Sospensioni: le curve di compressione

Approfondiamo il discorso parlando delle curve di compressione, ovvero dei diagrammi descrittivi del lavoro di una sospensione. E’ davvero importante conoscerle e saperle leggere? Sì, perché dalla lettura della curva di compressione si può determinare il grado di forza da applicare in base alla corsa utilizzata, il comportamento sulla base dei diversi livelli di compressione e quindi stabilire a priori la risposta che una determinata sospensione offrirà una volta sul sentiero. In questo modo sarà possibile scegliere la tipologia di sospensione più adatta al nostro stile di guida e alla disciplina praticata ed effettuare una regolazione molto precisa, che permetta di aumentare la confidenza con il nostro mezzo.

Anatomia di una curva di compressione

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La curva di compressione è un diagramma cartesiano che descrive il comportamento dell’elemento elastico in base alla variazione di forza applicata. Per elemento elastico, in una sospensione, s’intende il mezzo che ha il compito di deformarsi per assorbire, immagazzinare e in seguito liberare l’energia sprigionata dall’impatto.

Sull’asse delle ascisse del diagramma troviamo l’affondamento, ovvero la misurazione dei centimetri di corsa (o “travel”) della sospensione. Sull’asse delle ordinate invece viene riportata la forza applicata. Dal grafico riusciamo a comprendere quale forza dobbiamo applicare alla sospensione per ottenere un determinato affondamento e quindi valutarne la risposta sul campo. Al variare di determinati fattori infatti si ottengono risposte totalmente diverse.
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Analizziamo la prima curva di compressione, che prende in esame una sospensione con molla di durezza extra morbida e un travel totale di 100mm. La linea retta in azzurro identifica il lavoro della molla in base alle differenti forze applicate. Prendiamo come esempio il pallino azzurro: se corriamo lungo la line orizzontale, vediamo che la forza applicata è di 100kg, mentre se corriamo lungo la linea verticale vediamo che il travel, ovvero la compressione della molla, è di 25mm. In sostanza questo ci fa capire che per ottenere una compressione di 25mm della molla si deve applicare una forza di 100kg. Questa verifca è possibile in ogni punto del grafico, poiché prendendo in esame qualunque punto della retta è possibile determinare quanta forza applicare per ottenere un certo valore di affondamento e quindi di lavoro della sospensione.

Perché questo è importante? Come vedremo in seguito la risposta di una sospensione non è sempre costante e definita ma varia sulla base di alcuni fattori, che nel dettaglio sono:
Elemento elastico: in base all’elemento elastico utilizzato nella sospensione, sia esso aria o una molla, cambia completamente il lavoro e la risposta della stessa sul campo. Questo aspetto è molto importante, poiché permette di utilizzare gli elementi elastici nelle situazioni nelle quali lavorano al meglio;
Start della sospensione: sia l’aria che le molle hanno un proprio equilibrio statico che deve essere vinto per far partire la compressione. In sostanza la sospensione inizia a lavorare solo quando si apporta una forza che è maggiore di quella offerta dalla resistenza dell’elemento elastico. Questo punto di lavoro si identifica come “start” della sospensione e può essere settato per rendere una sospensione più immediata o meno, in base alle esigenze del caso;

Taratura: per taratura è un valore nominale utilizzato per classificare le molle. In sostanza indica quanta forza è necessaria per far comprimere la molla di un pollice (ovvero 25mm). Solitamente la taratura si esprime in chilogrammi (o in libbre, se il produttore è anglossassone) e spesso la si trova indicata con il termine inglese di “spring rate”. Per evitare confusione, i produttori identificano la taratura con colorazioni differenti delle molle e con l’indicazione della “morbidezza”. Come vedremo, utilizzando molle con diversa taratura cambia completamente la risposta della sospensione durante l’utilizzo;
Pressione: indica la quantità d’aria che viene immessa nella camera di una sospensione, per l’appunto, ad aria. Al variare della pressione interna varia il lavoro e la forza necessaria per far comprimere l’elemento elastico, per cui modificando la quantità d’aria si otterrà una risposta totalmente diversa;
Camera negativa: nel caso delle sospensioni ad aria è possibile che vi sia una camera positiva superiore e una negativa inferiore. La presenza o meno di quella negativa inferiore è determinante per modificare la quantità di forza necessaria per far lavorare la sospensione;
Precarico: solitamente chiamato “preload”, si tratta di una minima compressione che viene conferita alla molla senza che vi sia alcuna forza agente su di essa. Conferire o meno un precarico alla molla ne cambia la curva di compressione e quindi anche la risposta sul campo;

