Curve caratteristiche di funzionamento dell’ammortizzatore.
La prima delle curve che descrivono il funzionamento di un ammortizzatore è la curva che lega la Forza di smorzamento con la velocità (ricordo che quando parlo di velocità, è la velocità dello stelo dell'ammortizzatore, non la velocità dell'auto...).
- Sull'asse delle x (ascisse) ho la velocità dello stelo dell'ammortizzatore (generalmente misurata in m/sec);
- sull'asse delle ordinate (Y) ho la forza di smorzamento (F= C v = C x' se ricordate...).
in questo grafico, le ascisse hanno anche valori negativi per indicare che sono in compressione (la velocità viene considerata positiva quando l'ammortizzatore si estende).
lo stesso dicasi per le ordinate: Y>0 (forza positiva) in caso di estensione; Y<0 (forza negativa) in caso di compressione.
Ora, lasciate stare le curve rosse, guardate solo la curva nera. poi vedremo cosa sono le curve rosse.
Come vedete, la curva non è del tipo Y = C x, ossia una retta (con una certa inclinazione). la curva ha un andamento non rettilineo. Se l'andamento fosse rettilineo, tipo F = C v, significa che la mia C sarebbe UNA COSTANTE. In realtà, la mia C, cioè il coefficiente di smorzamento dell'ammortizzatore (che abbiamo visto prima di Natale), NON è costante, ma varia al variare della velocità con cui si muove l'ammortizzatore.
Questa in disegno, invero, non è nemmeno una curva reale, ma la curva che "sogno" di ottenere chiedendola ai fornitori di ammortizzatori (BOGE, Koni, APA-KYB, etc). Nella realtà, i fornitori, siccome lavorano sull'ammortizzatore cambiano le varie valvole, e i fori calibrati, possono solo approssimarsi alla mia curva "desiderata" con una serie di segmenti di retta (spezzate). in genere, la mia curva, nella realtà, è composta da 3 segmenti di retta.
Volutamente, non viene riportato, sull'asse delle ascisse, alcun valore di velocità.
diciamo che in generale, la velocità massima con cui si muove lo stelo di un ammortizzatore difficilmente supera il metro al secondo. diciamo che arriva al massimo a 1,2 m/s. Raramente (praticamente mai) vedo 1,5 m/s.
Domanda: vedete che la forza di smorzamento è differente a seconda che l'ammortizzatore sia in fase di estensione oppure di compressione. per la precisione, in caso di estensione la forza di smorzamento (a pari velocità) è MAGGIORE che nel caso di compressione (la curva è più alta in estensione). Perché?
Perché In fase di compressione l'energia viene assorbita dalla molla, che poi la rilascia in fase di estensione. E' in fase di estensione che voglio fare in modo di dissipare l'energia che la molla ha assorbito.
In realtà, il grafico della caratteristica assume una forma come quella riportata di seguito.
In pratica, elimino i valori di X negativi (di velocità negative: in pratica, non distinguo più tra velocità positive e negative dello stelo, tanto so che sto viaggiando in compressione, o in estensione, perché vado a vedere la curva relativa alla compressione, o all'estensione...) e indico la forza di compressione riportandola nel secondo quadrante del grafico, cioè al di sotto dell'asse delle X.
Così facendo il grafico assume l'aspetto soprastante. In questo caso, potete osservare che le curve sono ben più di una: esse si riferiscono a particolari valori di taratura. Sono tutte tarature differenti (le differenti tarature, naturalmente, saranno composte da UNA COPPIA di curve: una per la compressione e una per l'estensione). Per esempio, se sulla mia macchina prevedo 2 differenti tarature di ammortizzatori (magari, che so, una taratura NORMAL e una SPORT) il mio grafico potrà essere composto da 2 COPPIE di curve (2 estensioni e 2 compressioni). Se ne prevedo 3, potrò avere 3 COPPIE di curve.
Ora, al di là del numero di curve riportate sul grafico, mi interessa che notiate LA FORMA di ogni singola curva: lo vedete che essa è composta da 3 segmenti? Ogni segmento corrisponde al funzionamento per ogni velocità; ossia il segmento per le basse velocità (sapete a cosa corrispondono le basse velocità), il segmento per le velocità medie e il segmento per le alte velocità.
Nel grafico noterete che non compaiono valori sull’asse X.
Noi abbiamo detto però che le velocità si esprimono in m/s e che, al massimo, arriviamo a valori nell’ordine di 1-1,3 m/s. Difficilmente a 1,5. Sarà così anche in questo caso.
Adesso, sempre per semplificare il discorso e capire meglio, consideriamo solo un’unica taratura. Siccome siete alfisti, ritengo che vi piacciano le macchine sportive. Io esagero e vi propongo di considerare la taratura, cioè la coppia di curve, indicata con H: quella più smorzata, insomma.
Vedete che ogni curva è composta da 3 segmenti. Bene: possiamo supporre che ogni segmento corrisponda a un particolare movimento della vettura. Supponiamo che l’asse delle ascisse arrivi al massimo a 1 m/s.
Questo significa che le tre zone principali possono, molto sommariamente, essere le seguenti:
1- zona della bassa velocità: fino a circa 0,3 m/s
2- zona della media velocità: tra 0,3 e 0,5 m/s
3- zona dell’alta velocità: oltre 0,5 m/s
Come sapete, la zona della bassa velocità riguarda i moti lenti, della cassa; la zona dell’alta velocità, invece, i moti veloci, delle masse non sospese.
Nella media velocità, invece, ricade quello che interessa voi: il rollio.
Ma detta così, è detta in maniera estremamente bovina.
Chiariamo meglio i concetti e cerchiamo di spiegare meglio le zone.
Attenti bene: le primissime velocità (fino a 0,1 m/s) sono quelle interessate dai movimenti degli ammortizzatori che si hanno, di solito alle “velocità autostradali”. In pratica, quando viaggiate su fondi lisci e regolari, le velocità con cui si muovono gli ammortizzatori difficilmente superano 0,1 m/s. Per esempio, se viaggiate in autostrada a 130/140 km/h (e l’autostrada è in buono stato) i moti della cassa interessano queste velocità ammortizzatore. Sia in estensione, sia in compressione.
