Costruzione di Motoveicoli

Il quadrilatero con sterzo sulla biella (Figura 3-16) è una soluzione molto utilizzata poiché permette

una buona escursione della ruota ed un agevole fissaggio della pinza freno. La soluzione con sterzo

sul telaio era utilizzata molto tempo fa per un vantaggio in termini realizzativi del comando di sterzo.

Tale soluzione risultava avere un’elevata inerzia rispetto all’asse di sterzo stesso.

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Se analizziamo il cinematismo dello schema sospensivo notiamo come in frenata si abbia una

riduzione dell’angolo di sterzo; come conseguenza si ha una riduzione dell’avancorsa e quindi una

diminuzione della stabilità, in compenso è migliorato l’inserimento in curva. In trazione avviene il

contrario e dunque un aumento della stabilità.

Figura 3-17 Sospensione anteriore a quadrilatero di una Yamaha GTS 1000

L’immagine sopra rappresenta un’applicazione della sospensione a quadrilatero. Il gruppo molla

smorzatore è direttamente collegato al braccio inferiore. È interessante notare la soluzione adottata

per la trasmissione della coppia di sterzo. Essa è costituita da un profilo scanalato che consente la

Figura 3-18 Sospensioni con quadrilatero a coppia prismatica

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trasmissione della coppia ma permette lo scorrimento assiale durante lo scuotimento. Il profilo

scanalato però blocca ancora un DOF che renderebbe il sistema iperstatico (durante gli scuotimenti

l’asse di sterzo deve poter variare il suo angolo in questa configurazione). Per liberare l’ultimo DOF

si adottano boccole cedevoli in corrispondenza dei cerchi disegnati alle estremità dello steering

shaft consentendo una (limitata) rotazione dell’asse di sterzo.

Una variante più economica da realizzare è la sospensione a quadrilatero con guida prismatica. Al

posto del braccio superiore è presente una guida prismatica. Tale soluzione è simile al McPearson

nelle sospensioni automobilistiche.

Un caso studio interessante è rappresentato dalla Bimota Tesi la quale presenta delle soluzioni

particolari sia a livello sospensivo che di sterzo.

Figura 3-19 Bimota Tesi

Figura 3-20 Schema sospensivo Bimota Tesi

La sospensione anteriore rappresentata in Figura 3-20 è concettualmente un quadrilatero. Il braccio

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inferiore è rappresentato dal telaietto a tralicci, mentre il braccio superiore è rappresentato dalla

bielletta rossa. L’elemento molla smorzatore è rappresentato dall’elemento indicato dalla freccia in

giallo ed è azionato dal movimento del telaio a traliccio; tramite un rinvio ad L va ad azionare il

gruppo molla-smorzatore.

Un’altra soluzione degna di nota è rappresentata dal sistema di sterzo raffigurato nella Figura 3-21.

Figura 3-21 Sezione del perno ruota

Un tirante di sterzo comandato tramite rinvii dal manubrio agisce sul mozzo facendo ruotare tutto

il gruppo ruota su di un perno (indicato in figura). È l’inclinazione rispetto alla verticale di tale perno

a determinare l’angolo di sterzo e quindi il braccio a terra. Il cerchio poi può ruotare rispetto al suo

asse grazie ad un cuscinetto a sfere obliquo.

3.5 Telelever

È considerata una variante della sospensione a quadrilatero (Figura 3-18), molto simile al

McPearson. Gli steli della forcella del telelever non contengono le molle o ammortizzatori ma sono

solamente guide prismatiche. In questo modo l’inerzia rispetto all’asse di sterzo è molto ridotta.

Tale soluzione è adottata dalla BMW GS 1200.

Figura 3-22 Telelever sulla BMW GS 1200

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Grazie alla geometria della sospensione durante

lo schiacciamento della forcella si ha un recupero

dell’angolo di sterzo con conseguente aumento

dell’avancorsa e quindi della stabilità. Se

comparato con la forcella telescopica è

immediato vederne i vantaggi.

Definiamo in maniera chiara come una

sospensione può essere antidive o prodive. In

Figura 3-24 sono mostrate le traiettorie del

punto di contatto durante lo scuotimento per

una sospensione a quadrilatero ed una forcella

Grafico 3-1 Recupero di angolo di sterzo telescopica. Come si nota la forza frenante nel

≈ 90°

caso di sospensione a quadrilatero forma un angolo di con la traiettoria di P, mentre nel caso

di forcella telescopica la traiettoria forma un angolo molto ridotto con la forza frenante. Questo fa

sì che nel primo caso il lavoro fatto dalla forza sia circa nullo (antidive) mentre nella forcella

telescopica il lavoro non è nullo (prodive). Nel progettare la sospensione è bene che l’angolo

90°

formato sia circa pari a (NB: la direzione della forza dipenderà anche da quanto freno anteriore

90°

uso). Nella realtà si preferisce utilizzare valori leggermente inferiori ai per evitare che in alcune

condizioni si possa andare oltre l’angolo retto ed avere l’alzamento dell’anteriore in frenata,

comportamento quindi non prevedibile e potenzialmente pericoloso.

Figura 3-24 Traiettoria del punto di contatto durante lo scuotimento

Una vera e propria soluzione a quadrilatero è rappresentata dal

Duolever nel quale l’ulteriore leveraggio, realizzato con

meccanismo di Watt con tre cerniere cilindriche serve a

trasmettere la coppia di sterzo dal manubrio alla ruota. Con tale

meccanismo si può realizzare il braccio che sorregge la ruota

molto rigido, influendo un po’ sull’inerzia alla rotazione.

