L'interazione tra ciclista e bicicletta è un complesso equilibrio di forze e geometrie. Tra le misure che determinano le dimensioni e il comportamento della bicicletta, è fondamentale conoscere l’angolo di sterzo, l’avancorsa e il rake della forcella. Questi tre parametri, infatti, hanno un'influenza diretta sulla maneggevolezza del mezzo e sulla risposta in ogni condizione, sia essa in discesa, in salita o su terreni tecnici. Analizziamo quindi nel dettaglio l'angolo di sterzo, l'avancorsa e il rake di forcella, parametri che, seppur spesso nominati, non sempre sono compresi appieno nella loro importanza.
Angolo di Sterzo: L'Inclinazione che Definisce la Reattività
Con il termine “angolo di sterzo” si identifica l’inclinazione del cannotto di sterzo rispetto al terreno. L’angolo viene misurato prolungando l’asse di sterzo a terra e quindi verificando la gradazione che si va a formare con il terreno. In base all’inclinazione, si potrà parlare di angolo di sterzo chiuso o aperto. Solitamente i valori dell’angolo di sterzo variano tra i 71,5° e i 74,5°.
Questo valore ha un’influenza diretta sulla maneggevolezza e la stabilità della bici, poiché per prima cosa definisce il passo ruota, ovvero la distanza tra i mozzi. Infatti, una bici con un passo ruota più lungo tenderà a essere più stabile ma anche più pigra, mentre una con mozzi più vicini avrà maggiore reattività ma, di contro, potrebbe apparire “nervosa” da pedalare. Quindi, una bici con un angolo di sterzo più alto (con cannotto sterzo più verticale) tenderà a essere più reattiva, mentre una con angolo di sterzo più basso (con cannotto di sterzo più inclinato) sarà più maneggevole.
L’angolo di sterzo, chiamato in inglese "head angle" (HTA), è uno dei parametri più importanti nella valutazione delle geometrie e delle caratteristiche di un telaio. Si traccia una linea che attraversa l’asse della scatola sterzo del telaio (o, se si preferisce, poiché sono paralleli, la linea che attraversa l’asse degli steli, è lo stesso) e la si prolunga fino al terreno.
Un angolo di sterzo "più aperto" può influire positivamente sulla stabilità della bici, rendendola più facile da guidare, più docile. Un angolo di sterzo più chiuso rende invece la bici più nervosa e reattiva, adatta per curve e cambi di direzione veloci ma meno stabile su percorsi molto tecnici.
Per quanto riguarda la guidabilità, il parametro che influenza la stabilità della bicicletta è l’avancorsa o trail, parametro che è influenzato da angolo di sterzo e rake. Poiché, come abbiamo detto, nelle forcelle moderne il rake è praticamente sempre costante, ne consegue quindi che l’unico fattore che influenza il trail sia l’angolo di sterzo. Dal punto di vista pratico, un’avancorsa o trail maggiore determina una maggior stabilità della nostra bicicletta.
Vediamo ora, per maggior chiarezza, di elencare le caratteristiche di una bicicletta con angolo di sterzo chiuso o aperto:
Angolo di sterzo aperto: La bicicletta risulterà particolarmente stabile sul veloce e tenderà a mantenere la sua direzionalità sia sul compatto che sui tratti più scassati. Poiché la forcella è più orizzontale, sarà inoltre garantito un miglior assorbimento degli ostacoli in quanto la componente di sollecitazione che segue l’asse della forcella sarà maggiore. La bici tenderà ad impuntarsi di meno, grazie anche al maggiore avanzamento del punto di contatto della ruota con il terreno. Di contro, l’angolo di sterzo aperto riduce la maneggevolezza della bici in curva, in particolare nei tratti molto guidati. La bici risulta più pigra nei cambi di direzione e la guida risulta più fisica. In salita, invece, il maggior avanzamento della ruota anteriore farà sì che il peso sia maggiormente distribuito sulla ruota posteriore. Il momento ribaltante invece rimane inalterato (non è vero che una bici con angolo di sterzo aperto si impenna più facilmente di una con angolo di sterzo chiuso, anzi). Un angolo di sterzo molto aperto, come 63-64°, rende la bici più stabile alle alte velocità e più sicura sulle discese ripide, ma meno agile nei cambi di direzione.
Angolo di sterzo chiuso: L’angolo di sterzo chiuso ottimizza la maneggevolezza della bici nel guidato e nello stretto, ma di contro aumenta il rischio di impunto. La bici risulta meno stabile sul veloce e sullo scassato, dove la ruota tende a “sbacchettare” perdendo direzionalità. La sensazione sarà quindi di una bici nervosa, molto reattiva nei cambi di direzione ma non in grado di trasmettere sicurezza sul veloce e sullo scassato. L’assorbimento degli ostacoli, a causa della forcella più verticale, sarà minore, per il fatto che la componente di sollecitazione che si scarica lungo l’asse della forcella sarà minore. In salita, l’angolo di sterzo più chiuso e il conseguente minore avanzamento del punto di contatto della ruota anteriore faranno sì che il peso sia meglio distribuito tra ruota anteriore e posteriore. Un angolo di sterzo più chiuso, come 68-70°, rende la bici più nervosa e reattiva, adatta per curve e cambi di direzione veloci ma meno stabile su percorsi molto tecnici.
