Quando si pensa alle prestazioni di un'automobile, si pensa normalmente a cavalli, coppia e accelerazione da zero a -60. Ma tutta la potenza generata da un motore a pistoni è inutile se il guidatore non riesce a controllare l'auto. Ecco perché gli ingegneri automobilistici hanno rivolto la loro attenzione al sistema di sospensioni quasi subito dopo aver padroneggiato il motore a combustione interna a quattro tempi.
Il compito delle sospensioni di un'auto è massimizzare l'attrito tra gli pneumatici e la superficie stradale, fornire stabilità di sterzata con una buona maneggevolezza 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 piana, senza irregolarità, le sospensioni non sarebbero necessarie. Ma le strade sono tutt'altro che piane. Anche le autostrade appena asfaltate hanno imperfezioni sottili che possono interagire con le ruote di un'auto. Sono queste imperfezioni che applicano forze alle ruote. Secondo le leggi del moto di Newton, tutte le forze hanno entrambegrandezzaEdirezione. Una protuberanza sulla strada fa sì che la ruota si muova su e giù perpendicolarmente alla superficie stradale. L'entità, ovviamente, dipende dal fatto che la ruota stia colpendo una protuberanza gigante o un puntino minuscolo. In entrambi i casi, la ruota dell'auto subisce unaaccelerazione verticalementre sorvola un'imperfezione.
Le sospensioni della tua auto massimizzano l'attrito tra pneumatici e strada e garantiscono stabilità allo sterzo.
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, gli pneumatici possono perdere completamente il contatto con la strada. Quindi, sotto la forza di gravità verso il basso, gli pneumatici possono sbattere di nuovo contro la superficie stradale. Ciò di cui hai bisogno è un sistema che assorba l'energia della ruota accelerata verticalmente, consentendo al telaio e alla carrozzeria di procedere indisturbati mentre gli pneumatici seguono le asperità della strada.
Lo studio delle forze in gioco su un'auto in movimento è chiamatodinamica del veicolo, e devi comprendere alcuni di questi concetti per comprendere perché una sospensione è necessaria in primo luogo. La maggior parte degli ingegneri automobilistici considera la dinamica di un'auto in movimento da due prospettive:
Passeggiata: la capacità di un'auto di appianare le asperità di una strada dissestata
Gestione: la capacità di un'auto di accelerare, frenare e affrontare le curve in modo sicuro
Queste due caratteristiche possono essere ulteriormente descritte in tre importanti principi:isolamento stradale, tenuta di stradaEcurvareLa tabella seguente descrive questi principi e il modo in cui gli ingegneri tentano di risolvere le sfide specifiche di ciascuno.
Le sospensioni di un'auto, con i loro vari componenti, forniscono tutte le soluzioni descritte.
Diamo un'occhiata alle parti di una tipica sospensione, partendo dal quadro generale del telaio e arrivando ai singoli componenti che costituiscono la sospensione vera e propria.
Contenuto
Parti di sospensione per auto
Ammortizzatori: Ammortizzatori
Ammortizzatori: montanti e barre stabilizzatrici
Tipi di sospensione: anteriore
Tipi di sospensione: Posteriore
Sospensioni Specializzate: il Baja Bug
Sospensioni Specializzate: Piloti di Formula Uno
Sospensioni Specializzate: Hot Rods
Parti di sospensione per auto
Le sospensioni di un'auto sono in realtà parte del telaio, che comprende tutti i sistemi importanti situati sotto la carrozzeria dell'auto. Questi sistemi includono:
ILtelaio: componente strutturale portante che sostiene il motore e la carrozzeria dell'auto, a loro volta supportati dalle sospensioni
ILsistema di sospensione: configurazione che supporta il peso, assorbe e smorza gli urti e aiuta a mantenere il contatto degli pneumatici
ILsistema di sterzo: meccanismo che consente al conducente di guidare e dirigere il veicolo
ILpneumatici e ruote: componenti che rendono possibile il movimento del veicolo tramite aderenza e/o attrito con la strada
Quindi le sospensioni sono solo uno dei sistemi principali di un veicolo.
Con questa panoramica generale in mente, è il momento di esaminare i tre componenti fondamentali di qualsiasi sospensione: molle, ammortizzatori e barre stabilizzatrici.
Gli attuali sistemi di molleggio si basano su uno dei quattro progetti di base:
Molle elicoidalisono il tipo più comune di molla e sono, in sostanza, una barra di torsione per impieghi gravosi avvolta attorno a un asse. Le molle elicoidali si comprimono e si espandono per assorbire il movimento delle ruote.
Molle a balestrasono costituiti 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 sulle carrozze trainate da cavalli e si trovavano sulla maggior parte delle automobili americane fino al 1985. Sono ancora utilizzate oggi sulla maggior parte dei camion e dei veicoli pesanti.
Barre di torsioneutilizzano 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 colpisce 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 si torce 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.
Molle ad ariasono costituiti da una camera d'aria cilindrica posizionata tra la ruota e la carrozzeria dell'auto e sfruttano le qualità compressive dell'aria per assorbire le vibrazioni della ruota. La tecnologia è utilizzata in molti veicoli di lusso oggi, ma il concetto è in realtà vecchio di più di un secolo e potrebbe essere trovato su calessi trainati da cavalli. Le molle ad aria di quest'epoca erano realizzate con diaframmi in pelle riempiti d'aria, molto simili a un soffietto; furono sostituite con molle ad aria in gomma stampata negli anni '30.
In base alla posizione delle molle su un'auto, ovvero tra le ruote e il telaio, gli ingegneri spesso trovano conveniente parlare dimassa sospesae ilmassa non sospesa.
ILmassa sospesaè la massa del veicolo sostenuto dalle molle, mentre lamassa non sospesaè definita genericamente come la massa tra la strada e le molle delle sospensioni. La rigidità delle molle influisce sul modo in cui la massa sospesa risponde durante la guida dell'auto. Le auto con sospensioni poco rigide, come le auto di lusso (pensa alla Mercedes-Benz Classe C), possono assorbire i dossi e offrire una guida estremamente fluida; tuttavia, un'auto del genere è incline a tuffarsi e accovacciarsi durante la frenata e l'accelerazione e tende a subire oscillazioni o rollio della carrozzeria in curva. Le auto con sospensioni strette, come le auto sportive (pensa alla Mazda Miata MX-5), sono meno indulgenti sulle strade dissestate, ma riducono al minimo il movimento della carrozzeria, il che significa che possono essere guidate in modo aggressivo, anche in curva.
Quindi, mentre le molle di per sé sembrano dispositivi semplici, progettarle e implementarle su un'auto per bilanciare il comfort dei passeggeri con la maneggevolezza è un compito complesso. E per complicare ulteriormente le cose, le molle da sole non possono fornire una guida perfettamente fluida. Perché? Perché le molle sono ottime per assorbire l'energia, ma non altrettanto buone perdissipazioneesso. Altre strutture, note comeammortizzatori, sono tenuti a farlo.
