Bump Stop: cosa sono e come funzionano?
Ciao, Top Driver.
Il seguente contenuto è realizzato dal nostro Setup and Telemetry Specialist Massimo Zecchinelli.
Oggi analizzeremo insieme i bump stop, cosa sono, a cosa servono e come vengono utilizzarli sulle vetture ad alto carico aerodinamico, per ottenere il massimo della performance.
Cos'è il Bump Stop?
Il bump stop (in italiano chiamato comunemente anche tampone di fine corsa) è un elemento elastico posto alla fine della corsa di una sospensione.
É progettato per limitarne la corsa massima in compressione e proteggere la scocca, le gomme ed i componenti meccanici dal contatto violento con i fine corsa.
Ad esempio quelli in Gomma compatta avranno un comportamento lineare e morbido (e vengono di norma usati su auto stradali).
Quelli realizzati in poliuretano (che è un materiale più rigido e progressivo) sono impiegati nella auto sportive.
I bump stop in elastomeri avanzati (materiali polimerici ad alte prestazioni progettati per offrire un comportamento meccanico più controllato e prevedibile rispetto alla gomma tradizionale o al poliuretano) sono tipici delle auto da corsa, e consentono un’azione molto controllata.
il materiale che compone il bump stop ne determina come la forza cresce con la compressione quando vengo ingaggiati dalla sospensione:
Alcuni bump stop sono lineari, e pertanto offriranno un aumento di rigidezza è costante, altri invece sono progressivi QUINDI la loro rigidezza aumenta man mano che ci si avvicina al fine corsa.
Nel caso di auto stradali, lo scopo principale dei bump stop è fungere da cuscino di sicurezza.
Limitano l’escursione massima della sospensione ed evitano che gli elementi meccanici vadano a contatto brusco quando si prende un forte dosso o una buca.
Gli effetti dei Bump Stop sulla guida nel Motorsport
In pratica, il bump stop è un tampone con una rigidità molto maggiore rispetto alla molla principale, ed è progettato per opporre una resistenza elevata negli ultimi millimetri di corsa e prevenire danni ai componenti quando si raggiunge il fondo corsa
Nelle vetture da competizione invece, oltra a mantenere questa funzione di protezione, i bump stop assumono anche un ruolo attivo nel comportamento dinamico.
Se durante la guida in pista la sospensione arriva a toccare il bump stop, quest’ultimo agisce come una sorta di seconda molla in parallelo a quella principale.
In altre parole, quando il tampone viene ingaggiato, la rigidezza totale della sospensione aumenta perché alla forza principale della molla si somma la rigidezza molto elevata del bump stop stesso.
Ciò significa che il bump stop, se sfruttato bene, può essere usato come strumento di tuning: aggiungendo rigidezza alla sospensione solo quando questa si comprime oltre una certa soglia, è possibile modificare l’assetto del veicolo in modo condizionale alle situazioni di carico più estreme.
Ad esempio, utilizzare bump stop che si ingaggiano (cioè che iniziano a comprimersi) ad una certa altezza da terra, può aiutare a limitare o favorire l’abbassamento del posteriore in accelerazione o dell’anteriore in frenata, senza dover usare molle troppo dure.
In sostanza, con i tamponi si può avere una molla principale morbida (magari per migliorare il grip meccanico nelle fasi di corsa “normali”), ma all’occorrenza (oltre un certo punto di corsa) il bump stop aggiunge una rigidezza supplementare progressiva che tiene sotto controllo i movimenti eccessivi della scocca e del fondo.
Un altro beneficio chiave dei bump stop è che rendono la risposta della sospensione progressiva man mano che ci si avvicina al fine corsa.
Senza di essi, la sospensione manterrebbe una rigidezza pressoché costante fino a incontrare un arresto improvviso, destabilizzante.
I bump stop introducono una zona di transizione.
Più vengono compressi, più oppongono resistenza in maniera non lineare, smorzando l’impatto finale.
Per questo si dice che i bump stop simulano una molla ausiliaria molto rigida che entra in azione solo negli ultimi cM di corsa.
Certo, devono essere tarati in modo tale che in condizioni di guida normali non si arrivi mai a toccarli, ma solo nelle situazioni di massimo carico.
Ad esempio frenate violente o curvoni ad alta velocità, quando le molle e le barre antirollio non sono più sufficienti da sole a controllare i movimenti della carrozzeria.
Infatti nelle fasi di guida in curve a bassa/media velocità, o su piccole sconnessioni/trasferimenti di carico moderati, la sospensione lavora solo sulla molla principale e sulla barra antirollio.
In questa fase, il bump stop rimane inattivo e lascia alla sospensione tutta l’escursione utile.
Ecco perché i tamponi dovrebbero entrare in azione solo quando il carico verticale o laterale diventa così elevato da comprimere la sospensione oltre un certo punto.
In caso di Frenate violente l’anteriore affonda molto, rischiando di esaurire la corsa utile.
Nei curvoni ad alta velocità l’auto subisce una forte compressione laterale ed il rollio aumenta.
