Idraulica: il cuore delle nostre sospensioni

Idraulica: il cuore delle nostre sospensioni

Daniel Naftali, 04/12/2013
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Daniel Naftali, 04/12/2013

Quando si parla di una sospensione, si va sempre a discutere di peso, escursione, diametro steli… Argomenti sicuramente interessanti, ma spesso ci dimentichiamo che la componente fondamentale di una qualsiasi sospensione è l’idraulica.

Qual’è il compito dell’idraulica? E’ così importante il suo funzionamento all’interno di una forcella o ammortizzatore? Lo scopriremo nell’articolo di oggi.

Da che cosa è composta una sospensione?

Partiamo con una definizione: con il termine sospensione si intende componente in grado di assorbire e smorzare le sollecitazioni indotte dalle asperità del terreno, rendendo quindi più confortevole la marcia e mantenendo le ruote quanto più possibile attaccate a terra, assicurando quindi la giusta aderenza.

Una sospensione è composta da tre parti:

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Camera d’aria pneumatica di una forcella Fox

ELEMENTO ELASTICO: con il compito di far riestendere la forcella o l’ammortizzatore dopo la compressione, l’elemento elastico è il cuore della sospensione, nonchè il suo “motore”.

Il suo compito è piuttosto semplice, ma molto importante: deve infatti mantenere la ruota sempre attaccata al terreno, assicurando che ci sia sempre la giusta forza che la spinge verso il suolo. Come svolge questo compito? Immaginiamo il classico ostacolo in rilievo (radice, pietra, ecc)… Durante l’impatto della ruota con l’irregolarità,  l’elemento elastico si comprime, assorbendo l’energia derivante dall’impatto. L’elemento elastico immagazzina quest’energia e la rilascia una volta che la ruota ha superato l’ostacolo.

Il risultato? Nella fase di salita la ruota non rimbalza (l’energia che la farebbe sollevare da terra viene assorbita dall’elemento elastico) e nella fase di discesa il rilascio di energia genera una spinta verso il basso che fa si che la ruota mantenga sempre il contatto con il terreno.

L’elemento elastico può essere costituito da una molla o da una camera pneumatica.

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Sezione della cartuccia Charger della nuova Rock Shox Pike. L’idraulica è un elemento piuttosto complesso…

IDRAULICA: una molla di per se si comprime e si riestende ad una velocità elevatissima. Senza alcun sistema di rallentamento la sospensione farebbe rimbalzare il rider e la bici in modo violento, impedendo di controllare traiettoria e velocità.

L’idraulica svolge insomma il compito di smorzamento del movimento della sospensione, ovvero regola la velocità di movimento nelle varie fasi dell’affondamento e della successiva riestensione.

E’ costituita da un circuito idraulico piuttosto complesso, che, forzando il passaggio dell’olio attraverso orifizi e piccole valvole, permette di ottenere lo smorzamento desiderato.

Approfondiremo meglio in seguito questo argomento…

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CHASSIS: ultimo ma non meno importante è poi lo chassis, ovvero tutta la parte strutturale della sospensione. Oltre a compito si smorzamento ed assorbimento delle asperità del terreno, la nostra sospensione ha anche il compito di collegare e vincolare in maniera solidale la ruota al telaio.

Per quanto riguarda la forcella, lo chassis è costituito dai foderi, dagli steli, dal cannotto e dalla testa. Sono questi infatti gli elementi strutturali di una forcella e da loro dipendono la rigidità e la precisione di guida.

Nelle sospensioni posteriori il discorso si fa più complicato.

In questo caso il compito strutturale viene svolto in buona parte dal telaio e dalle bielle che ne costituiscono il cinematismo: è qui infatti che si trasmettono le forze dalla ruota al telaio e sono questi elementi a determinare rigidità e solidità all’insieme.

La funzione strutturale dell’ammortizzatore è insomma di per se estrememente limitata: non deve semplicemente sbandare quando viene compresso dalle due estremità, compito svolto da delle piccole boccole presenti sullo stelo interno.

Il compito dell’idraulica

Insieme all’elemento elastico, l’idraulica permette alla nostra sospensione di funzionare in maniera ottimale. Sono due elementi inseparabili, che devono lavorare in perfetta sinergia.

Se il compito dell’elemento elastico è concettualmente molto semplice (è una semplice molla), quello dell’idraulica è estremamente più complesso. Da un punto di vista meccanico, la sospensione è un oscillatore armonico smorzato. Si potrebbe fare una complicatissima analisi fisica del sistema, ma questo a noi non interessa. Vediamo di capire in maniera semplice come funzionano le cose…

Con il termine “smorzamento” (damping in inglese) si intende il lavoro di regolazione della velocità di movimento della sospensione svolto dall’idraulica. Lo smorzamento, avviene in tre fasi. Vediamole nel dettaglio…

Smorzamento in estensione (ritorno)

Il primo compito dell’idraulica è di evitare che la nostra sospensione si riestenda troppo velocemente (facendoci rimbalzare via) o troppo lentamente (impedendo la completa riestensione da un ostacolo all’altro).