Oltre lo 01, m/s, occorre distinguere se sto parlando di compressione oppure di estensione. Perché in estensione il comportamento non è simmetrico alla compressione, per un sacco di motivi. Quindi, da questo punto, possiamo dire che, in generale, la zona dell’estensione risulta TRASLATA di almeno 0,25 m/s (con tendenza di questa zona di shift a crescere in proporzione all’aumento della velocità dello stelo ammortizzatore) in avanti.
Quindi:
oltre 0,1 m/s, si comincia and entrare nella zona in cui la velocità di funzionamento degli ammortizzatori viene “sollecitata” da un differente genere di “asperità”. Asperità “dolci”, diciamo così, come per esempio gli avvallamenti. Chiaramente, dipende dalla velocità (della vettura, questa volta) alla quale affronto gli avvallamenti. Distinguo due velocità vettura:
1) avvallamenti affrontati velocità medio basse;
2) avvallamenti affrontati a velocità più alte.
1) Avvallamenti affrontati a velocità medio basse. Interessano le seguenti velocità stelo:
- da 0,1 a circa 0,35 m/s in estensione;
- da 0,1 a circa 0,15 m/s in compressione.
In questa zona lavorano gli ammortizzatori quando sto viaggiando su una strada rettilinea, dal fondo buono e regolare, ma con la presenza di qualche “onda lunga” (che so, state viaggiando a medio - bassa velocità, diciamo a 50-60-70 Km/h su una bella strada liscia nella campagna toscana per esempio).
2) Avvallamenti affrontati a velocità più alte: interessano le seguenti velocità stelo:
3) da 0,3/0,4 m/s a circa 0,8 m/s in estensione;
4) da 0,15 m/s a circa 0,4 m/s in compressione.
In questa zona ci stanno le strade in buono stato che però percorrete a velocità medio alta: che so, un viaggio su una strada liscia ma con ondulazioni, con qualche avvallamento, che affrontate brillantemente (diciamo a velocità di circa 110-130, tipo autostrada) magari, la presenza di qualche “onda lunga” affrontata però con piglio sportivo. L’ampia zona di “lavoro” dipende proprio dall’entità degli avvallamenti e dalla regolarità della strada, ma anche dal vostro stile di guida. Possiamo anche dire che state viaggiando a velocità sostenuta sulla stessa strada liscia di prima della campagna toscana.
Poi, a velocità stelo maggiori, incominciamo ad andare sui fondi irregolari; prima quelli un po’ dissestati (tipo il pavé leggero); poi su quelli più sconnessi (tipo un pavé più pesante, fino ad arrivare al temutissimo “pavé belga”, che fa schifo ma lo affronti a bassa andatura, con velocità stelo piuttosto elevate).
L’ultimo tratto della curva, riguarda, invece, gli ostacoli netti affrontati seccamente. Che so, una traversina, un gradino. Qui l’impatto ruota è tale che le velocità raggiungono facilmente 1 m/s.
Chiaramente, LA VELOCITA’ DELLO STELO PUO’ SUPERARE, anche raddoppiare, il limite di 1 m/s che abbiamo fissato, ma le velocità che consideriamo per la taratura sono quelle che abbiamo dette. Un esempio di percorso in cui la velocità dello stelo può arrivare anche a 2 m/s è la CISA (la vecchia camionabile della CISA, non l’autostrada). Su quella strada (se non ricordo male, visto che è una vita che non ci vado più, magari adesso l’hanno messa a posto... anche se non credo) andate a velocità media ma le buche e lo sconnesso è tale che si arriva facilmente alle velocità stelo di cui sopra.
Capitolo handling: qui è molto semplice. Diciamo che le velocità dello stelo che riguardano l’handling NON superano gli 0,3 m/s. Questo, a livello teorico.
In realtà, la pratica ci dice che le velocità sono comprese tra un limite di 0,2-0,25 m/s in compressione e un limite nell’intorno di 0,4 in estensione. Perché questa differenza? Sempre per il solito motivo, cioè il fatto che il comportamento in estensione e in compressione della macchina non è simmetrico. Questo sia per il discorso che facevamo delle molle, sia perché se ben ricordate, va tenuto conto della jacking force che mi fa cambiare l’escursione della sospensione sui 2 lati.
Come vedete, la zona importante, che discrimina il comportamento della curva di taratura dell’ammortizzatore è la velocità di (circa) 0,3 m/s. il perché questa velocità sia una velocità così importante e discriminante dipende da qualcosa la cui spiegazione, qui, sarebbe un po’ complicata. Diciamo che, in seguito a prove dinamiche (sweep in frequenza) della vettura, si vede che la velocità “limite” della zona handling è quella di 0,3 m/s (circa, dipende dalle auto; qualcuna qualcosa in più; qualcun’altra qualcosa in meno…).
Insomma, il “ginocchio” è intorno ai 3 m/s.
Infatti, TUTTE le tarature, di qualunque fornitore di ammortizzatori, per qualunque vettura, ha il ginocchio a circa 0,3 m/s
E questo ginocchio è il punto d’incontro di 2 rette: la retta che parte dallo 0 e che è conseguenza della teoria delle oscillazioni smorzate che abbiamo descritto in precedenza, quella che parla dello smorzamento critico, e quella della curva determinata dall’apertura delle valvole all’interno dell’ammortizzatore. Il punto d’incontro è all’incirca a 0,3 m/s.
Ora, il segmento iniziale, quello che passa per l’origine degli assi, è il segmento la cui inclinazione (il coefficiente angolare del segmento) è il coefficiente di smorzamento degli ammortizzatori. Va notato che questa retta sta SOTTO la retta dello smorzamento critico (2*SQR(Mk)), perché, come sapete, rarissimamente ho uno smorzamento uguale allo smorzamento critico (e, chiaramente, non supero mai il valore dello smorzamento critico per gli ovvi motivi che abbiamo detto tempo fa). La mia retta reale sarà, in pratica, 0,6-0,7 Cc. Ora, la mia caratteristica coinciderebbe con la retta dello smorzamento reale (0,6-0,7 Cc) se non avessi poi problemi di confort e, quindi, non avessi previsto le valvole, che “tagliano” smorzamento, sul pistone che scorre nel cilindro (nella camera di lavoro) dell’ammortizzatore.
