sospensioni

Abbiamo già parlato di sospensioni e ammortizzatori e descritto le tipologie di sospensioni a ponte rigido. Ci occupiamo ora di sospensioni a ruote indipendenti. Esse hanno questo nome poiché ogni ruota possiede un personale collegamento col telaio. Ad esso sono associati un ammortizzatore e una molla.

Le sospensioni a ruote indipendenti costituiscono la soluzione più diffusa delle auto moderne. Possono essere a bracci trasversali oppure longitudinali. Questi bracci oscillanti possono essere molteplici e fissati al telaio in uno o due punti e al porta mozzo in un punto.

Vengono utilizzate barre stabilizzatrici o di torsione. La barra di torsione è un tondino di metallo che può ruotare su una boccola ma vincola la sospensione nella possibile direzione di flessione. La barra stabilizzatrice invece unisce le sospensioni delle ruote sullo stesso asse. Essendo ancorata al telaio del veicolo funge anche da barra anti rollio. Per la sua azione rigida può essere paragonata all’assale rigido.

Sospensione a bracci longitudinali

Questa tipologia di sospensioni è molto semplice ed è composta da un braccio oscillante che collega ruota e telaio. Esso è disposto parallelamente al senso di marcia. Il braccio longitudinale mantiene il battistrada parallelo al terreno ma non reagisce bene agli sforzi di taglio. Ad esempio durante una curva sono presenti consistenti forze trasversali. Le sospensioni a braccio longitudinale si utilizzano per le ruote posteriori. Questo perché le ruote anteriori sterzanti richiederebbero bracci particolari con sagome adeguate.

Sospensioni McPherson

Si tratta di sospensioni a bracci oscillanti trasversali. In questo caso l’ammortizzatore è sia un elemento smorzante che di collegamento tra telaio e porta mozzo. Questo perché è associato ad un braccio trasversale con cui forma un triangolo. I vertici di quest’ultimo sono sul porta mozzo, sul telaio in basso e sul punto di collegamento con l’ammortizzatore. Le sospensioni McPherson hanno ridotto ingombro e consentono di calibrare le variazioni d’assetto della sospensione sotto carico. Essendo molto semplice come struttura, ha costi contenuti senza rinunciare alle prestazioni. Questo fa sì che sia la struttura più utilizzata per le auto a trazione posteriore per quanto riguarda l’avantreno.

I bracci utilizzati da questa tipologia di sospensioni possono essere semplici (bielle) oppure triangolari o trapezoidali. Nel caso di bielle semplici viene aggiunta una barra stabilizzatrice o di torsione per vincolare il braccio. Questo per evitare danni dovuti agli sforzi di taglio in accelerazione o frenata.

Sospensioni a quadrilatero deformabile

Si tratta del sistema più efficace per la tenuta di strada. Viene detto Multilink perché la ruota ha due elementi di collegamento al telaio, cioè due bracci triangolari trasversali sovrapposti. Queste sospensioni hanno un notevole ingombro e non sono di facile installazione. Nonostante ciò, è l’unico che riesce a mantenere la ruota parallela al terreno tra i sistemi a ruote indipendenti.

Di questo sistema esistono due categorie: il Multilink e il Quadrilatero alto. Il Multilink aggiunge alcuni piccoli bracci ausiliari per ridurre l’ingombro. Invece il Quadrilatero alto è simile al McPherson e l’ammortizzatore non serve più da elemento di collegamento. Solitamente le auto che davanti hanno le sospensioni a quadrilatero deformabile, al retrotreni hanno McPherson o Multilink.

Alice Gilardi

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Abbiamo introdotto in un precedente articolo le sospensioni e analizzato gli ammortizzatori. Esistono diverse tipologie di sospensioni.

Sospensione a ponte rigido

Il ponte unisce rigidamente le ruote di uno stesso asse. Esso include semiassi e differenziale, oltre ad essere un elemento portante. Esso è fissato al telaio dell’auto tramite gli ammortizzatori e molle a balestra. In alternativa si utilizzano bielle con ammortizzatori e molle a spirale. Si può inoltre connettere tramite una biella (oppure due) il ponte al telaio per evitare il rollio eccessivo del veicolo. In particolare se lo sforzo in frenata è particolarmente consistente vengono aggiunte bielle longitudinali di collegamento.

Questa categoria di sospensioni è la più semplice e ed è anche particolarmente robusta. Inoltre le ruote sono legate da una struttura rigida che non consente loro di ondeggiare. Questo aiuta al mantenimento costante di carreggiata e campanatura. D’altra parte, se le ruote sono fisse, lo stesso non si può dire dell’asse, il quale può ondeggiare. La conseguenza è una scarsa aderenza al fondo stradale. Il ponte viene chiamato assale se esso ha solo funzione portante e non contiene altri elementi.

