giovedì 28 ottobre 2021

Assetto - Le sospensioni MacPherson

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 Introduzione

Parlando di sospensioni credo di poter affermare che un sistema a quattro ruote indipendenti costituito da trapezi sovrapposti rappresenti la soluzione migliore da quasi tutti i punti di vista e questo è confermato dal fatto che questa tipologia di sospensioni è adottato dalla stragrande maggioranza sia delle auto da competizione che delle auto sportive ad altissime prestazioni.

Questo tipo di sospensioni però presenta due difetti ovvero il costo e l’ingombro, difetti che hanno spinto i progettisti di auto a sviluppare una soluzione che meglio si conciliasse con i costi connessi alla produzione di larga serie e la necessità di ridotti ingombri laterali legati all’introduzione sui veicoli della trazione anteriore ed a motore trasversale.

MacPherson, chi era costui?

Faccio un breve accenno storico sulla nascita di questo tipo di sospensione presentandovi Earle S. MacPherson, ingegnere impiegato presso la Ford Motor Co., che sviluppò questo schema a puntone ispirandosi e prendendo spunti anche da alcuni disegni sviluppati negli anni ’20 in FIAT da Guido Fornaca.

MacPherson si ispirò anche al progetto delle sospensioni francesi Cottin & Desgouttes sostituendo la molla a balestra con una più funzionale e compatta molla elicoidale.

La sospensione MacPherson venne impiegata per la prima volta nella produzione di serie su modelli Ford agli inizi degli anni ’50 per poi trovare larghissima diffusione a partire dagli anni ’70 quando si affermò come scelta prevalente di tutti i costruttori di vetture e più in generale di veicoli a motore anteriore trasversale.

Descrizione dello schema MacPherson

Le sospensioni MacPherson prevedono l’oscillazione indipendente delle ruote poste sullo stesso asse e si basano su di un braccio inferiore, solitamente di forma triangolare o trapezoidale, vincolato al telaio della vettura in due punti e sul gruppo molla-ammortizzatore che diventa parte integrante della struttura della sospensione fungendo da puntone e costituendo il punto superiore di vincolo al telaio dell’auto. Tale schema prevede quindi tre punti di vincolo della sospensione al telaio, due inferiori ed un superiore.

Schema sospensione MacPherson
Schema sospensione MacPherson

Pregi delle sospensioni MacPherson

I pregi di tale architettura di sospensione sono quelli citati precedentemente ovvero dimensioni laterali contenute abbinate a una semplicità realizzativa ed a costi più bassi. Diciamo che i pregi sono tali principalmente per chi le auto le produce e solamente nell’ottica del contenimento dei costi di produzione. Per l'utente finale si può parlare di costi di manutenzione e/o riparazione più contenuti rispetto a soluzioni più raffinate.

Difetti delle sospensioni MacPherson

Veniamo ora ai difetti, di cui il principale e costituito dal fatto che con l’uso e con l'andare del tempo si ha il deterioramento dei gommini (silent block), soprattutto di quelli che vincolano il trapezio inferiore. A causa di questo deterioramento vengono a crearsi dei giochi molto nocivi che vanno ad alterare tutti gli angoli caratteristici delle sospensioni (camber, convergenza, ecc) e conseguentemente la tenuta di strada e la controllabilità della vettura nelle varie situazioni.

Questa tipologia di sospensione risulta essere abbastanza delicata e pertanto urti, anche non troppo violenti, dovuti alle sconnessioni della strada oppure ai cordoli in circuito possono deformare il sistema delle sospensioni.

Altro difetto della sospensione MacPherson è legato alla flessione sotto sforzo del gruppo ammortizzatore, anche in questo caso le deformazioni dovute alla flessione vanno a modificare gli angoli caratteristici della sospensione ed in modo particolare il camber.

Proprio per cercare di ovviare a questo problema, nelle auto da corsa che adottano sospensioni di tipo MacPherson, l’ammortizzatore viene montato rovesciato ovvero con il corpo attaccato in posizione superiore e lo stelo al triangolo inferiore, questo al fine di avere una struttura del gruppo molla-ammortizzatore più rigida che limiti le deformazioni sotto sforzo garantendo l’integrità degli angoli della sospensione durante le competizioni.

L’evoluzione del sistema MacPherson

Il sistema di sospensioni MacPherson è stato ottimizzato da parte dei costruttori giapponesi a partire dagli anni '80 che, con la presentazione della Honda Civic, hanno introdotto uno schema di sospensione anteriore modificato in modo tale da essere utilizzato sulle berline a carattere sportivo. La modifica prevede l'introduzione di un prolungamento arcuato che, partendo dal mozzo, arriva nella zona superiore dove viene connesso ad un piccolo triangolo rendendo di fatto la sospensione una via di mezzo tra lo schema MacPherson classico e quello a doppio triangolo sovrapposto. Questa nuova tipologia di sospensione garantisce maggior rigidità di tutta la struttura ed il mantenimento degli angoli caratteristici di progetto durante le fasi più critiche quali la frenata, l'accelerazione e lo stress in curva garantendo una ottima motricità in uscita dalle curve strette. 

