e controlla anche la direzione del suo movimento con le zampe posteriori. Per duplicare questo, le auto hanno bisogno di sistemi a quattro ruote motrici e a quattro ruote sterzanti. Queste sono le funzioni dei sistemi ATTESA e HICAS.”
Nissan spiega come funziona HICA in questo modo:
“Le versioni precedenti di HICAS utilizzavano l'idraulica per sterzare le ruote posteriori. L'impianto idraulico era azionato dalla pompa del servosterzo e utilizzava sensori di velocità per determinare quanto e in quale direzione sterzare le ruote posteriori. Le versioni successive, denominate Super HICAS, passarono a un attuatore elettrico per la cremagliera dello sterzo posteriore, rendendo il sistema molto più leggero. Il Super HICAS utilizza l'input da un sensore di velocità e un sensore di angolo del volante attraverso il computer HICAS del sistema per determinare la velocità con cui stai entrando in curva e regola l'angolo delle ruote posteriori in base alle condizioni di guida. Lo sterzo della ruota posteriore HICAS e Super HICAS è limitato a circa un grado in entrambe le direzioni."
Oltre alle Skyline, anche la generazione Z32 di Nissan 300ZX, 180SX e 240SX, così come la M35, M45, Q45 e Q37 di Infiniti erano equipaggiate con HICAS e Super HICAS.
Il Prelude Si 4WS non è esattamente qualcosa che penseresti che la Honda avrebbe tirato fuori alla fine degli anni '80. Ripensandoci, se consideri che gran parte di quel periodo era al neon prodotto da Escobar, allora una calda quattro porte basata su un'auto economica con sterzatura integrale ha tutto il senso del mondo.
La premessa di base del sistema a quattro ruote sterzanti del Prelude Si 4WS è nata dal desiderio di Honda di "spingere la maneggevolezza e la manovrabilità dell'automobile in una nuova dimensione". Honda ha iniziato a sviluppare il sistema 4WS di Prelude nel 1977, che ha prodotto un sistema di sterzo a quattro ruote dipendente dall'angolo di sterzata. Puramente un sistema meccanico, le quattro ruote sterzanti della Prelude utilizzavano due cambi sterzanti, uno anteriore e uno posteriore con un albero centrale che collegava meccanicamente i due.
Honda ha inviato il comunicato stampa originale di Prelude Si 4WS, che conteneva una descrizione dettagliata di come funzionava il sistema.
"Quando il guidatore gira il volante, il meccanismo a cremagliera nel cambio dello sterzo anteriore fa muovere lateralmente la cremagliera", secondo il comunicato. “Questa corsa a cremagliera guida le ruote anteriori. Allo stesso tempo, fa ruotare un albero del pignone di uscita tramite un'altra cremagliera e pignone alloggiati all'interno del cambio. Questo albero del pignone di uscita trasmette la rotazione del volante al cambio dello sterzo posteriore tramite l'albero centrale. Un'asta della corsa all'interno del cambio sterzante posteriore si muove in direzione assiale per sterzare le ruote posteriori tramite i tiranti."
Il modo in cui ha funzionato in relazione alla velocità dell'auto è ancora più selvaggio.
"Per gli input del volante inferiori a circa 140 gradi dalla posizione di marcia rettilinea, la corsa di uscita si sposta in una direzione", afferma il rilascio. “Per angoli maggiori di quello, la corsa e il movimento relativo nella parte posteriore diminuiscono gradualmente e dolcemente e alla fine girano nella direzione opposta. Pertanto, il cambio posteriore dello sterzo contiene un meccanismo che inverte progressivamente la direzione dell'uscita in risposta all'entità dell'input dello sterzo. "
Honda aggiunge:“Meccanicamente, quando il volante viene inizialmente allontanato dalla posizione di marcia rettilinea, le ruote posteriori sterzano nella stessa direzione delle ruote anteriori. Ma, quando l'input di sterzata viene aumentato e la ruota viene girata di un valore superiore a quello specificato, circa 240 gradi, le ruote posteriori iniziano a sterzare nella direzione opposta."
