Citroën Ammortizzatori Idraulici: Funzionamento e Innovazioni

Quando si parla di comfort di un’autovettura, spesso si tende a percepire solamente l’aspetto legato a fattori “interni”: come si sta al volante, quanti optional si hanno a disposizione, quali di essi sono rivolti a migliorare la sensazione di benessere del guidatore, o ad intrattenerlo durante la guida (sedili riscaldabili o con massaggio lombare, infotainment, bluetooth…). Unitamente ai precedenti ci sono anche aspetti connessi con fattori esterni, legati a disturbi provenienti appunto dall’esterno, in primis lo smorzamento delle asperità stradali, quindi la qualità delle sospensioni.

Generalmente la sospensione “non standard” può essere di due tipologie, pneumatica o idraulica. La scelta di Citroen è stata quella, se vogliamo anche legata al retaggio del costruttore stesso, di equipaggiare alcuni veicoli con la sospensione “Idrattiva”, che nella sua ultima versione prende il nome di “Idrattiva 3+”. Un veicolo tra tutti che monta la sospensione in oggetto è la Citroen C5, di cui andiamo ad illustrarne il funzionamento.

Citroën C5 e la Sospensione Idrattiva 3+

La sospensione Idrattiva 3+ è stata concepita con la finalità di minimizzare il disturbo arrecato al guidatore da fondi sconnessi, oltre che permettere la guida in fuoristrada (entro certi limiti). I settaggi che questa sospensione di tipo elettroidraulico a controllo elettronico permette, sono infatti legati all’altezza di marcia del veicolo e alla taratura regolabile degli ammortizzatori.

In modo molto semplice, le sospensioni possono essere azionate agendo sulla pulsantiera centrale appena sotto la leva marce: tasto centrale per settare la risposta degli ammortizzatori su “sport”, freccia su per aumentare la distanza del veicolo da terra, freccia giù per ridurre tale altezza.

Componenti Chiave del Sistema Idrattiva 3+

A livello costruttivo il sistema presenta dei componenti chiave che andiamo a descrivere. Per quanto riguarda il vano motore, sollevando il cofano notiamo subito il serbatoio dell’olio idraulico, lo stesso impiegato per il servosterzo. La capacità del serbatoio è di 5,3 litri. Al di sotto di questo è presente il blocco elettroidraulico, ovvero la parte che include il gruppo elettrovalvole e la pompa per mettere in pressione l’olio idraulico.

Osservando invece subito sotto il parabrezza, lato sinistro e destro, sono presenti gli accumulatori di pressione olio. Circa questi ultimi, occorre essere più precisi: il veicolo ne equipaggia in totale otto, due per ogni sospensione. Riassumendo, ogni ammortizzatore è dotato di due accumulatori, uno superiore e uno inferiore. Il primo gestisce l’altezza delle sospensioni, il secondo gestisce invece la rigidità.

Componenti Principali nel Vano Motore

Serbatoio olio (lo stesso del servosterzo)
Blocco elettroidraulico integrato
e 4. Accumulatori di pressione lato passeggero e lato guida

In base a quello che il guidatore decide mediante pulsantiera interna, la centralina delle sospensioni gestisce sia l’altezza delle sospensioni che la rigidità degli ammortizzatori. L’altezza delle sospensioni è monitorata, anteriormente e posteriormente, da due captatori d’altezza ubicati in corrispondenza delle barre antirollio. Gli stessi sensori sono anche impiegati per la gestione dell’altezza del fascio di luce dei proiettori.

Modalità di Altezza e Utilizzo Corretto

In merito al corretto utilizzo di questo sistema, va prestata molta attenzione. Innanzitutto il sistema prevede le quattro seguenti posizioni di altezza, selezionabili col tastierino di cui sopra:

Modalità manutenzione: è la posizione più alta, da utilizzare per il sollevamento del veicolo. Può essere mantenuta solo per spostamenti a velocità molto bassa, superati i 10 km/h la vettura si abbassa automaticamente.
Modalità fuoristrada: è la posizione mediamente alta, da utilizzare per affrontare terreni sconnessi. In maniera del tutto similare alla modalità precedente, anche qui, una volta superata una soglia di 40 km/h, la vettura si abbassa.
Modalità standard: è la posizione di marcia settata di default dall’elettronica del sistema, la sola utilizzabile per velocità superiori a 40 km/h, quindi quella in uso praticamente sempre.
Modalità carico: è la posizione più bassa, selezionandola il veicolo si abbassa fino a sfiorare il terreno, favorendo le operazioni di carico e scarico bagagli. La vettura automaticamente abbandona questa modalità non appena si sposta.

