Sospensioni: di ieri e di oggi

Le sospensioni sono componenti elastiche del veicolo di cui i proprietari di auto potrebbero non sapere molto, soprattutto quando si tratta delle differenze tra le varie tipologie. In questo articolo, diamo uno sguardo alla elencazione delle sospensioni, a ciò che è attualmente in offerta e proviamo a prevedere le tendenze future.

Requisiti

Inizialmente, la funzione del telaio era semplicemente quella di collegare le ruote alla carrozzeria in modo che non si “sfaldassero”. Queste soluzioni completamente rigide e prive di molle andavano bene per le carrozze trainate da cavalli, ma ben presto si rivelarono pericolose per le auto al di sopra di un certo range di velocità.

Man mano che le autovetture diventavano più veloci, diventava sempre più difficile tenerle a contatto con il suolo. L’aria, ovviamente, non fornisce trazione, il che è un grande svantaggio per il guidatore.

È così che è nata la sospensione, seguita dall’idea dello smorzamento delle vibrazioni, che ha portato all’implementazione pratica di varie idee.

La sospensione ha fondamentalmente due compiti: in primo luogo, la ruota deve potersi muovere rispetto alla carrozzeria, preferibilmente in direzione verticale, e in secondo luogo, deve esserci sempre un solido collegamento tra la ruota e la carrozzeria, indipendentemente dallo spostamento. Il primo problema è risolto dal sistema di sterzo, il secondo dal sistema di sospensione.

Soluzioni pratiche

Per molto tempo è stato utilizzato un sistema di sospensioni in cui un elemento dell’auto risolveva entrambi i problemi. Questo elemento è una balestra semiellittica, utilizzata ancora oggi. Nella maggior parte delle auto moderne, tuttavia, lo sterzo e le sospensioni delle ruote sono due meccanismi separati.

Se non c’è un asse rigido sulla molla, deve essere posizionato in un’apposita guida. Ci sono molte soluzioni a questo, una di queste è mostrata nell’immagine qui sotto.

Anche le autovetture, soprattutto nel mercato europeo, iniziarono ad allontanarsi dagli assali semirigidi. La sospensione indipendente ha guadagnato popolarità immediata praticamente dal momento in cui è stata introdotta sul mercato.

In questo caso, non esiste un collegamento rigido tra le ruote destra e sinistra del veicolo, quindi si muovono indipendentemente l’una dall’altra.

In questo tipo di design del telaio, le ruote sono guidate da bracci trasversali, che possono essere longitudinali, trasversali o diagonali.

La ruota montata sul braccio longitudinale (lato sinistro) “funziona bene”: quando è bloccata, non è possibile modificare il senso di marcia o l’angolo di inclinazione, cosa che non accade con gli altri due sistemi.

Cambiare la carreggiata è pericoloso perché l’allontanamento o l’avvicinamento delle ruote può causare slittamenti, il che significa che si perde trazione e quindi il controllo del veicolo.

I cambi di camber possono anche causare incidenti a causa dell’effetto di rotazione che può interrompere il funzionamento, in particolare delle ruote sterzanti.

Ovviamente sono state trovate soluzioni anche per gli altri due casi.

Se le aste orizzontali di uguale lunghezza sono integrate nel meccanismo di articolazione, non c’è inclinazione delle ruote, ma c’è un cambiamento nella loro traiettoria. Se il collegamento superiore viene sufficientemente accorciato, il cambio di carreggiata può essere eliminato, ma il cambio di camber rimane significativo.

In pratica, tuttavia, viene scelta la seconda soluzione di compromesso: il rapporto tra i bastoncini è impostato in modo che entrambi i problemi si verifichino in misura ridotta. Ciò ha portato a due soluzioni molto apprezzate: la sospensione a doppio braccio oscillante e la sospensione MacPherson.

I primi si trovano solitamente in auto più costose, sia nell’asse posteriore che in quello anteriore.

Il vantaggio della sospensione MacPherson è principalmente la sua semplicità. Richiede pochissime parti perché l’estremità del forcellone è annegata in un’asta telescopica che fornisce smorzamento delle vibrazioni e termina con un puntone. In questo modo si risolve in modo economico il problema delle fluttuazioni di carreggiata e camber. Questa disposizione viene solitamente utilizzata sull’asse anteriore nelle auto economiche e di classe media.

Dove c’è una sospensione di tipo MacPherson all’anteriore, troveremo molto spesso la soluzione longitudinale semirigida o multi-link precedentemente descritta.

Il termine “multi-link” si riferisce al fatto che ci sono componenti delle sospensioni più che sufficienti per controllare il movimento della ruota con il giusto grado di libertà. È sufficiente collegare il braccio della sospensione a un’estremità dell’asse con un giunto sferico, ma se sono presenti due giunti, il punto di rotazione effettivo quando l’asse ruota può essere costruito come un punto centrato temporaneamente oltre i due giunti.

Un tale telaio è giustamente chiamato DGP (dual-gelenk Prinzip – soluzione a doppio braccio oscillante). Se ci sono più bracci trasversali del numero richiesto, la sospensione è chiamata multi-link.

Esistono anche soluzioni estreme, solitamente utilizzate negli sport agonistici: nelle vetture di Formula 1 il peso è un fattore molto importante e non c’è molto spazio per il montaggio delle sospensioni, quindi le tradizionali molle elicoidali sono state sostituite con molle a torsione.

Una molla di torsione non si contrae né si espande longitudinalmente, ma immagazzina energia ruotando lungo il proprio asse.

Questa è una soluzione spesso utilizzata dall’industria militare nei veicoli cingolati, ma a volte si trova anche nelle autovetture, ad esempio nell’Alfa Romeo Alfetta.

Cosa possiamo aspettarci in futuro?

Questa è un’area che non si è evoluta molto sotto l’influenza di metodi alternativi. Utilizziamo ancora una trasmissione meccanica per azionare le ruote e i sistemi di sospensione occupano all’incirca la stessa quantità di spazio di prima.

Il crescente utilizzo di sistemi intelligenti nelle autovetture incoraggia chiaramente i produttori al concetto del cosiddetto sospensione attiva.

L’idea è quella di utilizzare i sensori presenti nell’auto per monitorare il manto stradale davanti alle ruote, regolando di conseguenza la dinamica di guida.

L’idea non è nuova, in quanto già nel 1992 il team Williams di Formula 1 introdusse un sistema molto efficace di questo genere, ma nelle autovetture questa soluzione si rivelò troppo costosa per essere largamente utilizzata se non per le auto di lusso.

Fonti:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Torsion_bar_suspension
• https://www.vezess.hu/techabc/2013/01/01/fuggetlen-kerekfelfuggesztes/
• http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/fuggesztes/fuggesztes.html
• https://mogi.bme.hu/TAMOP/kozuti_jarmurendszerek_szerkezettana/ch05.html