Quando Road &Track testato il Prelude Si 4WS nel 1987, in realtà ha superato una Porsche e una Ferrari in un test di slalom. Il sistema 4WS di Honda nel Prelude è andato avanti nelle due generazioni successive, sebbene l'ultima generazione del Prelude fosse un'opzione solo per il Giappone e solo nei modelli Si e SiR.
Sebbene conosciamo solo la potente Mitsubishi 3000GT VR-4 negli Stati Uniti, il suo lignaggio GTO solo in Giappone può essere fatto risalire al Galant VR-4 e all'introduzione del sistema Dynamic Four di Mitsubishi. A differenza di altri qui, il Dynamic Four di Mitsubishi non era un sistema solitario, includeva anche quattro ruote motrici, quattro ruote sterzanti, sospensioni indipendenti a quattro ruote e ABS a quattro ruote, da cui il nome.
Lanciato nel 1987, il Galant VR-4 è stata la genesi non solo della 3000GT ma anche dell'onnipotente Lancer Evolution. E questa vettura da rally prototipo non solo ha generato Dynamic Four ma anche Active ECS per i modelli a due ruote motrici, il primo sistema di sospensioni attive sul mercato. Mitsubishi ha visto i due come facce opposte della stessa medaglia e ha etichettato l'ombrello come Active Footwork System, che è un ottimo nome per una serie di sistemi.
Secondo il comunicato stampa originale della Galant:“L'Active Footwork System adottato questa volta per la Galant è un nome generico per Active Four (modelli a quattro ruote motrici) e Active ECS (due ruote motrici), che consistono principalmente nella seguendo i sistemi di sospensione per creare più spazio per la guida dalle basse alle alte velocità e per facilitare la guida stessa nell'era delle alte prestazioni. Si tratta di un nuovo sistema rivoluzionario che migliora ulteriormente le prestazioni dinamiche del veicolo in termini di accelerazione, sterzata e frenata aumentando l'aderenza tra ogni pneumatico e la superficie stradale."
Per quanto riguarda il sistema a quattro ruote sterzanti, secondo il comunicato, si tratta di un sistema completamente idraulico sensibile alla velocità del veicolo e alla forza sterzante per migliorare ulteriormente la risposta dello sterzo nella gamma di velocità medio-alte. Come funziona è attraverso la pressione idraulica inviata ai giunti del braccio longitudinale della sospensione posteriore fino a 1,5 gradi, sebbene ciò dipenda dalla forza dello sterzo e dalla velocità del veicolo di oltre 50 km/h.
Tre anni dopo, Mitsubishi ha introdotto la 3000GT (GTO in Giappone) con Active Footwork System e lo slogan "The GTO. Progettato per consentire ai conducenti di tutte le abilità di godere dei suoi elevati livelli di prestazioni, in modo sicuro, divertente e secondo la loro fantasia."
Secondo il comunicato stampa giapponese originale della GTO, il sistema a quattro ruote sterzanti funzionava come tale:"Un attuatore idraulico è collegato a un giunto intermedio all'estremità del braccio longitudinale. L'attuatore è regolato da una pompa della ruota posteriore sterzante collegata al circuito idraulico del servosterzo della ruota anteriore, in modo che l'angolo di sterzata della ruota posteriore sia proporzionale allo sforzo di sterzata della ruota anteriore. L'angolo di sterzata della ruota posteriore è proporzionale alla velocità del veicolo perché la pompa dello sterzo della ruota posteriore fornisce olio in quantità relative alla velocità di rotazione delle ruote posteriori."
Abbinata a un V-6 aspirato o a un V-6 biturbo nella 3000GT VR-4, l'auto sportiva 2+2 è stata costruita per competere con la Skyline GT-R, Supra e RX-7 e inoltre è venuto con l'aerodinamica attiva sia davanti che dietro. L'uscita della 3000GT/GTO è avvenuta anche durante il periodo del "gentleman's agreement" delle auto sportive giapponesi, il che significava che le auto performanti erano limitate a circa 276 cavalli, almeno sulla carta. Un numero più preciso per la 3000GT VR-4, tuttavia, era probabilmente 300-350 cavalli.
La cosa interessante è che sebbene alcuni di questi sistemi siano stati trasferiti al sistema Super All-Wheel Control (S-AWC) per la Mitsubishi Lancer Evolution, il diretto discendente del Galant VR-4, non ha portato i quattro sistema di guida del volante - né il Pajero Evo.