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Quando atterriamo da un salto è molto importante che la bici non ci scalci via: il ritorno in questa fase svolge un ruolo molto importante.

Immaginiamo una situazione tipo:  impatto contro un ostacolo (una pietra, ad esempio): la sospensione si comprime assorbendo l’asperità ed immagazzinando energia nell’elemento elastico. Quando la ruota supera l’ostacolo e si trova in aria, l’energia immagazzinata può liberarsi: l’elemento elastico spinge la ruota verso il suolo, facendo in modo che vada a contatto con il terreno il prima possibile. Concentriamoci su questa fase di estensione.

Se non ci fosse l’idraulica la sospensione si riestenderebbe ad una velocità incredibile, con il risultato che si avrebbe un brusco impatto della ruota che tenderebbe proiettare il rider verso l’alto ed a rimbalzare subito dopo, ormai scarica dal peso. Senza contatto gomma-terreno non si ha il controllo, senza controllo si è in balia della bici. Con un’estensione troppo veloce si avrebbero poi una serie di oscillazioni continue, il sistema diventerebbe un oscillatore armonico: sarebbe come stare su una barchetta a remi in mezzo ad una tempesta.L’idraulica ha quindi il compito di smorzare la sospensione in estensione, limitando da un lato il rimbalzo della ruota e smorzando dall’altro le oscillazioni della molla ad 1 massimo 2 movimenti. Questo è molto importante per far si che la ruota arrivi ad impattare un successivo ostacolo con la sospensione nelle condizioni ottimali.

Se contettualmente questo compito è semplice, il vero problema dello smorzamento in estensione è che non c’è una frenatura ottimale per tutte le situazioni. Quando si affronta un veloce tratto sconnesso in discesa (una pietrata, un rock garden o una serie di radici) serve un ritorno piuttosto veloce per permettere alla sospensione, dopo un ostacolo, di riestendersi in tempo prima che la ruota impatti sul successivo. Se ciò non avviene, la sospensione non lavora in mniera ottimale. Dall’altro però quando si atterra da un salto o si affronta un gradone serve un ritorno lento, per smorzare al meglio il rimbalzo ed evitare che la bici ci scalci via.

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Per questo motivo si sta lavorando molto su circuiti idraulici di ritorno position sensitive, in grado di dare una risposta differenziata sulla prima e sull’ultima parte dell’escursione, così come le sospensioni più evolute utilizzano idrauliche speed sensitive, in grado di dare una risposta differenziata in base alla velocità di riestensione.

Smorzamento in compressione

Se l’importanza del ritorno è abbastanza nota, il ruolo dello smorzamento in compressione è spesso poco conosciuto. Il fatto che non tutte le forcelle ed ammortizzatori abbiano la regolazione del freno in compressione, non significa che l’idraulica sia completamente libera in questa fase di lavoro.

Un certo freno idraulico è infatti fondamentale anche in compressione, vediamo perchè.

XC_MTB_13_StevageImmaginiamo, a medio bassa velocità di impattare contro un ostacolo: una roccia per esempio. A questa velocità l’inerzia della ruota è bassa.

Quando la ruota anteriore tende ad impattare contro l’ostacolo, rallenta. Il contraccolplo dell’ostacolo sulla ruota (freccia blu nella foto) è applicato molto in basso ed è diretto all’indietro, opposto al senso di marcia.

Il nostro baricentro al contrario è alto (ca nel bacino del rider) e, combinandosi con il contraccolpo dell’ostacolo, determina un movimento rotatorio in avanti dell’insieme bici-rider. Questo movimento determina nel miglior caso un trasferimento di carico, ovvero un incremento del peso che grava sulla ruota anteriore.

La sospensione si ritrova insomma a lavorare con un peso molto più elevato del normale e tende ad affondare eccessivamente. L’affondamento eccessivo determina però un ulteriore trasferimento di carico dovuto all’abbassamento dell’avantreno, aggravando ulteriormente la situazione.

Insomma, che cosa succede? Si ha il classico effetto di insaccamento, tipico di una sospensione troppo morbida o di una frenatura in compressione insufficiente. Invece che assorbire l’ostacolo la forcella si “schiaccia” su di esso, sfavorendo lo scavalcamento da parte della ruota.

Nel migliore dei casi si ha un brusco rallentamento della bici, nel peggiore il ribaltamento.

Il freno in compressione serve proprio a prevenire questo fenomeno. L’elemento elastico tenderebbe ad affondare eccessivamente se fosse “libero”, determinando un trasferimento di carico notevole sull’avantreno e causando l’effetto di cui abbiamo parlato. Grazie al freno in compressione si può ridurre la corsa utilizzata, prevenendo l’affondamento eccessivo della sospensione,riducendo l’abbassamento dell’avantreno ed il relativo trasferimento di carico.

