I veicoli a motore si compongono di un numero variegato di pezzi e componenti, ognuno dei quali svolge una funzione ben precisa e contribuisce al funzionamento del veicolo stesso, nonché ad una guida confortevole e sicura. Spesso confuse con gli ammortizzatori, le sospensioni di un veicolo a motore collaborano a rendere più confortevole e sicura la guida. Si definiscono sospensioni gli elementi meccanici che collegano le parti sospese del veicolo con le gomme.
La Funzione Fondamentale delle Sospensioni
Le sospensioni garantiscono l'aderenza delle ruote al fondo stradale assorbendo gli urti e le irregolarità del terreno, migliorando stabilità, sicurezza e comfort di guida. Le sospensioni di un veicolo a motore sono un sistema meccanico complesso progettato per mantenere le ruote in contatto con la strada, assorbendo gli urti e le irregolarità del terreno. Questo contatto costante è fondamentale per la sicurezza, la manovrabilità e il comfort di guida.
Le sospensioni riducono l'impatto delle asperità del terreno sulle ruote e sul telaio del veicolo, evitando vibrazioni eccessive e mantenendo un contatto ottimale tra pneumatici e asfalto. Questo contatto ottimale è essenziale per la stabilità direzionale del veicolo, permettendo al conducente di mantenere il controllo anche su superfici irregolari o a velocità elevate. Una buona aderenza è fondamentale per la frenata e l'accelerazione efficaci.
Inoltre, le sospensioni migliorano il comfort di guida assorbendo gli urti e le vibrazioni, riducendo lo stress sul conducente e sui passeggeri. Le sospensioni sono uno dei componenti più importanti in ogni veicolo, spesso considerate il cuore del comfort e della sicurezza durante la guida. Svolgono il fondamentale compito di assorbire gli urti e le vibrazioni causate dalle irregolarità del terreno, garantendo al tempo stesso il massimo controllo e stabilità del mezzo.
Componenti Principali e Principi di Funzionamento
La sospensione di un veicolo è un sistema complesso composto da diversi elementi, ognuno con una funzione specifica. Le molle sono l'elemento elastico della sospensione, il cui compito principale è quello di immagazzinare l'energia generata dagli urti con il terreno, per poi rilasciarla gradualmente. Gli ammortizzatori hanno il compito di dissipare l'energia elastica immagazzinata dalle molle, smorzando le oscillazioni del veicolo e impedendo che questo "rimbalzi" continuamente. Sono costituiti da un cilindro contenente un fluido (olio o gas) e un pistone forato. Quando la ruota si muove, il fluido passa attraverso i fori del pistone, generando attrito e dissipando così l'energia.
I bracci e i puntoni sono elementi rigidi che collegano le ruote al telaio del veicolo. La loro geometria determina il movimento delle ruote rispetto al telaio, influenzando la convergenza, la campanatura e il caster. I bracci possono essere longitudinali, trasversali o obliqui. La loro funzione è quella di guidare il movimento della ruota, mantenendola in posizione corretta rispetto al telaio.
Gli stabilizzatori, o barre antirollio, sono barre metalliche che collegano le barre di torsione o i bracci delle sospensioni delle due ruote dello stesso asse.
Il ciclo di funzionamento di una sospensione si articola in diverse fasi:
- Compressione: la ruota urta l'ostacolo, comprimendo la molla.
- Smorzamento: l'ammortizzatore entra in funzione, dissipando l'energia elastica immagazzinata dalla molla.
- Estensione: una volta superato l'ostacolo, la ruota tende a rimbalzare verso l'alto.
Una sospensione ben tarata è fondamentale per garantire una buona tenuta di strada. Gli ammortizzatori, in particolare, giocano un ruolo cruciale nel mantenere gli pneumatici in costante contatto con il suolo, migliorando la trazione e la stabilità del veicolo. Una sospensione troppo morbida può causare eccessive oscillazioni della carrozzeria, riducendo la precisione di guida.
SOSPENSIONI: COME FUNZIONANO? - Auto, Moto, Bici - Video tecnico @theAndreaniGroup
Tipologie di Sospensioni: Evoluzione e Applicazioni
La funzione delle sospensioni è la stessa - ossia mantenere stabilità e comfort durante la marcia - ma si distinguono diverse tipologie di elementi a seconda delle caratteristiche e del veicolo su cui sono montate. Molti secoli prima dell'avvento dei veicoli a motore, nel basso medioevo, si cercò una soluzione per migliorare il comfort di marcia. Forse ispirato dalle balestre utilizzate per il lancio di dardi in guerra, si pensò di dotare i veicoli dell'epoca di un sistema simile: è così che spuntarono le prime arcaiche realizzazioni di sospensioni a balestra. Da lì l'evoluzione nel corso dei secoli è stata estremamente lenta fino all'arrivo dei primi veicoli a motore, momento in cui nuove e più stringenti esigenze prestazionali, unite ai grossi passi in avanti fatti in campo siderurgico e metallurgico con la rivoluzione industriale, crearono l'esigenza e diedero la possibilità di escogitare nuove soluzioni costruttive.
