La giusta sensazione: sviluppo del sistema IFS

Il compito era chiaro: sviluppare un sistema di sospensioni che avrebbe portato i veicoli Volvo a diventare leader mondiali per manovrabilità e comfort. Raggiungere l'obiettivo era molto più di una semplice sfida.

Tecnico impegnato in un test del sistema IFS.

Lo sviluppo delle sospensioni anteriori indipendenti (IFS) di Volvo Trucks ha richiesto più di dieci anni.

All'interno del banco di prova vibrazioni.

Il banco di prova vibrazioni di Volvo Trucks, il più grande al mondo nella sua categoria, contribuisce a ricreare le condizioni del circuito di test.

Il settore dei camion è molto conservatore quando si tratta di nuove tecnologie. Per questo, la presentazione di Volvo Trucks del primo sistema di sospensioni anteriori indipendenti (IFS) per camion ha fatto dubitare molti osservatori.

L'ingegnere senior Jan Zachrisson spiega perché il sistema di sospensioni IFS ha creato tanto trambusto quando è stato introdotto nell'autunno del 2012. “Alcune parti degli attuali sistemi di sospensioni si basano essenzialmente sulla stessa tecnologia utilizzata sui carri trainati dai cavalli del XVIII secolo. Separare le ruote nei telai anteriori in modo che possano funzionare in maniera indipendente, è una vera rivoluzione per i veicoli da carichi pesanti”. 

Prima di iniziare a lavorare al sistema IFS, Jan Zachrisson si è occupato del miglioramento dei telai anteriori del nuovo Volvo FH dotandoli di sospensioni pneumatiche. Con un passato professionale presso Volvo Buses, Zachrisson aveva già avuto a che fare con i sistemi di sospensioni individuali, dato che nel settore degli autobus, questa tecnologia viene utilizzata da più di trent'anni.

- Gli attuali telai anteriori, con sistemi di sospensioni a balestra e pneumatiche, sono talmente efficaci da rendere inutile un ulteriore sviluppo di questa tecnica. Con il sistema IFS, stiamo scrivendo i primi capitoli di un libro completamente nuovo e cambiamo radicalmente l'idea degli autisti sulla guida di un camion -.

Con il sistema IFS, stiamo scrivendo i primi capitoli di un libro completamente nuovo, cambiando radicalmente l'idea di cosa significhi guidare un camion.

Jan Zachrisson

Senior Engineer responsabile del sistema IFS

La prima bozza del libro sul sistema IFS era stata presentata da Volvo Trucks più di 10 anni fa. In quella fase erano già stati disegnati i primi prototipi, ma è stato solo nel 2008 che i lavori di sviluppo sono iniziati sul serio. Negli ultimi cinque anni, Bror Lundgren ha guidato un team di progettazione composto da circa 15 persone, insieme al quale ha sviluppato la nuova tecnologia. 

“Ci era stato chiesto di elaborare un progetto che avrebbe reso i veicoli Volvo leader mondiali in termini di manovrabilità e comfort. Dal momento che una parte del lavoro era già stata portata a termine, disponevamo di un'ottima piattaforma da cui iniziare, ma la fase più importante dello sviluppo, la transizione da un concetto al progetto industriale, era ancora lontana”, spiega Bror Lundgren.

Banco di prova vibrazioni.

Dal momento che la tecnologia IFS è del tutto nuova nel settore dei camion, il sistema è stato sottoposto a un numero infinito di collaudi presso il banco di prova vibrazioni di Volvo Trucks.

 

Con una lunga esperienza nel campo dei sistemi di sospensioni individuali nel settore automobilistico, non è di certo un caso che Bror Lundgren sia stato messo alla guida del progetto di sviluppo del sistema IFS di Volvo Trucks.

Il principio fondamentale su cui si basa il sistema è identico per automobili e camion: la sospensione individuale delle ruote conferisce al veicolo maggiore stabilità e la possibilità di affrontare gli imprevisti sulla strada. 

I sistemi, tuttavia, differiscono in termini di progettazione. Le principali sfide che gli ingegneri di Volvo Trucks si sono trovati ad affrontare sono lo spazio e la rigidità. 

