performance effettuata da Verstappen nel GP del Messico del 29 Ottobre 2017.

Sospensioni regolari o irregolari ?

Mi limito a descrivere un probabile schema idraulico e i relativi componenti che potrebbero essere installati su tale macchina .

Una macchina da corsa deve essere dotata di sospensioni che istante dopo istante, mediante opportuni meccanismi/sistemi, si adattano alle caratteristiche geometriche del

  1. Terreno
  2. Carico dinamico agente sulle ruote
  3. Stile di guida del pilota
  4. Velocita’ di avanzamento

 

Per ottenere questo, le sospensioni devono modificare, istante per istante, le proprie caratteristiche fondamentali ossia :

a) La capacita’ di smorzamento dell’ammortizzatore espressa dal coefficiente C (chiamato costante di smorzamento )

b) La costante elastica della molla espressa dal coefficiente K

 

Questi 2 coefficienti sono riportati nell’equazione 1) del moto della massa sospesa M dell’auto (body)

 

Apro una breve parentesi sul tipo di sospensioni.

Ci sono 3 tipi di sospensioni nel mondo automobilistico

A) SOSPENSIONI PASSIVE

 

Questa e’ la sospensione piu’ semplice e piu’ economica .

Essa è costituita da :

a)Un ammortizzatore ( molla di costante elastica K)
b)Uno smorzatore viscoso ( di costante C)

 

posti in parallelo come in fig. 1)

Per tali sospensioni i 2 parametri sono fissi e scelti dalla casa costruttrice

 

Ricordo che per lo studio di una sospensione passiva si utilizza usualmente un modello matematico semplificato composto da una massa, da una molla ,e da uno smorzatore accoppiati fra loro in parallelo.

Figura  a)

Per comodità mi limito a riportare in questo sede un sistema ad un grado di libertà. Per tale sistema  l’equazione del moto risulta quindi:

 

M a + C v + K s = 0                                                                                                1)

 

dove :

 

‘M’ è la massa sospesa (body)  espressa in [kg],

‘a’ è il valore dell’accelerazione a cui è sottoposta la massa [m/s2],

‘C’ è il coefficiente di smorzamento espresso in [Ns/m],. A volte si utilizza il coefficiente Beta

‘v’ è la velocità della massa espressa in [m/s],

‘K’ è la costante elastica della molla in [N/mm] ed infine

‘s’ è lo spostamento della massa dal punto d’equilibrio.

 

M  rappresenta la massa sospesa (body) agente su ogni ruota , pari a circa un quarto della massa dell’intero veicolo .

Per correttezza tale valore di M dovrebbe anche inglobare la Mt ( massa del tyre ) che rappresenta la massa non sospesa (insieme sospensione-ruota)

 

 

La soluzione dell’equazione 1) fornisce il numero d’oscillazioni al secondo del sistema in movimento naturale, dove per movimento naturale si intende il moto che il sistema compie liberamente dopo essere eccitato mediante la sola compressione della molla.

 

Indicando con ‘f’ il valore di questa frequenza espressa in Hertz (Hz), risulta:

                                                         2)

La frequenza dipende dalla rigidezza della molla (K), dal coefficiente di smorzamento Beta, dalla velocità e dal valore della massa sospesa M

In campo automobilistico si utilizzano frequenze proprie che si aggirano intorno al valore di 1Hz, ovvero di una escursione al secondo.

 

B)SOSPENSIONI SEMI-ATTIVE

 

Le sospensioni semi-attive sono anch’esse composte da un sistema molla-smorzatore in parallelo, ma c’è in piu’  un attuatore e il relativo sistema di controllo in grado di variare opportunamente in linea il parametro C (costante di smorzamento)  dello smorzatore.

Questo tipo di sospensione e’ piu’ complessa e piu’ costosa. Fornisce tuttavia  un  miglioramento delle prestazioni rispetto  alle soluzioni passive.

C) SOSPENSIONI ATTIVE

Nelle sospensioni attive, oltre alla molla e allo smorzatore vi è in più un terzo elemento, un attuatore, in grado di generare una forza interna F(t) variabile nel tempo tra lo chassis del veicolo e la ruota.

Tali sistemi consentono, attraverso una opportuna “modulazione” di tale forza, di stabilizzare il movimento e ottenere prestazioni nettamente superiori a quelle di un sistema passivo, e comunque in genere migliori anche di quelle di un sistema semi-attivo.

Il costo, il  peso e la  complessità aumentano rispetto ai primi 2 tipi di sospensioni.

 

 

Chiudo la parantesi sul tipo di sospensioni

 

Riprendiamo il discorso sulle sospensioni attuali della formula 1

 

Le moderne sospensioni installate sulle F1 devono ,sottolineo istante per istante, controllare il moto della scocca rispetto alle ruote mantenendo costante da terra l’altezza del fondo al variare di 2 parametri :

 

  1. Carico aerodinamico
  2. Velocita’ di avanzamento V

 

Queste sospensioni si possono chiamare “intelligenti” nel senso che reagiscono in funzione del carico agente su ogni singola ruota .

Le tradizionali sospensioni ,molla e ammortizzatore coassiali di cui era dotata ad esempio la Ferrari 312B del 1970, sono oggi sostituiti da attuatori idraulici ai quali arriva olio idraulico da una pompa comandata dal motore o comandata elettricamente.

Il valore dell’intensita’ della pressione di questo olio, il tempo di azione (apertura/chiusura) di  tale circuito, è gestito/controllato da un sistema elettronico che in feedback varia, in funzione dei valori ricevuti dai sensori di accelerazione, velocita’, spostamento, la rigidita’ e lo smorzamento della sospensione.

E’ il classico sistema con controllo automatico retroazionato .

Il sistema idraulico e il sistema elettronico di controllo sono connessi in retroazione in quanto  l’uscita del primo è l’ingresso del secondo, mentre l’uscita del secondo si somma o si sottrae ad un ingresso esterno per determinare l’ingresso del primo sistema.

 

Un tale sistema è costituito da un sistema idraulico e da un sistema elettronico.

 

Il sistema idraulico è costituito da :

a)Serbatoio dell’olio
b)Pompa di mandata
c)Valvola regolatrice di pressione
d)Valvola di controllo
e)Attuatore idraulico ,(cilindro idraulico)
f)Accumulatore di pressione

 

Il sistema elettronico è costituito da

g) Sensore di accelerazione
h) Sensore di velocita’
i)Sensore di spostamento
j)Computer

Il Computer  si interfaccia ( ossia è collegato )  con l’attuatore idraulico, con l’accumulatore di pressione, con la valvola regolatrice di pressione ,con la valvola di controllo e naturalmente con i sensori.

In funzione di un allontanamento dallo stato previsto ( vedi variazione dell’ altezza da terra del fondo dell’auto di F1 in conseguenza di un passaggio su un cordolo della pista ) il computer invia segnali alla valvola regolatrice di pressione e alla valvola di controllo. Ne scaturisce una variazione di pressione nel circuito idraulico che “ modula “ la forza idraulica da inviare all’attuatore idraulico per riportare il sistema allo stato iniziale.

 

Lo schema di principio e dei componenti presenti in una sospensione attuale è riportato in figura 2

 

 

Ing. Romano Venturi docente di Meccanica e Tecnologie al Ch. Lindbergh Institute di Firenz

 

Per chiarimenti :

cell.   3498622057

e-mail :  venturi.romano@mail.com

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