Ogni autovettura, in termini di masse, viene solitamente considerata come un sistema di due masse: la massa non sospesa (pneumatici, cerchi, dischi freno…) e la massa sospesa (telaio, motore, differenziale…). Fra queste due masse, si posizionano le sospensioni, che quindi assumono una rilevante importanza per il funzionamento stesso della vettura. Infatti le sospensioni sono dei cinematismi grazie alle quali la massa non sospesa è vincolata al telaio, consentendo l’applicazione di tutte le manovre che il guidatore può compiere con la propria vettura, ovvero accelerare, frenare e sterzare. Oltre a questa funzione, le sospensioni devono garantire:
• La tenuta di strada da parte della vettura, in ogni condizione controllabile dal conducente.
• La definizione dell’assetto della vettura tramite i suoi parametri caratteristici (ad es.: l’angolo di camber, la convergenza,…).
• Il confort per il guidatore ed i passeggeri, assorbendo e smorzando gli impulsi provenienti da una strada accidentata.
In generale, le sospensioni sono classificate in tre gruppi:
• Sospensioni a ruote indipendenti
• Sospensioni a ruote dipendenti
• Sospensioni a ruote semidipendenti
Sospensioni a ruote indipendenti
Le sospensioni a ruote indipendenti sono cinematismi nei quali le ruote appartenenti allo stesso assiale sono governate da cinematismi separati fra loro dal telaio della vettura. Ciò significa che la dinamica di una ruota dell’assiale è indipendente dalla dinamica dell’altra. In questa tipologia di sospensioni, la più adottata nel settore automotive, la scelta fra una sospensione e l’altra è dettata dalle esigenze e dalle aspettive risposte sulla vettura in fase di progetto. Se l’obiettivo è progettare una vettura economica e di dimensioni compatte, la sospensione Mc Pherson si addice a tale obiettivo. (In foto: La sospensione Mc Pherson)
Questa tipologia consiste nell’impiegare l’ammortizzatore come elemento integrante della sospensione, consentendo di liberare più spazio per la disposizione trasversale del motore. È una sospensione realizzabile con pochi pezzi di facile produzione, caratteristica importante per contenere i costi in un produzione seriale. Con queste caratteristiche, la sospensione Mc Pherson è pur sempre caratterizzata da un struttura che trasmette vibrazioni sulla scocca a causa dell’attacco superiore posizionato sul duomo. Fra le soluzioni disponibili per le sospensioni indipendenti, il Mc Pherson causa elevate variazioni di camber in caso di scuotimento verticale della ruota, influenzando negativamente la stabilità e l’assetto della vettura. Inoltre lo stelo dell’ammortizzatore così montato è sottoposto a carichi di flessione che possono causare attrito per strisciamento con il suo cilindro o fodero. (In foto: Posizione del duomo sulla scocca)
Una soluzione tecnica migliore rispetto al Mc Pherson è la sospensione a quadrilatero trasversale, questo grazie al fatto che vengono adottati due bracci che si collegano al telaio, uno inferiore ed uno superiore, e che evita all’ammortizzatore di svolgere anche funzioni strutturali, a favore del confort di guida. La struttura adottata consente di mantenere i parametri di assetto in un intervallo più ristretto in caso di scuotimento della ruota. Solitamente, cosiderando la disposizione centrale del motore e i costi maggiorati a causa di un maggior numero di componenti, questa soluzione viene adottata per le vetture Gran Turismo. Per le vetture ad elevate prestazioni con motore anteriore trasversale è possibile adottare la configurazione a braccio superiore alto per ridurre l’intrusione nel vano motore. Inoltre, con l’aumento del numero di componenti per questa soluzione, aumentano il numero degli snodi sulle articolazioni, che possono usurarsi, alterando l’assetto e causando un consumo irregolare degli pneumatici. (In foto: 1 – La sospensione a quadrilatero trasversale, nella configurazione a braccio superiore alto 2- Le due tipologie di sospensioni a quadrilatero trasversale: con braccio superiore alto (sx) e basso (dx))
Un menzione a parte merita la sospensione a centri virtuali. Nella sospensione a quadrilatero tradizionale, il montante è incerniato ai relativi braccetti tramite due cerniere sferiche che determinano l’asse di sterzatura. Ciò comporta che l’asse dello sterzo sia fortemente vincolato dalla posizione delle cerniere stesse, impedendo di porre un braccio a terra trasversale piccolo o negativo, utili rispettivamente per ridurre la coppia d’azione sul volante e per una sterzatura reattiva, soprattutto per le vetture a trazione anteriore, generalmente sottosterzanti. (In foto: Esempio di sospensione a centri virtuali applicato in una sospensione a quadrilatero alto)
Nella sospensione a centri virtuali, l’asse è determinato da due punti, di cui almeno uno è individuato dall’intersezione degli assi di due aste distinte che prendono posto del tradizionale braccetto, come riportato nella figura sovrastante. Questa soluzione consente di risolvere la questione del braccio a terra trasversale, anche se ciò comporta l’aggiunta di un nodo sferico sul montante e l’adozione di aste a geometria curva per esigenze di ingombro durante la sterzata.
