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Convergenza
Quando l'auto è in movimento, la combinazione delle forze di trazione
e di attrito fra superficie stradale e battistrada tende a far "aprire"
o "chiudere" le ruote. Per ottenere una marcia rettilinea, quindi, le
ruote non devono essere, a vettura ferma, perfettamente parallele tra
loro ma, a seconda dei casi, leggermente convergenti o divergenti.
Guardando il veicolo dall'alto, si parla di convergenza (toe-in in
inglese) quando i piani longitudinali passanti per le ruote convergono e
si incontrano davanti al veicolo, mentre se l'incontro avviene dietro il
veicolo, si parla di convergenza negativa o, più comunemente, di
divergenza (toe-out); l'angolo viene misurato in gradi.
 Nello schema,
entrambe le ruote anteriori "tirano" la macchina di lato, anche se
l'effetto totale è nullo, dal momento che le forze in gioco sono uguali
ed opposte: in teoria la macchina non sbanda né a destra né a sinistra,
ma questa è una situazione instabile.
Supponiamo che la macchina incontri una piccola irregolarità del terreno
su un lato soltanto, oppure che le ruote siano leggermente sterzate, ciò
si tradurrà in un po' di carico in più su uno dei due pneumatici
anteriori, che quindi farà più presa sul terreno e potrà tirare la
macchina un pò dalla propria parte: il risultato è che una ruota tira
con più forza in una direzione, mentre la forza che agisce in direzione
opposta si è indebolita e, di conseguenza, le due forze non si
controbilanciano più, e si crea una risultante che fa curvare la
macchina.
Il guidatore può cercare di controsterzare ma, se la correzione non è
perfetta, ci ritroviamo daccapo nella stessa situazione, questa volta in
direzione opposta.La macchina avrà quindi la tendenza a sbandare da una
parte e dall'altra, o, nel peggiore dei casi, ad entrare in
oscillazione.
Se la divergenza delle ruote causa instabilità, non c'è motivo di
adottarla al retrotreno poichè renderebbe la macchina inguidabile.
Per quanto riguarda l'avantreno, invece, c'è l'effetto stabilizzante
dell'angolo di incidenza. E' per questo che talvolta le ruote anteriori
possono essere leggermente divergenti, purché la macchina abbia un
angolo di incidenza sufficiente a dare stabilità sui rettilinei.
L'effetto "instabilità" si farà comunque notare nell'inserimento in
curva, che risulterà più immediato ed aggressivo.
La convergenza delle ruote ha, invece, un effetto stabilizzante: tenderà
a far andare dritta la macchina. Viene adottata per lo più al retrotreno,
dove ne previene la tendenza a 'scappare' quando i pneumatici vengono
bruscamente portati ai limiti del cerchio di tenuta, e ogni irregolarità
del terreno può far loro perdere la presa. Il guidatore avrà la
sensazione che il posteriore sia "incollato alla strada", come se ci
fosse una forza invisibile che lo tiene in traiettoria.
Tuttavia ci sono degli svantaggi: la direzionalità in curva può
soffrirne parecchio, specie in quelle lente. L'effetto può arrivare ad
essere tale che la tenuta dell'avantreno è a malapena sufficiente a far
curvare la macchina. In altre parole, troppa convergenza al retrotreno
può tradursi in un effetto di sottosterzo.
Se le ruote anteriori sono convergenti, si ha sostanzialmente lo stesso
effetto stabilizzante; ciò può essere comodo per controllare le
accelerazioni, ma farà perdere direzionalità all'anteriore:
l'inserimento in curva sarà assai meno aggressivo.
Convergenza e divergenza hanno in comune un effetto: aumentano la
prontezza di reazione della macchina. Le forze opposte, per piccole che
siano normalmente, eliminano tutti i giochi della sospensione, e
pre-caricano lateralmente i pneumatici, deformandone leggermente la
carcassa. Ciò consente alla macchina di reagire più prontamente.
