I tamponi di fine corsa (o bump stop) sono un elemento essenziale nella definizione della dinamica del veicolo. Il loro principale scopo è quello di prevenire danni agli elementi elastici e agli ammortizzatori quando raggiungono la fine della propria corsa, ma anche di ridurre la forza di impatto nei confronti della cassa del veicolo. Al tempo stesso, introducono un elemento di disturbo nella dinamica del veicolo, perché quando intervengono incrementano in modo repentino la rigidezza della sospensione, portando a un brusco movimento della cassa e della ruota (cioè i due elementi tra i quali si interpone la sospensione), con una possibile perdita di stabilità dell’auto. Quando per esempio la vettura affronta una sconnessione brusca, la sospensione viene compressa notevolmente e può arrivare a far lavorare il tampone, che di conseguenza, per evitare danni peggiori, aumenta notevolmente il valore di rigidezza per fermare l’escursione. Ma anche una manovra improvvisa, come un colpo di sterzo per un cambio di corsia, può portare a raggiungere i tamponi e causare non pochi problemi di stabilità. Questo comportamento non è gradito specialmente in curva, perché comporta una brusca variazione dell’angolo di assetto. Se l’intervento del tampone è inevitabile, è sempre preferibile che intervenga il tampone anteriore, in modo da aumentare il sottosterzo. Diversamente, se interviene il tampone posteriore, la vettura tende a sovrasterzare, con problematiche decisamente peggiori in termini di sicurezza alla guida e di instabilità dinamica del mezzo. Se si torna indietro di qualche decennio, quando la sospensione andava sui tamponi la cassa del veicolo subiva un durissimo colpo, che si ripercuoteva ovviamente sul comfort del guidatore. Oggi, grazie all’ottimizzazione delle forme e dei materiali di cui sono composti i tamponi di fine corsa, anche quando si arriva al massimo dell’escursione verticale della ruota, il comfort è accettabile. C’è poi chi va oltre, come Citroën, da sempre all’avanguardia quando si parla di comfort di marcia, che ha sviluppato le nuove sospensioni Progressive Hydraulic Cushions®, che prevedono un sistema idraulico progressivo, al posto dei classici tamponi meccanici. (ne abbiamo parlato qui: Come funzionano le sospensioni Progressive Hydraulic Cushions® di Citroën)
Ruolo nella definizione dei parametri
Se utilizzati sapientemente dai progettisti, oltre che uno strumento di protezione che evita danni strutturali, i tamponi di fine corsa possono essere un valido aiuto nella caratterizzazione dei parametri principali della sospensione, specialmente la rigidezza delle molle. Sulle vetture stradali, i tamponi hanno soprattutto la funzione di assorbire e smorzare i colpi più duri quando si affronta un terreno dissestato oppure un dosso particolarmente ripido. Ma per il 90% del tempo, le sospensioni subiscono deformazioni molto più basse, entro i 10-15mm, causate dalle microasperità dell’asfalto e dai movimenti lenti come il rollio e il beccheggio. Si può quindi pensare di avere molle più morbide, a vantaggio del comfort di marcia, e di irrigidire l’ultima parte della loro escursione, sia utilizzando molle a rigidezza variabile, sia facendo lavorare i tamponi di fine corsa. Anche nelle competizioni i tamponi possono venire in aiuto: un esempio è quando c’è tanto carico aerodinamico alle alte velocità, l’ingegnere di pista può anche accettare di far viaggiare la vettura “sui tamponi” quando si affronta un lungo rettilineo con un alto downforce, che schiaccia la vettura verso il suolo. Anche in questo caso il vantaggio è quello di avere molle più morbide, che non tengono conto di queste situazioni limite.