In un passaggio violento sui cordoli o in fase di “atterraggio” dopo un salto su un dosso, la sospensione si comprime rapidamente e violentemente.
In questi casi, i bump stop entrano in gioco perché limitano la corsa massima utile della sospensione, evitando che queste arrivino a fondo corsa in maniera violenta.
In auto da corsa ad alto carico aerodinamico, come le LMDh, questo fenomeno è molto importante perché l’impatto può generare picchi di carico verticali molto elevati, amplificati sia dalla velocità sia dal carico aerodinamico.
In tutte queste situazioni, il bump stop funziona come una seconda molla progressiva.
Prima morbida, poi sempre più rigida man mano che si comprime, ed in questo modo previene il fondo corsa meccanico, stabilizza la piattaforma aerodinamica e mantiene l’altezza da terra entro valori ottimali.
Di contro però, se il tampone viene ingaggiato troppo spesso, l’auto diventa di fatto poggiata su un elemento rigidissimo, perdendo escursione della sospensione e grip e dunque è fondamentale che il loro intervento sia confinato agli scenari più estremi.
L'importanza dei Bump Stop nel Setup
Le vetture dotate di elevata deportanza, come i prototipi di classe LMDh o anche Formula 1, sfruttano intensamente i bump stop come parte integrante dell’assetto.
Il motivo è legato al funzionamento dell’aerodinamica.
Aumentando la velocità, il downforce cresce in modo proporzionale al quadrato della velocità e spinge la vettura verso il suolo, riducendo l’altezza da terra.
In assenza di contromisure, a velocità elevate questi tipi di monoposto si “schiaccerebbero” troppo, arrivando magari a toccare il fondo (con perdita di efficacia aerodinamica e potenziali danni).
Ecco dove entrano in gioco i bump stop.
Impostando tamponi di fine corsa che intervengono prima che l’auto tocchi terra, è possibile controllare l’abbassamento del corpo vettura ad alta velocità mantenendo un’altezza da terra minima di sicurezza.
In pratica, i bump stop fungono da molle supplementari contro il carico aerodinamico.
A bassa velocità, l’auto poggia sulle normali molle (più morbide per avere grip meccanico), mentre ad alta velocità, quando il carico aero comprime molto le sospensioni, i tamponi iniziano a lavorare e rendono la sospensione molto più rigida.
Ciò evita che la vettura vada in bottoming (cioè impatti continui del fondo sull’asfalto) e allo stesso tempo permette di usare assetti più bassi e rigidi solo quando servono, senza penalizzare tanto la guidabilità alle basse velocità.
In un prototipo LMDh in rettilineo a 300 km/h, il carico può essere pari a diverse volte il peso della vettura da ferma, comprimendo le sospensioni di parecchi cm.
I bump stop vengono tarati in modo da iniziare a opporre una forte resistenza proprio a quei livelli di compressione, sostenendo la vettura.
Utilizzando bump stop più alti, si riduce la corsa libera ed i tamponi vengono ingaggiati prima.
Viceversa utilizzando tamponi più corti, si aumenta la corsa della sospensione prima del contatto.
È piuttosto comune modificare la configurazione dei bump stop per adattarli alle esigenze di un circuito.
Ad esempio, bump stop più alti per circuiti ultra-veloci (con i tamponi che vengono ingaggiati prima così da tenere alta l’auto in scia aerodinamica) o più corti su piste lente/sconnesse così da massimizzare la corsa utile delle sospensioni e migliorare il grip meccanico.
Questa regolazione fine consente di controllare sia l’altezza da terra sia il bilanciamento della scocca, messa a dura prova dagli alti carichi aerodinamici.
Va sottolineato che un bump stop che si comprime non distingue come la sospensione sia arrivata a fine corsa.
Se interviene, irrigidisce quella ruota sia in beccheggio (e cioè in compressione simmetrico dell’asse, come in frenata o accelerazione) sia in rollio (in compressione asimmetrica in curva).
Questo può essere un problema.
L’entrata in funzione del bump stop infatti altera il trasferimento di carico tra le ruote.
Una volta che la sospensione esterna ingaggia il tampone, l’ulteriore forza verticale viene ridistribuita sulle altre ruote ancora libere di muoversi.
Se, ad esempio, il bump stop della ruota anteriore destra si comprime, la forza aggiuntiva si sposta sulla ruota posteriore destra fino a pareggiare i carichi.
Questo cambiamento repentino può far diminuire l’aderenza disponibile.
In pratica, la vettura “poggia” sul tampone e perde parte della morbidezza di risposta.
Una corsa della sospensione insufficiente e un bump stop troppo rigido causano perdita di grip e controllo.
Quindi arrivare prima a fine corsa significa avere una fase iniziale troppo morbida e una finale molto brusca, con un netto calo di stabilità sulle asperità e curva.
Il risultato è una macchina più nervosa e difficile da guidare al limite.
