admintp Tutto ciò che devi sapere sulle sospensioni auto.
Quando le persone pensano alle prestazioni automobilistiche, normalmente pensano a potenza , coppia e accelerazione da zero a 60. Ma tutta la potenza generata da un motore è inutile se l’autista non può controllare l’auto. Ecco perché gli ingegneri automobilistici hanno rivolto la loro attenzione al sistema di sospensione non appena hanno imparato il motore a combustione interna a quattro tempi.
Il compito di una sospensione per auto è massimizzare l’attrito tra i pneumatici e la superficie stradale, fornire stabilità allo sterzo con una buona manovrabilità e garantire il comfort dei passeggeri. In questo articolo, esploreremo come funzionano le sospensioni delle auto, come si sono evolute nel corso degli anni e dove si dirigerà il design delle sospensioni in futuro.
Se una strada fosse perfettamente pianeggiante, senza irregolarità, le sospensioni non sarebbero necessarie. Ma le strade sono tutt’altro che pianeggianti. Anche le autostrade appena asfaltate presentano imperfezioni sottili che possono interagire con le ruote di un’auto. Sono queste imperfezioni che applicano le forze alle ruote. Secondo le leggi del moto di Newton , tutte le forze hanno sia intensità che direzione . Un dosso sulla strada fa sì che la ruota si muova su e giù perpendicolarmente al manto stradale. L’entità, ovviamente, dipende dal fatto che la ruota stia colpendo un dosso gigante o un minuscolo granello. In ogni caso, la ruota dell’auto subisce un’accelerazione verticale mentre passa sopra un’imperfezione.
Senza una struttura intermedia, tutta l’energia verticale della ruota viene trasferita al telaio, che si muove nella stessa direzione. In una situazione del genere, i pneumatici possono perdere completamente il contatto con la strada. Quindi, sotto la forza di gravità verso il basso , le gomme possono sbattere di nuovo contro il manto stradale. Ciò di cui hai bisogno è un sistema che assorba l’energia della ruota con accelerazione verticale, consentendo al telaio e alla carrozzeria di guidare indisturbati mentre le gomme seguono i dossi della strada.
Lo studio delle forze che agiscono su un’auto in movimento si chiama dinamica del veicolo , ed è necessario comprendere alcuni di questi concetti per capire perché in primo luogo è necessaria una sospensione. La maggior parte degli ingegneri automobilistici considera la dinamica di un’auto in movimento da due prospettive:
- Corsa : la capacità di un’auto di spianare una strada accidentata
- Manovrabilità : la capacità di un’auto di accelerare, frenare e curvare in sicurezza
Queste due caratteristiche possono essere ulteriormente descritte in tre importanti principi: isolamento stradale , tenuta di strada e tenuta in curva .
Diamo un’occhiata alle parti di una tipica sospensione, partendo dall’immagine più grande del telaio fino ai singoli componenti che compongono la sospensione vera e propria.
Parti delle sospensioni auto
La sospensione di un’auto è in realtà parte del telaio, che comprende tutti i sistemi importanti situati sotto la carrozzeria dell’auto. Questi sistemi includono:
- Il telaio : elemento strutturale portante che sostiene il motore e la carrozzeria dell’auto, a loro volta supportati dalle sospensioni
- Il sistema di sospensione : configurazione che supporta il peso, assorbe e smorza gli urti e aiuta a mantenere il contatto degli pneumatici
- Il sistema di guida : meccanismo che permette al guidatore di guidare e dirigere il veicolo
- I pneumatici e le ruote : componenti che rendono possibile il movimento del veicolo per aderenza e/o attrito con la strada
Quindi la sospensione è solo uno dei principali sistemi in qualsiasi veicolo.
Con questa panoramica generale in mente, è il momento di esaminare i tre componenti fondamentali di qualsiasi sospensione: molle, ammortizzatori e barre antirollio.
Molle
I sistemi di molleggio odierni si basano su uno dei quattro modelli di base:
- Le molle elicoidali delle sospensioni auto sono il tipo più comune di molla ed è, in sostanza, una barra di torsione per impieghi gravosi avvolta attorno ad un asse. Le molle elicoidali si comprimono e si espandono per assorbire il movimento delle ruote.
