Skyhook secondo Maserati

La tecnologia Skyhook di Maserati è un sistema di controllo in continuo dello smorzamento, che permette di migliorare le caratteristiche dinamiche della vettura.

Skyhook significa letteralmente “gancio al cielo” perché, nella logica di controllo di base, è in grado di creare un vincolo virtuale a un riferimento spaziale assoluto, tramite un controllo elettronico degli ammortizzatori, per migliorare le caratteristiche di comfort e di tenuta di strada. Maserati introdusse la tecnologia Skyhook già nel 2002 sulla M139 (Quattroporte) e successivamente sulla M138 (GranSport). Da più di vent’anni si dedica al suo continuo sviluppo, con lo scopo di migliorare e implementare le funzioni integrate nel sistema. Oggi infatti il concetto di controllo Skyhook è enormemente ampliato e, mentre il nucleo centrale della logica software rimane il controllo in continuo dei movimenti oscillatori, prevede in aggiunta una serie di controlli dei moti delle masse del veicolo, in diverse situazioni, come la fase di ingresso di curva o il cambio di marcia.

La sospensione anteriore della Levante, con geometria a quadrilatero alto e molle pneumatiche, in grado di variare l’altezza statica della vettura, in base alla modalità di guida. Gli ammortizzatori ZF CDC® sono coassiali alle molle pneumatiche.

Il sistema di Maserati si basa sulla componentistica fornita da ZF (di cui ora fa parte la Mannesmann Sachs AG), inserita all’interno di un’architettura software, personalizzata ad hoc per raggiungere tutti gli obiettivi prefissati in fase di impostazione di progetto della vettura. Offerto di serie su Levante e Quattroporte e optional su Ghibli, è una tecnologia che primeggia a livello mondiale, grazie al suo funzionamento impeccabile e alla sua semplicità costruttiva. Tra i tanti vantaggi, troviamo l’aumento del comfort e della stabilità di marcia, la riduzione dei moti della cassa (rollio, beccheggio e parallelismo verticale), l’adattabilità in tempo reale alla conformazione della strada e la possibilità di variare il comportamento in base alla modalità di guida selezionata. Per capire meglio le caratteristiche del sistema Skyhook sviluppato dalla casa modenese, abbiamo parlato con i responsabili del Team di Chassis Maserati.


SOSPENSIONI SEMI-ATTIVE

Esistono due modi per realizzare una logica di tipo Skyhook, che di fatto introduce la variabilità e la controllabilità delle forze all’interno della sospensione: tramite sospensioni attive o tramite sospensioni semi-attive. La sospensione attiva prevede di inserire una forza esterna al sistema, con un generatore di forza attiva, come ad esempio un attuatore idraulico. La soluzione, adottata su alcune vetture, risulta però piuttosto complessa, pesante e richiede un apporto di energia notevole per poter funzionare. Il secondo approccio è quello di utilizzare sospensioni semi-attive, che consentono di variare soltanto il coefficiente di smorzamento, e quindi la forza di smorzamento restituita dagli ammortizzatori, tra un valore minimo e un valore massimo. La variazione può essere effettuata sia in compressione che in estensione, in modo continuo. L’ energia richiesta in questo caso è irrisoria, perché è soltanto quella necessaria alla regolazione delle valvole e pertanto il sistema non prevede l’aggiunta di equipaggiamenti pesanti alla vettura. L’unico svantaggio della sospensione semi-attiva, rispetto a quella attiva, è che la forza di controllo non può intervenire nella stessa direzione del vettore di velocità dell’ammortizzatore, infatti la forza reagente dello smorzatore è sempre contraria alla sua velocità. Solo grazie ad un raffinato sviluppo del sistema si può ridurre notevolmente il gap teorico tra i due sistemi.

L’hardware di Maserati Skyhook prevede l’installazione di quattro smorzatori idraulici semi-attivi ZF CDC® (continous damping control), con valvole elettro-meccaniche inserite all’interno dello stelo, soluzione più leggera e compatta rispetto a quella con valvole esterne.