In un'automobile, la rigidità nel sistema viene creata attraverso il telaio a cui è collegato l'assale. Ci sono, però, due motivi per cui questa soluzione non può essere applicata a un camion. Il primo è che il motore si trova nella stessa area in cui si trovano le sospensioni, mentre il secondo è che la struttura del telaio a cui è fissato il sistema, si trova più in alto rispetto alla superficie stradale. Di conseguenza, la naturale rigidità di un'automobile non può essere ricreata in un camion.

La soluzione è un progetto in cui le parti mobili del sistema siano tenute insieme da due controtelai che seguono la parte inferiore del motore. 

Test su strada.

Il veicolo in prova viene sottoposto a una serie estenuante di test su strada nel circuito di prova di Hällered, in Svezia.

“Occorreva evitare qualsiasi movimento laterale, quindi ci siamo concentrati nel rendere la struttura del telaio del sistema IFS più rigida possibile”, spiega Bror Lundgren.

“Quando abbiamo superato i test su banchi di prova specifici e ci siamo resi conti che il sistema avrebbe funzionato a dovere, è stata una grande vittoria”.  

Questi test sono fondamentali e vengono condotti presso il reparto di sviluppo di Volvo Trucks a Gothenburg, in Svezia. L'intera struttura di collaudo è caratterizzata da un leggero odore di olio e dal segnale acustico continuo del sistema idraulico che porta al gigantesco banco di prova di vibrazioni. 

“Lo chiamiamo T-Rex. È il banco di prova di vibrazioni più grande al mondo. In totale, supera 1.200 tonnellate di peso”, afferma Emil Skoog, il tecnico dei test che lavora presso la struttura. 

All'interno del banco di prova, il sistema di pistoni e cilindri fa vibrare l'assale a intervalli diversi, sottoponendo il sistema IFS a forze estreme. I parametri che controllano le vibrazioni sono stati raccolti sotto forma di dati da un veicolo di prova Volvo Trucks presso il circuito di Hällered, nei pressi di Göteborg, in Svezia.

“All'interno del circuito, il veicolo in prova viene sottoposto a un'estenuante serie di test su strada. Sull'assale vengono posti numerosi sensori che registrano le forze e i movimenti durante i test”, spiega Bror Lundgren.

Nel banco di prova vibrazioni, il numero di carichi sulla struttura è molto più grande rispetto a una situazione reale, per garantire che il sistema sia realmente resistente.

Bror Lundgren

Project Manager per il sistema IFS

Trasferendo i dati raccolti e utilizzandoli nel banco di prova di vibrazioni, è possibile ricreare le condizioni del circuito. I dati vengono utilizzati solo per simulare le parti del circuito in cui il veicolo di prova è sottoposto ai carichi più pesanti. In questo modo, i test vengono ottimizzati in termini di tempo, eliminando prove non necessarie e perdite di tempo.   

“Nel banco di prova di vibrazioni, il numero di carichi sulla struttura è molto più grande rispetto a una situazione reale, ciò serve a garantire che il sistema sia realmente resistente”, spiega Bror Lundgren. 

Durante un periodo di 10 settimane, l'assale viene testato centinaia di volte all'interno del banco di prova. Bror Lundgren alza lo sguardo verso l'assale in prova all'interno del banco e spiega l'importanza di ciascun test.

 

Assi sottoposti a test.

Durante un periodo di 10 settimane, gli assi vengono testati centinaia di volte all'interno del banco di prova.

“La nostra responsabilità nei confronti dei nostri clienti consiste nell'effettuare test fino a quando il sistema non è pronto per entrare in produzione. Dal momento che in futuro utilizzeremo questa tecnologia, è importante verificarne anche il funzionamento. Dobbiamo documentare le conoscenze che acquisiamo”.

Il risultato di cinque anni di sviluppo è il primo sistema IFS per veicoli da carichi pesanti prodotto in serie. Ma quali sono i principali vantaggi di questa nuova tecnologia? 

“Le caratteristiche di manovrabilità sono semplicemente rivoluzionarie. Il conducente può rilassarsi e il sistema offre una sensazione di sicurezza e stabilità completamente nuova rispetto alle normali sospensioni anteriori”, spiega Jan Zachrisson.  

