Motorsport
In pista
Dinamica del veicolo
Nozioni di base
Movimenti della scocca
L’interazione fra i vari gruppi sospensivi, genera una serie di moti della scocca rispetto alla ruote che sono di particolare interesse per la definizione del comportamento del veicolo. I più importanti di questi movimenti per il comportamento dinamico del veicolo sono il rollio e il beccheggio. Il pompaggio, ovvero l’oscillazione secondo un asse verticale mantenendo la scocca parallela al terreno, è un moto che si può considerare come un caso particolare di beccheggio (una sorta di beccheggio simmetrico), mentre il moto di imbardata ovvero la rotazione attorno ad un asse verticale è una specie di sterzata che è legata all’aderenza dei pneumatici e alle dimensioni caratteristiche del veicolo (passo, carreggiata). Tutte le forze che tendono a muovere la scocca si realizzano perché i pneumatici a contatto con il terreno offrono delle reazioni vincolari analizzando le quali è possibile determinare i moti ai quali è sottoposta la scocca. Un parametro fondamentale per l’analisi dei moti è la posizione del baricentro.
Baricentro
Nei veicoli, come per tutti i corpi che sono soggetti alla forza di gravità, si può, conoscendo l’intensità del peso, la direzione ed il verso, definire un punto nel quale è possibile considerare concentrata ed applicata tale forza: questo punto è detto baricentro. Per un veicolo la determinazione di tale punto è molto laboriosa però la ricerca di tale posizione, o meglio, l’accuratezza della ricerca di tale punto è di fondamentale importanza per la determinazione a priori del comportamento dinamico del veicolo. La forza centrifuga ed il peso possono essere rappresentati come vettori agenti nel baricentro, così che la risultante di queste due forze diventi una linea inclinata funzione delle lunghezze dei vettori sommati. Finché questa linea rimane all’interno della zona individuata dalle ruote il veicolo sarà stabile. Quando la retta d’azione della risultante arriverà all’esterno del piano d’appoggio il veicolo risulterà sottoposto ad un’azione di capovolgimento. Questo è il motivo fondamentale per cui i veicoli destinati alle corse presentano un baricentro molto basso, ottenuto abbassando le singole masse elementari (scocca, motore, trasmissione) come posizione rispetto al suolo, oppure allargando la carreggiata del veicolo.
Trasferimenti di carico
Per trasferimento di carico si intende la variazione delle quote parti del peso gravanti sull’asse anteriore e posteriore del veicolo rispetto alla situazione statica: questo effetto è causato dalle accelerazioni e dalle decelerazioni che si generano durante il moto. In effetti si sposta la retta d’azione della risultante R fra il carico P e la forza d’inerzia Fi: il carico statico rimane infatti costante fra i due assi, mentre la forza d’inerzia, applicata al baricentro, genera un momento rispetto all’asse di beccheggio che carica un’asse e scarica l’altro. Si ha in effetti una rotazione del baricentro la cui entità dipende dalla distanza del baricentro dall’asse di beccheggio, dalla flessibilità del sistema elastico e dal passo del veicolo. Si ricorda che l’asse di beccheggio è quell’asse trasversale al veicolo attorno a cui la scocca ruota durante i movimenti di beccheggio, tale asse si può determinare graficamente in funzione della geometria della sospensione. Gli effetti del trasferimento di carico possono venire valutati con la relazione:
T = (a Mh) / L
dove "T" è il trasferimento di peso [N], "a" è l’accelerazione [m/s2], "h" è l’altezza del baricentro [m], "M" la massa del veicolo [Kg], "L" lunghezza del passo [m].
