La storia degli ammortizzatori idraulici Citroën è una storia di innovazione, comfort e una profonda comprensione della fisica applicata alla meccanica. Tutto ebbe inizio con Paul Ernest Mary Magès, un disegnatore assunto al centro studi Citroën nel 1908, che fece rapidamente carriera.
L'Intuizione di Magès e la Nascita delle Sospensioni Idropneumatiche
Mentre l’ingegner Lefebvre si concentrava sulla ripartizione delle masse e sulla trazione anteriore, Magès fu incaricato di trovare un modo per dosare la frenata in base alla massa del veicolo commerciale Type-H. In quel momento, Magès ebbe un'intuizione: se la sospensione potesse "leggere" il carico, potrebbe dosare la frenata. Ma come misurare la massa gravante su un assale nel 1939? Altro problema era coniugare la tenuta di strada con la flessibilità.
La svolta arrivò con una nuova sospensione dove l’elemento elastico non era più costituito dalle molle metalliche ma da un cuscino d’aria, morbido, collegato alle ruote da un liquido incomprimibile. I test iniziarono sulla TPV, ma a causa dei costi, il progetto fu rimodulato sulla successiva VGD.
La Prima Applicazione: Citroën 15Six H
Va detto che la prima Citroën di serie a montare le sospensioni idropneumatiche è una versione speciale della Traction Avant, la 15Six H (come Hydropneumatique) lanciata nel 1954, con sospensione posteriore idraulica e autolivellante.
Il Principio di Funzionamento delle Sospensioni Idropneumatiche
Il principio di funzionamento è concettualmente semplice: un gas inerte, come l'azoto, viene compresso all'interno di un recipiente e reagisce alle sollecitazioni come una molla. L’olio idraulico, invece, è incomprimibile e viene utilizzato per trasmettere la pressione e smorzare le oscillazioni. Insieme ad un team composto da altri due luminari come Flaminio Bertoni e Andrè Lefèbvre, si studia la fattibilità di questo sistema partendo da un serbatoio di olio idraulico, una pompa monopistone azionata dal motore e delle sfere in ghisa che possono separare un gas inerte comprimibile (Azoto) dall’olio idraulico, permettendo ad esso di agire sul gas tramite una membrana flessibile.
I primi prototipi vennero realizzati proprio su una Citroën Traction Avant, dove si pensava di risolvere il problema del comfort per i passeggeri seduti dietro. Grazie ad una valvola che, in base alla flessione della barra stabilizzatrice posteriore, aumenta il passaggio dell’olio, si può compensare l’abbassamento della sospensione, riportando la vettura a livello.
La Citroën DS: Un Salto nel Futuro
Tutto questo venne poi messo in pratica sulla nuova nata di casa Citroën, la DS. Una vettura talmente avanti da sembrare futuristica ancora oggi: servosterzo idraulico, cambio semiautomatico, freni a disco sulle ruote anteriori, servofreno idraulico, sospensioni idropneumatiche sulle quattro ruote, autolivellanti e ad altezza variabile. Sulla Dea il sistema è azionato da una pompa idraulica rotativa a 7 pistoni, tarata a circa 170 bar, che preleva l’olio idraulico da un serbatoio presente nel vano motore, e lo invia ad una valvola di regolazione della pressione chiamata “congiuntore” che permette di dare e togliere pressione all’impianto quando serve, mantenendo la pressione all’interno di un range definito.
Altra caratteristica affascinante delle sospensioni idropneumatiche è che il sistema ha una condizione di riposo ed una di marcia. A vettura spenta, il sistema idraulico subisce il peso del veicolo, e l’olio “fugge” dagli ammortizzatori, tornando nel serbatoio. Così, l’auto piano piano scende verso terra, arrivando a toccare i tamponi di fine corsa degli ammortizzatori. Quando si accende la macchina, bisogna aspettare circa 5-10 secondi che l’auto si risollevi all’altezza normale di marcia prima di partire.
I Primi Problemi e l'Evoluzione dell'Olio Idraulico
Dopo il tutto esaurito degli ordini, i primi tempi sono però disastrosi. Rotture, esplosioni, episodi fi ossidazione dovuta all’olio vegetale utilizzato sulle prime vetture pre-serie. Per ovviare a questo problema, viene utilizzato un olio sintetico idraulico di colore rosso, chiamato LHS (Liquide Hydraulique Synthétique) che aveva una composizione simile a quella del D.O.T. usato per freni e frizioni. Aveva però il piccolo problema di corrodere qualsiasi cosa incontrasse sul suo passaggio. Coloro che però possiedono le DS primissima serie, che funzionano con l’LHS, dicono conferisca un confort di marcia impareggiabile, proprio per la sua natura sintetica e la risposta uniforme alla compressione.
La Citroën DS ebbe un successo strepitoso assieme alla gemella meno accessoriata ID. Le sospensioni idropneumatiche garantivano, anche sulle strade Francesi distrutte dalla guerra, la possibilità di viaggiare senza preoccuparsi troppo delle buche, oltre che una tenuta di strada impareggiabile per qualsiasi auto dell’epoca. La geometria delle sospensioni permetteva infatti il perfetto contatto di tutte e quattro le ruote in ogni condizione. La capacità di assorbire le sollecitazioni più dure e l’autolivellamento rendevano l’auto quasi immune alle forature a qualsiasi velocità, permettendo di mantenere il controllo e accostare in sicurezza. La funzione autolivellante è talmente potente nella redistribuzione e compensazione della pressione sui quattro ammortizzatori che è possibile guidare su tre ruote.