Bror Lundgren annuisce e fa un paragone con due palloni da spiaggia gonfiabili.

“Con un assale dotato di sospensioni a balestra o pneumatiche è come stare seduti sul pallone ed essere costretti a fare movimenti frequenti per mantenere l'equilibrio. Al contrario, con il sistema IFS è come stare seduti all'interno del pallone e avere un miglior controllo della situazione. Tutto ciò crea una maggiore sensazione di sicurezza”. 

L'autista può rilassarsi come mai prima mentre il sistema offre una sensazione di sicurezza e stabilità nuova rispetto alle normali sospensioni anteriori.

Jan Zachrisson

Senior Engineer responsabile del sistema IFS

Il miglioramento della retroazione dello sterzo a pignone e cremagliera integrato nel sistema, anch'essa una tecnologia del tutto innovativa nel mondo dei camion, è un fattore decisivo, che offre caratteristiche di guida eccezionali.

Nel banco di prova di vibrazioni, Emil Skoog inizia il programma di test per la giornata. I pistoni entrano in funzione e l'asse di prova comincia a vibrare su e giù. La superficie su sospensioni pneumatiche su cui si trova il banco si muove, lasciando avvertire chiaramente i movimenti.

- Lo sterzo a pignone e cremagliera è un sistema più rigido rispetto a un normale servosterzo e il risultato è una risposta più diretta. L'intervallo di tempo tra pensiero e azione è più breve e questo aumenta ulteriormente la sensazione di controllo e sicurezza, aggiunge Jan Zachrisson.

Bror Lundgren è convinto che l'introduzione del sistema IFS rappresenti un nuovo capitolo nella storia dell'ingegneria automobilistica per le sospensioni dei camion.

- Siamo riusciti a ridefinire la sensazione che si prova quando si guida di un camion. Jan Zachrisson sostiene che abbiamo scritto il primo capitolo di un libro intitolato IFS. E io sono convinto che seguiranno molti altri capitoli”. 

 

Banco di prova vibrazioni.

Il sistema IFS viene sottoposto a forze estreme all'interno del banco di prova vibrazioni, dove un sistema di pistoni e cilindri fa vibrare l'assale. Per poter sopportare questi sofrzi, il banco poggia con sospensioni pneumatiche su un blocco di cemento da 1000 tonnellate.

Funzionamento: principali componenti del sistema IFS

Per i progettisti, la sfida consisteva nel creare un insieme con diversi componenti mobili ma che funzionassero come un insieme rigido. Ecco la loro soluzione.

1. Servosterzo a pignone e cremagliera
I movimenti del volante vengono trasferiti al servosterzo a pignone e cremagliera e quindi al tirante e ai giunti sferici su ciascun lato e infine ai braccetti dello sterzo. Dal braccetto dello sterzo, il movimento passa al perno di articolazione che fa girare la ruota del veicolo.

2. Ammortizzatori
Le sollecitazioni vengono assorbite dagli ammortizzatori fissati a una staffa sulla struttura di supporto e al telaio nella parte superiore.

3. Struttura di supporto
I bracci di controllo superiori e inferiori, gli ammortizzatori, i perni di articolazione, i soffietti pneumatici e il servosterzo sono tutti collegati alla struttura di supporto. Per far fronte alla pesante pressione, la struttura è composta da un unico blocco di materiale ultra-resistente. L'angolo di incidenza e l'inclinazione corretta del perno sono integrati nel progetto e offrono una straordinaria manovrabilità e un livello di usura del pneumatico minimo.

4. Struttura del controtelaio
I bracci di supporto superiori e inferiori sono montati sulla struttura di un controtelaio che mantiene saldo l'intero assetto. La struttura del controtelaio, realizzata in ghisa, è fissata a quella del telaio.

5. Doppi bracci di controllo
Le ruote anteriori sono collegate a una struttura di supporto su ciascun lato, sospesa in maniera indipendente nel telaio, attraverso un braccio di controllo superiore e uno inferiore. Una sospensione pneumatica, posta tra la struttura di supporto e quella del telaio, sostiene il carico e assorbe i movimenti dinamici creati dagli ostacoli presenti sulla superficie stradale durante la guida.

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