Tale effetto è dovuto principalmente alle accelerazioni, siano esse positive o negative, che sono legate all’aderenza fra ruota e terreno: all’aumentare del coefficiente di aderenza si avrà un aumento delle forze di accelerazione e di decelerazione ottenibili, valori che sono poi legati agli effetti di trasferimento di carico. Si noti come l’accelerazione in un autoveicolo a trazione anteriore comporta possibili effetti di sottosterzo in curva e perdite di aderenza, invece una decelerazione produce una limitazione nell’azione direzionale e frenante del retrotreno, e migliora (in teoria) le caratteristiche di frenata e direzionalità dell’avantreno. In un veicolo a trazione posteriore, invece, l’accelerazione produce un aumento di aderenza al retrotreno e una peggiore direzionalità dell’avantreno. Per limitare il beccheggio si opera con un irrigidimento del sistema molla-ammortizzatore che però può comportare perdite di aderenza, oppure si può limitare il fenomeno con un'opportuna disposizione geometrica dei bracci di ancoraggio alla scocca, che consiste in una sospensione detta anti-squat (anti-cabrata) nel caso si opponga all’alleggerimento dell’avantreno o anti-dive (anti-picchiata) nel caso si opponga all’alleggerimento del retrotreno. In generale si tendono ad adottare delle sospensioni dotate di un cinematismo che realizzi durante l’escursione una variazione di passo tale che durante la corsa si generi uno spostamento orizzontale della scocca nella direzione opposta al senso di marcia del veicolo. Tale movimento della scocca, per essere attuato, richiede una notevole quantità di energia, che viene ottenuta a spese di quella che genera il beccheggio.
Rollio
Il rollio è il movimento che maggiormente condiziona la tenuta di un veicolo. Il trasferimento di peso può avvenire, infatti, oltre che in senso longitudinale anche in senso trasversale. Il rollio è il movimento che viene a prodursi in un veicolo dotato di sospensioni che, effettuando una curva, diventa soggetto alla forza centrifuga. Essa, agendo principalmente sulla massa sospesa del veicolo, lo inclina nel senso opposto a quello del centro della curva. Gli effetti del rollio sono negativi: se si sposta la massa sospesa si modificherà nello spazio la posizione degli ancoraggi e pertanto si modificheranno tutti gli angoli caratteristici. Il risultato è quello di far lavorare le gomme con degli angoli che non sono quelli previsti in fase di progetto. Un’altra componente negativa legata al rollio della massa sospesa è che, agendo tramite i mezzi elastici presenti nelle sospensioni, si trasferisce il peso dell’auto dalla parte interna sulle ruote esterne alla curva. Questi trasferimenti di carico sono di entità tanto maggiore quanto maggiore sono le forze che li generano, quanto maggiore è il peso del veicolo, quanto più alta è la posizione del baricentro e quanto minore è la larghezza della carreggiata. La relazione che esprime il trasferimento di carico trasversale diventa allora:
F = (a Mh) / L
dove: "F" è il trasferimento di peso trasversale [N], "a" è l’accelerazione [m / s2], "h" è l’altezza del baricentro [m], "M" massa del veicolo [Kg], "L" lunghezza della carreggiata [m].
Centro di rollio
Quando si entra in curva si osserva come, a causa della forza centrifuga le masse subiscono un movimento analogo a quello di un pendolo, con l’unica differenza che il centro di rotazione in questo caso si trova più in basso delle masse sospese. Questo punto virtuale si può determinare graficamente in funzione del tipo di sospensione. La posizione può variare non solo in base al tipo di sospensione adottata all’avantreno o al retrotreno, ma anche dall’escursione di esse. Di solito in un’autovettura gli schemi sospensivi sono diversi fra l’anteriore e il posteriore e quindi la posizione dell’asse di rollio (ovvero la congiungente fra il centro di rollio anteriore e il centro di rollio posteriore) determina l’asse virtuale intorno al quale il veicolo ruota durante il movimento. L’asse è detto virtuale in quanto esso può variare la sua posizione durante le escursioni delle sospensioni, così come variano i rispettivi centri di rollio.
Asse d’inerzia
L’asse longitudinale d’inerzia è quella retta che congiunge i baricentri delle parti anteriori e posteriori del veicolo. In realtà l’asse d’inerzia è una curva congiungente tutti i baricentri delle sezioni elementari, ottenute dividendo il veicolo con una serie di piani verticali ed ortogonali al suo asse longitudinale. La condizione ideale per la tenuta di strada è la coincidenza dell’asse di rollio con l’asse di inerzia, condizione assai difficile da realizzare in pratica, per cui durante la progettazione del vicolo si cerca la disposizione più opportuna dei carichi (disposizione che influisce sull’asse d’inerzia) e la miglior scelta sul sistema sospensivo (che influisce sull’asse del rollio) per cercarli di avvicinarli il più possibile. La posizione relativa influisce molto dal passaggio da marcia rettilinea a quella di accelerazione e decelerazione in particolare modo in curva. In generale tanto più lontani si trovano i due assi tanto peggiore è il comportamento all’ingresso in curva, inoltre tanto più alto sarà l’asse d’inerzia tanto maggiori saranno i trasferimenti di carico e l’entità dell’angolo di rollio.
