Svelati i misteri della sospensione attiva: tutto ciò che c’è da sapere

Sono passati più di 30 anni dal primo utilizzo delle sospensioni completamente attive in Formula 1, che furono utilizzate con grande successo dal team Williams-Renault, ma che furono poi bandite da questo sport. Tuttavia, queste tecnologie possono ancora essere utilizzate sui veicoli tardizionali e molti produttori le adottano frequetemente.

In questo articolo, discutiamo delle soluzioni attuali per i telai attivi, le attuali soluzioni di chassis attivi, esaminando le diverse tipologie e delineando le differenze rispetto alle tecnologie tradizionali.

Definizione, tipi base

La sospensione attiva è un tipo di sospensione per auto che utilizza un sistema per regolare lo spostamento verticale delle ruote del veicolo rispetto al suo telaio o alla sua carrozzeria. A differenza dei sistemi passivi costituiti da grandi molle, dove il movimento è determinato solo dal profilo della superficie, le sospensioni attive sono in grado di adattarsi alle condizioni stradali e al comportamento di guida. Le sospensioni attive si dividono in due categorie principali: sospensioni completamente attive e sospensioni adattive o semi-attive. Mentre le sospensioni semiattive regolano solo la rigidità degli ammortizzatori in base alle condizioni della strada o allo stile di guida, le sospensioni completamente attive utilizzano attuatori per sollevare e abbassare le singole singolarmente ogni ruota del veicolo.

Questa tecnologia consente alle case automobilistiche di ottenere una guida e una manovrabilità migliori mantenendo gli pneumatici perpendicolari alla strada in curva, il che a sua volta si traduce in una migliore aderenza e controllo.

Il computer di bordo rileva il movimento della carrozzeria tramite sensori posti nel veicolo e, sulla base dei dati da essi forniti, controlla il funzionamento delle sospensioni. Il sistema elimina virtualmente il rollio della carrozzeria e le fluttuazioni dell’angolo di rollio in molte situazioni di guida, comprese le curve, le accelerazioni e le frenate.

Principio di funzionamento

La sospensione ideale secondo la cosiddetta “teoria del gancio dal cielo” dovrebbe consentire al veicolo di rimanere stabile indipendentemente dalle condizioni della strada, come se fosse sospeso nel cielo da un gancio immaginario.

Naturalmente, un tale livello di ammortamento è irraggiungibile nella pratica. Le sospensioni attive effettive utilizzano attuatori. L’accelerazione verticale zero è calcolata dal valore fornito dal sensore di accelerazione montato sulla carrozzeria del veicolo (vedi Figura 3). Gli elementi dinamici sono costituiti solo da una molla lineare e da un ammortizzatore lineare; quindi non è necessario eseguire calcoli complicati.

In una sospensione ammortizzata convenzionale, mostrata nella Figura 1, il veicolo è a contatto con il suolo tramite una molla e un ammortizzatore. Per raggiungere lo stesso livello di stabilità di una sospensione ideale, il veicolo deve essere a contatto con il suolo tramite una molla lungo una linea immaginaria, che eliminerebbe completamente il verificarsi di urti.

Sospensione attiva

Le prime sospensioni attive utilizzavano attuatori separati in gardo di applicare la forza in modo indipendente al telaio al fine di migliorare per migliorare la manovrabilità. Gli svantaggi di questo design includono l’alto costo, la complessità e il peso dei dispositivi, nonchè la necessità di frequenti interventi di manutenzione. La manutenzione potrebbe richiedere strumenti speciali e alcuni problemi potrebbero essere difficili da diagnosticare.

Sospensioni idrauliche

Sospensioni di questo tipo sono comandate idraulicamente. Questa soluzione fu implementata per la prima volta da Citroen nel 1954 sotto la direzione di Paul Mages. La pressione idraulica è fornita da una pompa idraulica a pistoni radiali ad alta pressione. I sensori monitorano costantemente i movimenti del corpo e il movimento dell’auto, fornendo costantemente nuovi dati ai regolatori idraulici dell’altezza. In pochi millisecondi, la sospensione genera una forza contraria che solleva o abbassa la scocca.