Le numerose realizzazioni di sospensioni apparse nel corso degli anni possono essere racchiuse in due categorie principali: le sospensioni a ruote indipendenti e le sospensioni a ruote interconnesse. Nelle sospensioni a ruote indipendenti, ciascun mozzo ruota è vincolato alla scocca del veicolo mediante un proprio cinematismo indipendente da quello del mozzo speculare (a meno della barra antirollio).
Sospensioni Elicoidali
Le sospensioni elicoidali sono realizzate da molle a torsione operanti per compressione. Lineari, queste molle hanno una flessibilità (approssimativamente) costante, caratterizzate da contrazione direttamente proporzionale alla forza di compressione esercitata, generando un grafico lineare sul piano cartesiano. Sono le più comuni, realizzate in acciaio ad alta resistenza.
Sospensioni a Balestra
Usate sui mezzi pesanti, si compongono da lamine di acciaio sovrapposte. In questo caso l'organo elastico è una balestra, operante per flessione di foglie di materiale elastico (generalmente acciaio) collegate fra loro da graffe metalliche. Il sistema a balestra è stato il primo ad essere usato sui veicoli a motore, e, data la sua notevole rigidezza, viene utilizzato ancora per veicoli particolarmente pesanti, mentre è in disuso per veicoli leggeri come automobili.
Sospensioni Idropneumatiche
Costituite da sfere di metallo e da membrane con azoto e olio pneumatico, garantiscono dinamicità e tenuta, anche su strade accidentate. Sono sospensioni pneumatiche, ma interconnesse attraverso un fluido idraulico; infatti la parte pneumatica è costituita da singole sfere con all'interno una camera con azoto e sigillata da una membrana flessibile. L'altezza del veicolo viene mantenuta costante in modo automatico immettendo più o meno olio nel circuito delle sospensioni e può essere variata dal guidatore spostando una levetta di regolazione nell'abitacolo.
Sospensioni a Barre di Torsione
Usate per lo più sui mezzi blindati, sono costituite da una barra rigida che attraversa il telaio in orizzontale. In questo tipo di sospensioni, utilizzate oggi principalmente su veicoli con un numero elevato di ruote, il mezzo elastico è una barra che può essere trasversale (attraversa la larghezza del veicolo ed è fissata al lato opposto a quello in cui si trova la ruota, o al centro della scocca) o longitudinale (per le sospensioni anteriori). Le barre di torsione trovano diffusa applicazione nelle auto di Formula 1 e, in passato, anche in molte vetture di serie.
Sospensioni a Ruote Interconnesse
Una versione che riprende in parte il concetto di sospensione a barra di torsione è quella denominata "a ruote interconnesse" ed è usata al retrotreno di numerosi modelli di auto moderne. Un tubo aperto, con sezione a forma di C, posto trasversalmente al veicolo collega due bracci longitudinali a loro volta collegati alle ruote. Sono comunque presenti anche delle molle oltre ai consueti ammortizzatori, uno per braccio. Tale schema associa la funzione di elemento elastico delle molle a quello (torcente) del tubo, inoltre lo stesso funge anche da interconnessione tra le due ruote con benefici per il comportamento dinamico della vettura durante la guida in velocità, altrimenti penalizzata da ruote a sospensione completamente indipendenti sullo stesso asse.
Sospensioni a Quadrilatero
Le sospensioni a quadrilatero sono costituite da due elementi trasversali, uno sovrapposto all'altro, generalmente di forma simil-triangolare. Ammortizzatore e molla sono collegati al braccio inferiore. Entrambi i bracci sono collegati al mozzo ruota. Possono essere a quadrilatero alto o basso, a seconda della distanza fra i due bracci. Generalmente le sospensioni a quadrilatero sono utilizzate su veicoli sportivi (su Ferrari a quadrilatero basso) o comunque con connotazione sportiva.