- Le molle a balestra sono costituite da diversi strati di metallo (chiamati “foglie”) legati insieme per agire come un’unica unità. Le molle a balestra furono utilizzate per la prima volta su carrozze trainate da cavalli e furono trovate sulla maggior parte delle automobili americane fino al 1985. Sono ancora utilizzate oggi sulla maggior parte dei camion e dei veicoli pesanti.
- Le barre di torsione utilizzano le proprietà di torsione di una barra d’acciaio per fornire prestazioni simili a quelle di una molla elicoidale. Ecco come funzionano: un’estremità di una barra è ancorata al telaio del veicolo. L’altra estremità è fissata a un braccio oscillante, che agisce come una leva che si muove perpendicolarmente alla barra di torsione. Quando la ruota urta un dosso, il movimento verticale viene trasferito al braccio oscillante e quindi, tramite l’azione di leva, alla barra di torsione. La barra di torsione quindi ruota lungo il suo asse per fornire la forza della molla. Le case automobilistiche europee hanno utilizzato ampiamente questo sistema, così come Packard e Chrysler negli Stati Uniti, negli anni ’50 e ’60.
- Le molle pneumatiche sono costituite da una camera d’aria cilindrica posizionata tra la ruota e la carrozzeria dell’auto e sfruttano le qualità di compressione dell’aria per assorbire le vibrazioni delle ruote. La tecnologia è utilizzata oggi in molti veicoli di lusso, ma il concetto in realtà ha più di un secolo e potrebbe essere trovato su passeggini trainati da cavalli. Le molle pneumatiche di quest’epoca erano realizzate con diaframmi in pelle pieni d’aria, proprio come un soffietto; furono sostituiti con molle pneumatiche in gomma stampata negli anni ’30.
Basandosi su dove si trovano le molle su un’auto, cioè tra le ruote e il telaio, gli ingegneri spesso trovano conveniente parlare della massa sospesa e della massa non sospesa .
Sorgenti: Massa sospesa e non sospesa
La massa sospesa è la massa del veicolo supportata sulle molle, mentre la massa non sospesa è vagamente definita come la massa tra la strada e le molle delle sospensioni. La rigidità delle molle influisce sulla risposta della massa sospesa durante la guida dell’auto. Le auto a molle larghe, come le auto di lusso (si pensi a Mercedes-Benz Classe C), possono ingoiare dossi e fornire una guida super fluida; tuttavia, un’auto del genere è incline a tuffarsi e ad accovacciarsi durante la frenata e l’accelerazione e tende a subire oscillazioni o rotolamenti del corpo durante le curve. Le auto a molle strette, come le auto sportive (si pensi alla Mazda Miata MX-5), sono meno indulgenti su strade accidentate, ma riducono al minimo il movimento della carrozzeria, il che significa che possono essere guidate in modo aggressivo, anche dietro gli angoli.
Quindi, mentre le molle di per sé sembrano semplici dispositivi, progettarle e implementarle su un’auto per bilanciare il comfort dei passeggeri con la maneggevolezza è un compito complesso. E per rendere le cose più complesse, le molle da sole non possono fornire una guida perfettamente fluida. Come mai? Perché le molle sono ottime per assorbire l’energia, ma non tanto per dissiparla . A tale scopo sono necessarie altre strutture, note come ammortizzatori .
Ammortizzatori: ammortizzatori
Un’altra struttura di smorzamento comune è il montante , fondamentalmente un ammortizzatore montato all’interno di una molla elicoidale. Gli ammortizzatori svolgono due funzioni: svolgono una funzione di smorzamento come gli ammortizzatori e forniscono supporto strutturale per la sospensione del veicolo. Ciò significa che i montanti offrono un po’ più degli ammortizzatori, che non supportano il peso del veicolo: controllano solo la velocità alla quale il peso viene trasferito in un’auto, non il peso stesso.
Poiché gli ammortizzatori e i montanti hanno molto a che fare con la guida di un’auto, possono essere considerati caratteristiche di sicurezza critiche. Ammortizzatori e montanti usurati possono consentire un trasferimento eccessivo del peso del veicolo da un lato all’altro e dalla parte anteriore a quella posteriore. Ciò riduce la capacità del pneumatico di aderenza alla strada, nonché le prestazioni di manovrabilità e frenata .
