La sospensione di un veicolo è l'insieme dei componenti mediante i quali il telaio è collegato alle ruote del veicolo, o più generalmente indica il collegamento tra le masse sospese del veicolo con le masse non sospese.

Introduzione

Per sospensione di un veicolo si intende l'insieme dei componenti che collegano le ruote e quanto ad esse connesso (freni, mozzi, ecc.), dette masse non sospese, al telaio del veicolo, ovvero la carrozzeria e tutte le parti meccaniche in essa contenute, che appoggiando sugli elementi elastici della sospensione (molle, barre o balestre) vengono definite massa sospesa.

I componenti della sospensione controllano i movimenti del telaio rispetto alle ruote (cosiddetti braccetti o puntoni, molla), consentendo la compressione o l'estensione al variare delle forze in gioco; inoltre all'elemento elastico venne quasi subito applicato l'ammortizzatore, un elemento che ne smorza e rallenta l'oscillazione.

Le caratteristiche di un sistema di sospensione/ammortizzatore sono solitamente un compromesso tra le esigenze di tenuta di strada e quelle di comfort. L'obiettivo principale dell'impiego delle sospensioni è comunque quello di ottenere, nel complesso e durante i vari percorsi, un'ottimale stabilità del veicolo ed un elevato comfort per i suoi occupanti.

Tipologia di sospensione I sistemi di sospensione si distinguono per il diverso sistema di collegamento al telaio delle masse non sospese e per il tipo di organo elastico che assicura il movimento relativo fra telaio e ruote.

Sospensioni pneumatiche

Sono sospensioni che funzionano tramite la comprimibilità dell'aria, questo tipo di sospensioni possono essere in alcuni casi anche del tipo regolabili, quindi variando la pressione dell'aria intrappolata, si può modificare il tipo di comportamento, facendola diventare più rigida o morbida. Rispetto ad altri sistemi permettono d'ottenere risposte più rapide della sospensione e una maggiore flessibilità nella regolazione oltre a conferire maggiore comfort grazie alla loro eccezionale progressività, ma di contro richiede una maggiore manutenzione e cura.

Questa tipologia di sospensione può essere l'unica utilizzata dal mezzo che le adotta o può essere accompagnata da altre tipologie di sospensioni, come possono essere le balestre o molle elicoidali, inoltre hanno trovato impiego in molti ambiti, dai camion alle biciclette.

Tale tipologia di sospensione è stata utilizzata anche in ambito automobilistico e motociclistico negli anni '70 e riutilizzata sporadicamente in ambito motociclistico e ciclistico nei primi decenni del terzo millennio.

Sospensioni idropneumatiche

Sono sospensioni pneumatiche, ma interconnesse attraverso un fluido idraulico, infatti la parte pneumatica è costituita da singole sfere con all'interno una camera con azoto e sigillata da una membrana flessibile. L'altezza del veicolo viene mantenuta costante in modo automatico immettendo più o meno olio nel circuito delle sospensioni e può essere variata dal guidatore spostando una levetta di regolazione nell'abitacolo. Questa soluzione è stata ideata e sviluppata da Citroën, ma venne creato anche un sistema simile e semplificato dalla British Leyland chiamato Hydragas.

Sospensioni idrauliche

Il loro funzionamento prende spunto dal sistema idropneumatico della Citroën, ma utilizza solo un liquido incomprimibile e dei contenitori gommosi con armatura metallica che sono collegati alle sospensioni e nel sistema originale (Hydrolastic) messi in comunicazione tra loro in coppia, ruota anteriore e ruota posteriore dello stesso lato il che permette un mantenimento dell'assetto del veicolo e anche la regolazione dell'altezza variando la quantità del liquido. L'assorbimento degli urti e delle asperità avviene anche con la dilatazione di questi corpi gommosi entro i limiti della struttura metallica.

Sospensioni ad elastomeri Il loro funzionamento si basa su elastomeri poliuretanici, materiali con un'elasticità simile alla gomma e con struttura compatta o cellulare, questi ultimi sono quelli maggiormente utilizzati per le sospensioni, generalmente per biciclette.

Sospensioni a molle elicoidali

Le sospensioni a molle elicoidali sono realizzate da molle a torsione operanti per compressione. In genere deve essere sempre associato al sistema elastico un ammortizzatore, dato che le molle non hanno una dissipazione di energia sufficiente a smorzare il movimento elastico del sistema in tempi brevi.

Tipo di molle

Le molle sono principalmente di due tipi: Lineari, queste molle hanno una flessibilità (approssimativamente) costante, caratterizzate da contrazione direttamente proporzionale alla forza di compressione esercitata, generando un grafico lineare sul piano cartesiano (v. caratteristica lineare sul grafico) Flessibilità progressiva, queste molle avendo una flessibilità diversa, dove hanno una resistenza ridotta alle piccole compressioni, ma che aumenta esponenzialmente all'aumentare della compressione della molla, disegnando un grafico sui assi cartesiani si genererà un grafico esponenziale, con ascissa la compressione e in ordinata la forza, ottenibile in due modi: Passo differenziato lungo la molla si potranno notare come alcune spire siano molto ravvicinate tra loro (zona a bassa resistenza), mentre altre sono molto distanti tra loro (zona ad alta resistenza). Elica a diametro differenziato lungo la molla si potranno notare come alcune spire siano molto strette e quindi disegnano cerchi/eliche con raggiatura ridotta (zona ad alta resistenza), mentre altre sono molto larghe e quindi disegnano cerchi/eliche con raggiatura ampia (zona a bassa resistenza).

