L`ammortizzatore ha il compito di smorzare le oscillazioni

TECNICA
testi e disegni di PIERO PLINI
AMMORTIZZATORI E HANDLING
MASSE IN
AGITAZIONE
L’ammortizzatore ha il compito di
smorzare le oscillazioni delle
sospensioni; ecco come agisce e perché
la sua taratura influenza la guidabilità e
la sicurezza di marcia della vettura
assetto è senza dubbio uno
degli aspetti più ostici della
tecnica, poiché anche
intervenendo su un solo
parametro, inevitabilmente e
“subdolamente” se ne
modificano altri. Ai più esperti
potrà sembrare
strano che molti
appassionati
d’auto
facciano
spesso
confusione
tra
l’operato
delle
molle
L’
e quello degli ammortizzatori,
ma non avere le idee chiare su
un meccanismo complesso
come quello delle sospensioni
(che collegano le ruote al telaio
del veicolo) è
comprensibile. Questa,
dunque, potrebbe
essere una buona
occasione per
fare luce
sull’argomento
partendo dalle
nozioni di base.
A COSA
SERVONO
Gli ammortizzatori non
svolgono una funzione
“portante” come i bracci
della sospensione o le
molle (che quando vengono
rimosse fanno inclinare il
veicolo da un lato) perché,
anche se vengono eliminati,
l’altezza da terra della scocca
non cambia. L’azione di
sostegno della carrozzeria infatti
spetta alla molla o meglio
all’elemento elastico, poiché può
essere anche una barra di
torsione o una balestra. Tuttavia
quest’organo non può garantire
Oltre alla gamma di ammortizzatori sportivi Special
conosciuti come “rossi”, Koni propone anche il kit
completo di molle abbinate agli Sport (ribattezzati
“gialli”), regolabili in estensione.
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il comfort, la
tenuta di strada
e tantomeno la
stabilità del veicolo.
Infatti, soltanto una
piccola porzione
dell’energia prodotta dalle
sollecitazioni stradali è assorbita
dalla molla, poiché la sua
elasticità provvede a restituirla
quasi totalmente alla
sospensione. Ciò causa una
serie di oscillazioni delle ruote o
del telaio, che pregiudicano la
sicurezza di marcia e la qualità
della vita a bordo.
All’ammortizzatore spetta il
compito di smorzare questi
ondeggiamenti, agendo come
un “freno” che rallenta i
movimenti dell’elemento elastico
Monitor
FIGURA 1 La linea nera riproduce l’escursione di una sospensione
dotata del solo elemento elastico, in questo caso le oscillazioni
sono rapide e numerose. Quella blu è riferita a un sistema dotato
di ammortizzatore con taratura soft che rallenta il movimento e
abbatte le fluttuazioni. Una taratura più energica, linea rossa, fa
assorbire l’energia ancor più lentamente e annulla i rimbalzi.
cui è collegato in parallelo. La
Figura 1 mostra l’escursione
della sospensione rispetto al
tempo (a seguito di una
sollecitazione esterna) in tre casi
diversi: solo con la molla e con
l’aggiunta dell’ammortizzatore
con taratura sia blanda che
energica. Nel primo caso le
oscillazioni sono numerose e
rapide (cioè a elevata
frequenza); nel secondo
diminuiscono, sono molto
smorzate e più lente (con
frequenza più bassa); nell’ultimo
caso invece non ci sono rimbalzi
e la dissipazione dell’energia è
più graduale.
IN PRATICA
I tre casi illustrati in precedenza
evidenziano l’azione di
smorzamento dovuta
all’ammortizzatore che, con
l’ausilio della Figura 2
(sospensione posteriore della
Lancia Lybra), ci permettono di
fare interessanti osservazioni di
carattere pratico: la molla
determina quanto è ampia
l’escursione della sospensione,
mentre l’ammortizzatore regola
la durata del movimento (cioè la
velocità con la quale si muove
l’articolazione). In altre parole,
se si desidera limitare il
coricamento della scocca
durante le manovre (frenata,
curva o accelerazione), si
devono usare elementi elastici
più rigidi; se invece si desidera
“rallentarlo”, si devono
impiegare ammortizzatori più
frenati. Questa sintesi aiuta a
focalizzare meglio l’argomento,
ma per comprendere come ciò
possa influenzare l’handling,
deve essere supportata da altre
considerazioni di primaria
importanza.