Barre d’ondeggiamento
Le barre antirollio (note anche come barre antirollio) vengono utilizzate insieme ad ammortizzatori o puntoni per conferire ulteriore stabilità a un’automobile in movimento. Una barra antirollio è un’asta di metallo che copre l’intero asse e unisce efficacemente ogni lato della sospensione.
Quando la sospensione di una ruota si muove su e giù, la barra antirollio trasferisce il movimento all’altra ruota. Questo crea una guida più livellata e riduce l’oscillazione del veicolo . In particolare, combatte il rollio di un’auto sulle sospensioni in curva. Per questo motivo, quasi tutte le auto oggi sono dotate di barre stabilizzatrici di serie, anche se in caso contrario, i kit rendono facile l’installazione delle barre in qualsiasi momento.
Tipi di sospensione: anteriore
Finora, le nostre discussioni si sono concentrate sul funzionamento di molle e ammortizzatori su una determinata ruota. Ma le quattro ruote di un’auto lavorano insieme in due sistemi indipendenti: le due ruote collegate dall’asse anteriore e le due ruote collegate dall’asse posteriore. Ciò significa che un’auto può e di solito ha un diverso tipo di sospensione sulla parte anteriore e posteriore.
Molto è determinato dal fatto se un asse rigido vincola le ruote o se le ruote possono muoversi indipendentemente. La prima disposizione è nota come sistema dipendente , mentre la seconda disposizione è nota come sistema indipendente . Nelle sezioni seguenti, esamineremo alcuni dei tipi comuni di sospensioni anteriori e posteriori tipicamente utilizzati sulle auto tradizionali.
Sospensioni anteriori dipendenti
Le sospensioni anteriori dipendenti hanno un assale anteriore rigido che collega le ruote anteriori. Fondamentalmente, sembra una solida barra sotto la parte anteriore dell’auto, tenuta in posizione da balestre e ammortizzatori. Comune sui camion, le sospensioni anteriori dipendenti non sono state utilizzate nelle auto tradizionali per anni.
Sospensioni anteriori indipendenti
In questa configurazione, le ruote anteriori possono muoversi indipendentemente. Il puntone MacPherson , sviluppato da Earle S. MacPherson della General Motors nel 1947, è il sistema di sospensione anteriore più utilizzato, soprattutto nelle auto di origine europea.
Il montante MacPherson combina un ammortizzatore e una molla elicoidale in un’unica unità. Ciò fornisce un sistema di sospensione più compatto e leggero che può essere utilizzato per i veicoli a trazione anteriore.
La sospensione a doppio braccio oscillante, nota anche come sospensione con braccio ad A o sospensione con braccio di controllo, è un altro tipo comune di sospensione anteriore indipendente.
Sebbene ci siano diverse configurazioni possibili, questo design utilizza tipicamente due bracci a forma di braccio oscillante per posizionare la ruota. Ciascun braccio oscillante, che ha due posizioni di montaggio al telaio e una al volante, supporta un ammortizzatore e una molla elicoidale per assorbire le vibrazioni. Le sospensioni a doppio braccio oscillante consentono un maggiore controllo sull’angolo di campanatura della ruota, che descrive il grado di inclinazione delle ruote dentro e fuori. Aiutano anche a ridurre al minimo il rollio o l’oscillazione e forniscono una sensazione di sterzata più coerente. A causa di queste caratteristiche, la sospensione a doppio braccio oscillante è comune sulle ruote anteriori delle auto più grandi.
Ora diamo un’occhiata ad alcune comuni sospensioni posteriori.
Tipi di sospensione: posteriore
Sospensioni posteriori dipendenti
Se un asse solido collega le ruote posteriori di un’auto, la sospensione è solitamente abbastanza semplice, basata su una molla a balestra o una molla elicoidale. Nel modello precedente, le molle a balestra si agganciano direttamente all’asse motore. Le estremità delle molle a balestra si attaccano direttamente al telaio e l’ammortizzatore è fissato al morsetto che tiene la molla all’asse. Per molti anni, le case automobilistiche americane hanno preferito questo design per la sua semplicità.