Questo è lo schema adottato anche sulla Mazda 6 SW che guido tutti i giorni e devo dire che il risultato è veramente ottimo, anche in caso di guida sportiva sulle tortuose strade delle valli Piacentine.

Sospensione MacPherson Multilink
Sospensione MacPherson evoluta con triangolo superiore

Direi che per quanto riguarda le sospensioni MacPherson possiamo fermarci qui e mi raccomando, se questo articolo vi è piaciuto vi prego di lasciare un like o un commento. Restate sintonizzati, ci ritroviamo con il prossimo argomento sulla tecnica delle auto.

lunedì 18 gennaio 2021

Assetto - Le sospensioni

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Le sospensioni 


Dopo una lunga assenza torniamo a parlare di tecnica delle auto ed oggi ci dedichiamo ad una delle componenti più importanti di ogni vettura sportiva, le sospensioni
Un telaio ben realizzato è la chiave per una vettura veloce e l’aspetto che più incide sulle prestazioni è la qualità del sistema delle sospensioni, una vettura con un gran motore ma dotata di un telaio mediocre e sistema di sospensioni scarso, escludendo percorsi prettamente rettilinei, avrà sempre prestazioni inferiori rispetto ad una vettura con potenza minore ma dotata di un telaio e sospensioni raffinate. 
Ma cosa intendiamo con il termine sospensioni? 
La sospensione è il mezzo di collegamento tra il telaio o la scocca del veicolo ed il terreno, passando per il pneumatico. La sospensione è costituita da una struttura deformabile, realizzata da braccetti, triangoli, tiranti, puntoni, e da un sistema elastico per lo smorzamento delle oscillazioni per mezzo di molle, ammortizzatori e barre antirollio
Come già accennato nel capitolo dedicato ai pneumatici le sospensioni sono fondamentali per garantire in ogni condizione gli angoli ottimali di funzionamento degli pneumatici e, di conseguenza, la migliore tenuta di strada.

Masse sospese (sprung weight) e masse non sospese (unsprung weight)


Nell’ambito delle sospensioni e della fisica di un veicolo, un aspetto estremamente importante è costituito dalle masse sospese o, per definirle in maniera più intuitiva, masse ammortizzate e dalle masse non sospese (o masse non ammortizzate). 
Considerando la sospensione come un elemento elastico deformabile si definisce come massa sospesa tutto ciò che andrà a gravare sulla sospensione stessa ovvero generalmente, il telaio, il motore, il cambio, il pilota ecc. Il peso delle masse sospese viene scaricato a terra attraverso le cosiddette masse non sospese ovvero le molle, gli ammortizzatori, i mozzi ruota (compresi di sistema frenante), i cerchi ed infine gli pneumatici. Per la precisione, nella determinazione del rapporto tra masse sospese e non sospese, la massa di ammortizzatori e bracci delle sospensioni è equamente suddivida a metà tra masse non sospese e masse sospese. 

Assetto - Sospensioni - Masse sospese e masse non sospese
Masse sospese - Masse non sospese

Rapporto tra masse sospese e masse non sospese


Il rapporto tra masse sospese e masse non sospese definisce il livello di confort offerto dalla vettura, maggiore sarà la massa di tutto quanto grava sulle sospensioni rispetto al peso di sospensioni, cerchi, gomme, freni, mozzi e minori saranno le reazioni a cui saranno sottoposti i passeggeri durante il passaggio su buche ed asperità del terreno a causa della grande inerzia offerta da un corpo vettura pesante.

Effetti della riduzione delle masse non sospese


Nel campo delle vetture sportive e/o da competizione la riduzione del peso dell’intera vettura ha riflessi positivi sulle prestazioni ed in modo particolare su accelerazione, frenata e velocità di percorrenza in curva. Va però considerato che la riduzione del peso porta maggior benefici se è ottenuta riducendo le masse non sospese perché oltre ad i vantaggi legati alla riduzione delle masse rotanti (semiassi, dischi freno, cerchi e pneumatici), migliora anche la capacità delle sospensioni di copiare il terreno garantendo il contatto tra il pneumatico ed il suolo e quindi una tenuta di strada ottimale. Sulla base di queste considerazioni risulta evidente che, volendo migliorare le prestazioni della nostra vettura, è fondamentale iniziare gli interventi di modifica del mezzo prevendendo l’utilizzo di cerchi in lega leggera, di pneumatici con un peso contenuto oltre a dischi freno alleggeriti. Questo tipo di intervento ha anche il notevole vantaggio di ridurre gli sforzi a cui sono sottoposti gli attacchi delle sospensioni al telaio, punto critico di ogni vettura che da uso stradale venga convertita ad un uso sportivo. Sono inoltre ridotte le sollecitazioni di tutta l’architettura della sospensione (triangoli, tiranti, puntoni, molle ed ammortizzatori.

Per oggi ci fermiamo qua, nel prossimo appuntamento esploreremo le diverse architetture delle sospensioni analizzandone pregi e difetti. Mi raccomando restate sintonizzati e se questo articolo vi è piaciuto mettete un like.