Questo è il motivo per cui, per esempio, la maggior parte degli ammortizzatori usati sulle auto ha una caratteristica che è solo la somma di DUE segmenti e non di 3 segmenti come invece abbiamo fin qui descritto e detto. Solo le macchine che puntano a tarature più raffinate dal punto di vista del confort hanno curve di taratura con 3 pendenze (di cui una che s’interseca nel ginocchio). La maggior parte, hanno curve di taratura con 2 sole pendenze (che s’intersecano nel ginocchio): basta e avanza. Soprattutto per le sportive.
Anzi, se proprio vogliamo dirla tutta, alcune supersportive (che, alla fine del confort se ne fregano), possono anche avere un solo segmento (senza ginocchio)
Ecco un ulteriore grafico (che vale solo per l'handling, ossia la dinamica trasversale) per fissare i concetti esposti:
La zona che interessa l'handling sta intorno a 0,3 m/s: 0,2 m/s in compressione e 0,4 in estensione (è la riga rossa). quando considerate il rollio e il beccheggio, la velocità di lavoro degli ammortizzatori sta lì intorno.
Se volete rendere la vostra macchina più smorzata a rollio, per esempio, dovete toccare quell’intorno di velocità, quindi lavoreremo sia sui fori calibrati, sia sulle valvole (perché siamo nella zona intorno al ginocchio).
Chiaro che, così facendo, vado a peggiorare sia le prime velocità (moti lenti) sia le medie velocità. Per cui, è facile che mi possa ritrovare, dopo la modifica, con una macchina meno confortevole in autostrada (che so, maggiori insaccamenti nella marcia autostradale) e su percorsi mediamente sconnessi (città, fuori città con fondi non regolari) con conseguente, in quest'ultimo caso, minore scorrevolezza e un maggiore livello di accelerazioni che raggiungono gli occupanti.
Dimenticavo: il grafico riporta 4 (coppie di) curve caratteristiche differenti, dalla più confortevole alla più smorzata. se volete, date loro un'occhiata, ma è meglio se vi concentrate solo su una e fate le vostre pensate su quella.
Appare dunque chiaro che, se ho un problema di rollio (dinamico) o di risposta ritardata agli input sterzo, pompaggi o qualunque altro problema, è inutile andare a lavorare sulle valvole, visto che in pratica, è interessata solo la zona delle velocità fino a 0,3-0,4 m/s.
Questa invece, è la zona di lavoro dell'ammortizzatore per i problemi di confort.
Quindi:
- La zona rosa alle prime velocità riguarda i moti di cassa lenti (sia in compressione sia in estensione) che sono quelli che vengono "eccitati" quando viaggio in autostrada;
Le altre zone sono quelle eccitate da tutti i tipi di sconnessioni che si possono incontrare quando si viaggia:
- la verdina è eccitata dagli avvallamenti presi a medio bassa velocità;
- la azzurrina , gli avvallamenti a velocità più alte, fino ad arrivare allo sconnesso, alle buche ecc.;
- la zona giallina è quella delle alte velocità: ostacoli secchi come un bel gradino preso a 50 km/h: più vado forte più vado su con le velocità.
Allego un altro grafico riassuntivo. Sono tracciate 4 segmenti di retta.
Il segmento A è quello corrispondente allo smorzamento critico. Per una massa M e una molla di costante elastica K, lo smorzamento critico vale C = 2 * SQR (KM) cioè due volte la radice quadrata del prodotto K per M (dovreste già saperlo).
Ora, abbiamo detto che nessuna macchina ha ammortizzatori il cui smorzamento è pari allo smorzamento critico. Sempre abbiamo macchine sottosmorzate. Più o meno sottosmorzate. Tanto più sottosmorzate quanto minore è la “sportività” dell’auto. Vi ricordate?
Abbiamo anche detto che lo smorzamento degli ammortizzatori di una macchina normale sta intorno al 50-60% dello smorzamento critico. Cioè 0,6 Cc. Ok?
Bene. Allora: il segmento A rappresenta la curva di smorzamento di un ammortizzatore che ha uno smorzamento critico (chiaramente per quel particolare tipo di auto di cui mi sto occupando, visto che K e M sono caratteristiche proprie di quella particolare vettura: molle specifiche e massa che è quella…): il coefficiente angolare (la pendenza) del segmento rappresenta il valore dello smorzamento critico così come mi viene fuori dai calcoli.
Il segmento B, come vedete, ha un coefficiente angolare più basso. Infatti, è la curva (la retta) di smorzamento REALE dell’ammortizzatore che ho deciso di montare veramente sulla mia macchina. Quindi, la pendenza di questa retta sarà –che so- 0,6/0,7 Cc, cioè il 60-70% (magari di meno, magari di più) dello smorzamento critico per quella particolare auto.
Come faccio a determinare il valore “giusto”? Semplice: dipende dal tipo di auto che voglio fare: se sportiva, lo smorzamento reale starà più intorno allo 0,7 che intorno allo 0,5. il contrario se voglio puntare decisamente al confort. Poi, provo la macchina e decido se la scelta fatta va bene o no. Se non va bene, agisco (o, meglio, dico al fornitore di agire) sulle famose luci di passaggio dell’olio e modifico a piacimento il mio segmento di retta per renderlo più o meno pendente.
Poi, intorno agli 0,3 – 0,4 m/s, se voglio fare una macchina appena appena accettabile dal punto di vista del confort per evitare che mi si scheggino i denti quando prendo un tombino, dovrò prevedere una riduzione dello smorzamento. Agirò dunque sulle famose valvole che dicevamo nei giorni scorsi. Ecco dunque nascere il segmento C.