Cosa possiamo dedurre da questo elenco? Che i fattori che influenzano il lavoro di una sospensione sono molteplici e che ciascuno modifica anche la curva di compressione, offrendo dei vantaggi in determinati ambiti. Ciò significa che modificando uno di questi parametri è possibile ottenere delle risposte diverse sul campo e questo rende le sospensioni altamente personalizzabili sulla base del proprio stile di guida, delle preferenze personali, del peso del biker e del tracciato che si andrà a percorrere.

Analisi 1: la curva di compressione di una sospensione a molla

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Partiamo dall’analisi della curva di compressione (e quindi del lavoro) di una sospensione a molla.
Osserviamo il grafico, che rappresenta la curva di una molla con taratura di 100kg (quindi extra morbida) senza alcun precarico e con un travel totale di 100mm. Come possiamo vedere, la molla ha bisogno di 100kg di spinta per comprimersi di un pollice, cioè di 25mm. Ora proseguiamo lungo la retta: per ottenere una compressione di 50mm dobbiamo applicare una forza di 200kg, per ottenerne una di 75mm dobbiamo imprimere 300kg di carico e infine, per mandare la sospensione a finecorsa e sfruttare l’intero travel dobbiamo applicare 400kg di spinta. Questo significa che all’aumentare del travel della sospensione, la spinta da applicare aumenta in maniera costante e proporzionale. In poche parole le molle hanno un comportamento lineare, che si mantiene costante nel tempo. L’impennata finale della retta significa che la molla è arrivata a finecorsa, ovvero le spire sono arrivate a toccarsi fra loro (spesso i biker dicono di aver mandato “a pacco” la molla) e quindi, anche se aumentassimo il carico sulla sospensione non otterremmo alcun affondamento.

Quali sono i vantaggi di una curva di compressione lineare?
Miglior superamento degli ostacoli: una sospensione a molla, dato il suo lavoro lineare, ha un comportamento che (come dicono i biker) tende a “mangiare” gli ostacoli, ovvero a superarli senza affondare troppo;
Elevato assorbimento degli urti: gli impatti di notevole entità, come quelli derivati dai salti, vengono assorbiti molto meglio da una sospensione a molla tarata nel modo giusto, poiché ha un comportamento costante al variare della forza d’impatto e non s’indurisce come fa una sospensione ad aria;

Analisi 2: sospensioni a molle con differente taratura

Mettiamo il caso di voler personalizzare la risposta di una sospensione a molla: come potremmo mai fare? Per riuscirci dovremo aprire la sospensione e sostituire la molla con una di diversa taratura. Solitamente le molle hanno colori diversi in base alla taratura e alla loro durezza in compressione. La durezza consigliata è sulla base del peso del biker (fonte Sram):

 

Peso biker <63kg
Colore Durezza
Argento Extra morbida
Gialla Morbida
Rossa Media

 

Peso biker 63-81kg
Colore Durezza
Gialla Morbida
Nera – Rossa Media
Blu Dura
Nera Extra dura

 

Peso biker 81-99kg
Colore Durezza
Blu – Rossa Dura
Nera Extra dura
Viola Super extra dura (solo per biker >90kg)

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Osserviamo ora le curve di compressione di tre diverse molle: una extra morbida, una media e una dura, tutte con 100mm di travel:
Notiamo immediatamente come per ottenere il medesimo affontamento di 25mm, nel caso della molla extra morbida servano 100kg di spinta, nel caso della media ne servano 135kg e per quella dura ce ne vogliano 150kg. Cosa notiamo inoltre? Che la molla morbida arriva a finecorsa con 400kg di spinta, quella media a 500kg e quella dura a 600kg.