L'HTA non può essere regolato in quanto è una caratteristica intrinseca del telaio, sebbene esistano sul mercato forcelle con sistemi di regolazione dell'HTA tramite pistoni o cunei interni (come il Cane Creek AngleSet). Per misurare con precisione l'HTA, serve un goniometro digitale.
Rake di Forcella: La Curva che Influenza la Stabilità
Il rake (o curva, altresì detto “offset”) di forcella, indica la distanza tra l’asse del tubo sterzo e l’asse del mozzo anteriore. Questa distanza non è mai pari a zero (a parte alcuni casi particolari), perché i forcellini si trovano sempre più avanzati rispetto al tubo forcella. Il rake di forcella influenza anch’esso la maneggevolezza della bici, poiché sposta le masse davanti o dietro all’asse di sterzo. Di solito il rake di forcella viene limitato tra i 40 e i 55mm.
Uno dei pionieri della MTB, Gary Fisher, sosteneva che per avere una bici maneggevole e stabile al tempo stesso occorresse aprire l’angolo di sterzo (valore in gradi più basso) e aumentare il rake della forcella. Con l’avvento delle ruote da 29″ si poneva il problema di rendere più maneggevoli le ruote grandi, farle girare cioè più facilmente. Rimaneva, tuttavia, il fatto che un rake maggiore, anche se diminuisce il trail e favorisce la maneggevolezza, aumenta il passo della bici e quindi riduce la guidabilità del mezzo sui sentieri stretti.
In pratica, la differenza che si vede chiara nelle forcelle classiche in acciaio, che nella parte alta sono dritte mentre nel finale curvano per andare ad accogliere la ruota anteriore. I fattori che lo vanno ad influenzare sono il diametro della ruota e l’altezza della forcella. Possiamo dire che esistono dati quasi standardizzati. Per esempio, nelle bici da corsa la stragrande maggioranza di forcelle si attesta ad un rake di 45 mm. Anche nel mountain bike non ci sono grandissime differenze.
Possiamo dire che esistono dati quasi standardizzati. Per esempio, nelle bici da corsa la stragrande maggioranza di forcelle si attesta ad un rake di 45 mm. Anche nel mountain bike non ci sono grandissime differenze.
Avancorsa: La Distanza Chiave per l'Equilibrio
Con il termine avancorsa (in inglese “fork trail”) si identifica la distanza tra il prolungamento a terra dell’asse di sterzo (che segue l’angolo del tubo sterzo) e il punto di contatto dello pneumatico con il terreno.
Anche l’avancorsa ha un impatto sulla maneggevolezza e sulla stabilità della bicicletta. Più è alto il valore di avancorsa, più la ruota tende a stabilizzarsi, ma di contro la bici tende a essere più pigra nei cambi di velocità. Al contrario, se l’avancorsa è ridotto, migliora la reattività della bici sul tecnico e sui cambi di direzione repentini, ma la guidabilità del mezzo è più difficile e richiede una maggiore capacità di controllo da parte del ciclista. Il range di valori di avancorsa più utilizzato è tra i 50mm e i 65mm e il valore ottimale è solitamente quello di 57mm.
L’avancorsa altro non è che un calcolo matematico che dà un risultato in base a rake ed angolo di sterzo. Parliamo della differenza fra la proiezione a terra dell’angolo di sterzo, allungandolo con una linea immaginaria fino a terra, con la verticale del centro del mozzo della ruota. In pratica, se aumentiamo il rake, aumentiamo anche l’avancorsa. Se apriamo di più l’angolo di sterzo, aumentiamo l’avancorsa. Sembra facile pensare che più allunghiamo l’avancorsa e più avremo stabilità, mentre accorciandolo avremo più reattività.
In realtà, come già detto, ci sono altri fattori che modificano la guida della bici. Si è parlato di pneumatici. Possiamo aggiungere la pendenza del terreno. Per esempio, per una mountain bike trail, progetteremo uno sterzo non solo in grado di accogliere una forcella più alta, ma anche in grado di adattarsi perfettamente a discese molto ripide. L’escursione della forcella è chiaramente una variabile fondamentale in caso di bici ammortizzate. Un altro fattore determinante è il bilanciamento del peso del ciclista.
Aumentando i dati di avancorsa verso una maggiore stabilità, infatti, aumenta parallelamente anche la differenza di lunghezza fra movimento centrale e mozzo anteriore. A queste variabili che incidono sulla guida, che già di per sé non sono poche, vanno aggiunti alcuni dati che spesso richiedono la costruzione di telai personalizzati. Parliamo per esempio di bici di misura molto piccola, dove il calcolo per produrre la bici più guidabile collima con un problema non da poco: la ruota anteriore che va ad impattare sulla punta dei piedi del ciclista.