In pratica il sistema prevedeva sempre una sospensione autolivellante e una regolabile in altezza, quest’ultima legata alla velocità del veicolo per una migliore resa aerodinamica in discesa veloce.

Variazioni di questo sistema possono essere trovate in molti veicoli prodotti in serie.

Lavoro elettroidraulico

I sensori monitorano costantemente i movimenti del corpo e il movimento dell’auto, inviando costantemente nuovi dati al computer. Sulla base di essi, il computer attiva i servocomandi idraulici montati su ciascuna ruota. La sospensione servocomandata fornisce un contrasto quasi istantaneo al rollio della carrozzeria, sia longitudinalmente che lateralmente, durante le manovre su strada.

Le sospensioni attive assistite da computer (CATS) raggiungono con precisione il miglior compromesso possibile tra comfort di guida e maneggevolezza analizzando le condizioni della strada ed effettuando fino a 3.000 regolazioni delle sospensioni al secondo con ammortizzatori a controllo elettronico.

Precedentemente utilizzato in F1, il sistema Active Body Control è stato utilizzato nelle auto Mercedes-Benz Classe CL (C215). In questo sistema, i servocomandi idraulici ad alta pressione sono controllati da sistemi informatici elettronici. I veicoli possono essere progettati per prevenire attivamente il rollio in curva per migliorare il comfort dei passeggeri.

Sistemi di recupero elettromagnetico

Le autovetture con sospensioni completamente attive a controllo elettronico utilizzano servomotori elettrici e motori collegati all’elettronica per curve fluide e un adattamento istantaneo a tutte le condizioni stradali.

La sospensione elettromagnetica attiva è dotata di motori lineari su ciascuna ruota, che garantisce una risposta estremamente rapida e consente la rigenerazione della potenza utilizzata utilizzando i motori come generatori. Questa soluzione supera il problema delle reazioni lente nonché degli elevati consumi energetici presenti negli impianti.

Sistemi adattivi e semi-attivi

I sistemi adattivi o semi-attivi possono solo modificare il coefficiente di smorzamento senza influenzare attivamente il sistema di sospensione. Mentre le sospensioni adattive hanno tipicamente un tempo di risposta lento e un numero limitato di fattori di smorzamento, il tempo di risposta delle sospensioni semi-attive è tipicamente di pochi millisecondi, rendendo possibile lavorare con un’ampia gamma di valori di smorzamento.

Pertanto, le sospensioni adattive di solito hanno solo poche modalità di smorzamento di base (comfort, normale, sport…), mentre le sospensioni semi-attive modificano lo smorzamento in tempo reale, a seconda delle condizioni stradali e della dinamica di guida.

Controllo tramite elettrovalvole

Questo tipo è il tipo più economico e basilare di sospensione semiattiva. È costituito da un’elettrovalvola che varia il flusso del fluido idraulico nell’ammortizzatore, modificando le caratteristiche di smorzamento della sospensione. Le elettrovalvole sono collegate a un computer che invia loro comandi in base all’algoritmo di controllo.

Smorzatore magnetoreologico

Un altro metodo innovativo sono gli ammortizzatori magnetoreologici, che si chiamano MagneRide. La tecnologia è stata originariamente sviluppata da Delphi Corporation per GM e, come molte altre nuove tecnologie, è stata standard sulla Cadillac STS del 2002 e su alcuni altri modelli GM dal 2003.

Il liquido dell’ammortizzatore qui contiene particelle metalliche. Le caratteristiche di smorzamento sono controllate da un elettromagnete, che a sua volta è controllato da un computer. Fondamentalmente, aumentando la corrente che scorre nel circuito magnetico dell’ammortizzatore aumenta il flusso magnetico del circuito. Questo riorganizza le particelle metalliche, che aumenta la viscosità del fluido, aumentando così la velocità di compressione/rimbalzo, mentre la diminuzione della viscosità ammorbidisce gli ammortizzatori allineando le particelle nella direzione opposta.

Fonte:

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_suspension

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_suspension#/media/File:Conventional-2.jpeg

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_suspension#/media/File:Skyhook_theory.jpeg

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_suspension#/media/File:Active_Suspension.jpg

https://cecas.clemson.edu/cvel/auto/systems/active_suspension.html

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/active-suspension