Cosa ne deduciamo? Che una molla dura sarà meno reattiva sugli impatti più bassi, quindi non offrirà assorbimento in caso di urti frequenti e a bassa velocità ma sarà più difficile da mandare a pacco e quindi sarà in grado di resistere a impatti di notevole entità. Per questo è bene pensare alla taratura della molla sulla base della disciplina che si andrà a fare. Se facciamo all-mountain e magari scendiamo da discese non molto tecniche ma scassate, con rocce e radici, abbiamo bisogno di una molla morbida che si deformi con bassi carichi e che quindi sia in grado di ammortizzare anche gli impatti più blandi. Se invece giriamo in un bike park e facciamo freeride con salti ed evoluzioni, dovremo scegliere una molla dura, capace di resistere agli elevati impatti di un salto. Quando infatti la bici atterra dopo un salto l’energia del contatto deve essere assorbita dalla sospensione, altrimenti si scaricherebbe sul telaio e potrebbe romperlo. Per questo è possibile adattare la sospensione al tipo di percorso scelto e al proprio stile di guida, semplicemente sostituendo la molla.

Analisi 3: sospensioni a molla con precarico

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Osserviamo ora il grafico con tre curve di compressione: in verde una molla extramorbida da 100mm di travel, in giallo la stessa molla alla quale abbiamo applicato un precarico e in rosso una molla dura sempre da 100mm di escursione. Cosa si può notare immediatamente? Che per comprimere di 25mm una molla extra morbida precarica serve una forza identica a quella necessaria per comprimere una molla dura. Andando avanti con il travel si nota comunque che la molla extra morbida, anche se precaricata, ha una linea di lavoro più bassa di quella della molla dura, che riesce a resistere a forze di compressione più elevate. Questo significa che la molla precaricata offre una maggior resistenza iniziale, ovvero serve più forza per attivare la compressione. Una sospensione con molla precaricata risulta più rigida inizialmente, quindi meno reattiva sugli impatti di piccola entità, mentre tende ad offrire la stessa performance con l’aumento del travel. In sostanza precaricando la molla si innalza lo start della sospensione, permettendo di avere più rigidità iniziale. Questo è importante quando si affrontano percorsi molto sconnessi, dove una sospensione troppo morbida andrebbe facilmente a finecorsa. Donando un precarico alla molla la si rende più rigida sugli impatti minori, perdendo sicuramente in comfort ma acquistando maggiore reattività e una dispersione di energia (dovuta al lavoro stesso della sospensione) meno accentuata. Infatti quando si sale in sella a una bici con molla morbida e in seguito le si da un precarico, l’impatto iniziale è differente e nel secondo caso si avverte una maggior rigidezza del sistema.

