Sistema di sospensione anteriore indipendente
Per superare gli svantaggi associati alla sospensione dell’asse rigido, viene utilizzata la sospensione anteriore indipendente (IFS). Il termine sospensione indipendente descrive qualsiasi sistema che collega le ruote al telaio in cui il movimento di una ruota non ha alcun effetto sull’altra ruota. I vantaggi e gli svantaggi dell’adozione di sospensioni anteriori indipendenti per autovetture e furgoni leggeri includono quanto segue:
Vantaggi.
(a) La forza centrifuga viene creata nei corpi dei veicoli a molla quando in curva forma una coppia di rulli che inclina o fa rotolare il corpo verso l’esterno. Il rotolo del corpo è incontrato da una coppia di resistenza, prodotta dal prodotto delle forze di reazione delle molle e dalla distanza effettiva tra loro. Pertanto, la rigidità di reazione necessaria della molla per resistere alla coppia di rulli aumenta o diminuisce quando la distanza effettiva tra le molle diminuisce o aumenta rispettivamente. Infatti l’angolo di rollio è inversamente proporzionale al quadrato della larghezza effettiva della molla-base.
Nel caso dell’asse del fascio, la distanza massima tra le molle dipende dalla larghezza del telaio, che supporta le catene attaccate. Ma con la sospensione indipendente che usa il collegamento trasversale del braccio, la distanza effettiva fra le molle eguaglia la pista della ruota del veicolo. Pertanto, rispetto all’asse-trave, molle relativamente più morbide possono essere utilizzate con sospensioni indipendenti senza influire sul rollio del corpo. Le molle molli rispondono e deviano con la più piccola deformazione della strada senza trasmettere gli urti al corpo del veicolo ed ai passeggeri e quindi forniscono la migliore comodità di giro.
(6) Poiché l’energia di deformazione elastica immagazzinata in una molla a spirale o a barra di torsione è maggiore di quella di una molla multi-foglia semiellittica per un dato peso della molla, è possibile utilizzare molle più leggere con sospensione a braccio oscillante indipendente. Nel caso di sospensioni indipendenti a braccio oscillante, la molla è necessaria solo per sostenere i carichi verticali e per assorbire gli urti, poiché il collegamento della sospensione da solo sostiene le forze di guida, frenata e laterali. Con l’incernieramento del braccio oscillante sulla struttura del sotto-telaio, il giunto girevole dell’stub-assale non sospeso segue gli archi relativi alla struttura del corpo molleggiato quando la sospensione rimbalza. Questi archi producono un percorso ruota preciso e prevedibile nel piano verticale, che è essenziale per la geometria dello sterzo coerente.
(c) Poiché la sospensione indipendente ha una massa inferiore, le ruote stradali seguono il profilo delle irregolarità della strada fino a velocità più elevate rispetto alle pesanti sospensioni ad assale rigido. Di conseguenza, lo scrub e l’usura degli pneumatici sono ridotti con le sospensioni indipendenti.
(d) Una barra antirollio, se utilizzata in combinazione con la sospensione indipendente, fornisce la necessaria rigidità resistente per opporsi al rollio del corpo in curva e quindi molle più morbide possono essere impiegate per i normali carichi verticali.
(e) Se si utilizza una sospensione separata o indipendente per ciascun lato della vettura, qualsiasi interazione tra ruote stradali opposte è ridotta, in modo che vi sia meno possibilità di oscillazione delle ruote a causa della risonanza vibrazionale.
(/) Il motore e la struttura del telaio possono essere abbassati così anche il centro della vettura in modo che
il motore può essere spostato in avanti per fornire più spazio per i passeggeri. g) Le sospensioni indipendenti di solito abbassano il centro del rullo, quindi il corpo rotola prima che le ruote si staccino dalla strada, fornendo un avvertimento al conducente.
Svantaggi.
(a)La curvatura della ruota con il rullo del corpo riduce la potenza.
b) C’è un leggero cambiamento nella pista della ruota, causando la macchia del pneumatico durante il rimbalzo di una ruota.
(c) È necessario un telaio più rigido o una struttura del sotto-telaio.