Lo svantaggio di un angolo accentuato di convergenza o divergenza sta
soprattutto nello spreco di energia (quindi perdita di velocità):
all'aumentare dell'angolo cresce lo slittamento dei pneumatici con
l'asfalto, quindi, quanto maggiore è il grip della pista, tanto maggiore
sarà la perdita. Inoltre, se l'angolazione delle ruote è pronunciata,
saranno altrettanto ampi gli angoli di slittamento, con conseguente
diminuzione della tenuta di strada persino in rettifilo.
 I valori
normalmente utilizzati vanno da -1.5 a +1.5 gradi all'anteriore, più di
così darebbe luogo a comportamenti strani, mentre al posteriore è comune
utilizzare da 0 a 3.5 gradi di convergenza, qualcosa meno per le
macchine on-road.
Lo sterzo deve avere un effetto autocentrante, per consentire al veicolo
di proseguire in linea retta quando non si intende intervenire sul
volante per modificarne la traiettoria.
Questo effetto si ottiene con un opportuno posizionamento dell'asse di
rotazione del fuso snodo (o del porta-mozzo) delle ruote anteriori. Se
questo asse venisse prolungato fino ad incontrare il terreno, il
contatto avverrebbe un pò più avanti della verticale condotta dal centro
del mozzo: la distanza al suolo tra questi due assi viene definita "avancorsa";
il termine è giustificato dal fatto che, considerando il senso di marcia
del veicolo, il punto di contatto viene a trovarsi davanti al centro
dell'area di impronta del pneumatico (un angolo di incidenza negativo,
solitamente, non viene mai usato).
 Per rendersi
conto dell'effetto dell'angolo di incidenza, chiamato anche angolo di
caster o semplicemente caster, basta pensare al comportamento delle
ruote girevoli di una sedia o di un carrello portavivande: queste ruote
tendono infatti ad orientarsi nel senso del movimento, poichè la
resistenza che incontrano durante il rotolamento agisce come coppia (la
spinta è applicata in un punto diverso dalla resistenza) che tende a
ri-allineare le ruote.
Un angolo di incidenza non nullo causerà un eccesso di campanatura delle
ruote anteriori quando vengono sterzate, facendo alzare l'avantreno. E'
questo innalzamento che dà alle ruote anteriori la tendenza a
raddrizzarsi spontaneamente quando non si applica forza allo sterzo: con
le ruote dritte il telaio sta all'altezza minima da terra, mentre per
sterzare bisogna applicare della forza, per alzare l'avantreno. Al venir
meno dell'azione sterzante, la forza di gravità riporterà le ruote nella
posizione originale. Questo effetto è tanto più pronunciato, quanto più
la macchina è pesante e l'angolo di incidenza è pronunciato. Inoltre, al
crescere dell'angolo di incidenza, cresce la differenza di campanatura
tra le ruote quando vengono sterzate. Questa differenza di campanatura
va a compensare l'inclinazione del telaio e la deformazione dei
pneumatici che si verificano in curva.
Un angolo di incidenza pronunciato aumenterà la direzionalità
all'inserimento in curva e nei curvoni veloci, in cui l'inclinazione del
telaio è più pronunciata. Aumenterà anche la stabilità su terreno
accidentato e la stabilità in rettilineo. Un angolo di incidenza poco
pronunciato, invece, migliorerà la direzonalità nelle curve lente e
ammorbidirà l'inserimento in curva.
Si noti che l'angolo di incidenza non è sempre costante: nelle macchine
con sospensioni a trapezio, in cui il braccio superiore non è parallelo
al triangolo inferiore, l'incidenza varierà con il movimento della
sospensione. Se il triangolo inferiore ha un'inclinazione orizzontale
minore rispetto al braccio superiore, l'angolo di incidenza diminuirà
con la compressione della sospensione, ad esempio in curva o in frenata.
Questo effetto è detto "incidenza reattiva".
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