Sospensione a ruote interconnesse

Fa parte degli sviluppi del sistema a ponte rigido, insieme al Ponte De Dion. La sospensione a ruote interconnesse è formata da un assale rigido capace di flettersi leggermente nel suo elemento portante. Questo aiuta nella risoluzione del problema dell’aderenza. Una grossa balestra trasversale unisce le ruote e funge da elemento elastico. Gli ammortizzatori sono montati sul porta mozzo o sulle estremità della balestra. L’utilizzo di questa tipologia è legato alle vetture a trazione anteriore tra la metà degli anni 80 e 90. Viene impiegata nell’avantreno della vecchia Fiat 500 ma anche nell’asse posteriore della Fiat Regata.

Il ponte De Dion

Si tratta di un ponte rigido particolarmente efficace nel caso di vetture a trazione posteriore. Il differenziale viene fissato direttamente alla scocca e non alle sospensioni. In pratica il Ponte De Dion è una sospensione ad assale rigido realizzato con profilati metallici cavi. La casa costruttrice madre di questo sistema è l’Alfa Romeo. Essa lo ha utilizzato su vetture come l’Alfetta GT/GTV, l’Alfa 75 e l’Alfa 90.

Il parallelogramma di Watt

Viene detto anche Quadrilatero di Watt ed è una tipologia di attacco tra telaio e sospensioni. Si utilizza soltanto con le sospensioni a ponte rigido. Questo collegamento è formato da due bielle parallele che terminano su un perno agganciato al telaio. Le bielle, identiche, vanno in direzione opposta rispetto all’elemento centrale a cui sono legate (una flangia). Questa soluzione permette soltanto movimenti verticali delle sospensioni. Se il telaio si inclina, la biella corrispondente trasmette il movimento fino alla biella opposta. Essa è vincolata al telaio e lo forza a restare dritto.

Alice Gilardi

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Nel precedente articolo abbiamo introdotto il discorso sulle sospensioni. Qui approfondiamo il concetto di ammortizzatori. Essi sono un componente delle sospensioni, insieme allo smorzatore elastico e ai bracci di collegamento. Durante la fase di sollecitazione, la molla tende a reagire con delle oscillazioni. Parte di esse viene assorbita dal peso dell’automobile, ma possono comunque risultare pericolose per la stabilità del veicolo.

Per questo motivo viene introdotto l’ammortizzatore. Esso è un dissipatore di energia che agisce sotto forma di resistenza meccanica. Quest’ultima assorbe l’energia elastica e cinetica delle molle annullandone la pericolosità.

La resistenza meccanica può agire solamente durante la fase di compressione o anche in quella di distensione. Nel primo caso si parla di ammortizzatori a semplice effetto, nella seconda opzione vengono detti a doppio effetto. Gli ammortizzatori, nel caso di molle elicoidali, possono essere posizionati al loro interno in modo da ridurre l’ingombro. Possono comunque essere messi in un altro punto della sospensione, in base alle esigenze del veicolo. L’importante è che siano collegati al braccio.

Gli ammortizzatori possono essere ad olio o a gas (tipicamente azoto a bassa pressione). Questi ultimi si possono scaricare col tempo a causa della progressiva dispersione di gas. Se attraverso la guarnizione di tenuta passa dell’aria si verifica l’aerazione dell’olio. Ovvero esso perde la sua viscosità perché miscelato con l’aria.

Gli ammortizzatori monotubo.

Sono formati da un cilindro chiuso nel quale scorre uno stantuffo. Esso è collegato ad un’asta cilindrica detta stelo che termina con un occhiello fissato al telaio dell’automobile. Lo stantuffo presenta dei fori chiusi da valvole che si aprono durante il movimento per aumentare la resistenza. In caso di sollecitazione del braccio della sospensione, esso si muove con difficoltà grazie alla resistenza opposta dall’ammortizzatore. In questa fase il gas o l’olio passano dalla zona superiore a quella inferiore. Viceversa accade quando il sistema tende alla posizione di riposo.

Questa struttura viene detta ammortizzatore telescopico monotubo in quanto è realizzata in un unico cilindro e tende ad allungarsi e accorciarsi. Una tipologia particolare è l’ammortizzatore De Carbon (a doppia camera). Esso ha il fondo della camera contenente gas o olio che è mobile. Ha un maggior potere di smorzamento e la camera mobile affonda in un’altra camera secondaria in cui è stato messo del gas inerte elastico. Se nella camera secondaria è presente aria si parla di ammortizzatore Allinquant. In questo caso l’olio passa anche nella camera secondaria tramite un foro e si ha un’efficienza minore rispetto alle altre soluzioni.