Rapporto tra Angolo di Sterzo, Avancorsa e Rake di Forcella: Un Equilibrio Dinamico
I tre valori sono decisamente interdipendenti tra loro. Il valore ideale di trail, tra i 56 e i 58mm, si ottiene per esempio con un angolo sterzo da 73° e un rake di forcella da 43mm.
Se si riducesse il rake (mantenendo inalterato l’angolo di sterzo), si aumenterebbe l’avancorsa, donando maggior stabilità alla bici. Tenendo invariato il rake di forcella ma riducendo l’angolo di sterzo (con cannotto più verticale) si ridurrebbe l’avancorsa, rendendo la bici più reattiva.
Spesso le forcelle sono proposte con rake di commercio definiti, quindi i telaisti e i progettisti devono lavorare sull’angolo di sterzo per donare stabilità o reattività alle biciclette. Lo stesso modello di bicicletta, infatti, utilizzando la medesima forcella, avrebbe una diversa risposta dello sterzo solo al variare dell’angolo di inclinazione del cannotto. Per questo è un errore comune definire la reattività di una bici solo valutando il rake di forcella o l’angolo sterzo, poiché entrambi sono decisamente concatenati.
Forcella con Rake / Offset diverso: si avverte nella guida?
Riassumendo:
Angolo sterzo maggiore (tubo più verticale) e rake elevato: riduzione dell’avancorsa per rendere la bici più reattiva. Questo avviene per esempio nelle bici da viaggio, dove si caricano borse anteriori. Infatti, si tende a verticalizzare maggiormente l’angolo di sterzo per rendere la bici più reattiva, in modo da non appesantirne troppo la risposta una volta caricati dei pesi sulla ruota anteriore, che andrebbero a influenzare le masse da mettere in moto, nonostante le forcelle da touring presentino rake elevati.
Angolo sterzo minore (tubo più inclinato) e rake ridotto: aumento dell’avancorsa e quindi maggiore stabilità. È ciò che avviene nelle MTB, dove i tubi sterzo sono inclinati ma le forcelle presentano rake ridotti. Questo perché così facendo si aumenta il passo ruota rendendo la bici più stabile (l’avancorsa aumenta) ma allo stesso tempo il rake ridotto riduce le masse da mettere in movimento e ciò rende la MTB più guidabile nei cambi di direzione tipici della guida in off-road.
In un'e-MTB settata con un angolo di sterzo aperto di 63,5°, le sensazioni in salita saranno di uno sterzo più lento e meno diretto. Questo significa che richiederà uno sforzo maggiore per cambiare direzione, soprattutto in percorsi tecnici e con tornantini stretti. L'agilità nello stretto potrebbe essere penalizzata, ma la stabilità in discesa sarà notevolmente migliorata.
Avere un carro/fodero basso lungo potrebbe compensare e aiutare in salita, poiché un carro più lungo tende ad aumentare la trazione sulla ruota posteriore, migliorando l'efficienza in pedalata su pendenze. Il range di valori per la lunghezza del carro posteriore può variare significativamente a seconda del tipo di bicicletta, ma per le e-MTB orientate alla discesa, si possono trovare valori che vanno dai 430mm fino a oltre 450mm. Tuttavia, un carro molto lungo può ridurre la maneggevolezza generale.
Per quanto riguarda le discese, un angolo di sterzo più aperto è generalmente vantaggioso per la stabilità e la sicurezza, specialmente ad alte velocità e su terreni sconnessi. Tuttavia, come accennato, questo può penalizzare l'agilità nello stretto e nei cambi di direzione rapidi. La percezione di questa differenza è soggettiva e dipende molto dallo stile di guida e dall'esperienza del ciclista.
La differenza di 1 o 1,5 cm sulla lunghezza dei foderi posteriori è percepibile in salita, poiché un carro più corto tende ad attaccare di più, migliorando la reattività e la sensazione di spinta. In discesa, questa differenza potrebbe essere meno avvertibile per alcuni ciclisti meno sensibili, ma in generale un carro più corto favorisce una maggiore agilità e facilità nel sollevare la ruota anteriore.
In salita, se il percorso è dritto, un angolo di sterzo aperto non crea particolari problemi. Se invece ci si addentra nel tecnico, con tornantini stretti, un angolo meno esasperato aiuta di più. In discesa contano di più le geometrie generali; una bici con un angolo di sterzo più aperto sarà più agile in curva rispetto a una con un angolo più chiuso, che potrebbe essere più permissiva sul veloce e in rettilineo.
Tutte queste variazioni sono proporzionali alla differenza di apertura dell'angolo. Con una differenza di 0,5° di angolazione, le variazioni potrebbero non essere praticamente percepibili per la maggior parte dei ciclisti.
In sintesi, la scelta dell'angolo di sterzo, del rake e dell'avancorsa è un compromesso che definisce il carattere della bicicletta. Non esiste una soluzione universale, ma un'attenta valutazione di questi parametri in relazione all'uso previsto e allo stile di guida permette di ottimizzare l'esperienza ciclistica.