Tipo di collegamento Le molle possono essere utilizzate tramite due diversi sistemi: Diretto, è un sistema che trasmette l'energia alla molla in modo diretto e proporzionale. Leveraggi, è un sistema che trasmette l'energia alla molla in modo diverso a seconda della compressione a cui si è giunti, utilizzando delle leve che a seconda della compressione aumentano o diminuiscono la lunghezza dei bracci d'azionamento della molla.Questo sistema viene adottato per la maggior parte dei casi su sistemi monocross (un ammortizzatore per ruota), ma ci sono anche esempi per sistemi doublecross come su alcune moto, come la Honda CB 1300 Super Four del 1998

Sospensioni a balestra

In questo caso l'organo elastico è una balestra, operante per flessione di foglie di materiale elastico (generalmente acciaio) collegate fra loro da graffe metalliche. Il sistema permette lo spostamento senza necessità di guide, inoltre, dato che le balestre dissipano velocemente l'energia elastica, è possibile realizzare sistemi di sospensione a balestra anche senza l'utilizzo di ammortizzatori.

Il sistema a balestra è stato il primo ad essere usato sui veicoli a motore, e, data la sua notevole rigidezza, viene utilizzato ancora per veicoli particolarmente pesanti, mentre è in disuso per veicoli leggeri come automobili. Il sistema è stato molto usato nel passato, e lo è tuttora, in molti rotabili ferroviari.

Sospensioni a barre di torsione

In questo tipo di sospensioni, utilizzate oggi principalmente su veicoli con un numero elevato di ruote, il mezzo elastico è una barra che può essere trasversale (attraversa la larghezza del veicolo ed è fissata al lato opposto a quello in cui si trova la ruota, o al centro della scocca) o longitudinale (per le sospensioni anteriori). La ruota stessa è collegata alla barra da un braccio solitamente triangolare (con movimento limitato ad un certo angolo), trasversale o longitudinale.

Le sospensioni a barre di torsione vengono ad esempio utilizzate su veicoli di peso molto elevato (per esempio carri armati), in genere accoppiando la manovella su cui è imperniata la ruota ad un ammortizzatore. Le barre di torsione trovano diffusa applicazione nelle auto di Formula 1 e, in passato, anche in molte vetture di serie (es. Alfa Romeo Alfetta e Giulietta, VW Maggiolino, Simca 1100, Renault 5 ecc.).

Una versione che riprende in parte il concetto di sospensione a barra di torsione è quella denominata "a ruote interconnesse" ed è usata al retrotreno di numerosi modelli di auto moderne. Un tubo aperto, con sezione a forma di C, posto trasversalmente al veicolo collega due bracci longitudinali a sua volta collegati alle ruote. Sono comunque presenti anche delle molle oltre ai consueti ammortizzatori, uno per braccio. Tale schema associa la funzione di elemento elastico delle molle a quello (torcente) del tubo, inoltre lo stesso funge anche da interconnessione tra le due ruote con benefici per il comportamento dinamico della vettura durante la guida in velocità, altrimenti penalizzata da ruote a sospensione completamente indipendenti sullo stesso asse. Vista la loro semplicità ed efficacia sono utilizzate sul retrotreno di veicoli economici come le utilitarie e furgoni come la Renault Kangoo oppure Peugeot 107, 207, 208, Volkswagen Polo ma anche su alcune compatte sportive come l'Audi A1, Alfa Romeo MiTo Quadrifoglio Verde e la Abarth Grande Punto.

Struttura

Le sospensioni anteriori in particolar modo a molle elicoidali esistono di vario genere, a seconda della cinematica degli elementi di guida: le sospensioni a quadrilatero: sono costituite da due elementi trasversali, uno sovrapposto all'altro, generalmente di forma simil-triangolare. Ammortizzatore e molla sono collegati al braccio inferiore. Entrambi i bracci sono collegati al mozzo ruota. Possono essere a quadrilatero alto o basso, a seconda della distanza fra i due bracci. Generalmente le sospensioni a quadrilatero sono utilizzate su veicoli sportivi (su Ferrari a quadrilatero basso) o comunque con connotazione sportiva (su Alfa Romeo 147, 156, 159, GT a quadrilatero alto). Possono essere a quadrilatero alto se sull'asse su cui sono utilizzati le ruote sono motrici: distanziando i due bracci si possono alloggiare i semiassi che provengono dal motore e che portano il moto alla ruota.

le sospensioni Mac-Pherson: sono generalmente usate per le ruote anteriori, ma non mancano casi di utilizzo per le ruote posteriori (come sulle Alfa Romeo 147 e Alfa Romeo 156). Sono caratterizzate dal fatto che l'ammortizzatore è "strutturale", ovvero ha una connessione rigida (generalmente tramite bulloni) con il portaruota. Tale vincolo elimina due dei 5 gradi di libertà del portaruota, necessitando quindi di un braccio a tre punti più un'asta di sterzo (ad esempio all'anteriore della maggior parte delle auto di segmento A B C europee), oppure da tre aste semplici (ad esempio sull'anteriore delle BMW serie 1,3 e 5, sull'anteriore dell'Alfa MiTo, oppure sul posteriore dell'Alfa 147 e Alfa 156); generalmente ammortizzatore e molla non sono perfettamente coassiali, ma i loro assi formano fra di loro un piccolo angolo per poter minimizzare le forze di taglio sullo stelo ammortizzatore, così da minimizzare l'isteresi e quindi migliorare il comfort di guida. Per la loro semplicità ed economicità, sono utilizzate come sospensione anteriore in praticamente tutte le utilitarie (esempio: FIAT Punto, Peugeot 207, Toyota Aygo) e in varie auto di segmento superiore (esempio: Renault Megane o FIAT Bravo).