(d) Sono necessarie una sospensione più complicata, il collegamento dello sterzo e i giunti di articolazione, in modo che la sospensione diventi più costosa e tenda a consumarsi di più.
e) Gli effetti del montaggio sbilanciato della ruota vengono trasmessi più facilmente al volante e sono anche più pronunciati.
(f) L’allineamento della geometria dello sterzo è più critico e richiede un’attenzione più frequente. 22.12.1. Tipi di sospensioni anteriori indipendenti
Sospensione a doppio braccio trasversale.
Figura 22.57 jllustrates i dettagli principali di questa sospensione. In questo sistema, due collegamenti, solitamente paralleli nella posizione di guida normale, sono costruiti a forma di braccio oscillante per fornire rigidità anteriore e posteriore e per resistere alla coppia frenante. Ogni braccio oscillante utilizza tre cuscinetti, due cuscinetti interni che si collegano al telaio e uno esterno che si collega al braccio oscillante, e l’estremità superiore a un punto sul telaio appena sopra il braccio oscillante superiore. Il peso del veicolo e il carico utile vengono trasferiti dal corpo e dalla traversa a molla alla parte superiore della molla elicoidale. Un ammortizzatore è intalled dentro la molla elicoidale ed è fissato dalle boccole di gomma alla parte inferiore della traversa fissa e all’elemento più basso del braccio oscillante. La spinta laterale, se presente, è resistita dalla rigidità dei membri del braccio oscillante e dei giunti girevoli e dei perni.
La parte anteriore della vettura “guida” verso terra quando i freni sono applicati, perché i punti di articolazione del braccio oscillante inferiore sul sistema di collegamento sono normalmente impostati parallelamente alla strada. Per ridurre al minimo questo problema, viene utilizzata la geometria anti-immersione in cui il punto di perno posteriore del braccio oscillante inferiore è posizionato più in alto rispetto al perno anteriore. Durante l’applicazione dei freni anteriori, la coppia frenante sul braccio oscillante inclinato produce una forza verticale, che controbilancia il carico extra trasferito dalle ruote posteriori a quelle anteriori.
Fig. 22.57. Sospensione trasversale a doppio braccio oscillante.
Quando l’auto è in curva, il corpo rotola e entrambe le ruote si inclinano verso l’esterno dal cerchio di sterzata, producendo una piccola quantità di rotolo di camber (Fig. 22.58 A). Durante il viaggio in posizione rettilinea, se una delle ruote supera un dosso o un foro nella strada, solo il singolo tirante della sospensione viene momentaneamente deviato verso l’alto o verso il basso senza alterare l’altezza media del corpo della molla (Fig. 22.58 B). Di conseguenza, questo fornisce una sospensione completamente indipendente per ogni ruota in modo che le vibrazioni di reazione non vengano trasmesse da un lato all’altro.
Fig. 22.58. Effetti del rollio del corpo e delle superfici stradali irregolari sulle sospensioni trasversali a doppio braccio oscillante. A. Entrambe le ruote si inclinano verso l’esterno B. Il corpo rimane in posizione verticale quando il corpo ruota rotola. entra buca e si inclina verso l’interno.
Sospensione a doppio braccio trasversale disuguale a binario costante.
In questo layout, il supporto dell’asse del troncone è collegato al telaio da due collegamenti. Un’asta del raggio semi-finale resiste ai carichi dinamici longitudinali e alla coppia frenante. La molla può essere posizionata sopra il supporto dell’asse superiore. Le boccole in gomma o plastica (PTFE) sono installate alle estremità interne del braccio oscillante. Di solito un giunto sferico è posizionato all’estremità esterna per consentire all’asse del troncone di ruotare. Le molle elicoidali sono intalled nella posizione indicata o sopra il braccio oscillante superiore.
Fig. 22.59. Contenuto-pista disuguale doppio trasversale wishbone sospensione. A. Trasversale di uguale lunghezza. B. Trasversale disuguale-lunghezza.