Lo stesso design di base può essere ottenuto con molle elicoidali che sostituiscono le foglie. In questo caso, la molla e l’ammortizzatore possono essere montati come un’unità singola o come componenti separati. Quando sono separate, le molle possono essere molto più piccole, il che riduce la quantità di spazio occupata dalla sospensione.
Sospensioni posteriori indipendenti
Se entrambe le sospensioni anteriori e posteriori sono indipendenti, tutte le ruote vengono montate e sospese individualmente, risultando in quelle che le pubblicità delle auto pubblicizzano come “sospensioni indipendenti a quattro ruote”. Qualsiasi sospensione che può essere utilizzata sull’anteriore della vettura può essere utilizzata sul posteriore, e sugli assali posteriori sono presenti versioni dei sistemi indipendenti anteriori descritti nella sezione precedente. Naturalmente, nella parte posteriore dell’auto, la cremagliera dello sterzo , il gruppo che include il pignone e consente alle ruote di girare da un lato all’altro, è assente. Ciò significa che le sospensioni posteriori indipendenti possono essere versioni semplificate di quelle anteriori, sebbene i principi di base rimangano gli stessi.
Successivamente, esamineremo le sospensioni delle auto speciali.Sospensioni storiche
I carri e le carrozze del Cinquecento cercarono di risolvere il problema di “sentire ogni urto della strada” imbracando il corpo della carrozza da cinghie di cuoio fissate a quattro montanti di un telaio che sembrava un tavolo capovolto. Poiché il corpo del carrello era sospeso al telaio, il sistema divenne noto come “sospensione”, termine usato ancora oggi per descrivere l’intera classe di soluzioni. La sospensione del corpo imbracato non era un vero sistema di molleggio, ma consentiva al corpo e alle ruote del carrello di muoversi indipendentemente. I modelli a molla semiellittica, noti anche come molle del carrello, hanno rapidamente sostituito la sospensione con cinturino in pelle. Popolari su vagoni, passeggini e carrozze, le molle semiellittiche erano spesso utilizzate sia sull’asse anteriore che su quello posteriore. Hanno fatto, tuttavia, tendono a consentire oscillazioni in avanti e all’indietro e avevano un baricentro alto. Quando i veicoli a motore entrarono in strada, venivano sviluppati altri sistemi di molleggio più efficienti per rendere più fluida la corsa per i passeggeri.
Sospensioni specializzate: The Baja Bug
Per la maggior parte, questo articolo si è concentrato sulle sospensioni delle auto tradizionali a trazione anteriore e posteriore, auto che guidano su strade normali in condizioni di guida normali. Ma che dire delle sospensioni delle auto speciali, come hot rod, racer o fuoristrada estremi? Sebbene le sospensioni delle auto speciali obbediscano agli stessi principi di base, forniscono vantaggi aggiuntivi unici per le condizioni di guida in cui devono navigare. Quella che segue è una breve panoramica di come sono progettate le sospensioni per tre tipi di auto speciali: Baja Bugs, piloti di Formula 1 e hot rod in stile americano.
Baja Bugs
Il Maggiolino Volkswagen, o Bug, era destinato a diventare uno dei preferiti dagli appassionati di fuoristrada. Con un baricentro basso e un posizionamento del motore sull’asse posteriore, il Bug a due ruote motrici gestisce le condizioni fuoristrada così come alcuni veicoli a quattro ruote motrici . Naturalmente, la VW Bug non è pronta per le condizioni fuoristrada con la sua attrezzatura di fabbrica. La maggior parte dei bug richiede alcune modifiche o conversioni per prepararli a correre in condizioni difficili come i deserti della Baja California.
Una delle modifiche più importanti avviene nella sospensione. La sospensione della barra di torsione, equipaggiamento standard sulla parte anteriore e posteriore della maggior parte dei Bug tra il 1936 e il 1977, può essere sollevata per fare spazio a ruote e pneumatici fuoristrada per impieghi gravosi. Ammortizzatori più lunghi sostituiscono gli ammortizzatori standard per sollevare la scocca più in alto e garantire la massima escursione della ruota. In alcuni casi, i convertitori Baja Bug rimuovono completamente le barre di torsione e le sostituiscono con più sistemi coil-over, un articolo aftermarket che unisce molla e ammortizzatore in un’unica unità regolabile. Il risultato di queste modifiche è un veicolo che consente alle ruote di viaggiare verticalmente di 20 pollici (50 centimetri) o più a ciascuna estremità. Un’auto del genere può facilmente navigare su terreni accidentati e spesso sembra “saltare” sul lavatoio del deserto come un sasso sull’acqua.
