Cinematica delle sospensioni e dinamica del veicolo
La cinematica delle sospensioni descrive come ogni ruota si muove e cambia orientamento quando la sospensione lavora o lo sterzo gira. La dinamica del veicolo descrive come forze, massa, pneumatici e questi movimenti interagiscono durante accelerazione, frenata, curva e passaggio sulle irregolarità.
Geometria e forza sono prospettive diverse
Un’analisi cinematica parte da punti rigidi, bracci, giunti e movimenti consentiti. Può calcolare corsa della ruota, camber, convergenza, posizione dell’asse di sterzo, rapporto di movimento e centro di rollio geometrico senza presupporre prima una determinata forza di molla o ammortizzatore.
Un’analisi dinamica aggiunge massa, inerzia, forze degli pneumatici, molle, ammortizzatori, dispositivi antirollio, boccole elastiche, attuatori e tempo. Il risultato dipende da velocità e carico oltre che dalla geometria. Due sospensioni con assetto statico simile possono quindi reagire diversamente per rigidezza alla ruota, smorzamento, cedevolezza, massa non sospesa o sistemi di controllo.
Per le configurazioni fisiche che generano questi movimenti, consulta Suspension Construction.
Corsa e assetto delle ruote
La compressione, detta anche bump o jounce, riduce la distanza tra ruota e carrozzeria. L’estensione, o rebound, la aumenta. Camber e convergenza possono cambiare lungo la corsa. Anche lo sterzo modifica il piano della ruota e l’impronta dello pneumatico rispetto al veicolo.
Gli ingegneri definiscono queste curve invece di valutare soltanto l’assetto all’altezza normale. L’intervallo utile deve considerare rollio, beccheggio, carico, frenata, coppia motrice, sollecitazioni stradali e spazio disponibile prima delle battute di compressione o estensione.
Molle, ammortizzatori e rapporti di movimento
La ruota raramente muove la molla o l’ammortizzatore della stessa distanza. Posizione di montaggio e geometria dei bracci creano un rapporto di movimento, quindi rigidezza e smorzamento del componente non corrispondono direttamente ai valori alla ruota. Il rapporto può anche variare lungo la corsa.
Le molle sostengono il carico e determinano gran parte del rapporto tra altezza e rigidezza alla ruota. Gli ammortizzatori generano una forza dipendente dalla velocità per controllare oscillazioni e transitori. Barre antirollio e sistemi attivi aggiungono forze che collegano o controllano indipendentemente i movimenti di ruote e carrozzeria.
Consulta Suspension Springs, Suspension Dampers e Active Suspension per i meccanismi dei componenti.
Movimento della carrozzeria e trasferimento di carico
Heave è il movimento verticale della carrozzeria, pitch la rotazione attorno all’asse trasversale e roll la rotazione attorno all’asse longitudinale. Geometria ed elementi di forza controllano la risposta della carrozzeria, ma non eliminano il trasferimento di carico creato dall’accelerazione e dall’altezza del centro di massa.
Centri di rollio, anti-dive e anti-squat descrivono percorsi geometrici delle forze. Possono modificare la parte della risposta della carrozzeria trasmessa attraverso i bracci anziché mediante la deformazione delle molle. Non eliminano il trasferimento di carico longitudinale o laterale sottostante.
Cedevolezza e componenti reali
Boccole, supporti, bracci, telai ausiliari e carrozzeria si deformano sotto carico. L’elastocinematica descrive le variazioni di assetto e posizione causate da questa cedevolezza. Può essere regolata per filtrare asperità o generare una risposta utile dello sterzo, ma usura o danni eccessivi possono causare convergenza e camber indesiderati, rumore e instabilità.
La sospensione completa deve quindi essere valutata lungo corsa, sterzo, carico, temperatura, tolleranze e tempo. Una sola misura statica o forza massima non ne descrive il comportamento.