Generalmente, con due sole curve sono a posto. Per esempio, modificando 2 punti del segmento C, inclino il mio segmento come voglio per ottenere lo smorzamento (=il confort) che voglio. Più o meno. Perché qui si vede chiaramente che, anche se vado a lavorare sul punto alle alte velocità dello stelo (per esempio intorno all’1 m/s), magari per mettere a posto il l’assorbimento degli ostacoli di tipo breve e secco, per forza il mio intervento non può che influire anche sulle velocità più basse (quelle intorno agli 0,4 – 0,5 m/s), magari rendendo la mia macchina un po’ più sensibile agli insaccamenti (che ne so…), più frenata sulle onde lunghe…
Lo stesso posso fare anche col segmento B, per mettere a posto l’handling. Questo ragionamento porta 2 conseguenze:
1) la mia curva totale di taratura dell’ammortizzatore, quella che poi il fornitore dovrà realizzare per tutti gli ammortizzatori che mi fornirà, è necessariamente frutto di un compromesso. Per forza;
2) posso realizzare tutte le curve “ideali” che voglio (come spesso accade se leggete un normale testo di letteratura tecnica, che vi dice che, una volta disegnata la curva di taratura voluta, poi mediante il corretto dimensionamento delle valvole e dei fori riesco a riprodurla…), ma poi mi tocca scontrarmi con la realtà, che mi dice che, per forza di cose, ho certi limiti da rispettare. Tanto per fare un esempio: supponiamo che non sia soddisfatto dello smorzamento dell’ammortizzatore a velocità medio/alta, per esempio non mi vada bene lo smorzamento sul pavé leggero in velocità (che coincide con velocità dell’ordine degli 0,7 m/s circa). Qui devo decidere se, per modificare l’inclinazione della retta C, devo andare a toccare il punto alle velocità più basse (quello intorno allo 0,4 m/s) col rischio di peggiorare le cose sui moti di cassa; oppure se toccare quello alle alte velocità, intorno all’1 m/s, mandando in vacca l’assorbimento delle asperità più nette. Magari, lavoro su entrambi i punti, alzando e/o abbassando l’uno e l’altro…
L’ultimo segmento, quello D, riguarda un ulteriore segmento di taratura, generalmente riservato alle vetture più costose o a quelle che hanno particolari esigenze in termini di confort ma che non vogliono penalizzare troppo l’handling (o viceversa). Insomma, una ulteriore complicazione. In genere, però, la maggior parte degli ammortizzatori per vetture normali è fatto da due segmenti.
Anzi (ripeto ancora), alcune vetture supersportive (che se ne fregano quindi del confort), o vetture da corsa, hanno una retta sola e basta. In pratica lavorano solo con la retta B…
Lo stesso vale anche per la compressione (qui ho tracciato solo l’estensione).
P.S.: la curva di taratura è fatta dai vari tratti dei segmenti CONTINUI (e non tratteggiati).
C’è un altro grafico molto importante da andare a considerare nello studio degli ammortizzatori. E’ quello che mette in relazione la forza di smorzamento dell’ammortizzatore in funzione dell’estensione dello stelo.
Osservate il disegno qui sotto:
Come vedete, le curve sono più di una. Qui sono 2.
Differiscono perché differente è la velocità con cui viene mosso lo stelo. Ossia, si monta l’ammortizzatore su una macchina (un banco di prova) e si fa funzionare lo stelo avanti e indietro ad una determinata velocità, fissa. Nell’esempio, abbiamo che una delle due curve è quella che si riferisce ad una velocità di 100/min (ossia, in questo caso, dovrebbe essere 100 cicli al minuto); l’altra viaggia ad un quarto della velocità della prima (solo 25 al minuto).
Prendetene una, quella che volete.
Il punto iniziale corrisponde a quando l’ammortizzatore è tutto chiuso. L’altro estremo, quando l’ammortizzatore è tutto aperto (massima corsa, nel nostro caso siamo a 100 millimetri: non dico massima estensione per non confondervi con l’estensione perché sto “tirando” le due estremità dell’ammortizzatore).
Tanto per capirci, il punto di tutto chiuso può essere punto di partenza o di arrivo di un movimento. Se è punto di partenza, allora dal tutto chiuso l’ammortizzatore si “apre” e quindi si estende, cioè è in estensione.
Attenzione: nel caso specifico, l’estensione sta sopra e, se guardate il verso delle frecce, significa che il punto di “tutto chiuso” è quello più vicino alle scritte “Pressure stage” e “Pull stage”. Insomma, il punto iniziale di ammortizzatore completamente chiuso in compressione, il punto 0, è vicino alle ordinate. Quindi, si percorrono le curve che stanno al di sopra delle ascisse (l’asse delle x, della corsa) per estendere l’ammortizzatore; si arriva al punto di massima estensione (che è quello in cui le curve coincidono tutte con l’asse delle ascisse, dalla parte opposta del punto 0) e poi si riparte passando sotto l’asse delle ascisse, dalla parte della freccia diretta verso destra. Capito?
Se invece è punto di arrivo è perché ci sono arrivato ”chiudendo” l’ammortizzatore, cioè con una corsa di compressione. E allora ho percorso una delle curve che stanno sotto all’asse delle x: sono in fase di compressione dell’ammortizzatore, quindi della sospensione.
La curva più interna si riferisce ai moti lenti (intesi come velocità di compressione o di estensione della sospensione), quella che come abbiamo già detto è quella dei moti di cassa.
Quella più esterna si riferisce ai moti più veloci.
Questo grafico è solo un esempio: in realtà, di curve ce ne possono essere più di 2; magari 4 o 5, a seconda delle velocità in cui sono andato a indagare.
Precisazione: il grafico F-v rappresenta solo la linea media della F; il diagramma reale sarebbe costituito da un ciclo di isteresi, esteso per una certa zona, intorno a tale linea. L'area di isteresi, ovvero l’estensione del diagramma nella direzione delle forze, dipende dagli attriti interni dell’ammortizzatore, legati, in particolar modo alla presenza delle tenute. Quanto più questi fenomeni sono evidenti e tanto più la l'area di isteresi è grande.
Ecco perché, per esempio, gli ammortizzatori hanno comunque una "dispersione" di prestazioni...ossia, se prendo due ammortizzatori, teoricamente uguali (cioè dello stesso tipo, fatti dallo stesso costruttore, destinati alla stessa ruota per la stessa auto) in realtà posso avere due curve differenti.... Quindi, quando cambiate gli ammortizzatori delle vostre auto, NON è detto che la macchina vada molto meglio di prima (a meno che non abbiate sostituito degli ammortizzatori completamente scoppiati...e comunque, anche con quelli nuovi, non è detto che la macchina vada bene come quando aveva gli ammortizzatori originali....pur se mettete materiale originale). Perciò, non vale la pena far rigenerare gli ammortizzatori, perché contano molto le tenute e in un ammortizzatore che ha lavorato le tenute non sono più garantite e precise come da nuovo.