Un sistema attivo non sarebbe risultato in linea con un prodotto, come quello Maserati, che vuole mantenere l’agilità e la sportività nel proprio DNA, pertanto la casa modenese ha optato per sospensioni semi-attive, utilizzando quattro ammortizzatori ZF CDC® (continous damping control), su ognuna delle quattro ruote. Gli ammortizzatori integrano al loro interno i gruppi di valvole elettromeccaniche, comandati da un’unica centralina elettronica (ECU). La scelta di avere le valvole all’interno dello stelo è migliorativa, in termini di riduzione degli ingombri e dei pesi, rispetto alla soluzione con valvole esterne. Mentre tutta la componentistica proviene da fornitori esterni, tutte le attività di sviluppo del veicolo sono realizzate internamente, rendendo unico e personalizzato il sistema.

Spaccato dell’ammortizzatore CDC® fornito da ZF-SACHS.

SVILUPPO DELLA DINAMICA

Nel corso della nostra intervista di approfondimento, il primo concetto che Maserati ha tenuto a precisare è che “secondo la nostra filosofia, il sistema di controllo elettronico deve essere un valore aggiunto: ci rifiutiamo di utilizzare l’elettronica con l’obiettivo di mascherare le pecche meccaniche. Il primo passo nello sviluppo della sospensione è sempre la sua messa a punto meccanica ed elasto-cinematica”. Soltanto quando questa attività porta a raggiungere i risultati prefissati in termini di guidabilità, comfort e tenuta di strada, si passa alla fase successiva, cioè allo studio della parte elettronica. Il controllo elettronico è quella leva in più che permette di raggiungere le prestazioni non ottenibili con la sola meccanica, ma anche di risolvere situazioni particolari che si possono generare durante la guida del veicolo. Quindi lo sviluppo deve avvenire prima dal lato meccanico (elasticità, smorzamenti) e successivamente dal lato di controllo Skyhook, dove tutte le strategie aggiuntive possono essere implementate. Il secondo step è la costruzione di un modello computerizzato “Full Vehicle”, che permette di simulare a 360° le prestazioni della vettura, tramite test virtuali, mettendo in atto le logiche di variazione dello smorzamento, studiate ed implementate con le formule matematiche.

In alto, il modello matematico Full Vehicle della Maserati Ghibli. I test virtuali consentono di simulare il comportamento dinamico della vettura, prima dei test fisici. Sotto, la sospensione posteriore della Levante.

Il terzo e ultimo step dello sviluppo è la sperimentazione, sia oggettiva con strumentazione a bordo, sia soggettiva attraverso i collaudatori, perché “l’essere umano”  sostiene il team di sviluppo “è ancora il sensore più completo e affidabile che ci sia, infatti è in grado di individuare problematiche che non sarebbero rilevabili dagli strumenti, nemmeno da quelli più avanzati”.


STRATEGIE PUNTUALI

La tecnologia Skyhook adottata da Maserati non è soltanto un sistema per privilegiare il comfort o la tenuta di strada, ma è anche e soprattutto un’architettura complessa che comprende al suo interno innumerevoli sotto-sistemi, come le strategie puntuali che possono essere messe in atto quando determinate situazioni vengono identificate dai sensori presenti sulla vettura. Tutti i parametri dinamici della vettura vengono infatti monitorati: beccheggio, rollio, parallelismo verticale della cassa, ma anche velocità e accelerazione laterale e longitudinale, nonché i movimenti delle singole ruote. Per fare un esempio, quando si montano molle pneumatiche (è il caso di Levante) che possono variare l’altezza della vettura e si sta viaggiando in configurazione più alta (Maserati la chiama Offroad 2) l’elemento elastico lavora molto vicino al tampone di fine corsa in estensione. Accade quindi che anche un ostacolo, una buca, potrebbe far intervenire il tampone, causando rumorosità e scarso comfort. Per risolvere questo problema, Maserati è intervenuta realizzando una logica che interviene elettronicamente aumentando la frenatura dell’escursione verticale quando si è in quella particolare modalità e nel momento in cui si incontra un ostacolo.

Le sospensioni semi-attive sono in grado di variare in modo continuo il coefficiente di smorzamento, all’interno di un range (in blu), sia in estensione (parte in alto del grafico), sia in compressione (parte in basso).