Il Quadrasteer della General Motors è sicuramente la stravaganza del gruppo, ma merita un po' di attenzione come prima applicazione ai camioncini a grandezza naturale. Sfortunatamente per GM, non è durato a lungo.
I camion negli Stati Uniti sono un grande affare. Potrebbe essere l'eufemismo del decennio, ma la quantità di ricerca e sviluppo spesa per aumentare la concorrenza è sfrenata. Tutto è sul tavolo in termini di ciò che i produttori possono offrire ai propri consumatori per attirarli lontano da altre marche e modelli. Nel 2002, GM divenne ossessionata dall'idea che le quattro ruote sterzanti fossero la prossima grande novità. Benvenuto in Quadrasteer.
Nel comunicato stampa originale del 2002, GM afferma:“La General Motors ha preso il comando del settore offrendo per la prima volta il sistema a quattro ruote sterzanti Quadrasteer in un autocarro a grandezza naturale. L'innovativo sistema, che rende la guida di un autocarro più sicura, più facile e più conveniente, debutterà sul pick-up full-size GMC Sierra Denali nel quarto trimestre del 2002. Quadrasteer segna una pietra miliare nella manovrabilità e nel controllo degli autocarri a grandezza naturale. È un sistema elettromeccanico che fa girare le ruote posteriori della Sierra Denali (fino a 12 gradi) rispetto alle ruote anteriori, con conseguente manovrabilità alle basse velocità e stabilità alle alte velocità senza precedenti."
A differenza di altri sistemi di sterzo a quattro ruote, GM era selezionabile, consentendo la solita ruota anteriore sterzante e quattro ruote sterzanti. Insieme a queste modalità, GM includeva anche una modalità di traino a quattro ruote sterzanti, tutte azionate da una serie di pulsanti sul cruscotto. Secondo tale versione, "Quadrasteer funziona rilevando l'input di sterzata desiderato del guidatore tramite un sensore di posizione del volante. Queste informazioni vengono inviate a un microprocessore che determina gli angoli della ruota posteriore appropriati, in base all'input dello sterzo e alla velocità del veicolo. Il microprocessore trasmette i suoi dati a un motore elettrico che, sulla base di algoritmi, aziona la cremagliera dello sterzo posteriore tramite un ingranaggio epicicloidale. Se viene rilevato un guasto del sistema, i meccanismi di sicurezza di Quadrasteer tornano alla sterzatura su due ruote."
Nonostante i vantaggi delle quattro ruote sterzanti su un autocarro a grandezza naturale, GM ha interrotto il programma dopo il 2005. Solo GMC Sierra, Sierra Denali e Yukon, così come Chevrolet Silverado e Suburban, potevano essere equipaggiati con Quadrasteer, che costava $ 5.600 al lancio, anche se è stato ridotto a $ 1.000 prima che il programma fosse interrotto.
Come puoi immaginare, dati i vantaggi della sterzatura della ruota posteriore nelle auto pesanti, la maggior parte dei produttori offre una qualche forma di sterzatura della ruota posteriore. Tuttavia, non esistono due sistemi uguali, né hanno la stessa designazione.
Per capire meglio i sistemi, ecco i produttori che li offrono e come si chiamano.
Questo è un argomento che è meglio illustrato in forma di video poiché i sistemi di sterzo delle ruote posteriori sono complicati pezzi di tecnologia. Eccone uno del nostro amico, Jason Fenske di Engineering Explained.
Hai delle domande. Il Drive ha risposte.
R: La trazione integrale è quando la potenza del veicolo può essere inviata a tutte e quattro le ruote, in una certa misura. Lo sterzo integrale è un sistema che consente alle quattro ruote della tua auto di girare.
R: È. Questi sistemi migliorano la stabilità e l'agilità sia alle basse che alle alte velocità, quindi sono sempre attivi per aiutare le prestazioni e il funzionamento della tua auto. Rad.
R: Il primo vero sistema a quattro ruote sterzanti fu sviluppato nel 1893 dall'ingegnere britannico Joseph Diplock. Ha brevettato la prima trazione integrale, il sistema a quattro ruote sterzanti e il volante a pedalata assistita.
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