A partire dal 2017, Citroën ha introdotto nella propria gamma le sospensioni con Progressive Hydraulic Cushions® (PHC), tecnologia coperta da ben 20 brevetti internazionali. Si tratta di una sospensione che prevede due fine corsa idraulici, uno in compressione e uno in estensione, con un particolare sistema di smorzamento progressivo. Ciò significa che la forza di intervento dei tamponi idraulici varia a seconda dell’escursione verticale della ruota e non solo a seconda della velocità di azionamento. Man mano che l’ammortizzatore si avvicina a fine corsa, in compressione o in estensione, lo smorzamento idraulico dell’ammortizzatore andrà progressivamente ad aumentare. L’aumento dello smorzamento è ottenuto tramite una progressiva occlusione dei fori di passaggio dell’olio all’interno dell’ammortizzatore. Il sistema è interamente idraulico e meccanico, senza alcun componente elettrico, quindi è economico e affidabile, e introduce un peso decisamente trascurabile. Grazie a questa tecnologia, Citroën può adottare sui propri veicoli molle più morbide, con una frequenza di risonanza che passa da 1,2 ÷1,4 Hz di una sospensione convenzionale a circa 1 Hz ÷ 1,1 Hz, a vantaggio di un elevato comfort sulle piccole asperità. Nei prossimi paragrafi, grazie al disegno del brevetto Citroën, approfondiamo nel dettaglio il funzionamento dell’innovativo sistema. L’articolo completo si trova invece sul fascicolo 484 di Auto Tecnica (Aprile 2023).
Per approfondire l’argomento sulle sospensioni consulta l’articolo: Sospensioni: lo stato dell’arte
Come funzionano
In figura 1 è raffigurato lo schema della sospensione con tamponi di fine corsa progressivi, oggetto del brevetto Progressive Hydraulic Cushions® di Citroën. Il sistema fa uno step in avanti rispetto alla classica sospensione con tamponi idraulici, introducendo il concetto di progressività di intervento. Innanzitutto la molla principale è una molla a flessibilità variabile (17b) composta da tre sezioni (17b1, 17b2 e 17b3). Per piccole escursioni, la molla presenta una costante di rigidezza inferiore rispetto a una molla tradizionale, consentendo la riduzione della frequenza di risonanza verticale della carrozzeria del veicolo, che passa da 1,2 ÷1,4 Hz a circa 1 Hz ÷ 1,1 Hz. Inoltre, il valore di smorzamento dell’ammortizzatore è più basso. Sono presenti due fine corsa meccanici (7b – tampone poliuretanico e 16b – molla di contrasto) e due fine corsa idraulici (15b e 9b). Per compensare la ridotta rigidezza dalla molla di sospensione 17b, il sistema di sospensione idraulica presenta un tampone poliuretanico (7b) più corto, mentre il tampone idraulico (9b) di compressione ha un’ampiezza di movimento più elevata, compresa tra 40 e 60 mm. Inoltre, la struttura del cilindro (10b) comprende nella sua parete una pluralità di fori radiali passanti (13), che consentono l’ingresso o l’uscita del fluido idraulico dalla camera di compressione (4) del cilindro dell’ammortizzatore. Pertanto, man mano che il cilindro (10b) del tampone di fine corsa (9b) si sposta attorno al corrispondente pistone (11b) verso la parete di fondo inferiore del cilindro dell’ammortizzatore, un numero crescente di fori passanti (13) viene occluso, riducendo così la sezione complessiva dei fori passanti, in modo che la forza di smorzamento esercitata dal tampone idraulico aumenti, per una velocità di spostamento costante. Per movimenti di bassa e media energia, la sezione complessiva di fori passanti (13) attraverso il cilindro (10b) è sufficientemente elevata da garantire una frenata dolce del pistone dell’ammortizzatore. Per deflessioni di maggiore entità, la sezione complessiva di passaggio diminuisce, perché un numero crescente di fori passanti (13) viene otturato dal pistone (11b): questo garantisce una più brusca frenatura del