MASSE DIVERSE
Le sospensioni collegano le
ruote al telaio che è molto più
pesante e, quando un fattore
esterno le sollecita, esse
reagiscono in modo diverso
secondo il verso di
applicazione della forza.
Quando l’auto s’imbatte in un
dosso o una buca è la ruota a
muoversi rispetto alla
carrozzeria, mentre se il
conducente frena o sterza, è il
corpo vettura a inclinarsi
sollecitando le sospensioni.
Per comprendere il lavoro degli
ammortizzatori nei due casi è
necessario suddividere il peso
totale della vettura in due: la
massa degli elementi sospesi e
quella degli organi ancorati
al terreno. La prima
comprende il telaio e
ciò che esso contiene,
l’altra è la
ruota. Il peso
delle
sospensioni,
che collegano
entrambe le
zone,
viene
ripartito a metà tra
la massa sospesa e
quella non sospesa.
Quest’ultima,
evidenziata in rosso
nella Figura 3,
comprende il 50% di molla,
ammortizzatori e braccetti delle
sospensioni. Poniamo che
un’auto pesi 1.320 kg, mentre
tutte le sue masse non
sospese facciano registrare
120 chili; ogni “gruppo ruota”
pertanto peserà 30
kg, mentre la
“scocca” 1.200
kg. Come si può
trovare un
compromesso
accettabile per far
lavorare la
sospensione, sapendo
che essa collega ai suoi
estremi due masse (una è
40 volte più piccola
dell’altra) così diverse?
Poiché la molla è insensibile
al verso della sollecitazione,
l’unica soluzione al problema è
realizzare uno “smorzatore”
capace di reagire in modo
diverso quando è la ruota a
muoversi rispetto alla scocca e
viceversa. In fase di
beccheggio e rollio, che
interessano le masse sospese,
l’ammortizzatore è sollecitato
con velocità fino a 0,2-0,3
metri/secondo; mentre velocità
superiori, che solitamente
raggiungono 0,5 m/s (ma in
alcuni casi si spingono a 1
m/s), sono tipiche del “gruppo
ruota”, ovvero delle masse non
sospese che seguono le
imperfezioni del fondo stradale,
cordoli compresi!
COM’È FATTO?
L’ammortizzatore moderno può
essere realizzato in vari modi
ma sempre ricalcando lo
schema di base costituito da un
cilindro sigillato pieno di olio,
all’interno del quale si muove
uno stantuffo solidale a uno
stelo. Queste due parti sono
collegate da un lato alla
carrozzeria, dall’altro alla
sospensione. Il pistone che è
libero di muoversi all’interno del
cilindro, è dotato di piccoli buchi
attraverso i quali fluisce l’olio.
Quest’ultimo deve
necessariamente passare da un
lato all’altro dello stantuffo per
compensare la variazione di
volume tra le due camere che si
formano all’interno del cilindro. Il
calibro dei fori e la viscosità del
fluido, stabiliscono il grado di
smorzamento del dispositivo:
l’olio denso che fluisce
attraverso piccole cavità
determina una vigorosa
frenatura della sospensione e
Gli ammortizzatori
Bilstein possono
essere abbinati sia
alle molle di serie
(B6), sia a quelle
ribassate (B8 con
stelo accorciato).
FIGURA 2 Un
particolare del
retrotreno della
Lancia Lybra
evidenzia i
componenti che
compongono una
sospensione.
L’elemento elastico a
molla (colorato in
marrone) determina
l’ampiezza della sua
escursione, mentre
l’ammortizzatore
azzurro smorza le
oscillazioni del
sistema e rallenta il
movimento
dell’articolazione.
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TECNICA
FIGURA 3 La sospensione collega le masse sospese (telaio) con quelle non
sospese (ruote) colorate in rosso. Il peso degli organi che la compongono (molla,
ammortizzatori, bracci), è ripartito al 50% tra le due masse, di cui una (masse
sospese) è decine di volte maggiore dell’altra e sollecita l’ammortizzatore con
una velocità molto minore. Per questa ragione la taratura in estensione e in
compressione dello smorzatore sono diverse tra loro.
viceversa. Gli ammortizzatori
sono in genere idraulici a gas
(bassa o alta pressione,
monotubo o bitubo) ma si
stanno diffondendo anche quelli
a controllo elettronico, di cui non
ci occuperemo in questa sede.