Tra le strategie puntali troviamo anche la funzione “Cornering”, che si attiva in curva. Essa permette di ridurre il rollio, di limitare le oscillazioni di imbardata, ma anche di gestire il comportamento sotto o sovra sterzante dell’auto, tramite un aumento o una diminuzione delle rigidezze sui due assi e quindi una variazione del trasferimento di carico trasversale, che è strettamente collegato alla tenuta di strada su quell’asse.  Più precisamente, il software decide inizialmente di prediligere uno dei due assi, per esempio distribuendo lo smorzamento verso il posteriore per aumentare l’inserimento di curva e poi durante la fase di transitorio gestire le oscillazioni e il bilanciamento tra i due assi. Un’altra strategia interessante è quella di “Shifting”: nelle modalità di guida più sportive, come “Sport” e “Corsa” sulla nuova Levante Trofeo, durante la cambiata viene simulato uno strappo, chiamato “jerk” (la derivata dell’accelerazione rispetto al tempo), per rendere ancora più emozionante la sensazione di cambio marcia, come sulle vetture da gara. Per far fronte a ciò, le sospensioni vengono pre-allertate di questo strappo poco prima della cambiata, in modo da compensare e annullare il beccheggio che risulterebbe dalla manovra, rendendo l’esperienza ancora più piacevole. In tema di beccheggio, i concetti di “Anti-Dive” e “Anti-Squat”, che di base sono realizzati tramite un attento studio della geometria dei bracci delle sospensioni, con Skyhook, non solo vengono ulteriormente migliorati ma, rispetto alla configurazione con ammortizzatori passivi, è possibile il controllo del beccheggio nel tempo, durante il transitorio, in frenata e accelerazione. Nel caso dei SUV come Levante, quando la spalla dello pneumatico è piuttosto alta, entra in gioco anche un altro fenomeno, il pompaggio laterale, cioè quando nella fase di appoggio in curva, si innesca un movimento oscillatorio che tende ad amplificarsi, generato dalla notevole elasticità dello pneumatico che viene caricato verticalmente; per evitare ciò, esiste un controllo specifico in Skyhook che evita sul nascere l’insorgere del fenomeno, contrastando il movimento della ruota, tramite la variazione istantanea dello smorzamento.

Ogni ammortizzatore è collegato elettronicamente a un’unica centralina di controllo (ECU), che riceve ed elabora i segnali provenienti dai sensori installati sulla vettura, con una frequenza di 100 acquisizioni al secondo.

Il sistema Skyhook di Maserati è anche adattivo: infatti tramite il “Road Sensitivity Index” è in grado di individuare la tipologia e la conformazione della strada, per esempio la presenza di pavé, e adattare di conseguenza lo smorzamento per migliorare il comfort, indipendentemente dalla modalità di guida selezionata dal guidatore. La frequenza di acquisizione, sui modelli attualmente in produzione, è di 100 Hz: cento volte in un secondo il sistema analizza i dati provenienti dai sensori e decide quali strategie adottare e la forza di smorzamento da applicare su ogni ruota. “La modifica delle caratteristiche di smorzamento è talmente rapida” ci svela Maserati tale da non rendere necessaria l’applicazione di un sistema che legga l’ostacolo prima che questo giunga sulle ruote (come si trova su alcune auto della concorrenza), perché la reazione sarebbe esattamente la stessa.”


PREZIOSO KNOW-HOW

Le sospensioni Skyhook sono disponibili su tutta la gamma Maserati, tra cui l’ultima generazione composta da Ghibli, Quattroporte e Levante; proprio su quest’ultimo modello si trova la configurazione più evoluta, poiché abbinata alle molle pneumatiche, che prevedono un’escursione di ben 75 mm in dinamica (oltre a 10mm di riduzione altezza da terra in parcheggio per l’easy entry) tra la modalità più alta e quella più bassa, rendendo ancora più difficili le logiche per l’ottenimento del livello di smorzamento ideale.

La sospensione posteriore della Maserati Levante, che prevede molle pneumatiche ad altezza variabile e ammortizzatori telescopici ZF CDC®, con logica di controllo Skyhook.

Maserati ha accumulato negli anni una notevole esperienza nello sviluppo delle vetture e in particolare nell’ottimizzazione del controllo elettronico, dimostrando una totale padronanza nel raggiungimento degli obiettivi del veicolo. Il notevole know-how tecnologico è stato sfruttato anche da Alfa Romeo, il cui reparto di ingegneria è ora condiviso con la casa del tridente. Alfa ha infatti adottato il sistema Skyhook sulle automobili nate sulla nuova piattaforma, anche se con logiche personalizzate in base al differente target a cui si rivolge il prodotto e con un software sviluppato internamente.