pistone dell’ammortizzatore, per proteggere la scocca e il telaio del veicolo. Per compressioni ancora maggiori, il tampone poliuretanico (7b) viene compresso e partecipa al rinforzo della frenatura del pistone dell’ammortizzatore. Anche il fine corsa di estensione è più lungo. Il pistone flottante dell’ammortizzatore idraulico in estensione (15b) presenta un’ampiezza di movimento attorno allo stelo dell’ammortizzatore compresa tra 40 e 80 mm. L’allungamento dell’ampiezza di movimento del fine corsa in estensione (15b) consente di ridurre la rigidezza della molla (16b), in modo che contribuisca poco alla frenatura del pistone dell’ammortizzatore in estensione. Inoltre, la parte superiore della camera di espansione (5) del cilindro dell’ammortizzatore comprende una parete (2b) di forma troncoconica, la cui sezione trasversale decresce in direzione superiore verso la parete (8) dell’ammortizzatore. Pertanto, la forza esercitata dal tampone idraulico (15b) aumenta molto gradualmente con la corsa del pistone flottante (15b). Man mano che il pistone flottante si sposta verso la parete terminale superiore del cilindro dell’ammortizzatore lungo la parete troncoconica (2b), l’asola e lo spazio anulare (23b) del pistone flottante (15b) si chiudono gradualmente, riducendo così la sezione di passaggio del fluido idraulico. Ciò garantisce quindi uno smorzamento variabile in funzione della corsa del pistone flottante, migliorando sensibilmente il controllo dei movimenti verticali della scocca del veicolo, e quindi il comfort del veicolo.
Le soglie di intervento
Il grafico di Figura 2 è utile per comprendere meglio le soglie di intervento dei sistemi di tamponatura idraulici e meccanici. La scala verticale rappresenta la corsa in millimetri del pistone dell’ammortizzatore, durante la corsa della ruota del veicolo. In alto ci sono i movimenti di compressione rispetto alla posizione di riferimento, mentre in basso i valori negativi rappresentano le estensioni. La corsa zero (zero millimetri) sull’asse delle ascisse corrisponde invece alla situazione in cui la sospensione non è soggetta ad alcuna forza diversa da quella esercitata dalla massa del veicolo. Nel caso in cui l’ammortizzatore sia inclinato rispetto alla verticale, le deflessioni della ruota non corrispondono a quelle dell’ammortizzatore ma sono ovviamente maggiori. La scala orizzontale è invece una scala qualitativa che rappresenta la forza esercitata da ciascun elemento della sospensione idraulica, in funzione della corsa dell’ammortizzatore.
Dal grafico di Figura 2 si può notare come le soglie di intervento dei fine corsa idraulici siano molto vicine al livello zero, quando la sospensione è caricata solo della massa propria del veicolo. Significa che intervengono già per corse molto ridotte dell’ammortizzatore. Inoltre, si evidenziano rampe di intervento graduali, cioè con curve verticali nel diagramma forza-corsa. Già con corse di compressione di 10 mm (parte alta del grafico) viene provocato il movimento del cilindro (10b) attorno al suo corrispondente pistone del tampone idraulico di compressione (9b). Il numero di fori passanti attraverso il cilindro (10b) diminuisce man mano che la corsa aumenta, aumentando progressivamente lo smorzamento. Inoltre, è ben visibile come il tampone poliuretanico (7b) intervenga soltanto per escursioni molto elevate in compressione, oltre a 50 mm. Lo smorzamento aggiuntivo esercitato dall’arresto idraulico consente di controllare la velocità e l’ampiezza delle deflessioni di media ed alta energia, senza tuttavia avvertire la discontinuità generata dal contatto di un arresto meccanico. In estensione, già attorno a 15 mm viene attivata la tamponatura idraulica con il pistone (15b) e la molla di contrasto (16b), anch’essi a rigidezza e smorzamento variabili.