Inoltre, i bump stop sono progettati per controllare il centro di rollio ed evitare che la sospensione superi i propri limiti di escursione.
Se questo dovesse accadere, potrebbe comprimersi fino a chiudersi con il roll center che si alzerebbe troppo.
Il rollio si ridurrebbe causando però trasferimenti di carico molto rapidi e poco progressivi, con un impatto negativo sulla stabilità e sul grip complessivo.
Tuttavia, quando entrano in funzione i bump stop, la sospensione esterna diventa molto più rigida.
Il rollio visibile si riduce, ma il trasferimento di carico non sparisce e deve essere ridistribuito.
Una parte viene quindi scaricata sull’altra ruota dello stesso asse e un’altra quota si propaga lungo la diagonale del telaio, caricando la ruota posteriore dello stesso lato.
Questo effetto, noto come cross weight, porta a una distribuzione non uniforme dei carichi e, di conseguenza, a una perdita di grip complessivo.
Dobbiamo sempre ricordare infatti che il trasferimento di carico non è il risultato del rollio, bensì l'opposto.
Quando un asse diventa troppo rigido a causa dell’ingaggio del bump stop, il trasferimento di carico tende a concentrarsi su quell’asse
Pur rimanendo invariato il trasferimento totale, infatti, l’attivazione del bump stop ne modifica la distribuzione tra avantreno e retrotreno.
L’asse irrigidito, che assorbe una quota maggiore del carico, mostrerà quindi un rollio più contenuto, mentre l’altro asse, più morbido, subirà un rollio più marcato.
Ricapitolando, sul Bump Stop...
In generale, un assetto più morbido consente alla vettura di rollare di più, ma permette anche un trasferimento di carico più graduale attraverso molle e barre (utilizzando quindi il canale elastico).
Questo è un vantaggio perché le gomme riescono ad appoggiarsi meglio e a mantenere più grip.
Al contrario, un assetto irrigidito, oppure una sospensione che arriva presto a lavorare sul bump stop, riduce il rollio, ma sposta una quota maggiore di trasferimento attraverso il canale geometrico della sospensione.
Ciò rende il trasferimento più brusco e meno progressivo, con la conseguenza che una gomma si carica troppo e l’altra si scarica
Più rollio significa più grip ma una piattaforma meno stabile.
Meno rollio significa meno grip, ma una piattaforma più stabile, aspetto utile soprattutto per l’aerodinamica.
I bump stop rappresentano un compromesso.
Servono a evitare che la vettura vada a pacco e a controllare l’altezza da terra, ma se intervengono troppo presto o in modo troppo rigido possono ridurre il grip meccanico.
Di conseguenza, si va a modificare il bilanciamento dinamico attraverso gli effetti di cross weight.
Per questo motivo gli ingegneri cercano di evitare che i bump stop interferiscano nel rollio.
Ad esempio, nel campionato DTM Class One il regolamento imponeva bump stop standard molto rigidi.
I team si impegnavano a non farli mai lavorare in condizioni di curva.
Se attivati in rollio avrebbero introdotto bruschi aumenti di rigidezza, con effetti negativi sulla prevedibilità e sulla confidenza di guida.
Come risolvere il dilemma di avere sostegno aerodinamico senza penalizzare la fase di percorrenza in curva?
La soluzione adottata su prototipi e vetture da Formula 1 è l’uso del “terzo elemento” (third spring o heave spring dal nome del movimento di “galleggiamento”).
Si tratta di una molla aggiuntiva montata su ciascun asse (una all’avantreno e una al retrotreno) che interviene solo nei movimenti simmetrici (compressione contemporanea di entrambe le ruote) e non nei movimenti differenziali tra le ruote.
In pratica, la terza molla assorbe i carichi di heave (affondamento/picchiata dovuti a downforce, frenata o accelerazione) senza influenzare il rollio in curva.
Su un’auto dotata di terzo elemento, questo può essere equipaggiato con la propria molla (spesso più rigida o progressiva) e il proprio bump stop dedicato.
Nel caso delle LMDh reali, è presente proprio questo terzo elemento sia all’anteriore che al posteriore, con bump stop tarati in modo da sostenere il carico aerodinamico a velocità elevata.
Così, quando l’auto è spinta verso il suolo dal downforce, la terza molla e il suo bump stop centrale si comprimono prendendo in carico gran parte dello sforzo, mentre le molle agli angoli restano ancora con un minimo di gioco, pronte ad assorbire le irregolarità del tracciato e a mantenere grip in curva.
Questo approccio permette di mantenere l’assetto stabile alle alte velocità senza che i bump stop dei quattro angoli “impacchino” la sospensione in curva.
In sintesi, nei prototipi ad alto carico si tende a far lavorare duramente i bump stop (e relative molle progressive) sul terzo elemento in heave, mantenendo invece un po’ di margine sulle sospensioni convenzionali nelle fasi di rollio.
Bene Top Driver, siamo giunti al termine di quest'approfondimento tecnico sui Bump Stop.
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A presto e ricorda: Top Driver, si Diventa!