Barra antirollio
Un metodo usato e di sicura efficacia per contrastare il comportamento a rollio è l’adozione di una barra stabilizzatrice antirollio sia all’avantreno che al retrotreno, o spesso anche solo all’avantreno. Si tratta di un dispositivo composto da due leve collegata da una barra elastica (molla di torsione) il cui funzionamento consiste nell’applicazione di forze contrarie all’inerzia della scocca generata dal mutuo movimento fra le barre di torsione e le sospensione. Il moto di rollio della scocca provoca l’affondamento della sospensione esterna e l’estensione di quella interna: tale movimento reciproco delle 2 ruote carica la barra antirollio che tende a ritornare nella posizione di equilibrio scaricando la sua forza sugli attacchi della scocca, che tende così a raddrizzarsi. Bisogna però che la forza esprimibile della barra antirollio sia inferiore a quella della molla, altrimenti quest’ultima non risulterà in grado di caricarla e l’effetto sarebbe il sollevamento della ruota interna alla curva con evidente perdita di aderenza (ad esempio nel caso di molle morbide per avere più comfort e barra di rollio molto rigida). Da ricordare che la barra antirollio non influisce sulla rigidità delle sospensioni dato che agisce sui movimenti asimmetrici fra due sospensioni di uno stesso asse.
Sottosterzo e sovrasterzo
Quando un veicolo percorre una curva di raggio costante ad una velocità costante, le forze che agiscono su di esso sono la forza centrifuga e la reazione data dai pneumatici. Queste due forze rimangono normalmente uguali e contrarie. Quando però sul veicolo si verificano delle deviazioni dalla traiettoria imposta si parla allora di instabilità direzionale. I fenomeni di instabilità direzionale sono due: sottosterzo e sovrasterzo. Si tratta di particolari comportamenti di un veicolo che tende, in curva, a percorrere una traiettoria con raggio diverso da quello imposto dallo sterzo. Per sovrasterzo si intende la tendenza a stringere la traiettoria impostata con lo sterzo, viceversa il sottosterzo realizza una curva con raggio maggiore di quello imposto. Questi comportamenti sono generati dal diverso valore dell'angolo di deriva assunto dai pneumatici anteriori e dai pneumatici posteriori. Se gli angoli di deriva fossero uguali sia anteriormente che posteriormente, il comportamento del veicolo sarebbe infatti neutro. L'angolo di deriva è influenzato da una serie di cause esterne e da alcune cause interne al pneumatico. Le principali cause esterne che contribuiscono alla deriva del pneumatico sono: forze di trazione, forze di frenatura, forze di contenimento in curva e peso gravante sul pneumatico. Questi fattori influenzano l'angolo di deriva se la pressione di gonfiaggio è bassa, se la costruzione del pneumatico predilige il comfort di marcia e se il battistrada è molto tassellato. Le cause esterne che effettivamente più influenzano la deriva sono però la posizione del baricentro del veicolo ed il tipo di trazione (anteriore, posteriore, integrale) della macchina.
Posizione del baricentro
In un pneumatico è facile osservare come maggiore sarà il peso gravante su di esso, minore sarà l'angolo di deriva: l'angolo di deriva è infatti inversamente proporzionale al carico. Si noti però che difficilmente un veicolo avrà il baricentro frutto di una distribuzione simmetrica del peso: normalmente la posizione del baricentro è influenzata dalla posizione del motore, che implica uno spostamento del baricentro più vicino all'avantreno o più vicino al retrotreno. Va ricordato anche che la disposizione del carico (anche aerodinamico), solitamente molto variabile, influenza la posizione del baricentro e tutto ciò ha effetto sull'entità della deriva. Se abbiamo un baricentro arretrato verso il retrotreno, le ruote motrici scaricheranno a terra un peso maggiore e viceversa: è infatti molto importante limitare le disparità di carico fra avantreno e retrotreno e la tendenza al rollio con un molleggio tale da garantire comfort di marcia e aderenza anche sui terreni sconnessi, evitando i dannosissimi saltellamenti delle ruote spesso presenti con sospensioni troppo rigide.
