Appunti costruzione di autoveicoli - Sospensioni

Sfruttando questa relazione si

può calcolare la frequenza di oscillazione, la quale è data da:

Il valore della frequenza di oscillazione è molto importante

in quanto, da questa quantità, dipende il tipo di comportamento dinamico del

veicolo. In particolare, se l’oscillazione ha una frequenza troppo elevata, il

comfort per i passeggeri sarà scarso; se, invece, è troppo bassa, il veicolo avrà

una cattiva tenuta di strada. Il giusto compromesso tra prestazioni e comfort si

raggiunge per un valore della frequenza delle oscillazioni libere di un veicolo

pari a 1 Hz.

La relazione che, invece, determina il comportamento oscillatorio è:

**

In particolare, al variare del valore del coefficiente di smorzamento si possono

distinguere diverse casistiche:

smorzamento subcritico, che si verifica quando **>0. In

 questo caso, si hanno delle oscillazioni smorzate che tendono,

col tempo, a ridursi; c’è da dire che questo non è un buon

comportamento perché implica che la vettura oscilli

continuamente prima di arrivare a una condizione di stabilità.

smorzamento sovracritico, **<0, È una condizione migliore

 rispetto alla precedente; tuttavia, se il valore il coefficiente di

smorzamento ha un valore molto alto (e cioè se lo

smorzamento è eccessivamente sovracritico), la vettura torna

nella posizione di equilibrio in tempi troppo lunghi.

smorzamento critico, si verifica quando **=0. E’ la condizione

 ideale ma è molto difficile ottenere esattamente questa

condizione anche perché la massa M varia a seconda delle

persone, bagagli, carburante che si trovano sulla vettura

Come visto il sistema sospensivo è composto da elementi elastici come molle o

barre di torsione (soluzione migliore per il minor spazio occupato) o molle a

balestra (semplici e robuste, le prime ad essere utilizzate), elementi dissipatori

(smorzatori, per non continuare a molleggiare) ed elementi infinitamente rigidi

(permettono la sospensione del veicolo) (indeformabile). Quest’ultimi possono

essere di due tipologie: smorzatori a dischi di frizione o idraulico (usati

attualmente). Quelli in attrito hanno una forza di smorzamento costante,

all’aumentare della velocità, mentre quelli idraulici hanno un incremento di

forza all’aumentare di �. Di solito nel rapporto di masse sospese e masse non

sospese, la sospensione non viene considerata. Di solito se devono essere

considerate bisogna dividerli in percentuale. (1/3 della sospensione è sospesa).

Le masse non sospese si tende a ridurle.

Ammortizzatore = molla + smorzatore

Come detto, il ruolo delle sospensioni è quello di determinare l’assetto del

veicolo, in condizioni dinamiche. I leveraggi delle sospensioni hanno il compito

di guidare i movimenti delle ruote, perché assumano le posizioni, rispetto al

suolo, idonee per sfruttare interamente l’aderenza disponibile. È opportuno,

quindi, stabilire gli assi di riferimento di una vettura ed i movimenti rispetto a

tali assi, come mostrato nella figura:

La sospensione non interviene sull’imbardata

Oltre al sistema di riferimento della vettura è utile stabilire anche un SISTEMA

Di RIFERIMENTO DELLA RUOTA e gli ANGOLI CARATTERISTICI: La ruota non è

posizionata in maniera verticale ma secondo alcuni angoli e bracci

****Lo schema proposto in basso mostra il collegamento della ruota alla

scocca, da due punti di vista (a sx longitudinale, a dx trasversale): notiamo,

nello schema a sx, che la ruota non è perpendicolare al suolo, ma ha un

�=angolo di campanatura, mentre l’asse di sterzata di un angolo

�=inclinazione trasversale dell’asse di sterzata. L’asse di sterzata incide al

suolo nel punto A, determinando il ��=braccio a terra trasversale con il punto

medio di contatto dello pneumatico a terra. Invece, nello schema a dx,

vediamo che l’asse di sterzata ha un angolo �=inclinazione dell’asse di

sterzata, e proprio l’asse di sterzata determina un ��=braccio a terra

longitudinale. camber (tende ad essere negativa in compressione)

(campanatura)**** i bracci della

sospensione individuano con lo pneumatico il braccio longitudinale e

trasversale

Il sistema sospensivo influenza anche la campanatura. La campanatura

individua l’inclinazione delle ruote, rispetto al suolo, ed è positiva se il punto

d’incontro avviene sotto il suolo, viceversa è negativa, ma può essere anche

nulla se le ruote sono perfettamente parallele. Quando si ha una campanatura

positiva, la ruota è costretta ad assumere una forma tronco-conica,

deformandosi, ed avendo un raggio interno maggiore di quello esterno: questo

provoca un’azione dinamica da parte del suolo che sviluppa una forza applicata

allo pneumatico che tende verso l’esterno (o comunque nella direzione rispetto

a dove è inclinata la ruota). Un appoggio asimmetrico produce un’usura

irregolare del battistrada e riduce quindi la vita dello pneumatico. Il vantaggio

della campanatura è di poter avere forze trasversali, in assenza di deriva e

quindi di attrito di rotolamento. Se invece torniamo a guardare dall’alto,

vediamo la presenza di un angolo di inclinazione tra il piano equatoriale della

ruota e la direzione di marcia, detto � = convergenza.

campanatura positiva la

uso per i veicoli di carico (ape)

Importante notare che il sistema sospensivo è pensato per avere un recupero

della campanatura in fase di rollio. Infatti, se le ruote si mantenessero parallele

durante il percorrimento di una curva, le due ruote assumerebbero

un’inclinazione che è opposta a quella che sarebbe necessaria, poiché

svilupperebbero forze tangenziali che puntano verso l’esterno della curva. I

progettisti, quindi, cercano di realizzare il cinematismo della sospensione per

recuperare la campanatura e per riportare le ruote perpendicolari rispetto al

terreno oppure di ottenere un piccolo effetto positivo di campanatura

all’interno e negativo all’esterno, in modo che gli pneumatici sviluppino forze

centrifughe.