Sospensioni MacPherson
Le sospensioni MacPherson sono generalmente usate per le ruote anteriori, ma non mancano casi di utilizzo per le ruote posteriori. Sono caratterizzate dal fatto che l'ammortizzatore è "strutturale", ovvero ha una connessione rigida con il portaruota. Tale vincolo elimina due dei 5 gradi di libertà del portaruota, necessitando quindi di un braccio a tre punti più un'asta di sterzo, oppure da tre aste semplici. Generalmente ammortizzatore e molla non sono perfettamente coassiali, ma i loro assi formano fra di loro un piccolo angolo per poter minimizzare le forze di taglio sullo stelo ammortizzatore, così da minimizzare l'isteresi e quindi migliorare il comfort di guida.
RevoKnuckle
RevoKnuckle è la variazione del sistema MacPherson, brevettata dalla Ford, la quale dichiara che questo sistema pesa meno e costa meno di un sistema a doppio braccio oscillante e di una sospensione multi-link. L'offset dello sterzo è paragonabile a quello delle sospensioni a quadrilatero. La sistemazione della sospensione RevoKnuckle è stata ideata per mantenere la disposizione semplice ed economica della McPherson, ma con una configurazione geometrica con poco offset allo sterzo. Gli ingegneri hanno utilizzato uno schema MacPherson, ma ad esso hanno aggiunto un componente a forma di "C" connesso rigidamente alla sospensione/ammortizzatore; questa "C" tramite due snodi si vincola al portaruota e al sistema frenante, di conseguenza la sospensione non sterzerà più assieme alla ruota.
Sospensioni a Bracci Oscillanti Longitudinali e Trasversali
Le sospensioni a bracci oscillanti longitudinali sono costituite da due bracci collegati da un lato alla scocca e dall'altro ognuno a una ruota. I bracci si dicono longitudinali in quanto sono paralleli all'asse longitudinale del veicolo. Il collegamento con la scocca e il movimento relativo ad essa sono assicurati da una cerniera. La cerniera permette la rotazione del braccio durante il movimento verticale della ruota. Fra braccio e scocca sono frapposte la molla e l'ammortizzatore.Le sospensioni a bracci oscillanti trasversali hanno una struttura simile al tipo precedente, ma in questo caso i bracci sono incernierati al centro vettura e sono trasversali, in quanto sono paralleli alla dimensione della larghezza del veicolo.
Sospensioni Multilink
Le sospensioni multilink sono costituite da più bracci trasversali, al massimo 5, perché 5 sono i moti della ruota da vincolare (solo il moto di oscillazione verticale è permesso). Sono utilizzate al retrotreno e, variando le dimensioni di ogni braccio, è possibile ottimizzare il movimento della ruota.
Quando Procedere con la Sostituzione delle Sospensioni
Se vogliamo usufruire di un’auto piacevole alla guida, stabile e sicura, è bene curare “la salute” delle sue sospensioni. Di fatti, a lungo andare, gli eventuali urti e l’usura rendono questo elemento inefficiente, andando a compromettere la tenuta su strada del veicolo. Tale aspetto non comporta un anomalo funzionamento del motore, ma fa venir meno quella che è la funzione propria delle sospensioni.
Diversamente, in un veicolo a motore, gli ammortizzatori scarichi determinano una serie di deficit che necessitano di essere risolti per non compromettere la sicurezza durante la marcia. Per tali motivi, è importante essere regolari nei controlli del veicolo e sulla proroga o scadenza della revisione auto.
Il tampone di finecorsa è utile per ridurre l'effetto di fine corsa della sospensione e dell'ammortizzatore; viene utilizzato un tampone comprimibile, che nel caso di sistemi a molla è normalmente alloggiato lungo lo stelo dell'ammortizzatore o anche sul braccio della sospensione o sul telaio, e fornisce un'ulteriore resistenza durante le ultime fasi di compressione della sospensione.
La rigidezza è il rapporto tra la forza necessaria ad effettuare un determinato spostamento della sospensione e lo spostamento stesso. Un veicolo più pesante richiede molle più rigide e ammortizzatori più performanti. Inoltre, le caratteristiche degli pneumatici (profilo, mescola, larghezza) influenzano il comportamento della sospensione. Su strade sconnesse è preferibile una sospensione più morbida, mentre su strade lisce si può optare per una taratura più rigida.
In conclusione, le sospensioni sono un elemento fondamentale per garantire la sicurezza e il comfort di guida. Visto che stiamo parlando di sicurezza, ti invitiamo a prestare attenzione anche all’assicurazione, verificando sempre che siano presenti tutte le coperture necessarie per la tua sicurezza.