Il mondo delle corse
Nel mondo delle corse, esistono due regole preponderanti: 1. a parità di tutte le altre condizioni un veicolo più leggero potrà effettuare una curva più velocemente di uno pesante; 2. a parità di tutte le altre condizioni il veicolo con minore trasferimento di carico sarà più veloce in curva. Aumentando il trasferimento di carico si otterrà un peggioramento del grip ottimale, con una conseguente variazione delle caratteristiche di guida. Il veicolo può diventare sottosterzante o sovrasterzante per cui risulterà necessario intervenire sulla rigidità della barra antirollio o mediante le molle. Nella gran parte delle vetture di serie, dove l'altezza del baricentro e quindi dell'asse d'inerzia si possono considerare entro certi valori abbastanza simili, conviene avere centri di rollio molto bassi o addirittura al di sotto del suolo per limitare la componente di sollevamento. Oggigiorno è usuale progettare le monoposto, nel limite delle proprie conoscenze tecnologiche, molto al di sotto del limite di peso regolamentare. Questo per poter distribuire delle zavorre nei punti strategici, in modo da variare in base al circuito la distribuzione dei pesi complessiva del veicolo così da variare il comportamento dinamico del veicolo in base alle esigenze del pilota e del circuito. Nella maggior parte dei casi, inoltre, si lavora con la ripartizione della frenata, in modo da controbilanciare nel momento della frenata, il trasferimento di carico fra il posteriore e l'anteriore. Dal punto di vista dell'accelerazione sarebbe meglio avere il maggior trasferimento di carico posteriore per poter garantire più grip (nel caso di una monoposto di formula1, dove le ruote posteriore sono quelle motrici), anche se si perde in tenuta di strada. Di norma si usano barre antirollio complete di un sistema di ammortizzamento (il terzo ammortizzatore che controlla il rollio) che sono regolabili durante le fasi della corsa. Lo scopo è quello di compensare il progressivo alleggerimento che si ha durante la gara, dovuto al consumo di carburante. Il serbatoio, sebbene progettato in posizione baricentrica, con lo svuotamento produce un abbassamento del baricentro, riducendo l'altezza del quale si ottiene una riduzione dei fenomeni di trasferimento di carico. Si rende quindi necessario un indebolimento progressivo delle barre antirollio.
Assetto da F1
Sottosterzo e sovrasterzo: sono due termini dei più usati dai piloti per descrivere il comportamento della propria monoposto. Il sottosterzo, in particolare, è uno dei problemi più spesso lamentati sulle moderne F1, anche se spesso il comportamento in curva varia (da sotto a sovrasterzante) durante la percorrenza.
| Sovrasterzo | Sottosterzo | |
| Definizione | Il retrotreno manca d'aderenza, la vettura "punta" troppo l'interno della curva e tende a sbandare. | Manca aderenza all'avantreno l'inserimento in curva diventa più difficile. |
| Cause | Poca incidenza ala posteriore, sospensioni al retrotreno troppo rigide. | Poca incidenza ala anteriore, sospensione anteriore troppo rigida |
| Effetti | Rischio di "perdere" il retrotreno e andare in testacoda. Usura eccessiva di gomme | Il pilota deve "allargare" o sterzare più del normale, rischio di uscite, usura gomme. |
| Rimedi | Aumentare i gradi d'alettone posteriore, ammorbidire la sospensione posteriore. | Più incidenza ala anteriore; ammorbidire bare antirollio e sospensione anteriore, ridurre altezza da terra. |
La sospensione
Per sospensione s'intende un complesso di organi meccanici che unisce il pneumatico al telaio del veicolo consistente in: molle, ammortizzatore, cinematismi (bracci, mozzi, snodi), ruota (pneumatico e cerchio). Il meccanismo è atto a garantire il comfort di guida, la controllabilità, la manovrabilità e la tenuta di strada del veicolo. Il complesso dei cinematismi permette la realizzazione di un moto relativo fra la ruota, che segue il profilo della strada, e la scocca mantenendo durante tutto il moto determinati schemi geometrici e certi valori di angoli caratteristici. La sospensione deve garantire una buona tenuta di strada e un buon comfort, necessità fra loro contrastanti, per questo motivo la sospensione diventa un compromesso fra un sistema sospensivo morbido capace di assorbire le irregolarità stradali ed un sistema sospensivo rigido che garantisca risposte rapide dello sterzo e stabilità elevata.
