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Vittore Cossalter |
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Vittore Cossalter |
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La sospensione anteriore di una motocicletta durante la frenata è interessata da due forze:
-trasferimento di carico;
-forza di frenatura.
Il trasferimento di carico è proporzionale alla forza frenante totale (forza anterire più posteriore), all'altezza del baricentro della motocicletta ed è inversamente proporzionale al passo:
Fig. 1 - Trasferimento di carico e Forza frenante
La seconda figura dimostra l'azione del trasferimento di carico e della forza di frenatura anteriore sulla sospensione anteriore. La linea rossa rappresenta il percorso del punto di contatto ( rispetto a un sistema di riferimento solidale al retrotreno della motocicletta ) durante il movimento della sospensione anteriore. La compressione della sospensione dipende dall'angolo tra la direzione della forza risultante e la direzione del movimento della sospensione: la compressione risulta massima quando le due direzioni coicidono. I vettori verdi nella figura rappresentano la componente della risultante, del trasferimento di carico e della forza di frenatura anteriore, lungo la direzione del movimento della sospensione.
Fig. 2 - Forze che agiscono sulla sospensione
Per ottenere un comportamento anti-affondamento della sospensione è necessario ridurre il valore della componente rappresentata in verde; in altre parole, per non avere affondamento, la direzione del movimento della sospensione dovrebbe essere ortogonale alla forza risultante. Se il percorso risulta ortogonale al piano stradale, solo il trasferimento di carico agisce sulla sospensione, perciò la sospensione risulta in questo caso parzialmente anti-affondamento. Solo se la traiettoria del punto di contatto risulta ortogonale alla forza risultante, la sospensione non può essere compressa, in questo caso la sospensione è completamente anti-affondamento.
Fig. 3 - Angolo di affondamento
L'angolo tra la forza risultante e la traiettoria percorsa dal punto di contatto è un indice del comportamento anti-affondamento cinematico. Quando l'indice ha valore 0°, la sospensione risulta avere il massimo affondamento, con un angolo uguale a 90°, la sospensione risulta invece completamente anti-affondante.
Le forcelle telescopiche
Consideriamo una motocicletta con una sospensione a forcella telescopica classica.
Supponiamo di frenare solo con il freno anteriore. Il rapporto tra la forza comprimente la sospensione (rappresentata in verde) e la forza di frenatura anteriore è:
Questo rapporto dipende principalmente nell'angolo di inclinazione del canotto di sterzo.
Fig. 4 - Geometria della sospensione anteriore
La prossima figura mostra il rapporto tra la forza comprimente la sospensione e la forza di frenatura anteriore per una motocicletta caratterizzata dai seguenti dati geometrici : raggio delle ruote Rr=297 mm; passo p=1475 mm; altezza del baricentro H=0.5, p offset D=30 mm. L'affondamento massimo della sospensione si ottiene con un angolo del canotto uguale a ~ 63°; si può osservare come la diminuzione dell'angolo del canotto di sterzo migliori il comportamento anti-affondamento delle forcelle telescopiche ( l'angolo del canotto normale varia da 22° a 35°).
Fig. 5 - Forza non dimensionale di compressione/angolo del canotto
Fig. 6 - Animazione del movimento della forcella
BMW Telelever
Questa originale sospensione della ruota anteriore è basata su un meccanismo spaziale (RSPS) che ha due gradi di libertà.
Il braccio S-S può ruotare attorno all'asse di passante per i centri delle coppie sferiche; questo grado di libertà addizionale (passivo) e che coinvolge solo un membro del meccanismo dello sterzo viene sfruttato per realizzare la sterzata. Il movimento della sospensione è basato sul grado di libertà del che coinvolge l'inero meccanismo . Da questo punto di vista il meccanismo spaziale si può considerare un meccanismo piano; il sistema articolati (RRPR) ha quattro membri collegati da tre coppie rotoidali R ed una coppia prismatica P.
Gli steli della forcella con il sistema Telelever non contengono molle o ammortizzatori, per cui l'inerzia dell'avantreno rispetto all'asse dello sterzo risulta minore se comparata con quello della forcella telescopica tradizionale.
Fig. 7 - Schema del Telelever
Fig.8 - Telelever applicato ad una motocicletta
Fig. 9 - Movimento della sospensione dotata di Telelever
Confronto tra sospensione Telelever di BMW e le forcelle telescopiche classiche
Che caratteristiche cinematiche deve avere la sospensione anteriore ideale?
Ad esempio, durante la frenata:
-L'avancorsa e l'angolo di sterzo devono aumentare, rimanere costanti o diminuire?
- l'interasse deve variare o rimanere invariato?
La domanda non ha probabilmente una risposta unica, comunque è necessario distingueredue diverse situazioni:
- frenata nel moto rettilineo;
- franata mentre si entra in curva.
Nel primo caso è importante che l'avancorsa rimanga costante ( o aumenti leggermente ) per migliorare la stabilità.
Inoltre, la limitazione della compressione della forcella anteriore è importante per mantenere l'assetto della motocicletta (in modo da limitare la rotazione in avanti del motociclo ). Infine, l'interasse non dovrebbe decrescere per non aumentare il trasferimento di carico durante la frenata.
Nel secondo caso, entrando in curva, un piccolo calo dell'iavancorsa a terra è auspicabile perché il grosso carico agente sulla ruota anteriore comporta uno sforzo maggiore per l'nserimento in curva del motociclo.
Nelle figure seguenti si mostra le angolazioni dell'angolo del canotto, l?impronta a terra, l'interasse, per due motociclette con la sospensione anteriore diversa. Il dato usato per il Telelever, con in esame una R1100R BMW, probabilmente non è anche esatto, ma il comportamento generale non può cambiare drasticamente.
Fig. 10 - Angolo dell'asse dello sterzo in funzione dello schiacciamento della forcella anteriore
Fig. 11 - Avancorsa in funzione dello schiacciamento della forcella anteriore
Fig. 12 - Avancorsa normale in funzione dello schiacciamento della forcella anteriore
Fig. 13 -Passo in funzione dello schiacciamento della forcella anteriore
Perciò, da un punto di vista cinematico, le differenze principali risultano le seguentiseguenti ( i dati sono relativi ad uno schiacciamento della forcella pari a 130 mm ).
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avancorsa [mm]
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passo [mm]
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angolo del canotto
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| angolo di affondamento |
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una risposta più completa alla nostra domanda si può ottenere solo per mezzo di un analisi dinamica, condotta ad esempio con codici multi-body, di due motociclette equipaggiate con il Telelever e con la forcelle tradizionale, aventi le stesse rigidezze e smorzamenti ridotti .