Analisi 4: la curva di compressione di una sospensione ad aria

Passiamo ora alle sospensioni ad aria, ovvero ammortizzatori che sfruttano la comprimibilità dell’aria che viene immessa in camere stagne nelle quali scorre un pistone. Quando una sospensione ad aria si comprime, la quantità di aria all’interno della camera non varia, quello che si modifica è il volume disponibile: in sostanza la pressione all’interno della camera aumenta. L’aria oppone una forza alla compressione, che varia in base al volume disponibile: fino a quando la forza di spinta del pistone riesce a vincere quella dell’aria, la sospensione lavora ma quando la pressione dell’aria è superiore a quella del pistone, la sospensione si estende fino a ritornare in posizione di riposo.
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La pressione all’interno della camera di una sospensione è data dalla quantità di aria diviso il volume a disposizione. Facciamo un esempio pratico: in una sospensione con 100mm di travel disponibile immettiamo 100psi di aria. Se comprimiamo la sospensione di 50mm, riduciamo della metà la camera, raddoppiando però la pressione. Ora comprimiamo la sospensione di altri 25mm: in sostanza abbiamo dimezzato il volume a disposizione, raddoppiando nuovamente la pressione. In sostanza il processo è semplice: dimezzando il volume, la pressione raddoppia. Questo rapporto è quindi esponenziale e da vita a una curva di compressione che non è una retta bensì è una parabola, per cui si dice che le sospensioni ad aria sono progressive. Osserviamo il grafico di questa sospensione ad aria aria, gonfiata a 100psi e con 100mm di travel:
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Per far comprimere la sospensione di 50mm abbiamo bisogno di 100kg di spinta, a 75mm di travel ne servono quasi 200kg e a 90mm ne servono 400kg. Infine, per mandarla a fine corsa e affondarla 100mm totali, servono ben 800kg di spinta, cioè il doppio! Questo significa che la sospensione tende a indurirsi notevolmente con l’aumento della compressione e più si utilizza travel maggiore è la resistenza all’affondamento. Una sospensione ad aria ha quindi un’ottima reattività sullo “scassato” ma non offre notevoli vantaggi sui salti, dove l’impatto è molto elevato e la forza da assorbire è davvero alta. Infatti negli urti di elevata potenza una sospensione ad aria va a lavorare nel settore di curva più elevato, risultando più dura rispetto alla stessa sospensione a molla. Per questo infatti le sospensioni ad aria sono molto utilizzate nelle discipline pedalate, come il cross-country o il marathon, mentre quelle a molla sono più diffuse nel mondo gravity, dove salti e forti impatti sono pane quotidiano.
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Notiamo infatti questa evidenza mettendo a confronto una sospensione ad aria e una a molla media con entrambe 100mm di travel. Ai piccoli urti, con poco travel utilizzato, una sospensione a molla sarebbe sicuramente meno efficiente rispetto a una ad aria: infatti la forza da imprimere per ottenere il medesimo travel sarebbe superiore e quindi il sistema sarebbe più rigido. Aumentando però il carico e quindi la forza impatto, si nota come la sospensione a molla necessiti di minor energia per comprimersi e quindi risulti più “morbida” in caso di salti e grandi impatti, mentre una sospensione ad aria, per via della curva progressiva, tende a indurirsi eccessivamente. Tirando le somme abbiamo di fronte due scelte: una sospensione poco ammortizzante nella prima parte di travel ma molto efficiente nella seconda e una che è l’esatto contrario? Quale scegliere? Dipende dal vostro stile di guida, poiché una sospensione ad aria offre maggior comfort già con poco travel mentre una sospensione a molla risulta più rigida e reattiva per cui l’unico metro di giudizio che ha davvero valore è dettato dalle vostre esigenze.