Caratteristiche fondamentali di una sospensione
Esiste un rapporto fra masse sospese e masse non sospese, che avrà naturalmente diversi valori al variare del mezzo desiderato, in modo da valutare la confortevolezza del veicolo, al quale corrisponde allo stesso tempo avrà una peggiore tenuta di strada, così come il viceversa.
Corsa: è l'ampiezza (in mm) dell'escursione verticale che la ruota può compiere rispetto alla scocca.
Flessibilità: è il rapporto tra la corsa della molla (ovvero l'elemento elastico della sospensione) ed il carico necessario a realizzarla. Si esprime in [mm/N].
Smorzamento: è l'azione di frenatura dell'oscillazione che viene esercitata dall'ammortizzatore. Si esprime in [Ns/m].
Masse sospese: l’insieme di corpi rimane al di sopra degli elementi elastici (scocca, motore, trasmissione, carico, passeggeri).
Massa non sospesa: tutto ciò che risulta sotto agli elementi elastici (cerchio, pneumatici, mozzo).
Modello teorico di una sospensione
Per lo studio di una sospensione si utilizza usualmente un modello semplificato composto da una massa da una molla e da uno smorzatore che possono essere accoppiati fra di loro in modo da permetterei lo studio di sistemi sospensivi complessi.
Per comodità studieremo in questo caso un sistema ad un grado di libertà: l'equazione del moto risulta quindi:
Dove: ‘M’ è la massa sospesa espressa in [kg], ‘a’ è il valore dell’accelerazione a cui è sottoposta la massa [m/s2], ‘b’ è il coefficiente di smorzamento espresso in [Ns/m], ‘v’ è la velocità della massa espressa in [m/s], ‘K’ è la costante elastica della molla in [N/mm] ed infine ‘s’ è lo spostamento della massa dal punto d'equilibrio. La soluzione dell'equazione fornisce il numero d'oscillazioni al secondo del sistema in movimento naturale, dove per movimento naturale si intende il moto che il sistema compie liberamente dopo essere eccitato mediante la sola compressione della molla. Indicando con ‘f’ il valore di questa frequenza espressa in Hertz (Hz), risulta:
La frequenza dipende dalla rigidezza della molla (K), dal coefficiente di smorzamento, dalla velocità e dal valore della massa sospesa. In campo automobilistico si utilizzano frequenze proprie che si aggirano intorno al valore di 1Hz, ovvero di una escursione al secondo.
La funzione dell'ammortizzatore
Definendo come cedimento statico ‘x’ il rapporto fra la forza F applicata e la costante K si può arrivare a dimostrare l’importanza di un 'elemento smorzatore in un sistema sospensivo.
Supponendo di analizzare un modello non smorzato si può notare come il moto delle oscillazioni possa continuare all'infinito.
In un modello di sistema smorzato si può invece osservare come l'elemento smorzante freni, mediante il suo attrito interno, i moti oscillatori che la massa non sospesa e sospesa tendono ad avere dopo essere state sollecitate, diminuendone quindi l'ampiezza nel tempo.
Per semplicità è possibile trasformare l’equazione delle frequenze di oscillazione della sospensione, che si presenta nella forma:
come:
In cui "B" vale:
In base al valore di "B" esistono allora tre moti possibili:
Se B<0 il sistema non oscilla e tende a portarsi nella posizione d'equilibrio in un tempo maggiore quanto maggiore è il coefficiente di smorzamento b (a parità di K e M)
Se B>0 il sistema si muoverà di moto oscillatorio che dipenderà da K, M e b.
Se B=0 si verifica la condizione di smorzamento critico, ovvero il valore limite dello smorzamento che permette alla massa di ritornare nella posizione d'equilibrio nel minore tempo possibile senza ulteriori oscillazioni.
