Le sospensioni

Un buon giorno a tutti i lettori del blog.

Completata la parte dedicata agli organi di trasmissione, oggi trattiamo un nuovo componente meccanico presente in tutti i veicoli: la sospensione.

Quando si pensa ad una sospensione automobilistica si collega di solito questo componente al comfort di marcia; tutto ciò è vero, ma questo rappresenta il secondo obiettivo cui è chiamata una sospensione perché il primo è la tenuta di strada. Nel caso di sospensione anteriore, inoltre, è opportuno inserire un’altra funzione importantissima ovvero quella di consentire la sterzatura delle ruote.

Procediamo per gradi dando una prima definizione di sospensione e introducendo le principali caratteristiche. Con il termine sospensione si intende il complesso di organi che collegano la ruota alla scocca.

Fanno parte di una sospensione gli organi portanti che collegano meccanicamente ruota e scocca e che assicurano la corretta posizione della ruota stessa rispetto al terreno, gli organi elastici primari -quali molle, balestre e barre torsione- che collegano elasticamente la ruote alla scocca. Essi immagazzinano l’energia dovuta per esempio agli urti derivanti dalla ruote contro asperità stradali oltre a sorreggere il peso della carrozzeria e della massa del veicolo che giace su di essa e che prende il nome di massa sospesa.

Sono presenti anche organi elastici secondari come le boccole elastiche che garantiscono un filtraggio delle vibrazioni ad alta frequenza ed infine gli organi dissipatori ovvero gli ammortizzatori che dissipano l’energia immagazzinata dagli elementi elastici e che assicurano il comfort di marcia grazie ad uno smorzamento delle oscillazioni della scocca.

Una prima sommaria, ma altrettanto importante classificazione delle sospensioni è quella che prevede sospensioni a ruota indipendente, ovvero prive di connessioni meccanica tra il lato destro e sinistro dell’assale che significa che una forza agente su uno dei due lati non ha effetti sull’altro. Scendendo ulteriormente nei dettagli di questa classificazione si possono trovare le sospensioni sterzanti e quelle non sterzanti. L'altra categoria è rappresentata dalle sospensione a ruota dipendente che invece trovano applicazioni solo sull’assale non sterzante, generalmente quindi non si trovano sull’assale anteriore, ma sono presenti sul posteriore.

Esistono diversi tipi di sospensione, ma ci limiteremo ad analizzare solo le principali e le più diffuse sulle automobili partendo dalla configurazione più semplice.

La sospensione più semplice è quella detta a Ponte Rigido in cui un elemento portante trasversale collega in modo rigido le ruote di uno stesso assale. Una precisazione va fatta su questo elemento: se esso assolve alla sola funzione portante si è soliti parlare di assale, mentre nel caso in cui esso incorpori anche altri componenti quali differenziale e semiassi, allora si è soliti parlare di ponte. Tra i vantaggi ovviamente ci sono la robustezza e la semplicità costruttiva, mentre lo svantaggio principale risiede nella scarsa attitudine ad assorbire le asperità stradali e nella tenuta di strada relativamente bassa.

Per superare i vincoli del ponte rigido, si è passati al Ponte Dedion nella cui dislocazione gli organi di trasmissione sono fissati alla scocca anziché gravare sul gruppo di sospensioni. In questo schema di sospensione rimane invariato il collegamento rigido tra le ruote. Questo tipo di sospensione è presente oggi solo sulle Smart in quanto ormai è andato in disuso.

La sospensione McPherson è la più diffusa per gli assali anteriori e trova applicazione su tutti i veicoli di dimensione contenuta (segmenti A e B), ma può essere presente anche su vetture di classe superiore come alcune berline e sportive tedesche.

È caratterizzata da un solo braccio trasversale inferiore e da un montante collegato in modo telescopico al mozzo ruota. Il montante prevede ammortizzatore fissato alla zona superiore della scocca e la molla elicoidale.

