Le sospensioni parte III, ruote indipendenti schema quadrilatero articolato
Giornale Motori
. Abbiamo anche detto che si dividono in due grandi famiglie, quelle a ruote indipendenti e quelle a ruote interconnesse o ponte rigido. In questa fase parliamo di quelle indipendenti che si trovano nella parte anteriore dell’automobile.
All’avantreno di un auto si trovano nel totale dei modelli presenti sul mercato e anche nelle competizioni solo sospensioni a ruote indipendenti. Nella parte anteriore del veicolo si dividono a loro volta in quadrilatero deformabile, McPherson ed un sistema ibrido tipo quadrilatero alto. Il cinematismo a quadrilatero è il più classico degli schemi utilizzati, diffuso fino agli anni settanta del secolo scorso sulla pressocchè totalità dei veicoli, oggi riservato per lo più a modelli sportivi, e soprattutto alle vetture da competizione dalle GT, passando per i prototipi LMP fino alle Formule di tutte le categorie per finire alla Formula 1. La struttura è costituita essenzialmente da un quadrilatero articolato formato da due bracci sovrapposti che hanno un collegamento alla scocca che funge da struttura portante e quello opposta collegato al portamozzo che gestisce l’asse di rotazione della ruota come mostrato nella foto principape. I pregi consistono nel limitato ingombro in altezza ma soprattutto di un buon comportamento cinematico durante i moti relativi tra la ruota e la struttura o la cassa. Ci sono comunque sensibili variazioni dell’angolo di “camber” nel moto di rollio. Ricordiamo che angolo di camber rappresenta l’angolo verticale che la ruota assume rispetto al terreno, poò essere positivo, cioè con la parte alta della ruota che esce verso l’esterno della vettura e negativo quando la parte inferiore della ruota esce verso l’esterno della vettura come nella figura al lato.
Queste variazioni dell’angolo di camber sono dovute al fatto che il sostengono superiore e il sostegno inferiore hanno lunghezza diversa. Nelle sospensioni a quadrilatero la molla elastica e l’ammortizzatore sono posizionati tra i due bracci che compongono il sistema ma ci possono essere sistemi evoluti dove un puntone comanda l’ammortizzatore attraverso un bilanciere posizionato in un altra zona del telaio. Nel sistema a quadrilatero assume un importanza fondamentale l’angolo che assumono di due bracci quello inferiore e superiore tra di loro. Infatti a seconda che siano convergenti, paralleli o divergenti, il centro istantaneo di rotazione che è il punto intorno in cui la sospensione, compie percorsi circolari influenza anche in modo rilevante il comportamento del veicolo. Un altro elemento che assume importanza fondamentale sono gli snodi che collegano i bracci al telaio e al portamozzo che gestisce anche il sistema sterzante. Nelle vetture di un certo livello si dedica molto tempo e risorse allo studio di questi componenti che con la loro rigidezza influiscono nettamente sul mantenimento delle geometrie di progetto e la precisione e controllo di sterzo. Alcuni snodi sono dotati di asole di fissaggio al posto di fuori sul telaio per avere una regolazione anche della posizione dei due bracci e l’angolo che assumono fra loro in ogni momento che l’utente o i tecnico lo desideri
In Formula 1 si usa da sempre il sistema a quadrilatero deformabile. Nella fine degli anni sessanta del secolo scorso un progettista eclettico inglese diventato uno dei geni più famosi della storia del motorismo Gordon Murray, prese gli ammortizzatori che si trovavano tra i due triangoli sovrapposti che formavano il quadrilatero e li posizionava all’interno della scocca della monoposto. Gli ammortizzatori venivano sollecitati attraverso un puntone che collegava la ruota all’ammortizzatore mediante un bilanciere. A seconda che il puntone faccia un azione di spinta o di tiraggio sull’ammortizzatore si dice che il sistema è di tipo PUSHROD o PULLROD, dall’inglese push spinta, e pull, tirare, assieme a rod, barra. Questi due sistemi se hanno le stesse geometrie e gli stessi angoli del puntone di collegamento hanno come unica differenza sostanziale la diversa sollecitazione del puntone. Se spinge deve essere sicuramente più spesso e di materiale più consistete che se tira l’ammortizzatore. Inoltre la differenza sta nella posizione del puntone. Nel caso in si spinge come nella maggioranza delle Formula 1, nel caso del Pull Rod il puntone parte dalla parte alta del portamozzo per collegarsi alla parte bassa del telaio.
Ci sono due soli esempi in Formula 1 che hanno usato il sistema Pull Rod di recente. La Redbull ad opera di Adrian Newey ha usato questa tipologia di sospensioni per la zona posteriore. Come si vede chiaramente nella figura sopra il puntone parte dall’alto del portamozzo per entrare nella scocca pressappoco vicino al pavimento. Il vantaggio è sia in termini di abbassamento del baricentro con una sospensione prevalentemente bassa, che di tipo aerodinamico consentendo di stringere la zona superiore della carrozzeria e del telaio per un miglior flusso aerodinamico dell’estrattore e dell’ala posteriore.
L’altra scuderia che ha usato il sistema Pull Rod è stata la Ferrari nella parte anteriore della monoposto. A dire il vero questo sistema all’anteriore era già stato provato dalla Minardi nella fine degli anni 80, ma in quegli anni i musi erano ancora bassi e tenere il baricentro basso con piccolo ingombro nella zona anteriore aveva senso, ma nel caso della Ferrari con il muso molto alto per alimentare il fondo con un flusso aria adeguato ha costretto il puntone della sospensione ad assumere un angolo diverso da quello ottimale. Infatti che il puntone spinga o tiri l’ammortizzatore, l’angolo che deve assumere è pressappoco sempre lo stesso, come si vede anche nel caso della Redbull al posteriore o nella foto che mette a confronto i due sistemi contemporaneamente. La Ferrari invece ha dovuto adottare un angolo completamente aperto del puntone che diventa quasi orizzontale non permettendo di far lavorare la sospensione in modo corretto, ma soprattutto non permette alle regolazioni che si fanno sulla sospensioni di avere una risposta costante. La rigidezza del sistema inoltre ha il limite di lavorare solo in determinate condizioni di utilizzo. Quindi in fase si messa a punto il team deve scegliere di regolare la sospensione per le curve lente a scapito di quelle veloci o viceversa. Questo spiega perchè su certe piste la Ferrari aveva una sorta di ripresa e in certe altre come quelli con curve alla Tilke i problemi si aggravavano. In sostanza un vantaggio aerodinamico dato da un sistema compatto tra i tre elementi che lo costituiscono hanno creato una serie di problemi che hanno inficiato la competitività della monoposto. Un esempio lampante è stata la McLaren nel 2013 che adottava lo stesso schema poi subito abbandonato nel 2014. Nella prossima trattazione prenderemo andremo a scoprire il sistema a ruote indipendenti che contraddistingue tutte le vetture di grande diffusione che si trovano in commercio, il sistema McPherson e il suo derivato il quadrilatero alto.
Daniele Amore
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