Sospensioni attive: tradizione ed innovazione

Le innovazioni meccaniche ad alte prestazioni introdotte nel settore dell’automotive di alta fascia sono sempre di più da considerarsi come importanti eredità delle intense attività di ricerca e sviluppo sostenute nel campo della Formula 1. 

Una di queste tecnologie che di recente è stata integrata nell’ambito della progettazione e produzione di automobili commerciali è quella delle sospensioni attive. Oltre a migliorare sensibilmente il comfort dell’esperienza di guida, questi organi meccanici forniscono anche un importante contributo alla sicurezza di coloro che si trovano a bordo di una vettura che ne è provvista. 

Prima di entrare nel dettaglio, è opportuno specificare con precisione cosa si intende con sospensioni attive, indicando quali sono i componenti meccanici che le rendono differenti (per certi aspetti opposte) dalle sospensioni passive

La sospensione più diffusa e largamente impiegata nel settore dell’automotive è senza dubbio quella passiva, grazie alla quale il trasferimento del moto relativo tra manto stradale e cockpit della vettura è modellizzabile attraverso un classico sistema Massa (M) – Molla (K) – Smorzatore (r). L’attributo “passivo” è dovuto all’assenza di componenti in grado di compiere lavoro attivamente ma solo di assorbirlo nel caso della molla e di dissiparlo attraverso lo smorzatore. 

Con sospensione attiva si intende quindi un organo meccanico che gestisce il moto relativo della vettura rispetto al suolo grazie alla presenza di un motore in grado di regolare la distanza tra abitacolo e asse della ruota (e di conseguenza, dal pavimento stradale). Da questa semplice descrizione è possibile fare delle considerazioni piuttosto immediate. 

L’innovazione in questione, di questo grado di avanzamento, è attualmente destinata solo ad automobili di un livello qualitativo superiore, ed uno dei motivi è piuttosto immediato: dover sostituire a quattro componenti passivi altrettanti componenti dotati ciascuno di un motore indipendente comporta un costo decisamente consistente. Per quanto però questo salto di qualità sembri essere particolarmente oneroso non è di certo quello che incide con maggior rilevanza sull’esclusività della tecnologia, per comprendere questo basta pensare ad un termine appena utilizzato, ovvero “indipendenza”. 

I quattro motori devono essere gestiti indipendentemente, per farlo è necessaria l’installazione di un vero e proprio computer di bordo dedicato. Una centralina elabora e calcola gli allungamenti degli attuatori dopo aver analizzato le informazioni raccolte da sensori collocati strategicamente al fine di scansionare lo scenario di guida nei più piccoli dettagli, tenendo conto di ostacoli come buche o dossi, il tutto ad una frequenza di 18Hz, ovvero 18 “correzioni” al secondo. 

 

I sensori delle sospensioni attive

 

La complessità nel garantire il corretto funzionamento di un sistema così preciso dal punto di vista informatico, fa quasi passare in secondo piano la meccanica che si basa sul singolo attuatore. Esso è composto da un motore elettrico in grado di applicare una coppia pari a 1100 Nm su un puntone in titanio che tramite una filettatura è in grado di trasformare cinematicamente la rotazione in una traslazione verticale. È chiaro che, in questo nuovo sistema di approccio alla sospensione, i componenti caratteristici quali molla e smorzatore non sono stati eliminati del tutto, la loro presenza risulta comunque fondamentale al fine di garantire elasticità alla struttura.

In sintesi, il concetto di “sospensione attiva” racchiude al suo interno lo sfruttamento e l’ottimizzazione delle sinergie della nuova e della vecchia tecnologia, avente come obiettivo la massimizzazione delle prestazioni fornite da entrambe le protagoniste. Questa efficienza costruttiva ha visto una prima concretizzazione nel 2018 in occasione della presentazione e commercializzazione dell’Audi A8, fino a raggiungere livelli di perfezione nella solita Mercedes Classe S, soprannominata da sempre “L’ammiraglia”, nella sua ultima versione, presentata nell’appena concluso 2020.

Se si ha avuto la fortuna di provare l’esperienza personalmente, ci si è indubbiamente resi conto della sensazione di leggerezza che si prova durante l’avanzamento di automobili di questo calibro, quasi come se non ci si muovesse su una strada, inevitabilmente provvista delle sue imperfezioni, ma sul pavimento di un centro commerciale, perfettamente liscio e livellato. Questa sensazione non è altro che il risultato del funzionamento di tali sospensioni e della capacità che hanno nell’isolare letteralmente la struttura dell’automobile dall’ambiente circostante. Una conferma più analitica di quanto descritto la si può osservare nel grafico seguente, ottenuto da una simulazione numerica in Simulink, nella quale l’obiettivo era proprio quello di confrontare i disturbi trasmessi allo chassis da un sistema a sospensioni passive (curva azzurra) rispetto alle sospensioni attive (curva gialla). 

 

Figura 1: Asse X – avanzamento su un qualsiasi manto stradale sconnesso (simulato casualmente)             Asse Y – accelerazioni verticali trasmesse allo chassis

 

Una ulteriore garanzia di vetture come quelle in esame è la sicurezza, migliorata ulteriormente grazie all’impiego di queste sospensioni, in particolare, in relazione agli incidenti causati da impatti laterali. Dal momento in cui i sensori laterali percepiscono l’avvicinamento di corpi materiali ad una velocità pari o superiori a 25 km/h, la centralina comanda un innalzamento impulsivo della fiancata di una quota pari ad 8 cm. Questa quantità è sufficiente a garantire che una buona parte dell’energia dovuta all’urto si scarichi sulla parte inferiore del telaio della struttura, che risulta essere la più rigida, limitando le sollecitazioni subite dai passeggeri della vettura di circa il 50% in zone particolarmente critiche come petto o cranio. 

L’incipiente diffusione di una tecnologia così complessa la rende ancora un bene d’élite, ma a fronte dei grandi benefici che questa è in grado di apportare, sembra anche inutile affermare che sarà ampiamente sviluppata e migliorata in futuro, in modo da renderla accessibile a chiunque e rendere sempre più sicuro e gradevole lo spostamento su terra. 

A cura di Lorenzo Campioni del VGen Engineering Hub