I vantaggi che hanno determinato una grandissima diffusione di questa sospensione sono di ordine pratico ed economico, ovvero: ridotto ingombro in larghezza (caratteristica ben gradita per l’avantreno in cui il motore è installato in modo trasversale), ridotto numero di elementi ed articolazioni in modo da semplificare produzione e montaggio con riduzione conseguente dei costi. Ovviamente l’altra faccia della medaglia prevede delle prestazioni inferiori rispetto ad altre soluzioni. L'immagine seguente mostra uno schema costruttivo si sospensione McPherson:

Sospensione McPherson

Uno schema più complesso è rappresentato dalle sospensioni a Quadrilatero che trovano applicazioni nelle vetture sportive e berline di lusso. Questo schema prevede uno ottimo compromesso tra prestazioni e comfort.

La soluzione differisce dalla sospensione McPherson per la presenza di un braccio oscillante superiore .

L’ammortizzatore non svolge funzione strutturale di sostegno dei carichi statici ma si limita ad avere compiti dissipativi. Sono pertanto ridotti i fenomeni di isteresi che penalizzano il comfort.

La soluzione a quadrilatero presenta un ingombro maggiore della McPherson, ma nella configurazione detta “a quadrilatero basso” si limita questo problema consentendone un uso su vetture con motore anteriore disposto in modo longitudinale e con motore posteriore.

Lo svantaggio principale oltre a quello di un ingombro maggiore rispetto ad una McPherson è rappresentato da un aumento del costo. Di seguito si può osservare un'immagine di una sospensione a quadrilatero:

Sospensione a Quadrilatero

L’estrema evoluzione dello schema a quadrilatero è rappresentato dal Multilink che presenta un numero di bracci superiore al minimo necessario per garantire l’ancoraggio della ruota alla scocca.

La prima Multilink trova spazio nella produzione di serie della Mercedes 190 agli inizi degli anni 80 dal momento che aveva trovato spazio solo sulle vetture di gran turismo e da competizione.

Questa soluzione offre ottimi risultati in termini di comfort e di comportamento direzionale a scapito di una ovvia complicazione costruttiva. Il gruppo ruota è collegato alla scocca con cinque aste. È un evoluzione della sospensione a quadrilatero in cui il due bracci sono sostituiti ciascuno con una coppia di aste. Con questo tipo di soluzione si ottengono movimenti della ruota precisi sia in senso verticale sia riguardo i piccolissimi spostamenti in senso longitudinale e trasversale. Tutto questo ovviamente a vantaggio della tenuta di strada e del comfort.

Gli svantaggi sono da trovare in una complessità costruttiva maggiore con messa a punto sperimentale complessa, costi di produzione ed ingombri elevati. La seguente immagine rappresenta una sospensione Multilink:

Sospensione Multilink

A conclusione di questo post vorrei spendere solo due parole su un altro tipo di sospensione, quella Idropneumatica, sospensione autolivellante di casa Citroen. Ci tengo a spiegare come è fatta dal momento che è presente solo su alcune vetture della casa di francese che personalmente ho avuto modo di guidare.

È una sospensione autolivellante, ovvero una sospensione che, con l’utilizzo di molle ad aria la cui pressione interna può essere regolata in funzione di carico e velocità, permette di regolare il livello della vettura, cioè la sua altezza da terra.

In casa Citroen hanno abbinato molle di tipo pneumatico con gas ad alta pressione ad ammortizzatori integrati nel circuito idraulico della vettura. Una pompa mette in pressione il liquido e consente di mantenere costante l’altezza da terra indipendentemente dal carico o di variare l’altezza della carrozzeria rispetto al terreno. Presenta ovviamente costi di gestione maggiori, ma assicura livelli di comfort notevoli.

La prima sospensione idropneumatica risale a metà degli anni 50, mentre con la prima serie della C5 nel 2000 la Citroen ha introdotto la terza generazione sostituita poi dall' ultima generazione con la nuova C5 del 2008. A proposito di questa versione della C5, la casa francese ha deciso di dotare di sospensioni idropneumatiche solo le versioni più lussuose con l’intento di rendere più prestigiosa la berlina nel tentativo di ridurre il gap con le dirette concorrenti nonché regine del mercato tedesche.

Il seguente video mostra il funzionamento reale di una sospensione Idropneumaitca di terza generazione di una Citroen C5 sencoda serie: