Circa 20 anni fa le sospensioni erano tutte pull-rod ed erano state introdotte da Murray. Erano una evoluzione delle sospensioni a bilancere. Con l'aumento della rigidità torsionale delle vetture, il bilanciere delle sospensioni diventava troppo flessibile per cui parte della componente elastica della sospensione veniva effettuata dal bilanciere stesso. E ciò è deleterio poiché non controllabile. Murray pensò di fare, allora, un bilanciere cortissimo. Il moto veniva dato da un puntone inclinato. Poiché un materiale che viene sollecitato a trazione non provoca flessione (entro certi limiti), un puntone inclinato dava alla sospensione molta più rigidità.
Ma dato il limite dato dal diametro del cerchione fissato da regolamento in 13 pollici, tale puntone non poteva essere inclinato più di tanto. A quel punto, si pensò di rovesciare il puntone e di alzare il telaio davanti al pilota. In questo modo, il puntone diveniva più inclinato e diminuiva ancora la componente di forza che genera flessione. Il tutto era aiutato dal fatto che a dall'inizio anni 90, le F1 avevano cominciato ad alzare la parte anteriore del telaio per motivi aerodinamici. Quindi la nuova soluzione push-rod si sposava perfettamente con tale esigenza.
Poco a poco tutte le Scuderie convertirono le sospensioni anteriori e posteriori in push-rod.
Ad inizio anni 2000 il progettista Amidji della Arrows fece ritornare la sospensione pull-rod all'anteriore. Questo era stato fatto per motivi aerodinamici. Infatti poiché un puntone sopporta meglio la trazione piuttosto che la compressione è possibile avere un puntone più piccolo in sezione in una sospensione pull. Questo avrebbe dovuto aiutare la penetrazione aerodinamica abbinato ad un muso più basso del solito. Ma la soluzione non ebbe successo e si ritornò alla push.
Schizzo di sospensione pull rod
Schizzo sospensione push rod
Perchè si è ritornati alla sospensione pull rod?
Con l'avvento dei diffusori double decker introdotti da Williams, Toyota e Brawn GP all'inizio della stagione 2009, questa soluzione sospensiva è risultata la più idonea per creare ancora più spazio nella zona posteriore e fare in modo che il diffusore risultasse il più efficace possibile. Da notare che la sola Red Bull e la "sorella" Toro Rosso usano questo sistema sospensivo, infatti hanno il diffusore posteriore molto più efficace rispetto agli altri team che usano il sistema sospensivo push rod. Secondo me, l'anno prossimo, anche se i diffusori double decker saranno banditi per regolamento, molto team ricoreranno ad un sistema sospensivo pull rod. Quanto descritto si può capire ancora meglio osservando i disegni in basso;si vede lo spazio liberato sopra il cambio che può essere sfruttato per andare ad alimentare il diffusore aumentando la deportanza nella zona posteriore.
Che cos'è e come funziona una sospensione?
Anzitutto, per “sospensione” si intende la cosiddetta “massa non sospesa“, cioè l’insieme di organi interposta tra suolo e corpo vettura (”massa sospesa”). Le sospensioni, in senso verticale, hanno il compito di assorbire le ondulazioni del terreno, le accelerazioni, di trasmettere al o dal suolo il peso, le azioni aerodinamiche, i trasferimenti di carico. In più hanno il compito di trasmettere, in senso orizzontale, al o dal suolo le azioni frenanti, aerodinamiche, motrici, centrifughe. In secondo luogo, le sospensioni mantengono e controllano l’assetto della vettura (ad esempio, l’altezza da terra del fondo rispetto al suolo). Le sospensioni, inoltre, interagiscono direttamente con il cinematismo dello sterzo e con gli angoli caratteristici (convergenza, campanatura, incidenza longitudinale e trasversale del fusello si sterzo, avancorsa, etc.), i quali non debbono variare in rollio, beccheggio, scuotimento e in ogni condizione di marcia.
Come funzionano le sospensioni?
La push-rod presenta un puntone, lavorante in compressione: esso trasmette il moto e collega la parte inferiore del portamozzo al bilanciere (o rocker) che comanda il gruppo molla-ammortizzatore o barra di torsione-ammortizzatore. La pull-rod, al contrario, presenta un tirante, il quale lavora in trazione ed aziona il gruppo molla-ammortizzatore o ammortizzatore-barra di torsione: esso trasmette il moto e collega la parte superiore del portamozzo al bilanciere (o rocker) che comanda il gruppo molla-ammortizzatore o barra di torsione-ammortizzatore.