Gli ammortizzatori a doppio tubo.

Gli ammortizzatori monotubo a doppia camera sono particolarmente efficienti. Hanno però il problema dell’ingombro verticale. Per ovviare a questo inconveniente la camera di espansione può essere posizionata lateralmente. Viene poi collegata al vertice del cilindro tramite un condotto sottile.

In alternativa si realizza direttamente un ammortizzatore a doppio tubo formato da due cilindri coassiali. Il più interno dei cilindri contiene la camera principale con fondo mobile. Esso viene spinto dall’olio tramite lo stantuffo e muove il gas verso la camera più esterna. Le due camere sono in collegamento perché i due cilindri non hanno la stessa lunghezza.

Alice Gilardi

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Le sospensioni costituiscono il meccanismo con cui il telaio di un’automobile viene collegato alle ruote. Se il collegamento fosse rigido, verrebbero compromessi sia il comfort a bordo che la stabilità del veicolo. Infatti le irregolarità del terreno verrebbero trasmesse dalle ruote al telaio senza essere attutite. Inoltre in caso di rilievi o alte velocità si rischierebbe di perdere contatto con il suolo.

Le sospensioni non devono alterare i movimenti dal punto di vista della direzione del veicolo ma rendere elastici gli altri spostamenti. In particolare le oscillazioni verticali, laterali (rollio) e tra anteriore e posteriore (beccheggio). Un buon meccanismo favorisce anche l’aderenza a terra degli pneumatici e dunque la stabilità in curva.

Le regolazioni e i parametri legati alle sospensioni definiscono il concetto di “assetto” di un veicolo. I principali sono: convergenza, angolo di camber e incidenza.

Esistono varie tipologie di sospensioni, ma tutte hanno elementi base in comune. Essi sono un ammortizzatore, un elemento elastico e i bracci di collegamento. In generale le sospensioni adottate per le ruote anteriori sono diverse da quelle posteriori. Inoltre possono essere impiegate delle barre stabilizzatrici o anti rollio, per collegare le ruote dello stesso asse.

Il componente elastico

Si tratta di una molla che può essere a spirale o a lamina incurvata.

• La molla a spirale è composta da un tondino in acciaio avvolto a spirale. Essa può flettersi in maniera elastica tornando senza deformazioni alla condizione di riposo. Il carico è determinato dalla reazione della strada al peso del veicolo. Questa prima tipologia è la più impiegata nelle sospensioni perché garantisce un ridotto ingombro laterale.
• La molla a lamina incurvata, o balestra, è composta da lamine sovrapposte. Più lamine (dette foglie) ci sono, più la molla sopporta carichi maggiori. Questo tipo di molla si usa nelle sospensioni a ponte rigido o a ruote interconnesse. Inoltre sono almeno due, fissate a ciascuna ruota, e costituiscono appoggio e collegamento al telaio. Le varie lamine durante la flessione e il ritorno a riposo scorrono una contro l’altra. Così possono dissipare parte dell’energia cinetica al loro interno.

L’ammortizzatore

La molla, quando viene sollecitata, tende ad espandersi e ricomprimersi creando oscillazioni pericolose che solo in piccola parte vengono assorbite dal peso dell’auto. Per questo motivo interviene l’ammortizzatore, cioè un dissipatore di energia. Viene introdotta nelle sospensioni una resistenza meccanica che smorza l’energia elastica e cinetica della molla. Questa resistenza può operare solo in compressione (ammortizzatore a singolo effetto) o anche in distensione (ammortizzatore a doppio effetto). Gli ammortizzatori possono essere a gas oppure ad olio.

Bracci delle sospensioni

Si tratta di una struttura che collega il porta mozzo della ruota al telaio. Può essere una biella e viene prodotta in ferro, ghisa o lega leggera di Alluminio. Possono essere omessi nel caso di particolari molle a balestra che fungono anche da appoggio per il telaio. La biella è dotata di due boccole alle estremità ed è fissata tramite bulloni. Essa però da sola non è sufficiente. Infatti bisogna tenere conto della forza di taglio presente durante la frenata o in accelerazione. (Il telaio tende a proseguire la corsa in frenata e a rimanere fermo durante l’accelerazione).

Si realizzano dunque bracci con strutture più complesse, a triangolo o a quadrilatero. Essi sono sempre fissati tramite boccole ma tramite più punti su telaio e ruota. Una soluzione alternativa adottata anni fa è quella di agganciare i bracci ad una barra stabilizzatrice trasversale che li trattiene nelle situazioni di frenata.

Alice Gilardi

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