Sospensioni Specializzate: Piloti di Formula Uno
L’auto da corsa di Formula 1 rappresenta l’apice dell’innovazione e dell’evoluzione automobilistica. Carrozzerie leggere e composite, potenti motori V10 e aerodinamica avanzata hanno portato a vetture più veloci, più sicure e più affidabili.
Per elevare l’abilità del pilota come fattore chiave di differenziazione in una gara, regole e requisiti rigorosi governano il design delle auto da corsa di Formula 1. Ad esempio, le regole che regolano il design delle sospensioni affermano che tutti i piloti di Formula 1 devono essere dotati di sospensioni convenzionali, ma non consentono sospensioni attive controllate da computer. Per far ciò, le vetture sono dotate di sospensioni multi-link , che utilizzano un meccanismo multi-asta equivalente a un sistema a doppio braccio oscillante.
Ricordiamo che un design a doppio braccio oscillante utilizza due bracci di controllo a forma di braccio oscillante per guidare il movimento su e giù di ciascuna ruota. Ogni braccio ha tre posizioni di montaggio, due sul telaio e una sul mozzo della ruota, e ogni giunto è incernierato per guidare il movimento della ruota. In tutte le vetture, il vantaggio principale di una sospensione a doppio braccio oscillante è il controllo . La geometria dei bracci e l’elasticità delle articolazioni offrono agli ingegneri il controllo definitivo sull’angolo della ruota e su altre dinamiche del veicolo, come sollevamento, squat e tuffo.
A differenza delle auto da strada, tuttavia, gli ammortizzatori e le molle elicoidali di un’auto da corsa di Formula 1 non si montano direttamente sui bracci di controllo. Invece, sono orientati lungo la lunghezza dell’auto e sono controllati a distanza attraverso una serie di tiranti e tiranti. Traducono i movimenti su e giù della ruota nel movimento avanti e indietro dell’apparato molla e ammortizzatore.
Domande frequenti sulle sospensioni auto
– Cosa fanno le sospensioni per un’auto?
Il compito di una sospensione per auto è massimizzare l’attrito tra i pneumatici e la superficie stradale, fornire stabilità allo sterzo con una buona manovrabilità e garantire il comfort dei passeggeri.
– Quali sono le parti di una sospensione per auto?
La sospensione di un’auto è in realtà parte del telaio, che comprende tutti i sistemi importanti situati sotto la carrozzeria dell’auto. Questi sistemi includono: Il telaio: componente strutturale portante che sostiene il motore e la carrozzeria dell’auto, che sono a loro volta supportati dalle sospensioni. Il sistema di sospensione: configurazione che supporta il peso, assorbe e smorza gli urti e aiuta a mantenere il contatto degli pneumatici. Il sistema di guida: meccanismo che permette al guidatore di guidare e dirigere il veicolo. I pneumatici e le ruote: componenti che rendono possibile il movimento del veicolo per aderenza e/o attrito con la strada
– Quanto durano le sospensioni dell’auto?
La sospensione della tua auto in genere necessita di alcune riparazioni o sostituzioni di parti, come gli ammortizzatori e i montanti, a circa 50.000 miglia.
– Quali sono le cause dei problemi alle sospensioni dell’auto?
Poiché una sospensione di un’auto è composta da molte parti, possono verificarsi numerosi problemi in qualsiasi parte del sistema di sospensione. In genere, impatti violenti e dossi significativi, come buche o ostacoli stradali, porteranno a problemi o danni alle sospensioni.
– Come fai a sapere se la tua sospensione è danneggiata?
I segni di una sospensione danneggiata possono includere derapata, trazione durante le curve, una corsa accidentata che ti fa sentire ogni urto sulla strada e un movimento in avanti barcollante quando ti fermi.
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