Per capire come la taratura
possa essere sensibile al verso
di sollecitazione, è necessario
entrare più nel dettaglio. La
Figura 4 mostra i componenti
interni di un “monotubo a gas”;
ovviamente si tratta di uno
schema semplificato per
comprendere meglio il
funzionamento dei vari
componenti.
SICUREZZA
AMMORTIZZATORI INEFFICIENTI
■ Peggiorano la tenuta di strada
■Peggiorano notevolmente
la stabilità del veicolo
■Allungano gli spazi d’arresto
■Facilitano l’insorgere
dell’aquaplaning
■Limitano l’efficacia dei
dispositivi elettronici
di sicurezza (ABS e ESP)
■Causano consumo precoce
e irregolare dei pneumatici
■Riducono il comfort
■La vita degli ammortizzatori
regolabili si può allungare
agendo sulle tarature per
ripristinarne l’efficienza
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LA TARATURA
Il pistone in realtà è un gioiello
della fluidodinamica, assai
diverso da quello appena
descritto. Ha una forma
complessa con fori di diverso
diametro dotati di valvole,
spesso realizzate a lamelle
singole o sovrapposte (come
quelle azzurre e viola nella
Figura 4). Senza entrare
troppo nei particolari, diciamo
che le valvole sullo stantuffo
sono di tipo unidirezionale;
dunque alcune entrano in
gioco solo quando la
sospensione si comprime,
mentre altre quando si
estende. Le valvole che
agiscono in un verso non
hanno la stessa taratura di
quelle che agiscono nell’altro;
ciò permette di raggiungere lo
scopo prefissato: far reagire la
sospensione in modo differente
secondo la direzione della
sollecitazione. Infatti una forza
esterna che comprime la
sospensione deve vincere sia
la resistenza della molla, sia
quella di smorzamento
dell’ammortizzatore (che si
somma all’elemento elastico).
Pertanto il freno idraulico non
dovrà essere energico. Al
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Chi usa l’auto per i track day può acquistare kit professionali come quelli
proposti dalla D2 Racing Sport con ammortizzatori completamente regolabili in
compressione ed estensione, dotati anche di doppia ghiera per variare altezza,
precarico e persino camber!
contrario, in estensione
l’azione dell’ammortizzatore
deve vincere anche la reazione
elastica della molla mentre si
distende, dunque la taratura
dell’idraulica dovrà essere più
vigorosa. Per questo motivo lo
smorzamento in estensione è
circa da 2 a 4 volte maggiore
di quello in compressione:
valori che vengono scelti
tenendo conto sia delle masse
in gioco, sia del tipo di utilizzo
cui l’automobile è destinata. Ad
ogni modo un moderno
ammortizzatore è ancora più
efficiente, poiché le valvole
unidirezionali (soprattutto in
compressione) possono essere
supportate da altre (o esse
stesse svolgono questo
compito) che entrano in azione
solo quando il pistone sposta
in poco tempo grandi volumi
d’olio. Nello schema
semplificato della Figura 4 le
lamelle azzurre svolgono il
lavoro ordinario, mentre quelle
viola ad esse sovrapposte,
irrigidiscono la taratura solo
quando serve. Questo
semplice schema permette di
realizzare un dispositivo
sensibile alla pressione dell’olio
che attraversa i fori; inoltre,
variando il diametro e lo
spessore delle lamelle, si
possono calibrare con buona
precisione i vari gradi di
smorzamento. Da tenere
presente che si può agire
anche sulla viscosità dell’olio
per affinare le tarature ma solo
entro certi limiti poiché,
eccedendo con la densità,
l’ammortizzatore fatica a
estendersi, bloccando o quasi
la sospensione.
MORBIDI O DURI?
Abbiamo visto come gli
ammortizzatori influenzano il
tempo di reazione delle
sospensioni, ma cosa cambia
nella guida utilizzandoli più o
meno frenati?
Diciamo che è
d’obbligo una certa
uniformità di
comportamento tra
molla e
ammortizzatori,
perché un elemento
elastico molto rigido
non può essere
FIGURA 4 Mostra come,
una diversa taratura
delle valvole
unidirezionali (lamelle
azzurre e viola) sul
pistone, può modificare
sia lo smorzamento tra
estensione e
compressione, sia la
prontezza di risposta,
grazie a dei by-pass o a
valvole aggiuntive,
costituite in questo caso
da lamelle con differente
flessibilità.
