Sospensioni moto: come funzionano molle e ammortizzatori

Elemento fondamentale di ogni mezzo a motore, la sospensione è spesso “data per scontata”: se funziona bene ci si scorda di lei, ma se non è tutto in ordine i nodi vengono presto al pettine. Vediamone i principi di funzionamento con un tuffo nel mare delle molle e degli ammortizzatori.

Quello che comunemente chiamiamo sospensione è in realtà un sistema formato da un elemento elastico, uno di smorzamento e un meccanismo cinematico che definisce il movimento della ruota e della sospensione stessa (forcella o forcellone ed eventuale leveraggio). Di solito ci si concentra sui primi due aspetti: la parte elastica, cioè la molla, e il componente che smorza il movimento ovvero l’ammortizzatore. La molla assorbe energia, ma la restituirebbe praticamente con la stessa intensità al sistema (“rimbalzo”) se non ci fosse l’ammortizzatore a dissipare questa energia. Nel funzionamento globale di ogni sospensione è d’importanza fondamentale anche lo pneumatico, che collabora alla funzionalità dell’insieme attutendo le vibrazioni ad alta frequenza che il sistema sospensivo avrebbe maggiori difficoltà ad assorbire. Per capire meglio il lavoro della sospensione bisogna fare una distinzione tra le masse sospese e le masse non sospese. Per masse non sospese intendiamo tutti i componenti a contatto più o meno diretto con la strada: pneumatico, cerchio, disco freno, pinza del freno e la parte della forcella collegata alla ruota. Per masse sospese intendiamo invece tutti i componenti situati al di sopra della sospensione: il telaio, il serbatoio, il motore, radiatore, carene, ecc. Queste due famiglie di masse vanno tenute distinte, perché trasmettono alla sospensione forze diverse. Le masse non sospese sono infatti legate alle forze prodotte sul veicolo dall’irregolarità della strada, e che la sospensione “subisce”; le masse sospese sono invece legate alle forze inerziali: i trasferimenti di carico e i movimenti del telaio che la sospensione deve assorbire. Per migliorare la dinamica di guida è di fondamentale importanza minimizzare le masse non sospese perché, se elevate, trasmettono più sollecitazioni al telaio diminuendo il comfort. Inoltre, masse leggere seguono meglio il terreno, mantenendo il contatto pneumatico-strada, e se in rotazione contribuiscono a ridurre l’inerzia data dal rotolamento, aumentando così la manovrabilità.

ANTERIORE MORBIDO, POSTERIORE RIGIDO: ECCO PERCHE'

Il modello fisico di una moto è una rappresentazione matematica semplificata in cui il mezzo viene visto come un unico corpo rigido collegato alle due sospensioni. Per quanto semplice, questo modello è di grande aiuto per comprendere il comportamento delle sospensioni, permettendo di studiare i parametri appropriati per calibrare la rigidezza delle molle e il valore ottimale di smorzamento così da evitare effetti indesiderati come, ad esempio, le risonanze. In questa sede il concetto principale che vogliamo portarci a casa è che le due sospensioni, anteriore e posteriore, dovrebbero reagire in modo più indipendente possibile: in particolare, quando la ruota anteriore sorpassa un ostacolo dovrebbe trasferire meno forza possibile al posteriore e viceversa. Una soluzione per ottenere questo risultato è avere una taratura più morbida all’anteriore rispetto al posteriore. Questo è valido soprattutto per le applicazioni stradali in cui il comfort è la priorità.

LINEARE O PROGRESSIVA: COME SCEGLIERE LA MOLLA GIUSTA

Nell’immaginario collettivo è sicuramente il componente più distintivo della sospensione: la molla, tipicamente di tipo elicoidale. Questa soluzione è diventata la più popolare perché assicura con costi moderati ed ottima affidabilità la possibilità di ottenere diverse rigidezze in risposta a diversi carichi. La forza che esprime una molla varia in funzione di quanto varia la sua lunghezza, ovvero tipicamente con l’affondamento della sospensione / corsa della ruota: maggiore è la variazione di lunghezza della molla, maggiore sarà la forza che questa sarà in grado di esercitare e, quindi, sostenere. Normalmente le molle hanno una risposta lineare: a un affondamento doppio corrisponde una forza doppia. Una molla può però anche avere un andamento progressivo, con rigidezza via via maggiore all’aumentare della compressione. Questo comportamento può essere ottenuto variando la distanza tra un avvolgimento e il successivo: a parità di diametro della molla, aumentando quello che viene chiamato passo (ovvero la distanza tra una spira e l’altra) diminuisce la rigidezza della stessa; al contrario, se avviciniamo le spire (avvolgimento progressivo) la rigidezza sarà maggiore. Un aspetto forse meno intuitivo è il fatto che durante il suo schiacciamento, il filo della molla è soggetto soprattutto a torsione, mentre le altre sollecitazioni (flessione, taglio, trazione) ammontano a solo il 2-3% dello stress complessivo. Possiamo dire che il carico sulla sospensione dipende dalla combinazione di fattori statici (peso, geometria del veicolo) e dinamici (trasferimenti di carico, fondo stradale sconnesso) presenti durante la guida. Questi fattori fanno variare l’altezza della sospensione che reagirà in modo da contrastare ed attenuare tutti questi effetti che si manifestano durante la marcia.

L'AMMORTIZZATORE: DOVE L'ENERGIA DIVENTA CALORE

Un sistema sospensivo necessita anche di un componente che “smorza” l’oscillazione, ovvero che dissipi l’energia in modo tale da fermare il movimento oscillatorio che scaturisce dalla compressione ed estensione della molla quando, ad esempio, si prende un dosso. In pratica, il contributo dell’ammortizzatore è fondamentale per garantire sia un miglior comfort, sia una migliore dinamica di guida. Ad oggi la soluzione più utilizzata è quella dell’ammortizzatore idraulico: durante il movimento della sospensione il fluido presente all’interno viene costretto a passare attraverso dei passaggi situati all’interno del pistone. A causa della sua viscosità, quando il fluido passa attraverso questi fori dissipa energia sotto forma di calore e, quindi, “rallenta” (ammortizza) il moto della sospensione. La dissipazione di energia sottoforma di calore è un aspetto spesso sottovalutato, perlomeno da chi non fa utilizzo molto intenso delle sospensioni come ad esempio in fuoristrada. In generale, nel caso della forcella, il grande flusso di aria che riceve durante la marcia scongiura i possibili problemi termici, mentre il mono che si trova in posizione più chiusa può raggiungere temperature più elevate e diventare un elemento critico. A seconda dei fluidi utilizzati, delle valvole nel pistone che permettono il passaggio dell’olio stesso e altri meccanismi accessori, è possibile tarare in modo molto preciso il tipo di smorzamento richiesto per ogni specifico utilizzo.