Quindi: i leveraggi della sospensione non solo permettono di recuperare la

campanatura portando la ruota ad essere verticale rispetto al terreno ma,

addirittura, creano una campanatura negativa che aiuta il comportamento in

curva della vettura, in quanto permette alla ruota di generare (per mezzo del

contatto con il suolo) una forza diretta verso l’interno della curva, aiutando

quindi la forza trasversale generata dalla deriva; la cosa opposta accade nella

ruota interna, dove la campanatura è positiva (sarebbe negativa se la ruota

fosse parallela alla scocca)

Anche la posizione dell’asse di sterzata può determinare una variazione della

campanatura della ruota, in funzione della sterzatura: dallo schema, vediamo

come dalla posizione di allineamento della ruota alla posizione a 90° si abbia

una variazione di campanatura.

La campanatura varia anche con lo sterzo (la ruota gira attorno all’asse di

sterzata)

la variazione di campanatura aiuta a mantenere la gomma più “dritta” rispetto

al suolo, migliorando l’aderenza.

L’inclinazione dell’asse di sterzata (influenza la stabilità del veicolo e il

braccio a terra) serve anche per aiutare il volante a tornare dritto dopo una

curva. Quando le ruote sono girate, la scocca dell’auto si solleva leggermente;

questa piccola “salita” crea una forza che spinge le ruote a tornare alla

posizione dritta (quella di minore energia). Si creano dei momenti in

base a dove sta il braccio a terra. Il braccio a terra positivo aiuta nella stabilità

in genere. Alcune volte può convenire (anche se instabile) il braccio a terra

negativo (per recuperare la perdita di aderenza non assecondando la

direzione). sulle auto normali abbiamo normalmente il braccio a terra positivo

(aumenta la stabilità). Il braccio a terra trasversale positivo tende ad avere

un’impronta maggiore (effetto positivo) ma a deformare di più lo pneumatico

(negativo) rispetto al braccio a terra negativo.

Si definisce l’asse di sterzata e la posizione della ruota nello spazio. Dove si

interseca l’elemento portante (braccetti) con l’asse di sterzata metto gli snodi

sferici (garantisce la rotazione sull’asse di sterzata)

Il braccio a terra longitudinale in genere si usa un braccio a terra longitudinale

positivo per garantire stabilità invece che essere nullo o negativo dove si

genererebbero dei momenti (pensa al treno in spinta e tirata)

Un altro angolo importante è la convergenza, che è un’inclinazione tra il piano

diametrale della ruota, rispetto al piano longitudinale della vettura. La

convergenza è positiva se le ruote chiudono in avanti, mentre è negativa se

avviene l’opposto (viene anche detta divergenza), ma può essere anche nulla

se le ruote sono parallele tra di loro. La convergenza può interessare sia le

ruote anteriori sia posteriori e può essere misurata attraverso una differenza di

distanza, tra la balconata dei cerchioni nel punto anteriore e posteriore:

A seconda che ci sia un eccesso di convergenza o di divergenza, potremo

osservare un’usura dello pneumatico, evidenziabile da un tipico seghettamento

verso l’interno (nel caso dell’eccesso di convergenza), oppure esterno (nel caso

di un eccesso di divergenza).

*** come si vede conviene

avere una convergenza delle ruote motrici e una divergenza delle ruote non

motrici

Inoltre, è possibile definire un angolo di spinta, stabilito dalla convergenza

totale delle ruote posteriori. Se l’angolo di spinta non è nullo, in marcia

rettilinea, la vettura si muove con un orientamento trasversale rispetto alla

direzione di marcia.***

LEZIONE 2 Assale =

interconnessione. Quelle indipendenti non c’è influenza tra le ruote di sinistra e

di destra (sono le più usate, più complesse ma migliori prestazioni). L’ultima è

la più rara e complessa (molto pesante e poco pratico).

Le sospensioni ad assale rigido (ponte rigido) sono il modello più semplice,

più robusto, ma che offre le minori prestazioni stradali (costa poco). Il sistema

vede un elemento trasversale che collega rigidamente le due ruote dello stesso

asse. L’assale rigido può essere motore, anteriore o posteriore. In rollio, le

ruote rimangono perpendicolari alla strada (SEMPRE), mentre la carcassa di

incurva, quindi, c’è un completo recupero della campanatura. La

campanatura non è influenzata dal rollio. Si parla di ponte nel caso di

trasmissione, l’assale non ha trasmissione.

Questa cosa non avviene nelle sospensioni indipendenti nelle quali, invece, la

campanatura viene