Il tutto trova disposizione nel classico schema a triangoli sovrapposti. È prassi ormai generalizzata, da qualche anno, di installare due gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore anteriormente e posteriormente (in passato, era in uso anche il monoammortizzatore), interconnessi ad un terzo elemento, un terzo ammortizzatore preposto al controllo dell’altezza e dell’inclinazione della vettura rispetto al suolo. Questo terzo elemento, ereditato dalle vetture Indy (tanto per ribadire che non è la sola F1 ad esportare idee e tecnologia…), è stato introdotto per la prima volta in F1 da Alan Jenkins nel 1994 sulla Arrows. A ciò, si aggiungano le sempre utili barre antirollio, dalle dimensioni assai ridotte.
La collocazione dei gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore è una delle differenze più evidenti tra push-rod e pull-rod. Il push-rod, il quale prevede un puntone e quindi la necessità di collocare i gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore sopra le gambe del pilota (vincolandoli alla scocca e collocandoli longitudinalmente o appena divaricati), ben si sposa con i cosiddetti “musi alti“, in voga in F1 sin dai primi Anni 90, sulla scia della rivoluzionaria Tyrrell 019. Il bisogno di liberare la parte inferiore del muso, affinchè si faccia affluire una lamina d’aria più abbondante e meno perturbata verso il fondo vettura, è uno dei fattori che ha concorso, dagli Anni 90, ad abbandonare progressivamente il pull-rod all’anteriore, a favore del push-rod.
Il push-rod, inoltre, consente interventi di regolazione rapidi e meno complicati; è sufficiente, infatti, smontare la parte superiore della carrozzeria del muso per accedere ai gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore, operazione che, al contrario, richiede molto pià lavoro per un pull-rod.
Il pull-rod, dal canto suo, ha il pregio di ingombri assai ridotti, tanto per il tirante (la cui sezione è assai più sottile di un puntone push-rod) che per l’altezza generale dell’intero sistema, quindi con conseguenti benefici sul baricentro della vettura. Il pull-rod, infatti, consente di disegnare una aerodinamica assai pulita, affusolata e rastremata.
È per tale motivo che Newey, per le sue Red Bull RB5 e RB6, ha optato per un pull-rod posteriore: aerodinamica più pulita, flusso d’aria meno perturbato diretto alla base dell’alettone posteriore, fiancate più basse in corrispondenza del retrotreno e Coca Cola più rastremata, baricentro più basso. Il tutto, senza intaccare l’efficienza del fondo vettura e dell’estrattore.
Sulle attuali vetture di Formula 1, adottare un pull-rod anteriore sarebbe ormai operazione pressochè impossibile da realizzare. I musi, infatti, sono troppo alti (addirittura in salita!) e troppo scavati inferiormente per poter accogliere i gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore. Non a caso, affinchè si liberasse ulteriormente la zona inferiore del muso per accoglirere anche eventuali appendici aerodinamiche e deviatori di flusso, è stata eliminata la chiglia centrale quale attacco per i triangoli inferiori delle sospensioni. Questi ultimi, pertanto, sono vincolati direttamente alla scocca: è per tale ragione che i triangoli si presentano orientati verso il basso. Non solo: il tirante, inoltre, sarebbe praticamente orizzontale (anzi, più simile ad un puntone push-rod!), quindi inefficace e sottoposto a stress abnormi, più di quanto non accada già nei “normali” pull-rod rispetto al puntone push-rod, il quale grazie alla sua marcata inclinazione, è in grado di sopportare maggiori sollecitazioni.
Posteriormente, invece, essendoci maggior spazio, è possibile sbizzarrisrsi: push-rod e pull-rod, ma anche posizionamenti dei gruppi molla\barra di torsione-ammortizzatore molto diversificati ed originali.
Peraltro, la Red Bull RB6 adotta geometrie molto estreme in fatto di sospensioni. Ad esempio, il puntone push-rod anteriore ancorato non alla estremità del triangolo inferiore, bensì direttamente al portamozzo. Soluzione che, unita ad altre “trovate” di Newey (pinze freno coricate orizzontalmente in basso, etc.) fa sì che in questa zona si concentrino forze e sollecitazioni assai rilevanti.
In definitiva, è meglio il push-rod o il pull-rod?
Non esiste una risposta esatta e definitiva. Entrambe le tipologie sono affidabili, funzionali, redditizie, equivalenti. Come spesso accade, la scelta dell’uno o dell’altro schema dipende solo ed eslusivamente dalla volontà e dalle valutazioni del progettista. E, come spesso accade quando si parla di tecnica dell’auto, non esistono dogmi, ma solo alternative.
Ecco un video che spiega nei dettagli il funzionamento delle sospensioni posteriori della Red Bull RB5
No comments:
Post a Comment