Veicoli con sospensioni a Bracci Oscillanti : “Tilting Vehicles”, c’è un perché!
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I Tilting Vehicles sono definiti come quella categoria di veicoli in grado di variare continuamente l’angolo di apertura tra l’asse verticale del veicolo stesso e la strada. Questo sistema è tipicamente utilizzato nell’industria dei motoveicoli, tuttavia da qualche anno a questa parte sta emergendo anche nell’Automotive. Il nuovo sistema sviluppato da Mercedes ha numerosi benefici, tra i quali: Stabilità e Comfort di guida. Cerchiamo di capire il perché dal punto di vista meccanico.
Un modo semplice e intuitivo per capire ciò che sto per illustrare è un paragone tra Autoveicoli e Motoveicoli. A parità di condizioni esterne, pressione, carico agente, sforzo richiesto e quant’altro, quale delle due categorie di veicoli, precedentemente citate, risulta essere più stabile in curva, in termini di controllo? Sicuramente i Motoveicoli.
• Principio fisico:
Certo, tutto dipende dalla qualità della componentistica del veicolo; ma dal punto di vista fisico si può notare che la differenza è sostanziale! In curva, un’automobile, è sottoposta a forti spinte orizzontali, meglio dire laterali; tali spinte sono dovute alla forza centrifuga.
La forza centrifuga è una forza apparente che nasce nel momento in cui osserviamo un corpo che si muove di moto circolare (es. curva) nel sistema di riferimento non inerziale, solidale al corpo stesso. La forza reale agente è detta centripeta. Tale forza spinge il veicolo, istante per istante, a percorrere spostamenti esterni e radiali alla curva stessa.
Notiamo nella pratica cosa accade:
E’ intuitivo immaginare che tali spinte siano uno svantaggio sotto ogni punto di vista, come il comfort e la stabilità in curva (parametri fondamentali in fase di progettazione dinamica di un veicolo). Perché tutto ciò? Dalla prima immagine si può notare come il baricentro della vettura risulti instabile nella fase di impostazione e percorrenza della curva, tale svantaggio amplifica gli effetti dell’azione centrifuga portando il veicolo ad “allargare” la curva e perdere, con molta facilità, il controllo.
Ecco il perché dei Tilting Vehicles: come possiamo notare dalla Fig.1 , il veicolo al centro con tre ruote risulta essere molto più stabile, nonché garantisce, al pari di un Motoveicolo, un Baricentro pressoché in equilibrio dinamico.
Quindi abbandoniamo le 4 ruote e passiamo tutti alle due? Ovviamente no, la soluzione non è così drastica e a porre rimedio c’è proprio Mercedes con la sua tecnologia MBc e ABc.
• Cosa si è inventata Mercedes?
In piega come su una moto, Mercedes Coupé S, ha rivoluzionato il concetto di quattro-ruote.
Da sempre questa grande coupé è la punta di diamante della gamma Mercedes-Benz – ha dichiarato Weber, capo RD mercedes – Con innovazioni come la ‘curve tilting function’ la nuova Classe S sottolinea ancora una volta la propria vocazione all’eccellenza dal punto di vista tecnologico“.
Tale tecnologia è in grado, a seconda dell’ampiezza di curvatura che si sta percorrendo, di sollevare l’asse delle molle d’acciaio degli ammortizzatori in modo continuo e variabile. Tali ammortizzatori sono integrati nei cosiddetti montanti telescopici delle sospensioni.
Un lato, destro o sinistro, a seconda delle condizioni d’esercizio, si abbassa e di conseguenza l’altro viene sollevato mediante l’impiego di cilindri tuffanti . Chiaramente il lato “compresso” e “tirato” sono azionati da un comando elettro-idraulico in modo tale da evitare la situazione in Fig.2. In tale figura si mette in evidenza lo scomfort e la pericolosità delle spinte laterali in fase di percorrenza rapida.
Il risultato? Un’auto inclinata in modalità Tilting per qualche secondo. I parametri che descrivono questa funzione come durata, intensità e variabilità d’inclinazione sono funzione della velocità e delle caratteristiche del percorso.
L’effetto percepito è ancora più intenso rispetto all’inclinazione visibile, assicurano in Mercedes
• Come riesce il sistema a differenziare tali parametri in modo efficace?
La soluzione è il Magic Body control (MBc):
Il sistema oltre ad un’efficiente componente elettro-idraulica, è dotata di un avanzatissimo sistema di riconoscimento del percorso: Sfrutta sensori e telecamere stereoscopiche.
Tale tecnologia, posta in prossimità del parabrezza, è in grado di rilevare, con buona precisione, l’ampiezza di curvatura del percorso successivo alla vettura fino a 15 metri. E’ munito di particolari sensori, il quale rileva l’accelerazione di spinta laterale a cui è sottoposta la vettura.
Vi sono, inoltre, sensori di pressione, sensori a livello dei bracci oscillanti delle sospensioni e segnali FlexRay, in grado di rilevare con efficienza la velocità di marcia. L’informazione viene inviata alla centralina, la quale di conseguenza regola l’intensità del Tilting.
• Cosa accade, meccanicamente parlando?
In questo caso parleremo di ABc (Active Body control):
In sostanza la tecnologia regola simultaneamente l’assetto della vettura; il tutto grazie anche alle sospensioni di tipo attive di cui è dotata. I quattro montanti telescopici delle sospensioni, con annessi pistoncini (cilindri idraulici), svolgono una funzione fondamentale: regolare e compensare nel migliore dei modi l’assetto, al fine di “addolcire” i movimenti di sobbalzamento, imbardata e beccheggio della vettura.
I sensori di pressione, presenti nei montanti telescopici, sono in grado di rilevare la pressione a cui è sottoposto il fluido in camera idraulica, per via dello sforzo agente durante la fase di percorrenza. La centralina rielabora i dati e mediante valvole servo-idrauliche gestisce il corretto dosaggio, in termini di pressione, dei fluidi nell’impianto idraulico, sia sull’assale anteriore, sia su quello posteriore.
L’olio scorre nei pistoncini, vale a dire nei cilindri tuffanti, e regola l’altezza dell’asse delle molle integrate nelle sospensioni attive Mercedes. Tale regolazione va ad equilibrare le forze di spinta e garantisce molta stabilità.
• Ottimale solo in curva?!
Con a disposizione una pressione idraulica nei tuffanti fino a 200 Bar, tale sistema è in grado di garantire un livello costante della vettura anche in rettilineo, indipendentemente dall’intensità del carico trasportato. Tutto ciò previene problemi di danneggiamento permanenti e consistenti alle sospensioni.
• Ad alte velocità il sistema abbassa il baricentro (fino ad un’escursione massima di 15mm) della propria struttura. Il tutto per rendere la vettura stabile ai carichi laterali (esempio. venti forti) e ridurre la resistenza aerodinamica. Non a caso le auto, aerodinamicamente parlando, efficaci, sono molto basse. Il perché? Si fa in modo che si sfrutti al massimo l’effetto di deportanza che tende a schiacciare la vettura al suolo. Maggior compattezza, maggior stabilità e maggior velocità massima.
• E per i terreni sconnessi?
No Problem! Mercedes ha pensato davvero a tutto!
Premendo il tasto della funzione di livello, l’altezza dal suolo aumenta di ben 40mm. Ciò consente maggior sicurezza nella percorrenza di fondi stradali sconnessi, accidentati o rampe.
In USA e Canada l’escursione massima di sollevamento è ridotta a 30mm.
• Tilting Vehicles “chimere” :
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