Per l’assale posteriore, è presente la sospensione a bracci longitunali. Qua la sospensione assume la forma di due bracci oscillanti che risultano essere incerniati su una traversa costuita da due gusci in lamiera stampata, collegati fra loro tramite una trave a sezione circolare. L’insieme si collega alla scocca tramite tasselli elastici. Nello spazio determinato fra il braccio e la lamiera si posizionano molla e ammortizzatore. (In foto: Sospensione a bracci longitudinali)
Come si può vedere nell’immagine soprariportata, la soluzione non è ingombrante consente di ricavare spazio per la destinazione del serbatoio e/o della ruota di scorta. I componenti adottati sono leggeri e ciò garantisce una massa non sospesa ridotta, con vantaggi in termini di comfort e di guida. Inoltre la fabbricazione e l’assemblaggio di questa soluzione è facile ed economica. Per contro, i bracci posso subire una deformazione per carichi trasversali, contribuendo ad un comportamento sovrasterzante della vettura e non viene garantito il recupero della campanatura.
Per garantire una migliore stabilità quando la sospensione è sottoposta da carichi, viene adottata la soluzione a bracci longitudinali guidati. Come si può vedere nell’immagine sottostante, la rigidezza e la stabilità della sospensione sono garantite dalle aste 2 e 3. Grazie a questo accorgimento, è possibile un recupero dalla campanatura in caso discuotimento, anche se l’aggiunta di più elementi costituenti la sospensione comporta una complessità costruttiva e costi maggiori. (In foto: Sospensione a bracci longitudinali guidati)
La sospensione Multilink è una soluzione tecnica complessa, che vede il montante collegato alla scocca tramite cinque aste, che consentono solo lo scuotimento verticale della ruota. Prendendo in considerazione l’immagine sottostante, l’unico movimento consentito è reso grazie all’asta di finto sterzo (asta 3), che impedisce che la ruota sterzi attorno al proprio asse. Tale soluzione consente di stabilizzare le variazioni di convergenza e di recuperare la campanatura. Per contro, è una soluzione complessa, costosa e fortemente sensibile all’usura degli elementi elastici. (In foto: Sospensione Multilink)
Sospensioni a ruote dipendenti
In questa categoria di sospensioni, fa parte unicamente il veccchio ponte rigido a balestre. In riferimento all’immagine sottostante, i montanti sono collegati tramite il ponte 1. Le balestre 2 sono collegate al ponte tramite flange e bulloni. La balestra è vincolata alla carrozzeria grazie all’occhio fisso 3 ed alle biellette 4, che consentono alla balestra di deformarsi in caso di scuotimento. È evidente che il ponte rigido è di semplice costruzione e garantisce un completo recupero del camber. Ma non consente la regolazione degli del camber e della convergenza, non ha un’elevata rigidezza al rollio e non assicura un livello di confort. (In foto: Sospensione a ponte rigido)
Per migliorare la cinematica del ponte rigido, vengono adottati alcuni accorgimenti che consistono nell’adozione di particolari leveraggi. In basso, sono riportati due esempi costruttivi: la barra Panhard e il quadrilatero di Watt. (In foto: Esempi di ponti rigidi guidati)
Sospensioni a ruote semidipendenti
In questa categoria, l’unica soluzione presente è la sospensione a ponte torcente. Le ruote sono semidipendenti in quanto i bracci oscillanti 1 sono collegati fra loro tramite una trave profilata, caratterizzata da un certo grado di torsione. Soluzione semplice di costruzione e di assemblaggio. Consente ai avere masse non sospese più contenute e di tenere in controllo campanatura e convergenza. D’altronde la trave è un elemento elastico sottosposto a tensioni che possono compromettere la sua funzionalità ed è caratteizzata da una bassa rigidezza al rollio. (In foto: Sospensione a ponte torcente)
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters e poi:
Immagini tratte da “L’Autotelaio-Progetto dei componenti”, di Giancarlo Genta e Lorenzo Morello, Ed. ATA
Immagini della sospensione McPherson e degli esempi di ponti rigidi guidati tratte da “L’assetto-Teoria e pratica per la messa a punto dell’assetto”, di Flavio Facchinelli, Ed. Motor Books Tech