Si definisce allora fattore di smorzamento ‘D’ il rapporto tra smorzamento reale e quello critico:
Elemento elastico
La sospensione permette, tramite appunto il suo comportamento elastico, alle ruote di muoversi adattandosi al profilo stradale e di assorbire gli urti. I mezzi elastici possono essere di diversi tipi e devono rispettare i seguenti requisiti: ingombro ridotto, basso peso; elevato indice elastico; alta resistenza di snervamento; resistenza nel tempo. La caratteristica di un elemento elastico (molla) è rappresentata da una retta passante per l'origine di un sistema d'assi cartesiani, esiste ovvero una proporzionalità tra le forze e gli spostamenti secondo un coefficiente costante K:
Se "x" è lo spostamento misura in [mm] allora K viene detta rigidezza della molla e si misura in [N/mm]. La rigidezza dipende unicamente dalle condizioni geometriche della molla e dal coefficiente d'elasticità del materiale. Di norma, nell'impiego automobilistico, la caratteristica della molla non è però lineare: la costante K infatti aumenta all'aumentare della compressione della molla, in modo da ottenere una rigidità crescente per avere una maggiore capacità frenante dell'elemento elastico all'aumentare della compressione in modo da sopportare carichi elevati, preservando la scocca dagli urti violenti.
Molle a Balestra
Sono costituite da una o più foglie d'acciaio di lunghezza diversa a sezione sia costante che variabile sovrapposte e collegate da un bullone detto pitone. La balestra è dotata di staffe di centraggio per evitare i disassamenti laterali delle foglie durante i movimenti di flessione, sia di distanziali di materiale plastico tra le foglie stesse per evitare rumore. La foglia più lunga, detta foglia maestra, presenta ai suoi estremi due occhielli che servono per il fissaggio al telaio: uno è collegato rigidamente alla scocca mentre l'altro è collegato al telaio mediante l’articolazione di una bielletta detta "biscottino", che consente alla molla a balestra di allungarsi e accorciarsi liberamente durante i movimenti di deformazione. Questo tipo di molla è usata per mezzi commerciali sia pesanti che leggeri, mentre oggigiorno è poco usata nelle autovetture di formula1.
Molle ad elica
A differenza delle molle a balestra, che lavorano prevalentemente a flessione, le molle ad elica lavorano, per via della loro forma geometrica, con una componente principale di torsione e con delle componenti secondarie, fra cui una di flessione. Sono costituite da un filo d'acciaio armonico, di solito a sezione circolare, avvolto secondo una elica cilindrica; sopportano sforzi diretti lungo il loro asse di simmetria e generalmente presentano una flessibilità maggiore rispetto alla molle a balestra. Si adattano indifferentemente ai vari schemi sospensivi e per questo motivo sono diffusissimi sulle vetture di ogni categoria e cilindrata.
Molle a barra di torsione
Sono costituite da una barra cilindrica metallica avente una estremità fissata rigidamente alla scocca del veicolo e l'altra al braccetto della sospensione. Questa molla lavora principalmente a torsione, la sua caratteristica fondamentale rimane la leggerezza e lo scarso ingombro. La sua diffusione è però minore della molla ad elica a causa dell'elevato costo e della difficoltà di sistemazione in certi schemi sospensivi.