Monitor
FIGURA 5 Il disegno evidenzia come la
taratura degli ammortizzatori modifica
il comportamento dinamico dell’auto, in
questo caso in frenata. Quando sono
scarichi o scarsamente frenati, la
scocca si muove rapidamente ma il
trasferimento di carico sulle ruote non
risulta né immediato, né progressivo;
difatti l’energia è assorbita inizialmente
dalla molla e gli effetti sui pneumatici si
hanno solo quando è terminata la sua
compressione. Tarature più energiche
invece, rallentano il beccheggio (e il
rollio) e trasferiscono prontamente il
carico sulle coperture.
cedevoli),
come
mostra la
Figura 5. Gli
ammortizzatori
poco frenati non
contrastano il
coricamento della scocca,
che avviene rapidamente (cioè
mentre l’auto percorre uno
spazio breve); il trasferimento
di carico sui pneumatici però
non è altrettanto immediato,
perché la forza d’inerzia vince
facilmente la resistenza della
molla e, solo quando
quest’ultima si è chiusa, tutto il
peso della carrozzeria si
scarica sulle gomme. In pratica
è come se la sospensione
compisse per alcuni istanti una
“corsa a vuoto”. Viceversa, se
la taratura dell’idraulica è
vigorosa, la scocca si muove
più lentamente (cioè mentre
l’auto percorre una distanza
maggiore); gli effetti del
trasferimento di carico sui
pneumatici però sono repentini,
perché la sospensione esercita
da subito una valida
controspinta sulle ruote. Ogni
volta che la scocca cambia
assetto, i quattro
ammortizzatori intervengono:
nel caso della frenata quelli
anteriori si comprimono,
mentre quelli dietro si
distendono.
Per gli appassionati della guida
sportiva in pista il mercato offre
diversi kit, come quello proposto dalla
KW Variante 2, che permette di
regolare la taratura in estensione ma
anche l’altezza da terra del veicolo da
-20 a -50 mm circa.
abbinato a una taratura blanda
dell’idraulica, così come un
vigoroso smorzamento non è
l’ideale per una molla troppo
flessibile. Nel primo caso la
sospensione presenta una
limitata escursione, risponde
bruscamente e “rimbalza”; nel
secondo l’escursione è ampia
ma lenta in curva (o nei lunghi
transitori), mentre sulle
sconnessioni risulta quasi
“bloccata”. Per focalizzare
meglio l’azione degli
ammortizzatori con taratura
diversa, vediamo come si
comportano in frenata, quando
sono abbinati a molle di primo
equipaggiamento (abbastanza
FIGURA 6 Il disegno evidenzia in giallo le fasi di entrata e uscita dalla curva in cui il guidatore può valutare il
comportamento degli ammortizzatori. Si tratta ovviamente dei “transitori”, istanti successivi alle variazioni di velocità o di
traiettoria del veicolo.
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TECNICA
la risposta della vettura, perché
il grip delle gomme aumenta in
modo graduale; tutto ciò facilita
l’azione dei guidatori meno
esperti ma certamente non
soddisfa chi ama la guida
sportiva. L’assetto è la materia
più vasta nel mondo
dell’automobile ed è
impossibile esaurire anche un
solo argomento come quello
degli ammortizzatori; tanto più
che guidando, mentre la
scocca si abbassa da un lato,
si alza dall’altro; dunque per
una sospensione che si
comprime, ce n’è sempre
un’altra che si estende! Tutto
FIGURA 7 Nella percorrenza di un
tratto misto il guidatore può valutare
al meglio l’operato degli
ammortizzatori. Le fasi evidenziate in
giallo, relative ai “transitori”, danno
modo di valutare la prontezza di
risposta nei cambi di direzione,
fondamentale per la guida sportiva.
L’IMPORTANZA DEI
TRANSITORI
La differenza di comportamento
tra ammortizzatori con taratura
originale (media) o sportiva (più
frenati) si avverte sia in frenata
sia in accelerazione e in curva,
condizionando l’handling della
vettura. Se la scocca si “muove
troppo”, potete percepire
l’ampiezza dei movimenti in
assetto stabilizzato (a metà di
una frenata o in un lungo
appoggio in curva); per
contrastare questa tendenza è
necessario irrigidire le molle
(per limitare il solo rollio sono
sufficienti anche barre
stabilizzatrici più dure). Se
invece desiderate valutare
l’operato degli ammortizzatori,
dovete concentrarvi sui
“transitori”, ovvero sull’inizio di
una frenata, di una sterzata o
di un’accelerazione. Tutte le
azioni che fanno rallentare o
deviare l’auto dalla traiettoria
evidenziano il grado di
frenatura e la progressività
degli ammortizzatori. Nella
Figura 6 sono indicati in giallo
gli istanti in cui essi lavorano in
curva, mentre in celeste sono
mostrate le fasi in cui la
La prova di slalom impone ripetuti cambi di traiettoria, l’ideale per mettere a nudo l’efficienza degli ammortizzatori.