:grazie) alfistavero
La prima delle curve che descrivono il funzionamento di un ammortizzatore è la curva che lega la Forza di smorzamento con la velocità (ricordo che quando parlo di velocità, è la velocità dello stelo dell'ammortizzatore, non la velocità dell'auto...).
- Sull'asse delle x (ascisse) ho la velocità dello stelo dell'ammortizzatore (generalmente misurata in m/sec);
- sull'asse delle ordinate (Y) ho la forza di smorzamento (F= C v = C x' se ricordate...).
in questo grafico, le ascisse hanno anche valori negativi per indicare che sono in compressione (la velocità viene considerata positiva quando l'ammortizzatore si estende).
lo stesso dicasi per le ordinate: Y>0 (forza positiva) in caso di estensione; Y<0 (forza negativa) in caso di compressione.
Ora, lasciate stare le curve rosse, guardate solo la curva nera. poi vedremo cosa sono le curve rosse.
Come vedete, la curva non è del tipo Y = C x, ossia una retta (con una certa inclinazione). la curva ha un andamento non rettilineo. Se l'andamento fosse rettilineo, tipo F = C v, significa che la mia C sarebbe UNA COSTANTE. In realtà, la mia C, cioè il coefficiente di smorzamento dell'ammortizzatore (che abbiamo visto prima di Natale), NON è costante, ma varia al variare della velocità con cui si muove l'ammortizzatore.
Questa in disegno, invero, non è nemmeno una curva reale, ma la curva che "sogno" di ottenere chiedendola ai fornitori di ammortizzatori (BOGE, Koni, APA-KYB, etc). Nella realtà, i fornitori, siccome lavorano sull'ammortizzatore cambiano le varie valvole, e i fori calibrati, possono solo approssimarsi alla mia curva "desiderata" con una serie di segmenti di retta (spezzate). in genere, la mia curva, nella realtà, è composta da 3 segmenti di retta.
Volutamente, non viene riportato, sull'asse delle ascisse, alcun valore di velocità.
diciamo che in generale, la velocità massima con cui si muove lo stelo di un ammortizzatore difficilmente supera il metro al secondo. diciamo che arriva al massimo a 1,2 m/s. Raramente (praticamente mai) vedo 1,5 m/s.
Domanda: vedete che la forza di smorzamento è differente a seconda che l'ammortizzatore sia in fase di estensione oppure di compressione. per la precisione, in caso di estensione la forza di smorzamento (a pari velocità) è MAGGIORE che nel caso di compressione (la curva è più alta in estensione). Perché?
Perché In fase di compressione l'energia viene assorbita dalla molla, che poi la rilascia in fase di estensione. E' in fase di estensione che voglio fare in modo di dissipare l'energia che la molla ha assorbito.
In realtà, il grafico della caratteristica assume una forma come quella riportata di seguito.
In pratica, elimino i valori di X negativi (di velocità negative: in pratica, non distinguo più tra velocità positive e negative dello stelo, tanto so che sto viaggiando in compressione, o in estensione, perché vado a vedere la curva relativa alla compressione, o all'estensione...) e indico la forza di compressione riportandola nel secondo quadrante del grafico, cioè al di sotto dell'asse delle X.
Così facendo il grafico assume l'aspetto soprastante. In questo caso, potete osservare che le curve sono ben più di una: esse si riferiscono a particolari valori di taratura. Sono tutte tarature differenti (le differenti tarature, naturalmente, saranno composte da UNA COPPIA di curve: una per la compressione e una per l'estensione). Per esempio, se sulla mia macchina prevedo 2 differenti tarature di ammortizzatori (magari, che so, una taratura NORMAL e una SPORT) il mio grafico potrà essere composto da 2 COPPIE di curve (2 estensioni e 2 compressioni). Se ne prevedo 3, potrò avere 3 COPPIE di curve.
Ora, al di là del numero di curve riportate sul grafico, mi interessa che notiate LA FORMA di ogni singola curva: lo vedete che essa è composta da 3 segmenti? Ogni segmento corrisponde al funzionamento per ogni velocità; ossia il segmento per le basse velocità (sapete a cosa corrispondono le basse velocità), il segmento per le velocità medie e il segmento per le alte velocità.
Nel grafico noterete che non compaiono valori sull’asse X.
Noi abbiamo detto però che le velocità si esprimono in m/s e che, al massimo, arriviamo a valori nell’ordine di 1-1,3 m/s. Difficilmente a 1,5. Sarà così anche in questo caso.
Adesso, sempre per semplificare il discorso e capire meglio, consideriamo solo un’unica taratura. Siccome siete alfisti, ritengo che vi piacciano le macchine sportive. Io esagero e vi propongo di considerare la taratura, cioè la coppia di curve, indicata con H: quella più smorzata, insomma.
Vedete che ogni curva è composta da 3 segmenti. Bene: possiamo supporre che ogni segmento corrisponda a un particolare movimento della vettura. Supponiamo che l’asse delle ascisse arrivi al massimo a 1 m/s.
Questo significa che le tre zone principali possono, molto sommariamente, essere le seguenti:
1- zona della bassa velocità: fino a circa 0,3 m/s
2- zona della media velocità: tra 0,3 e 0,5 m/s
3- zona dell’alta velocità: oltre 0,5 m/s
Come sapete, la zona della bassa velocità riguarda i moti lenti, della cassa; la zona dell’alta velocità, invece, i moti veloci, delle masse non sospese.
Nella media velocità, invece, ricade quello che interessa voi: il rollio.
Ma detta così, è detta in maniera estremamente bovina.
Chiariamo meglio i concetti e cerchiamo di spiegare meglio le zone.
Attenti bene: le primissime velocità (fino a 0,1 m/s) sono quelle interessate dai movimenti degli ammortizzatori che si hanno, di solito alle “velocità autostradali”. In pratica, quando viaggiate su fondi lisci e regolari, le velocità con cui si muovono gli ammortizzatori difficilmente superano 0,1 m/s. Per esempio, se viaggiate in autostrada a 130/140 km/h (e l’autostrada è in buono stato) i moti della cassa interessano queste velocità ammortizzatore. Sia in estensione, sia in compressione.