Molle da corsa
In un autoveicolo di serie la soluzione teoricamente migliore è quella di avere molle molto morbide, in modo da avere un elevato comfort di guida, avendo però alla stesso tempo un aumento del rollio e del beccheggio. Nello studio di un auto da corsa è necessario limitare invece entrambe queste componenti per evitare eccessivi trasferimenti di carico, che possono portare a pericolose perdite di aderenza. In tutti i sistemi il carico assorbito dalla molla è direttamente proporzionale all'accorciamento subìto, anche se fanno eccezione i sistemi in cui le molle sono molto inclinate rispetto alla verticale. Medesima eccezione si verifica nei cinematismi sospensivi in cui, rispetto a piccole inflessioni della molla, si verificano grandi movimenti della ruota. Questo problema si risolse con la costruzione di molle con spaziatura progressiva tra le spire in modo che le spire collaborano via via in misura maggiore nel movimento di flessione, oppure questo problema può essere risolto costruendo la molla con un filo di diametro decrescente. Nella formula uno l'introduzione prima dell'effetto suolo e quindi dei vari alettoni che schiacciano il veicolo con un carico proporzionale alla velocità (si crea un sovraccarico anche di oltre 6000N) è nato il problema di avere un sistema elastico che agisca in maniera proporzionale al carico. Il problema è stato risolto mantenendo molle molto dure, tali da non risentire della variazione di carico dovuto agli effetti aerodinamici ed ha eliminato la presenza del rollio, soluzione che ha però accentuato l'affaticamento del pilota dovuto alle enormi sollecitazioni non più smorzate dalle molle. Il problema principale era quindi quello di riuscire a flettere queste molle molto dure, problema reso ancora più gravoso con l'introduzione del sistema sospensivo all'interno della scocca. Il problema fu risolto con l'introduzione del sistema push rod (puntone) e pull rod (tirante): questi sistemi di braccetti sono svincolati dalla funzione di premere molle ed ammortizzatori, essi si limitano a collegare la ruota ad un bilanciere collegato al telaio, in questo modo il braccetto lavora solo come una lunghissima leva. Le molle di formula1 sono oggigiorno costituite da molle di torsione, che hanno soppiantato le classiche molle elicoidali composte al massimo da due o tre spire con un filo molto grosso. Per aumentare infatti il carico di un molla elicoidale esistono principalmente tre soluzioni: ridurre il numero di spire (se il numero di spire che partecipano alla flessione è minore anche la flessione sarà minore e di conseguenza si accorcerà la corsa della molla), aumentare il diametro del filo, ridurre il diametro della molla.
Ammortizzatori
L'ammortizzatore è una sistema che, attraverso un movimento lineare, produce un attrito fra le molecole di un mezzo viscoso producendo calore. Tutti gli ammortizzatori utilizzano un meccanismo semplicissimo: un pistone scorre all'interno di un tubo riempito di fluido. Analizziamo per semplicità un ammortizzatore idraulico telescopico: onde permettere il moto il pistone deve essere forato, in modo che l'olio possa defluire da una parte all'altra, offrendo nel contempo una certa resistenza. Nel pistone esistono due tipi di fori, un tipo rimane sempre aperto e si occupa dei piccoli movimenti, l'altro tipo è chiuso mediante valvole che si aprono diversamente lasciando passare una maggiore o minore quantità d'olio, sulla base della pressione esercitata dal pistone nel suo movimento. I fori che rimangono sempre aperti si occupano dei movimenti lenti prodotti dalla massa sospesa soggetta al rollio o al beccheggio. I fori dotati di valvole si occupano invece dei grandi movimenti e soprattutto di quelli veloci. La taratura di piccoli movimenti controlla la massa sospesa, mentre quella dei grandi movimenti controlla la massa non sospesa, ovvero le sospensioni. Il lavoro prodotto da questo pistone, che si muove attivando la viscosità dell'olio, deriva da un grande attrito, che si traduce in una grande produzione di calore (temperature dell'olio superiori ai 150°C). Il risultato che si ottiene riguarda le proprietà fisiche dell’olio, che diventata quindi molto fluido riducendo l'effetto dell'ammortizzatore stesso, fino ad arrivare all’ebollizione, con la formazione di bolle d'aria che mischiate all'olio arrivano ad annullare l'effetto stesso dell'ammortizzatore visto che l'aria non incontra nessuna resistenza nel passare attraverso le valvole. Il problema fu risolto, osservando come un liquido non completamente diseareato arrivi all’ebollizione quando la tensione di vapore diventa uguale alla pressione esterna: per evitare l'ebollizione sarebbe bastato quindi aumentare la pressione. Fu così introdotto all'interno dell'ammortizzatore del gas sotto pressione separandolo dall'olio per mezzo di un diaframma. Di norma esiste una differenza di taratura fra estensione e compressione, incontrando infatti una buca la molla deve potersi comprimere quasi immediatamente, onde non trasmettere al telaio l'urto. Se la taratura fosse troppo elevata la molla ovviamente non potrebbe lavorare ed il risultato sarebbe un gran colpo ai punti di montaggio della sospensione. Assorbito il colpo se la molla si scaricasse con la stessa velocità con cui si è caricata provocherebbe come poi un ribalzo pari al colpo ricevuto; il sistema dovrà pertanto scaricarsi molto lentamente. Il rapporto migliore risulta essere quattro ad uno per auto di serie, due ad uno per ammortizzatori da corsa e tre ad uno per ammortizzatori da rally.