sospensione è ferma in una
posizione (immaginando che la
pista sia liscia come un
biliardo). I “transitori”, sempre
evidenziati in giallo, sono
ancora più numerosi nella
“esse” di Figura 7, dove però
non si tiene conto di eventuali
salti sui cordoli. Gli
ammortizzatori più frenati (che
trasferiscono rapidamente il
carico sulle ruote) rendono più
reattiva, agile e precisa la
risposta del veicolo. Attenzione
però, l’aderenza dei pneumatici
può raggiungere presto “il
limite”; pertanto anche il pilota
deve essere all’altezza
dell’assetto, cioè veloce e
preciso nelle reazioni!
Ammortizzatori meno frenati
rendono più lenta e progressiva
I nuovi ammortizzatori Koni FSD pur
offrendo prestazioni simili a quelli a
controllo elettronico, sfruttano solo
l’idraulica per variare la taratura in
base alla frequenza della
sollecitazione. Il flusso principale (1)
gestisce le basse frequenze con una
taratura rigida. Il flusso (2), parallelo
a quello principale, riduce lo
smorzamento delle frequenze più alte.
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la tenuta di strada. L’importante
è che utilizzino ammortizzatori
efficienti, altrimenti vengono a
mancare i requisiti della
sicurezza di marcia. Quando
freni e pneumatici sono in
ordine, l’automobilista si sente
sicuro ma spesso dimentica che
gli ammortizzatori “scarichi”
pregiudicano la tenuta di strada
e ancor più la stabilità del
veicolo a causa dei rimbalzi
delle sospensioni. Inoltre si
allungano gli spazi d’arresto
(persino i sensori dell’ABS o
ESP entrano in crisi) e si
abbassa la soglia
dell’aquaplaning! Effetti
ciò, unitamente alla frequenza
con cui si muove il pistone
dentro l’ammortizzatore (che fa
variare la taratura delle valvole
unidirezionali), difficilmente
viene percepito da chi non è
addetto ai lavori, compresi
molti piloti che magari vanno
forte ma non sono
“collaudatori”! Quanto abbiamo
analizzato finora, potrà essere
buon pane per la vostra mente
e, ripensando con calma alle
reazioni dinamiche del veicolo,
potrete sistemare al posto
giusto tanti tasselli
dell’affascinante mosaico
chiamato handling: provare per
credere!
EFFICIENZA E SICUREZZA
Prima di concludere è doveroso
fare alcune precisazioni. Non è
detto che l’appassionato d’auto
debba necessariamente fare
uso di molle e ammortizzatori
sportivi o racing, che migliorano
la guidabilità della vettura in
pista ma riducono il comfort e,
sulle strade dissestate o sui
fondi a scarsa aderenza, anche
secondari ma non meno
fastidiosi sono la riduzione
dell’illuminazione notturna e
l’abbagliamento di chi viaggia
nel verso opposto (i fari
seguono i sussulti della
scocca!), ma anche l’usura
precoce dei pneumatici e delle
parti meccaniche (a ridosso o
che costituiscono la
sospensione). Non è raro
vedere una vettura con una
ruota che rimbalza all’impazzata
sull’asfalto; in questo caso
l’ammortizzatore è “scoppiato”
(cioè ha perso tutto l’olio) e non
accenna neppure a smorzare le
oscillazioni: vale la pena
rischiare tanto? A proposito, gli
ammortizzatori vanno sostituiti
“quantomeno” in coppia sullo
stesso asse, ma se i restanti
sono di altro tipo, è preferibile
sostituirli tutti. Infine, gli
ammortizzatori sportivi spesso
sono regolabili e ciò li rende più
longevi di altri. Infatti agendo
sulle tarature è possibile
compensare, almeno in parte, la
perdita di efficienza in
smorzamento dovuta all’utilizzo.