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TECNICA: la MERCEDES testa una sospensione anteriore idraulica

In queste settimane si sta parlando molto dei test che sta effettuando la Mercedes sulla sospensione anteriore in vista della prossima stagione. Da quello che si è potuto intuire dalle immagini a disposizione, sia in Brasile che ad Abu Dhabi, su entrambe le W06 è stato montato, durante le prove libere 1, un terzo elemento idraulico al posto di quello tradizionale a molla. Tale sistema è stato poi smontato, sia in Brasile che ad Abu Dhabi, prima delle FP2 per utilizzare il classico sistema a molla elicoidale. 
foto @AlbertFabrega

MOLLA A TAZZA "BELLEVILLE"
Oltre alle molle elicoidali, si possono utilizzare, come fa la Red Bull, le molle Belleville, che sono formate da dischi circolari di spessore costante, che presentano nel tratto iniziale una leggera forma conica. Modificando correttamente i principali parametri dimensionali di questi dischi è possibile ottenere la curva caratteristica desiderata per la particolare applicazione.

I vari dischi circolari che formano le molle a tazza possono essere impilati con "conicità" rivolte nella stessa direzione, oppure con le conicità opposte. Nel primo caso è possibile ottenere rigidezze più elevate, mentre nel secondo caso, al di sopra di un determinato parametro caratteristico (h/t - spessore/inclinazione) possono verificarsi fenomeni di instabilità e quindi curve caratteristiche irregolari.


Questa tipologia di molle può essere di grande aiuto in tutte quelle applicazioni in cui vi sono limitazioni di spazio nella direzione dell’applicazione del caricooppure quando si desidera ottenere una caratteristica particolare della risposta elastica differente da quella tradizionalmente lineare delle molle a elica. Vengono utilizzate soprattutto nei casi dove si vuole limitare l'ingombro assiale.

LA NOVITÀ' STA NELL'EVOLUZIONE DEL TERZO ELEMENTO SOSPENSIVO
La "grossa" novità sta solo nell'evoluzione del terzo elemento che controlla principalmente il beccheggio della vettura e quindi l'altezza da terra; si è passati da una versione a molla comandata comunque idraulicamente (ma molte squadre anche dopo l'abolizione del FRIC utilizzano un sistema idraulico per comandare il terzo elemento), ad una versione idraulica che se settata correttamente comporta alcuni vantaggi rispetto ad un sistema più "tradizionale" (riuscire a trovare il giusto compromesso di assetto in tempi molto più rapidi, uno dei tanti). Tale sistema è stato utilizzato dalla Mercedes in queste due ultime gare del 2015 come test per incamerare dati in vista del 2016 e soprattutto in vista di un possibile, se i dati saranno positivi, utilizzo sulla prossima W07 Hybrid. Quello che sta limitando per ora l'Ingegner Costa e i suoi collaboratori, almeno da quello che ci dicono persone molto vicine a Mercedes, sono gli ingombri. Purtroppo per i tecnici tedeschi non c'è spazio per sistemi troppo "complicati" nella parte anteriore del telaio....

TERZO ELEMENTO SOSPENSIVO OLEOPNEUMATICO CON AZOTO?
La sostituzione della molla con l'idraulica in molte zone della sospensione è un concetto noto da diversi decenni in quanto è stato sviluppato sulle automobili di serie (Citroen, ad esempio) e adottato all'epoca delle sospensioni attive nei primi anni '90 in F1.

Sebbene queste ultime siano vietate dal regolamento, e che questo non sia il caso della Mercedes poiché il Team tedesco non sembra stia testando gli elementi elastici veri e propri della sospensione oleopneumatici, ma solo lo smorzatore, è bene ampliare il discorso e capire quali problemi potrebbero esserci utilizzando questa tipologia di terzo elemento.  La modalità tramite la quale si possa realizzare un elemento elastico sfruttando il fluido idraulico è comunque tutt'oggi la medesima. Poiché il fluido idraulico è, entro certi limiti incomprimibile (la sua comprimibilità è espressa dal modulo di Bulk che ne fornisce la contrazione volumetrica per unità di volume a fronte di una variazione di pressione), non può quindi essere utilizzato come elemento elastico se non per connettere l'ammortizzatore ad un accumulatore caricato a gas (azoto) che diventa l'elemento elastico vero e proprio del sistema.

L'accumulatore è un serbatoio metallico a membrana o a pistone caricato di azoto prima dell'utilizzo, e che durante il funzionamento (con fluido idraulico nell'impianto) aumenta la sua pressione anche fino a qualche centinaio di bar.
Un sistema di questo tipo offre il vantaggio di una notevole compattezza nella zona dell'ammortizzatore (che può diventare anche estremamente piccolo in dimensioni) in quanto l'elemento elastico può essere "delocalizzato" in un'altra zona.

Occorre però considerare altri fattori che distinguono una sospensione "meccanica" da una idraulica:

  • La caratteristica elastica di un ammortizzatore a gas segue, anziché una caratteristica forza-spostamento lineare di una molla a compressione ad elica cilindrica, una legge politropica pV^k=costante: ne consegue che la sospensione potrebbe risultare cedevole per scuotimenti piccoli per poi diventare estremamente rigida per grandi scuotimenti. Se il sistema fosse correttamente dimensionato in termini cinematici (bracci di sospensione) e idraulicamente (zona di lavoro lungo la politropica), questo potrebbe non essere necessariamente un problema;
  • E' auspicabile che l'accumulatore a gas sia posizionato in una zona soggetta a variazioni di temperatura le più contenute possibili per non variarne la pressione di funzionamento (un innalzamento di temperatura tenderebbe ad aumentare la pressione di pre-carica del gas trattandosi di un sistema a volume costate) oppure che il sistema sia collegato ad opportuni sistemi di compensazione termica. Ad esempio, negli anni '90 l'accumulatore (che funzionava a diverse centinaia di bar di pressione) veniva installato proprio sotto il sedile del pilota in quanto era una zona piuttosto stabile termicamente ed anche molto protetta;
  • Variando la pressione di funzionamento dell'impianto (cambiando il valore di pressione di pre-carica dell'azoto, ad esempio), è possibile variare velocemente l'altezza da terra della sospensione;
  • Per quanto riguarda invece la regolazione dello smorzamento, una sospensione idraulica rimarrebbe praticamente invariata rispetto ad una sospensione meccanica in quanto, semplicemente applicando degli strozzatori al condotto di connessione ammortizzatore-accumulatore, è possibile regolare la caduta di pressione a fronte di una data velocità di scuotimento.
Come si può notare da questo elenco puntato, passare da una sospensione "meccano idraulica" ad una in parte idraulica (con terzo elemento completamente idraulico) non è cosi immediato, poiché per natura la seconda tipologia è ben più complicata in molti aspetti. Per concludere, l'unica Scuderia che utilizza una sospensione idraulica, al posteriore in questo caso, è la Force India che l'ha introdotta proprio in questo 2015 sulla VJM08.

di Cristiano Sponton e del PJ

Cristiano Sponton

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