Oltre lo 01, m/s, occorre distinguere se sto parlando di compressione oppure di estensione. Perché in estensione il comportamento non è simmetrico alla compressione, per un sacco di motivi. Quindi, da questo punto, possiamo dire che, in generale, la zona dell’estensione risulta TRASLATA di almeno 0,25 m/s (con tendenza di questa zona di shift a crescere in proporzione all’aumento della velocità dello stelo ammortizzatore) in avanti.
Quindi:
oltre 0,1 m/s, si comincia and entrare nella zona in cui la velocità di funzionamento degli ammortizzatori viene “sollecitata” da un differente genere di “asperità”. Asperità “dolci”, diciamo così, come per esempio gli avvallamenti. Chiaramente, dipende dalla velocità (della vettura, questa volta) alla quale affronto gli avvallamenti. Distinguo due velocità vettura:
1) avvallamenti affrontati velocità medio basse;
2) avvallamenti affrontati a velocità più alte.
1) Avvallamenti affrontati a velocità medio basse. Interessano le seguenti velocità stelo:
- da 0,1 a circa 0,35 m/s in estensione;
- da 0,1 a circa 0,15 m/s in compressione.
In questa zona lavorano gli ammortizzatori quando sto viaggiando su una strada rettilinea, dal fondo buono e regolare, ma con la presenza di qualche “onda lunga” (che so, state viaggiando a medio - bassa velocità, diciamo a 50-60-70 Km/h su una bella strada liscia nella campagna toscana per esempio).
2) Avvallamenti affrontati a velocità più alte: interessano le seguenti velocità stelo:
3) da 0,3/0,4 m/s a circa 0,8 m/s in estensione;
4) da 0,15 m/s a circa 0,4 m/s in compressione.
In questa zona ci stanno le strade in buono stato che però percorrete a velocità medio alta: che so, un viaggio su una strada liscia ma con ondulazioni, con qualche avvallamento, che affrontate brillantemente (diciamo a velocità di circa 110-130, tipo autostrada) magari, la presenza di qualche “onda lunga” affrontata però con piglio sportivo. L’ampia zona di “lavoro” dipende proprio dall’entità degli avvallamenti e dalla regolarità della strada, ma anche dal vostro stile di guida. Possiamo anche dire che state viaggiando a velocità sostenuta sulla stessa strada liscia di prima della campagna toscana.
Poi, a velocità stelo maggiori, incominciamo ad andare sui fondi irregolari; prima quelli un po’ dissestati (tipo il pavé leggero); poi su quelli più sconnessi (tipo un pavé più pesante, fino ad arrivare al temutissimo “pavé belga”, che fa schifo ma lo affronti a bassa andatura, con velocità stelo piuttosto elevate).
L’ultimo tratto della curva, riguarda, invece, gli ostacoli netti affrontati seccamente. Che so, una traversina, un gradino. Qui l’impatto ruota è tale che le velocità raggiungono facilmente 1 m/s.
Chiaramente, LA VELOCITA’ DELLO STELO PUO’ SUPERARE, anche raddoppiare, il limite di 1 m/s che abbiamo fissato, ma le velocità che consideriamo per la taratura sono quelle che abbiamo dette. Un esempio di percorso in cui la velocità dello stelo può arrivare anche a 2 m/s è la CISA (la vecchia camionabile della CISA, non l’autostrada). Su quella strada (se non ricordo male, visto che è una vita che non ci vado più, magari adesso l’hanno messa a posto... anche se non credo) andate a velocità media ma le buche e lo sconnesso è tale che si arriva facilmente alle velocità stelo di cui sopra.
Capitolo handling: qui è molto semplice. Diciamo che le velocità dello stelo che riguardano l’handling NON superano gli 0,3 m/s. Questo, a livello teorico.
In realtà, la pratica ci dice che le velocità sono comprese tra un limite di 0,2-0,25 m/s in compressione e un limite nell’intorno di 0,4 in estensione. Perché questa differenza? Sempre per il solito motivo, cioè il fatto che il comportamento in estensione e in compressione della macchina non è simmetrico. Questo sia per il discorso che facevamo delle molle, sia perché se ben ricordate, va tenuto conto della jacking force che mi fa cambiare l’escursione della sospensione sui 2 lati.
Come vedete, la zona importante, che discrimina il comportamento della curva di taratura dell’ammortizzatore è la velocità di (circa) 0,3 m/s. il perché questa velocità sia una velocità così importante e discriminante dipende da qualcosa la cui spiegazione, qui, sarebbe un po’ complicata. Diciamo che, in seguito a prove dinamiche (sweep in frequenza) della vettura, si vede che la velocità “limite” della zona handling è quella di 0,3 m/s (circa, dipende dalle auto; qualcuna qualcosa in più; qualcun’altra qualcosa in meno…).
Insomma, il “ginocchio” è intorno ai 3 m/s.
Infatti, TUTTE le tarature, di qualunque fornitore di ammortizzatori, per qualunque vettura, ha il ginocchio a circa 0,3 m/s
E questo ginocchio è il punto d’incontro di 2 rette: la retta che parte dallo 0 e che è conseguenza della teoria delle oscillazioni smorzate che abbiamo descritto in precedenza, quella che parla dello smorzamento critico, e quella della curva determinata dall’apertura delle valvole all’interno dell’ammortizzatore. Il punto d’incontro è all’incirca a 0,3 m/s.
Ora, il segmento iniziale, quello che passa per l’origine degli assi, è il segmento la cui inclinazione (il coefficiente angolare del segmento) è il coefficiente di smorzamento degli ammortizzatori. Va notato che questa retta sta SOTTO la retta dello smorzamento critico (2*SQR(Mk)), perché, come sapete, rarissimamente ho uno smorzamento uguale allo smorzamento critico (e, chiaramente, non supero mai il valore dello smorzamento critico per gli ovvi motivi che abbiamo detto tempo fa). La mia retta reale sarà, in pratica, 0,6-0,7 Cc. Ora, la mia caratteristica coinciderebbe con la retta dello smorzamento reale (0,6-0,7 Cc) se non avessi poi problemi di confort e, quindi, non avessi previsto le valvole, che “tagliano” smorzamento, sul pistone che scorre nel cilindro (nella camera di lavoro) dell’ammortizzatore.