Bracci trasversali di uguale lunghezza (Fig. 22.59 A) sono utilizzati nei primi progetti; di conseguenza, la variazione della pista ha causato una notevole usura degli pneumatici. Ridurre al minimo questo wishbones di lunghezza disuguale (il fico. 22.59 B) sono montati, quello più lungo in basso; tuttavia i cambiamenti nell’angolo di camber sono ora prodotti. Montando il braccio oscillante superiore leggermente dietro quello inferiore, è possibile ottenere un angolo di rotazione costante. L’asse del braccio oscillante è talvolta inclinato verso la parte posteriore per ottenere la massima lunghezza del braccio oscillante senza limitare lo spazio del motore.
Per il montaggio dei cuscinetti interni del braccio oscillante superiore viene utilizzata una serranda a pistone oppure al centro della molla elicoidale viene installata una serranda telescopica. Quando si utilizza una molla a barra di torsione,
si ottiene un grande movimento della serranda telescopica montando la serranda in diagonale. In questo layout, l’estremità inferiore è unita all’estremità esterna del collegamento inferiore o una barra di torsione è collegata alle estremità interne del collegamento inferiore.
Sospensione MacPherson.
In questo tipo di sospensione (Fig. 22.60), un lungo tubo telescopico, che incorpora la serranda, è imperniato all’estremità superiore e rigidamente collegato all’asse del troncone all’estremità inferiore. Un singolo collegamento trasversale, fissato al telaio da boccole di gomma e collegato all’asse del troncone da un giunto sferico, fornisce il controllo della pista. La molla elicoidale è installata fra i membri fissi e di galleggiamento della sospensione. Una barra stabilizzatrice collega entrambi i collegamenti inferiori della sospensione anteriore e fornisce anche la necessaria rigidità anteriore e posteriore. Il giunto a sfera e presa nella parte inferiore funge da perno per il puntone dello sterzo e l’asse del troncone nel piano orizzontale. Questo giunto funge anche da giunto di sospensione per il movimento relativo tra il braccio di controllo della pista e l’asse del troncone nel piano verticale.
Analogamente a molti altri sistemi di sospensione, la ruota, il camber e l’inclinazione dell’asse girevole sono impostati durante la produzione e non possono essere modificati. L’inclinazione dell’asse girevole è l’angolo formato tra la verticale e la linea presa dal centro del cuscinetto di spinta del puntone al centro del giunto sferico, che collega il puntone al braccio di controllo della pista. Il puntone è impostato su un angolo più piccolo rispetto all’inclinazione dell’asse girevole per fornire spazio pneumatico.
Dalla parte superiore del puntone verso il centro del veicolo, è possibile ottenere un offset negativo (raggio di macchia negativo) per lo sterzo. Quando la molla elicoidale è quasi completamente compressa, un arresto di urto installato nella parte superiore dell’asta del pistone serve a irrigidire la molla della sospensione. Il braccio triangolare di controllo della pista assorbe le reazioni di spinta di guida e di frenata.
In curva, i rulli del corpo e le ruote esterne interne si inclinano rispettivamente verso l’esterno e verso l’interno a seconda del set angolare iniziale del braccio trasversale di controllo della pista. Di conseguenza, entrambe le ruote producono rotolo camber (Fig. 22.61 A). Ogni sospensione della ruota è totalmente indipendente dall’altro lato, per cui il corpo sospeso non è influenzato da piccole deflessioni della ruota durante il movimento della vettura (Fig. 22.61 B).
Fig. 22.60. MacPherson sospensione gamba-puntone.
Fig. 22.61. Effetto del rollio del corpo e del manto stradale irregolare sulle sospensioni MacPherson. A. Le ruote si inclinano verso il centro B. La ruota entra nel foro del vaso e si inclina verso l’interno durante il rollio del corpo. e il corpo rimane in posizione verticale.
Braccio oscillante corto.