Figura 3-23 Duolever 36

3.6 Piaggio MP3

Una sezione a parte è dedicata alla soluzione sospensiva adottata dal Piaggio MP3, lo scooter più

famoso a tre ruote. Il telaio è a doppia culla, con una serie di collegamenti e rinforzi mentre sul

canotto di sterzo sono presenti due fori dove si andranno a collegare le due traverse.

Figura 3-27 Telaio Piaggio MP3 Figura 3-25 Cinematismo I bracci del cinematismo

stanno sempre paralleli

alla superficie stradale e

sono in grado di oscillare

attorno ai perni ricavati

sul canotto di sterzo. In

questo modo il canotto

può rollare solidale alla

cassa e lasciare i due

bracci paralleli tra di loro

e alla strada. Alle

estremità dei bracci si

trovano i montanti delle

ruote anteriori. Alle

estremità di essi vi sono

dei braccetti che si

collegano allo sterzo

grazie a due coppie

rotoidali; appena al di

Figura 3-26 Cinematismo installato sotto di essi vi è l’attacco

per il rispettivo gruppo ruota. In questa maniera si forma un primo quadrilatero che permette il

rollio delle ruote anteriori. Dalla Figura 3-26 si evince che vi è un limite fisico al rollio e cioè il valore

per il quale le due traverse vanno a contatto. L’elemento evidenziato dalla freccia in giallo di Figura

3-25 rappresenta un settore circolare che serve a bloccare il meccanismo di rollio quando il veicolo

è fermo. La sospensione del Piaggio MP3 è a braccio oscillante spinto, questo gli garantisce un



comportamento antidive, in più ogni ruota ha la sua sospensione sono indipendenti. L’asta sottile

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in viola della Figura 3-28 serve a bloccare la

compressione della sospensione quando il veicolo è

fermo.

Illustriamo adesso il sistema Quadro. All’anteriore si ha

un montante rigido che ospita in basso i due quadrilateri

articolati. Tale cinematismo rende però dipendenti il

sistema sospensivo e rollio; se rollo avrò

necessariamente anche una compressione. Questo non

è desiderabile poiché nella manovra di rollio mi aspetto

che tutte le ruote rollino, invece con tale soluzione

alcune potrebbero solo comprimersi o solo estendersi

(nel Piaggio MP3 erano disaccoppiati). Il sistema Quadro

garantisce il rollio di entrambe le ruote dell’asse del

quadriciclo. La manovra di rollio è una manovra

solitamente lenta (Figura 3-31); per tale motivo grazie

alla conformazione delle valvole l’olio può fluire tra i due

ammortizzatori di ciascuna ruota, rendendoli, grazie

all’incomprimibilità dell’olio, rigidi. In caso di

scuotimenti dovuti ad asperità (Figura 3-33)

l’affondamento della sospensione è molto rapido e

Figura 3-28 Sospensione anteriore Piaggio MP3 perciò, grazie sempre alle valvole l’olio può fluire nella

camera ausiliaria centrale rendendo indipendenti le due ruote rispetto alle asperità. Va sottolineato

come rimanga comunque un po’ di interconnessione tra le due ruote.

Figura 3-30 Quadriciclo Quadro Figura 3-30 Sistema Quadro idraulico per il rollio

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Figura 3-31 Funzionamento durante il rollio

Figura 3-33 Funzionamento durante gli scuotimenti

Ultimo esempio degno di nota è rappresentato dal

Peugeot Metropolis il quale presenta uno schema

sospensivo che ricorda un quadrilatero alto. Il gruppo

molla ammortizzatore è unico per entrambe le ruote ed

è azionato mediante dei rinvii. Questa soluzione

prevede il braccio a collo d’oca molto rigido (si notino

le nervature).

Figura 3-32 Peugeot Metropolis 39

3.7 Sospensioni Posteriori

3.7.1 Ammortizzatori posteriori

Figura 3-34 Ammortizzatore posteriore "classico"

In questo ammortizzatore vi sono due fluidi divisi da un pistone mobile. Il gas compresso, che si

trova ad una pressione di 10/15 bar (in alcune tipologie si può anche regolare tale pressione), serve

a garantire che la camera adiacente piena d’olio rimanga in pressione quando lo stelo esce. Ciò evita

dunque fenomeni di cavitazione. Quando l’ammortizzatore si estende la camera con gas compresso

si espande tenendo così in pressione l’olio. Nella figura seguente è rappresentata una variante con

la camera del gas in pressione disposta su di una bomboletta non

coassiale. Durante la compressione l’olio in eccesso va nella

bomboletta realizzando il medesimo effetto dell’ammortizzatore

mostrato prima. Questa soluzione consente di ridurre l’ingombro

assiale e migliorare la dissipazione del calore.

Figura 3-36 Comportamento sospensione

Figura 3-35 Ammortizzatore posteriore con Per quanto riguarda il comportamento della sospensione si

bomboletta non coassiale preferisce avere un comportamento morbido nella parte iniziale

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della compressione per seguire bene le irregolarità stradali mentre si gradisce un irrigidimento

progressivo verso il fine corsa. Per ottenere la caratteristica progressiva si può:

 

Adottare molle con spire a passo variabile durante la compressione le spire più vicine

vanno a contatto e riducono il numero di spire effettive utili alla compressione.

 Variazione di diametro molla e/o spira

 Molle in serie

 Inclinazione e posizione del gruppo molla ammortizzatore

Figura 3-37 Escursione del forcellone

Durante l’escursione de