Questo è il motivo per cui, per esempio, la maggior parte degli ammortizzatori usati sulle auto ha una caratteristica che è solo la somma di DUE segmenti e non di 3 segmenti come invece abbiamo fin qui descritto e detto. Solo le macchine che puntano a tarature più raffinate dal punto di vista del confort hanno curve di taratura con 3 pendenze (di cui una che s’interseca nel ginocchio). La maggior parte, hanno curve di taratura con 2 sole pendenze (che s’intersecano nel ginocchio): basta e avanza. Soprattutto per le sportive.
Anzi, se proprio vogliamo dirla tutta, alcune supersportive (che, alla fine del confort se ne fregano), possono anche avere un solo segmento (senza ginocchio)
Ecco un ulteriore grafico (che vale solo per l'handling, ossia la dinamica trasversale) per fissare i concetti esposti:
La zona che interessa l'handling sta intorno a 0,3 m/s: 0,2 m/s in compressione e 0,4 in estensione (è la riga rossa). quando considerate il rollio e il beccheggio, la velocità di lavoro degli ammortizzatori sta lì intorno.
Se volete rendere la vostra macchina più smorzata a rollio, per esempio, dovete toccare quell’intorno di velocità, quindi lavoreremo sia sui fori calibrati, sia sulle valvole (perché siamo nella zona intorno al ginocchio).
Chiaro che, così facendo, vado a peggiorare sia le prime velocità (moti lenti) sia le medie velocità. Per cui, è facile che mi possa ritrovare, dopo la modifica, con una macchina meno confortevole in autostrada (che so, maggiori insaccamenti nella marcia autostradale) e su percorsi mediamente sconnessi (città, fuori città con fondi non regolari) con conseguente, in quest'ultimo caso, minore scorrevolezza e un maggiore livello di accelerazioni che raggiungono gli occupanti.
Dimenticavo: il grafico riporta 4 (coppie di) curve caratteristiche differenti, dalla più confortevole alla più smorzata. se volete, date loro un'occhiata, ma è meglio se vi concentrate solo su una e fate le vostre pensate su quella.
Appare dunque chiaro che, se ho un problema di rollio (dinamico) o di risposta ritardata agli input sterzo, pompaggi o qualunque altro problema, è inutile andare a lavorare sulle valvole, visto che in pratica, è interessata solo la zona delle velocità fino a 0,3-0,4 m/s.
Questa invece, è la zona di lavoro dell'ammortizzatore per i problemi di confort.
Quindi:
- La zona rosa alle prime velocità riguarda i moti di cassa lenti (sia in compressione sia in estensione) che sono quelli che vengono "eccitati" quando viaggio in autostrada;
Le altre zone sono quelle eccitate da tutti i tipi di sconnessioni che si possono incontrare quando si viaggia:
- la verdina è eccitata dagli avvallamenti presi a medio bassa velocità;
- la azzurrina , gli avvallamenti a velocità più alte, fino ad arrivare allo sconnesso, alle buche ecc.;
- la zona giallina è quella delle alte velocità: ostacoli secchi come un bel gradino preso a 50 km/h: più vado forte più vado su con le velocità.
Allego un altro grafico riassuntivo. Sono tracciate 4 segmenti di retta.
Il segmento A è quello corrispondente allo smorzamento critico. Per una massa M e una molla di costante elastica K, lo smorzamento critico vale C = 2 * SQR (KM) cioè due volte la radice quadrata del prodotto K per M (dovreste già saperlo).
Ora, abbiamo detto che nessuna macchina ha ammortizzatori il cui smorzamento è pari allo smorzamento critico. Sempre abbiamo macchine sottosmorzate. Più o meno sottosmorzate. Tanto più sottosmorzate quanto minore è la “sportività” dell’auto. Vi ricordate?
Abbiamo anche detto che lo smorzamento degli ammortizzatori di una macchina normale sta intorno al 50-60% dello smorzamento critico. Cioè 0,6 Cc. Ok?
Bene. Allora: il segmento A rappresenta la curva di smorzamento di un ammortizzatore che ha uno smorzamento critico (chiaramente per quel particolare tipo di auto di cui mi sto occupando, visto che K e M sono caratteristiche proprie di quella particolare vettura: molle specifiche e massa che è quella…): il coefficiente angolare (la pendenza) del segmento rappresenta il valore dello smorzamento critico così come mi viene fuori dai calcoli.
Il segmento B, come vedete, ha un coefficiente angolare più basso. Infatti, è la curva (la retta) di smorzamento REALE dell’ammortizzatore che ho deciso di montare veramente sulla mia macchina. Quindi, la pendenza di questa retta sarà –che so- 0,6/0,7 Cc, cioè il 60-70% (magari di meno, magari di più) dello smorzamento critico per quella particolare auto.
Come faccio a determinare il valore “giusto”? Semplice: dipende dal tipo di auto che voglio fare: se sportiva, lo smorzamento reale starà più intorno allo 0,7 che intorno allo 0,5. il contrario se voglio puntare decisamente al confort. Poi, provo la macchina e decido se la scelta fatta va bene o no. Se non va bene, agisco (o, meglio, dico al fornitore di agire) sulle famose luci di passaggio dell’olio e modifico a piacimento il mio segmento di retta per renderlo più o meno pendente.
Poi, intorno agli 0,3 – 0,4 m/s, se voglio fare una macchina appena appena accettabile dal punto di vista del confort per evitare che mi si scheggino i denti quando prendo un tombino, dovrò prevedere una riduzione dello smorzamento. Agirò dunque sulle famose valvole che dicevamo nei giorni scorsi. Ecco dunque nascere il segmento C.