Questo è il tipo più semplice di sistema di sospensioni indipendenti. Questo utilizza un solo braccio trasversale, che è noto come un membro a braccio oscillante ed è tenuto rigidamente alla ruota stub-assale, attraverso un perno re sterzo giunto mentre girevole sul corpo sub-telaio. Le forcelle braccio oscillante sono divaricate nei punti di articolazione per assorbire qualsiasi coppia di reazione di guida e frenata esclusivamente dall’elemento del braccio oscillante. La molla, installata tra la struttura del corpo e il braccio oscillante, supporta solo il peso del veicolo. Il braccio oscillante e i punti di articolazione del sottotelaio di supporto assorbono completamente le forze e le reazioni laterali.
Il corpo rotola quando il veicolo si muove su una pista curva, in modo che entrambe le ruote si inclinano verso l’interno verso il centro del percorso circolare (Fig. 22.62 A), producendo rotolo di camber. Quando una ruota segue un tuffo o un ostacolo, la deflessione associata è limitata a un solo lato della vettura e la molla viene compressa senza disturbare in larga misura l’altezza del corpo (Fig. 22.62 B). Con questa sospensione, la minima oscillazione del braccio altera notevolmente la rettitudine della ruota a terra. __ _ 
Fig. 22.62. Braccio oscillante corto. A. Entrambe le ruote si inclinano verso l’interno durante il rotolo del corpo.
B. Ruota entra pot-fori e inclinazione verso l’esterno e il corpo rimane in posizione verticale.
Sospensione a doppio braccio trasversale a barra di torsione.
Una versione alternativa della sospensione trasversale a doppio braccio oscillante incorpora una molla a barra di torsione al posto di una molla elicoidale in modo che la resistenza elastica sia fornita al cambiamento del carico verticale della sospensione (Fig. 22.63 A). La barra di torsione è posizionata parallelamente ai longheroni sotto il telaio su ciascun lato del veicolo. Un’estremità della barra di torsione è scanalata su una leva di reazione, imbullonata sul lato inferiore del corpo, mentre l’altra estremità è scanalata sul braccio di sospensione inferiore supportato dal perno dell’oculare.
Durante la deflessione della sospensione, il braccio di sospensione inferiore ruota e torce la barra di torsione, che è resistita dalla leva di reazione tenuta rigidamente all’estremità della barra. Il braccio di sospensione superiore completa la geometria della catena a quattro barre grazie alla quale il conseguente movimento verticale dell’asse stub mantiene sempre entrambe le ruote stradali anteriori approssimativamente perpendicolari al suolo. In alcuni sistemi, il perno del braccio di sospensione superiore fa parte di un’unità di smorzamento a leva, in altri un ammortizzatore telescopico separato è installato tra il sotto-telaio e il braccio di sospensione inferiore.
Il gruppo perno del foro oculare consente al braccio inferiore della sospensione di ruotare e trasferisce la resilienza della barra di torsione alla sospensione (Fig. 22.63 B). Il perno di sospensione inferiore ha un involucro di un pezzo circolare eyehole e perno imbullonato al sub-telaio. Un occhio-bullone scanalato è situato al centro della boccola manica, che è premuta nell’intelaiatura. Quando il braccio di sospensione inferiore ruota parzialmente, la distorsione torsionale della gomma occupa l’intero movimento angolare in modo da evitare lo scorrimento di attrito tra l’occhiello e il manicotto interno della boccola.
Fig. 22.63. Sospensione a doppio braccio trasversale a barra di torsione.
La resistenza elastica statica e dinamica viene trasferita dalle scanalature terminali della barra di torsione situate nello stesso foro scanalato interno nel braccio di sospensione inferiore come nel bullone scanalato. Quindi la barra di torsione funge solo da molla e non fa ruotare il braccio di sospensione inferiore. Un tirante sostiene il braccio inferiore della sospensione ed inoltre impedisce la torsione orizzontale a questo braccio durante l’accelerazione e la frenatura del veicolo.
L’altezza di assetto del veicolo può essere modificata avvitando o allontanando i bulloni di regolazione della leva di reazione della barra di torsione. Corpo-roll e urto o tuffo deflessione della sospensione provoca inclinazione della ruota simile a quello mostrato in Fig. 22.58. La semplicità e la compattezza complessiva della sospensione con molla a barra di torsione è abbastanza semplice e compatta e quindi è optato per applicazioni automobilistiche.