Ammortizzatori da corsa
Uno dei problemi delle auto da corsa è quello di trovare diverse regolazioni sull'ammortizzatore onde adeguare, in vari tentativi, i carichi delle molle, e successivamente quello di adattare il veicolo ai diversi tracciati previsti dalla competizione. Diverse case hanno studiato e prodotto degli ammortizzatori che montano delle valvole con la possibilità di variare le tarature dall'esterno.
Sospensioni Attive
Con questo termine si intendono quelle sospensioni che in tempo reale, mediate opportuni meccanismi, si adattano alle caratteristiche del terreno, del carico agente e dello stile di guida, modificando le proprie caratteristiche fondamentali come la capacità di smorzamento e la costante elastica della molla. Una sospensione di questo tipo contribuisce attivamente al controllo dei moti della scocca rispetto alle ruote mantenendo costante l'altezza da terra del pianale in funzione del carico e della velocità di avanzamento. In queste sospensioni, che reagiscono in funzione del carico dinamico agente su ogni singola ruota, i tradizionali sistemi elastici e smorzanti sono stati sostituiti da attuatori idraulici ad azione rapida alimentati da una apposita pompa collegata al motore e controllati da un sistema elettronico che ne varia continuamente la rigidità e lo smorzamento.
Freni
In fisica l'energia è definita come la capacità di compiere lavoro. Quando un'auto da corsa percorre un rettilineo a 300 km/h essa possiede un'enorme energia cinetica (l'energia di movimento). L'energia non si perde nel nulla ma può solamente essere trasformata da un tipo all'altro. Durante una frenata che porta il veicolo da 300 km/h a 70 km/h l'enorme mole di energia cinetica viene trasformata, tramite l'attrito tra pasticche e dischi freno, in calore. Quest'ultimo è talmente elevato che la temperatura dei freni raggiunge i 1000°C dai soli (si fa per dire) 400°C a cui si trovavano i freni prima che la frenata iniziasse. Il picco di 1000°C in realtà si verifica al termine della frenata e corrisponde al valore più elevato che un disco freno in carbonio (diametro 278mm, spessore 28mm secondo omologazioni FIA) raggiunge. In qualifica, generalmente, i tecnici preferiscono montare dischi freno più sottili al fine di ridurre la massa non sospesa e migliorare il bilanciamento andando ad aggiungere le masse sottratte all'impianto frenante in punti strategici del telaio. Quest'operazione è consentita da un uso intensivo ma meno prolungato in qualifica rispetto alla gara. In gare con frenate molto violente e ripetute è d'obbligo utilizzare i dischi di spessore massimo al fine di diffondere il calore su un volume di metallo maggiore così da limitare la temperatura massima raggiunta onde evitare di perdere il potere frenante.
Componentistica
Il disco freno ruota alla stessa velocità della ruota. Esso è ritenuto l'elemento più importante dell'impianto frenante nonostante anche un malfunzionamento da parte di pasticche e tubazioni comporti serie conseguenze. I dischi, come ormai è risaputo, sono realizzati con una lega ad alto tenore di carbonio. La superficie di contatto tra le pasticche ed i dischi freno è molto elevata e quando il pilota preme sul pedale si genera un attrito sui dischi variabile a seconda della composizione delle pasticche. Pasticche in grado di "mordere" con decisione i dischi permettono di ottenere frenate assai violente ma allo stesso tempo degradano precocemente la superficie dei dischi. Contenere le temperature è fondamentale, ragione per cui sono stati introdotti dalla Ferrari nel 2001 i condotti di raffreddamento dei freni. Ognuno di questi condotti raggiunge una sorta di scatola che contiene al suo interno una ventola di grandi dimensioni ruotante attorno al medesimo asse della ruota. La ventola ovviamente gira alla stessa velocità della ruota. Si tratta quindi di una sorta di turbina atta a raffreddare efficacemente i freni succhiando aria dall'esterno. L'adozione di questo dispositivo basato su turbina permette di installare condotti di dimensioni contenute al fine di non creare disturbi di rilievo all'aerodinamica.
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