Analisi 5: curve di compressione al variare della pressione interna

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Come si sa le sospensioni ad aria possono essere regolate attraverso il dimensionamento del sag, ovvero dell’affondamento statico della sospensione dovuta al peso del ciclista. Il sag non è un valore assoluto ma può variare sulla base delle esigenze del biker, che può desiderare una sospensione più reattiva e più rigida. Per fare questo dunque può agire sulla quantità di aria da immettere nel sistema, modificando in modo sostanziale il comportamento della sospensione.
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Osserviamo il grafico, che rappresenta le curve di compressione della stessa sospensione ad aria da 100mm di travel, gonfiata a 100psi e a 200psi. Innanzitutto notiamo come cambia il punto di start, ovvero la minima forza da applicare per far attivare la sospensione: nel caso dei 100psi risulta essere 50kg mentre nei 200psi è di 100kg. Sostanzialmente la sospensione “più gonfia” è meno reattiva, poiché a un maggior volume di aria interno corrisponde una maggiore spinta dell’aria stessa da vincere, per cui la sospensione è decisamente più rigida e nervosa. Se osserviamo le due parabole notiamo come, nel caso del gonfiaggio a 200psi, in pratica serva il doppio della forza per ottenere lo stesso travel se la si gonfiasse a 100psi, per poi normalizzare i valori in corrispondenza del finecorsa. Variando dunque la quantità d’aria all’interno della camera della sospensione si otterrà una sospensione più rigida, che quindi risulterà meno confortevole ma ridurrà le dispersioni di energia, oppure più morbida, che si attiverà anche nei brevi impatti ma che aumenterà il bobbing, ovvero la continua corsa in su e in giù dovuta alla pedalata, che comporta l’aumento della dispersione dell’energia.
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Tirando le somme possiamo dire che quando abbiamo bisogno di esplosività e di maggiore trasmissione della potenza in pedalata, come nel cross-country, possiamo aumentare i psi immessi nella sospensione, a scapito del comfort di guida, poiché le vibrazioni trasmesse al manubrio saranno maggiori.
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Se invece si ricerca un notevole assorbimento delle asperità è meglio usare meno psi e rendere la sospensione più morbida. Ovviamente fate attenzione alla regolazione del rebound, poiché accoppiare un basso volume d’aria a una regolazione lenta del ritorno può essere controproducente nei settori “spaccati”, ovvero dove numerosi ostacoli si susseguono in serie (come un rock garden). Infatti se all’eccessivo affondamento non fa da contraltare un ritorno adeguato, la sospensione rimane “insaccata” e questo fa sì che dopo i primi ostacoli si rischi di raggiungere il finecorsa e annullare qualunque effetto ammortizzante. In quei casi, ovvero dove ci sono numerosi passaggi con ostacoli in successione, è meglio tenere la sospensione più rigida con un rebound lento, in modo da evitare un ritorno troppo veloce che tenderebbe a sbalzarci di sella ma anche un eccessivo affondamento che condurrebbe a un finecorsa prematuro. In questo caso ci viene in soccorso la regolazione della compressione (pomello blu), che però tratteremo in un articolo dedicato.

Analisi 6: sospensioni con camera negativa

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Come abbiamo già detto, lo start di una forcella indica la minima forza da applicare per far partire la compressione dell’elemento elastico. Nel caso dell’aria, si è detto, questa forza deriva dal fatto che l’aria stessa opponga una forza contraria all’azione comprimente del pistone. E’ possibile “aiutare” il pistone a vincere questa forza? Sì, è possibile, utilizzando una camera negativa, ovvero una seconda camera d’aria posta al di sotto del pistone, che ha lo scopo di aumentare la forza in compressione del pistone stesso, soverchiando più facilmente l’azione resistente dell’aria posta nella camera superiore positiva.
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Osserviamo il grafico, che confronta il lavoro di una sospensione ad aria con 100psi e un’altra con 100psi nella camera positiva e 100psi nella negativa (entrambe le sospensioni hanno 100mm di travel). Notate immediatamente che la sospensione semplice ha bisogno di 50kg di spinta per attivarsi mentre quella con camera negativa si attiva immediatamente! Questo perché l’aria presente nella camera negativa annulla l’azione resistente di quella posta nella camera positiva e rende la sospensione molto più reattiva alle basse velocità di lavoro, quindi con impatti di scarsa entità. Una soluzione ottimale che consente di ampliare lo spettro d’azione della sospensione e il comfort di guida e che permette di utilizzare una pressione leggermente più alta nella camera positiva, senza però rendere troppo rigido il sistema.

Concludendo

Abbiamo analizzato nel dettaglio le diverse soluzioni e quali impatti abbiamo sul lavoro di una sospensione e quindi sul feeling di guida. E’ dunque importante, prima di partire con modifiche alla sospensione, regolazioni “a naso” o anche all’acquisto di nuove sospensioni, studiare attentamente le curve di compressione, per valutare se tale sospensione sia adatta alle nostre esigenze. Questo perché, come ogni aspetto della bicicletta, anche le sospensioni devono essere calibrate e regolate in base alle nostre aspettative e caratteristiche, poiché è la bicicletta a doversi adattare al ciclista e mai il contrario.

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