Esperienza di Guida e Affidabilità
Al volante una Citroën con le idropneumatiche è completamente diversa da tutto ciò che circola sulle strade con sospensioni convenzionali. Ogni reazione della vettura è estremamente controllata, composta, smussata. Ogni avvallamento viene assorbito e ogni buca viene praticamente eliminata. Ogni sollecitazione proveniente della strada viene ridotta di dieci volte, con un andamento da “tappeto volante”. Ci si avvicina a questo effetto solamente guidando vetture con sospensioni pneumatiche, ma comunque il comportamento è profondamente diverso.
In linea di massima si, ma dipende dalle versioni. Il sistema di sospensioni idropneumatiche montato fino alla fine degli anni 80 era puramente idraulico, perciò l’affidabilità è legata ai singoli componenti. Le sfere montate sugli ammortizzatori sono la prima cosa che si deteriora, perché la membrana che divide il gas dall’olio ha una naturale permeabilità che permette al gas di “scappare” perdendo pressione. La pompa, a uno, cinque o sette pistoni, si può revisionare ed ha comunque una durata significativa, ma, se si danneggia, l’auto rimarrà a terra senza possibilità di muoversi. Lo stesso accade se si rompe un tubo o un raccordo idraulico.
Il “congiuntore” è dotato di una “sfera” uguale a quella delle sospensioni e soggetta alla stessa usura, ma nella sostanza si tratta di una valvola di massima pressione molto semplice. Normalmente agisce aprendo o chiudendo il passaggio dell’olio ogni 10-15 secondi, oppure ogni volta che il sistema non è alla pressione operativa. Se il congiuntore è danneggiato o ci sono delle perdite di pressione significative, allora agirà in continuazione, cercando disperatamente di riportare in pressione il sistema.
Per ottenere l’effetto autolivellante, sono installati sui due assi dei correttori d’altezza, che agiscono sulle barre stabilizzatrici delle sospensioni. Quando l’auto viene caricata, la barra segue la compressione delle sfere e l’abbassamento dell’auto. I due correttori d’altezza hanno all’interno una valvola che si apre e chiude in base alla rotazione della barra, perciò una volta raggiunto nuovamente il livello, il correttore d’altezza sigilla gli ammortizzatori posteriori con il loro nuovo quantitativo d’olio idraulico.
Un punto debole, abbastanza impensabile ma letale, è situato sul serbatoio. Questo banale pezzo di plastica funge da deviatore delle varie linee idrauliche, che riportano l’olio non in pressione dai vari utilizzatori alla fine dell’impianto idraulico.
L'Evoluzione: Sospensioni Idrattive
Dagli anni Novanta in poi, le sospensioni sono diventate Idrattive. Con l’aggiunta dei sensori e di una centralina, l’auto è capace di intuire e reagire alle sconnessioni e ai vari movimenti della scocca, adeguando le sospensioni per garantire una tenuta di strada perfetta. Tuttavia, il tempo, l’umidità, l’usura dei componenti elettrici e la difficoltà nel reperire i ricambi possono far diventare queste sospensioni un vero incubo dal quale non ci si sveglia mai. Diffidate quindi da coloro che descrivono le sospensioni idropneumatiche come una idea stravagante mal realizzata o inaffidabile; spesso questi racconti provengono dagli anni in cui le auto erano nuove e gli unici a poterci mettere le mani erano gli autorizzati Citroën, con costi dei ricambi e della manodopera da capogiro, che spesso portavano il proprietario a far rottamare l’auto piuttosto che ripararla.
Le le sospensioni Citroën hanno fatto la storia!
Sospensioni Citroën con Smorzatori Idraulici Progressivi (Progressive Hydraulic Cushions®)
Anche sulle vetture moderne non si scherza in fatto comfort grazie agli smorzatori idraulici progressivi (Progressive Hydraulic Cushions) che ritroviamo sulla C4 Cactus e sul SUV Citroën C5 Aircross: si tratta di soluzioni tecniche destinate ad essere applicate a tutti i veicoli della gamma. Queste sospensioni rivoluzionarie consentono un comfort totale e un effetto “tappeto volante” in auto.
La Tecnologia Derivata dal Motorsport
La tecnologia delle sospensioni Citroën utilizza smorzatori idraulici progressivi nasce dall’esperienza della casa francese nel mondo del motorsport, dove, grazie a una migliore escursione utile, gli smorzatori idraulici offrono un assorbimento degli urti più efficace, in particolare nel momento dell’impatto al suolo in seguito a un salto.
Il Principio di Funzionamento degli Smorzatori Idraulici Progressivi
Nella fase di sviluppo di questa sospensione, sono stati depositati 20 brevetti. Il principio di funzionamento è semplice: mentre le sospensioni tradizionali sono composte da un ammortizzatore, da una molla e da uno smorzatore meccanico, le sospensioni con smorzatori idraulici progressivi (Progressive Hydraulic Cushions) aggiungono due smorzatori idraulici alle due estremità: uno per l’estensione e l’altro per la compressione.
La sospensione lavora quindi in due tempi, secondo le sollecitazioni. Se le compressioni e le estensioni sono leggere, molla e ammortizzatore controllano insieme i movimenti verticali, senza bisogno di sollecitare gli smorzatori idraulici. In presenza di compressioni ed estensioni importanti, invece, molla e ammortizzatore lavorano insieme agli smorzatori idraulici di compressione o estensione, per rallentare il movimento in modo progressivo, evitando i bruschi arresti a fine corsa.
Analisi Dettagliata del Sistema Progressive Hydraulic Cushions®
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.
Componenti e Funzionamento Avanzato
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.
Soglie di Intervento dei Sistemi di Tamponatura
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.
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 sintesi, le sospensioni Citroën, dalle idropneumatiche agli smorzatori idraulici progressivi, rappresentano una continua ricerca di innovazione e comfort, che ha segnato la storia dell'automobile.
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