Tamponi Poliuretanici
I tamponi classici sono realizzati in poliuretano elastico espanso a cellula chiusa, materiale in cui sono intrappolate migliaia di minuscole bolle d’aria, che sotto il carico si comprimono progressivamente resistendo anche a carichi molto elevati. Quando il carico esaurisce, i tamponi poliuretanici sono in grado di restituire quasi tutta l’energia accumulata. Un’altra caratteristica è quella di avere un’espansione laterale molto bassa e quindi permettono la loro applicazione in spazi molto ridotti, come la base dello stelo degli ammortizzatori. Sul mercato esiste una vasta scelta di tamponi di fine corsa poliuretanici, di diverse forme e diametri, più o meno progressivi, con lunghezze da 2 a 15 cm. Migliore è la scelta del materiale e della sua rigidezza, maggiore sarà il comfort e la silenziosità offerta. Se non sono sottoposti a sbalzi termici eccessivi e non entrano in contatto con sostanze aggressive come l’olio, possono mantenere invariate le proprie doti di elasticità per oltre 20 anni. Quando invece sono troppo vecchi o usurati, i tamponi diventano meno elastici e fragili e possono addirittura arrivare a rompersi sotto carico.
Molle di contrasto e di richiamo
Un’altra soluzione per aumentare repentinamente la rigidezza nell’ultimo tratto di escursione della sospensione è l’utilizzo di una contromolla, o molla di contrasto, che entra in funzione solo quando si è vicini al fine corsa. La contromolla può essere posizionata all’esterno, per esempio dentro alla molla principale, oppure anche all’interno del cilindro dell’ammortizzatore. Il fine corsa non è pericoloso solo in compressione, ma lo è anche in massima estensione. In questo caso il limite è dettato dalla corsa dell’ammortizzatore, perché le molle elicoidali possono estendersi molto senza arrivare al limite di snervamento. Un altro pericolo è quando il precarico non è stato opportunamente calibrato: se la ruota subisce un’escursione molto accentuata (per esempio in seguito a un avvallamento), la molla tende ad allontanarsi dalla propria sede, sbattendo poi in modo repentino sul proprio supporto, nel momento in cui torna il carico verticale. Una misura per evitare ciò, è l’installazione di una molla di richiamo (helper spring) che serve a mantenere nella propria sede la molla, anche quando non è sotto carico. La molla di richiamo ha bassissima rigidità e lavora in trazione. Come le molle di contrasto, anche le molle di richiamo possono essere installate all’interno del cilindro dell’ammortizzatore, come vedremo nel dettaglio di funzionamento dei fine corsa idraulici.
Fine corsa idraulici
I tamponi di fine corsa idraulici sono nati in ambito racing, nei rally e nelle competizioni offroad, dove sono richieste elevate escursioni alle ruote. Sono realizzati in genere all’interno dello stelo dell’ammortizzatore, ma in alcune applicazioni offroad il tampone di fine corsa idraulico può essere anche un elemento esterno, dotato di un proprio cilindro.
Entrano in funzione nell’ultima fase di escursione della sospensione, costringendo l’olio a passare attraverso piccolissimi passaggi, che provocano elevate perdite di carico a causa dell’attrito viscoso dell’olio. Lo smorzamento complessivo dell’ammortizzatore viene quindi aumentato considerevolmente, a seconda della velocità dell’escursione verticale, nell’ultimo tratto di lavoro. Gli smorzatori idraulici possono essere applicati sia in compressione che in estensione e sono anche dotati di molle di contrasto all’interno del cilindro dell’ammortizzatore. Infatti, il restringimento idraulico frena soltanto l’escursione in base alla velocità, mentre per fermarla è necessario un elemento elastico, come appunto le molle. Il vantaggio principale dei fine corsa idraulici di compressione o estensione è quello di rallentare i movimenti in modo fluido, evitando bruschi arresti. Inoltre, rispetto ai classici fine corsa meccanici, che restituiscono quasi tutta l’energia di deformazione, i fine corsa idraulici dissipano tale energia in calore, eliminando lo spiacevole fenomeno del rimbalzo. A discapito di una maggiore complicazione realizzativa e di un maggior peso, migliorano quindi notevolmente il comfort della sospensione, quando questa è chiamata ad elevate escursioni. I fine corsa meccanici vengono comunque sempre installati, anche in presenza di quelli idraulici, di solito con una soglia di intervento più alta.