Detto questo, occorre tenere ben presente che qualora si dovesse sollevare il veicolo da terra, sia con il crick che con il ponte elevatore, bisogna avere l’accortezza di posizionare sempre il veicolo nella posizione di altezza massima (modalità manutenzione). Il non rispetto di questa regola potrebbe portare a problematiche di tenuta dell’impianto idraulico, dovute a squilibri di pressione indotti dal peso delle ruote e delle sospensioni stesse nella fase di elongazione delle sospensioni. Ancorpiù, per evitare scompensi di pressione nel circuito, il costruttore raccomanda anche di aprire il tappo del serbatoio dell’olio idraulico prima di sollevare il veicolo.

L'Evoluzione delle Sospensioni Citroën: Dalla DS ai Sistemi Moderni

Sulla sua scrivania c’era un piccolo quadretto. Paul tutti i giorni vede per le strade di Parigi una delle vetture di successo prodotte dall’azienda dove lavora, la Traction Avant. C’è però qualcosa che è rimasto tradizionale nella Traction, ovvero le sospensioni. Sono un componente importantissimo, che permette di modificare radicalmente il comportamento di una automobile, il comfort per i passeggeri e le sensazioni di guida.

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.

Tutto questo viene 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.

Sospensioni Idropneumatiche: Caratteristiche e Funzionamento

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.

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.

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.

Manutenzione e Affidabilità delle Sospensioni Idropneumatiche

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.

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.

Sospensioni Citroën Moderne: 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 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.

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. In questo modo, la sospensione lavora in due tempi secondo le sollecitazioni.

Come Funzionano gli Smorzatori Idraulici Progressivi

In caso di compressioni ed estensioni leggere, molla e ammortizzatore controllano insieme i movimenti verticali senza bisogno di sollecitare gli smorzatori idraulici. La presenza di questi smorzatori ha permesso agli ingegneri di offrire maggiore libertà di escursione al veicolo, con un effetto tappeto volante che dà la sensazione che la vettura sorvoli le imperfezioni del fondo stradale.

In caso di compressioni ed estensioni importanti, molla e ammortizzatore lavorano insieme agli smorzatori idraulici di compressione o estensione rallentando i movimenti in modo progressivo ed evitando bruschi arresti di fine corsa. Rispetto ad a un classico fine corsa meccanico, che assorbe energia ma ne restituisce una parte, lo smorzatore idraulico assorbe e dissipa tale energia, eliminando il fenomeno di “rebound”.

KYB e le Sospensioni Attive Citroën C5 Aircross

La nuova Citroën C5 Aircross è stata lanciata nel 2017; KYB è stata selezionata come fornitore di ammortizzatori di primo equipaggiamento. Grazie a un’azione congiunta fra KYB e PSA, è stato sviluppato un concetto di sospensione basato su ammortizzatori passivi, in grado di unire alte prestazioni e costi competitive; questo sistema è stato applicato alla Citroën C5 Aircross. Il segreto di questo concetto rivoluzionario è un sistema di doppi fermi idraulici. La corsa complessiva dell’ammortizzatore può essere divisa in tre parti differenziate per le quali l’ammortizzatore fornirà caratteristiche diverse.

Questo obiettivo è stato raggiunto con calcoli idraulici e tramite analisi agli elementi finiti (FEA) verificati poi da prove su strada. Un altro requisito essenziale era la progettazione delle diverse component con una robustezza sufficiente a far fronte alle elevate richieste del veicolo anche nelle condizioni peggiori. Per raggiungere questo obiettivo, KYB ha valutato diverse opzioni in termini di materiali e diverse geometrie prima di raggiungere la soluzione ottimale.

Dettagli Tecnici dei Fermi Idraulici KYB

Il principio di funzionamento del fermo di rimbalzo si basa su un segmento in plastica rinforzata piazzato nel tubo interno dell’ammortizzatore attraverso una deformazione che definisce l’area di lavoro del fermo idraulico di rimbalzo stesso. Quando la guarnizione di rimbalzo entra in contatto con il segmento, si crea una nuova camera ad olio, il che vuol dire che l’olio è in grado di uscire da questa camera solo attraverso l’apertura del segmento. Questo flusso controllato genera una forza idraulica che può essere modificata regolando l’apertura del segmento.

Per il fermo di compressione idraulica si usa un principio simile. Una nuova camera ad olio si crea tramite l’interazione di un componente polimerico posizionato nel pistone dell’ammortizzatore e di un tubo metallico fissato a pressione nell’assemblaggio della valvola di base. La parte in polimero è costruita con alcune aperture per il passaggio dell’olio, il che permette di regolare la potenza fornita dal sistema.

KYB è stata in grado di fornire un sistema che unisce la robustezza a un’ampia gamma di regolazioni, il che fornisce al veicolo uno smorzamento leggero quando è richiesto comfort e con una manovrabilità eccellente quando è necessario il controllo. È importante sottolineare che queste caratteristiche sono ottenute con un sistema passivo, che assicura un’imbattibile tempo di risposta e costi competitivi.

Analisi del Brevetto Citroën 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.

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.

Dettagli Tecnici del Sistema PHC

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.

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).

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