Se da un lato una buona frenatura in compressione evita che la sospensione si insacchi, dall’altro però un freno eccessivo la impigrisce, rendendola poco efficiente in quanto assorbimento degli ostacoli. La soluzione a questo problema viene di solito raggiunta con delle valvole speed sensitive. La valvola sente la velocità di compressione della sospensione agendo di conseguenza. In genere si preferisce un freno elevato alle basse velocità per prevenire “l’insaccamento”, lasciando maggior libertà di movimento alle alte velocità per assicurare un buon assorbimento delle irregolarità, specialmente alle alte velocità di marcia.

Smorzamento delle oscillazioni di pedalata

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Un’utile funzione per cui si può sfruttare l’idraulica è quella di prevenire i fastidiosi movimenti oscillatori in pedalata che causano la dispersione di una parte di energia che trasmettiamo ai pedali.

I metodi più utilizzati sono due:

  • Bloccaggio: impedendo il passaggio dell’olio nelle valvole, si impedisce il movimento della sospensione e quindi ogni tipo di oscillazione indesiderata in pedalata. Ovviamente la sospensione non lavorerà in caso di ostacoli presenti sul percorso. Per ovviare a questo problema e prevenire danni all’idraulica, molte forcelle sono dotate di una soglia di sblocco, solitamente regolabile. Oltre una certa soglia il blocco si disattiva temporaneamente, scaricando la forza dall’idraulica e prevenendo danni.
  • Piattaforma stabile: intervenendo sul freno in compressione alle basse velocità è possibile filtrare le oscillazioni indotte dalla pedalata. Bob e squat (i principali responsabili della dispersione di energia in pedalata) sono infatti delle oscillazioni lente. Intervenendo con un’elevata frenatura alle basse velocità si possono smorzare sul nascere, mantenendo comunque una discreta capacità di assorbimento alle alte velocità, utile quando la sospensione deve lavorare su irregolarità del terreno.

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Nei nuovi ammortizzatori e forcelle di ultima generazione, in genere bloccaggio e piattaforma stabile lavorano in sinergia.

Sono tanti i produttori ad utilizzare un’idraulica che consente di selezionare tre modalità:

  • Bloccaggio: più o meno totale, con soglia di sblocco in genere preimpostata di fabbrica, ideale per le salite asfaltate.
  • Piattaforma stabile: una modalità con un elevato freno in compressione alle basse velocità, che inibisce le oscillazioni della pedalata ma permette alla sospensione di lavorare quando serve.
  • Discesa: la piattaforma stabile viene disinserita completamente e la sospensione è libera di lavorare come dovrebbe. Talvolta è anche possibile regolare la compressione manualmente, impostandola in base alle proprie esigenze.

Qualche nome? Fox e Rock Shox prima di tutto, ma la filosofia delle tre modalità sta prendendo sempre più piede anche da altri produttori.

Curva di compressione

Un altro compito poco conosciuto dell’idraulica è quello di determinare la giusta curva di compressione della sospensione, specialmente della forcella.

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Sulle sospensioni a molla infatti si ha una risposta perfettamente lineare dell’elemento elastico. Come ottenere la giusta progressività, che sappiamo essere fondamentale perchè la nostra sospensione lavori correttamente?

Al di sopra dell’idraulica è quasi sempre presente una camera d’aria, detta camera d’espansione.

Questa camera, avendo un volume molto piccolo, tende ad incrementare notevolmentela sua pressione durante la compressione. Il pistone affonda, sposta l’olio e la camera d’espansione si comprime. All’aumentare della pressione, aumenta anche la spinta sull’IFP, sull’olio e quindi sul pistone, si ha insomma una resistenza crescente o meglio progressiva.

La camera d’espansione funziona insomma come una camera d’aria supplementare, la cui resistenza si aggiunge e si somma a quella fornita dall’elemento elastico. Il risultato è che anche una sospensione a molla può diventare progressiva.

Nel caso delle sospensioni ad aria, la camera pneumatica positiva è già progressiva di suo. La camera d’espansione viene però utilizzata per regolare in maniera più precisa la curva di compressione della sospensione, andando a fornire sostegno quando serve.

Insomma, abbiamo visto che l’idraulica è il vero cuore pulsante delle nostre sospensioni. Da lei dipende l’efficacia della sospensione, la capacità di assorbire in maniera efficace le asperità rendendo più sicura ed efficiente la marcia. Il peso, il diametro degli steli, i trattamenti anti frizione ci dicono poco o nulla di una sospensione perchè il vero responsabile del suo buon funzionamento è nascosto all’interno, invisibile dall’esterno.