Generalmente, con due sole curve sono a posto. Per esempio, modificando 2 punti del segmento C, inclino il mio segmento come voglio per ottenere lo smorzamento (=il confort) che voglio. Più o meno. Perché qui si vede chiaramente che, anche se vado a lavorare sul punto alle alte velocità dello stelo (per esempio intorno all’1 m/s), magari per mettere a posto il l’assorbimento degli ostacoli di tipo breve e secco, per forza il mio intervento non può che influire anche sulle velocità più basse (quelle intorno agli 0,4 – 0,5 m/s), magari rendendo la mia macchina un po’ più sensibile agli insaccamenti (che ne so…), più frenata sulle onde lunghe…
Lo stesso posso fare anche col segmento B, per mettere a posto l’handling. Questo ragionamento porta 2 conseguenze:
1) la mia curva totale di taratura dell’ammortizzatore, quella che poi il fornitore dovrà realizzare per tutti gli ammortizzatori che mi fornirà, è necessariamente frutto di un compromesso. Per forza;
2) posso realizzare tutte le curve “ideali” che voglio (come spesso accade se leggete un normale testo di letteratura tecnica, che vi dice che, una volta disegnata la curva di taratura voluta, poi mediante il corretto dimensionamento delle valvole e dei fori riesco a riprodurla…), ma poi mi tocca scontrarmi con la realtà, che mi dice che, per forza di cose, ho certi limiti da rispettare. Tanto per fare un esempio: supponiamo che non sia soddisfatto dello smorzamento dell’ammortizzatore a velocità medio/alta, per esempio non mi vada bene lo smorzamento sul pavé leggero in velocità (che coincide con velocità dell’ordine degli 0,7 m/s circa). Qui devo decidere se, per modificare l’inclinazione della retta C, devo andare a toccare il punto alle velocità più basse (quello intorno allo 0,4 m/s) col rischio di peggiorare le cose sui moti di cassa; oppure se toccare quello alle alte velocità, intorno all’1 m/s, mandando in vacca l’assorbimento delle asperità più nette. Magari, lavoro su entrambi i punti, alzando e/o abbassando l’uno e l’altro…
L’ultimo segmento, quello D, riguarda un ulteriore segmento di taratura, generalmente riservato alle vetture più costose o a quelle che hanno particolari esigenze in termini di confort ma che non vogliono penalizzare troppo l’handling (o viceversa). Insomma, una ulteriore complicazione. In genere, però, la maggior parte degli ammortizzatori per vetture normali è fatto da due segmenti.
Anzi (ripeto ancora), alcune vetture supersportive (che se ne fregano quindi del confort), o vetture da corsa, hanno una retta sola e basta. In pratica lavorano solo con la retta B…
Lo stesso vale anche per la compressione (qui ho tracciato solo l’estensione).
P.S.: la curva di taratura è fatta dai vari tratti dei segmenti CONTINUI (e non tratteggiati).
C’è un altro grafico molto importante da andare a considerare nello studio degli ammortizzatori. E’ quello che mette in relazione la forza di smorzamento dell’ammortizzatore in funzione dell’estensione dello stelo.
Osservate il disegno qui sotto:
Come vedete, le curve sono più di una. Qui sono 2.
Differiscono perché differente è la velocità con cui viene mosso lo stelo. Ossia, si monta l’ammortizzatore su una macchina (un banco di prova) e si fa funzionare lo stelo avanti e indietro ad una determinata velocità, fissa. Nell’esempio, abbiamo che una delle due curve è quella che si riferisce ad una velocità di 100/min (ossia, in questo caso, dovrebbe essere 100 cicli al minuto); l’altra viaggia ad un quarto della velocità della prima (solo 25 al minuto).
Prendetene una, quella che volete.
Il punto iniziale corrisponde a quando l’ammortizzatore è tutto chiuso. L’altro estremo, quando l’ammortizzatore è tutto aperto (massima corsa, nel nostro caso siamo a 100 millimetri: non dico massima estensione per non confondervi con l’estensione perché sto “tirando” le due estremità dell’ammortizzatore).
Tanto per capirci, il punto di tutto chiuso può essere punto di partenza o di arrivo di un movimento. Se è punto di partenza, allora dal tutto chiuso l’ammortizzatore si “apre” e quindi si estende, cioè è in estensione.
Attenzione: nel caso specifico, l’estensione sta sopra e, se guardate il verso delle frecce, significa che il punto di “tutto chiuso” è quello più vicino alle scritte “Pressure stage” e “Pull stage”. Insomma, il punto iniziale di ammortizzatore completamente chiuso in compressione, il punto 0, è vicino alle ordinate. Quindi, si percorrono le curve che stanno al di sopra delle ascisse (l’asse delle x, della corsa) per estendere l’ammortizzatore; si arriva al punto di massima estensione (che è quello in cui le curve coincidono tutte con l’asse delle ascisse, dalla parte opposta del punto 0) e poi si riparte passando sotto l’asse delle ascisse, dalla parte della freccia diretta verso destra. Capito?
Se invece è punto di arrivo è perché ci sono arrivato ”chiudendo” l’ammortizzatore, cioè con una corsa di compressione. E allora ho percorso una delle curve che stanno sotto all’asse delle x: sono in fase di compressione dell’ammortizzatore, quindi della sospensione.
La curva più interna si riferisce ai moti lenti (intesi come velocità di compressione o di estensione della sospensione), quella che come abbiamo già detto è quella dei moti di cassa.
Quella più esterna si riferisce ai moti più veloci.
Questo grafico è solo un esempio: in realtà, di curve ce ne possono essere più di 2; magari 4 o 5, a seconda delle velocità in cui sono andato a indagare.
Precisazione: il grafico F-v rappresenta solo la linea media della F; il diagramma reale sarebbe costituito da un ciclo di isteresi, esteso per una certa zona, intorno a tale linea. L'area di isteresi, ovvero l’estensione del diagramma nella direzione delle forze, dipende dagli attriti interni dell’ammortizzatore, legati, in particolar modo alla presenza delle tenute. Quanto più questi fenomeni sono evidenti e tanto più la l'area di isteresi è grande.
Ecco perché, per esempio, gli ammortizzatori hanno comunque una "dispersione" di prestazioni...ossia, se prendo due ammortizzatori, teoricamente uguali (cioè dello stesso tipo, fatti dallo stesso costruttore, destinati alla stessa ruota per la stessa auto) in realtà posso avere due curve differenti.... Quindi, quando cambiate gli ammortizzatori delle vostre auto, NON è detto che la macchina vada molto meglio di prima (a meno che non abbiate sostituito degli ammortizzatori completamente scoppiati...e comunque, anche con quelli nuovi, non è detto che la macchina vada bene come quando aveva gli ammortizzatori originali....pur se mettete materiale originale). Perciò, non vale la pena far rigenerare gli ammortizzatori, perché contano molto le tenute e in un ammortizzatore che ha lavorato le tenute non sono più garantite e precise come da nuovo.
:grazie) alfistavero