I pneumatici sono obsoleti?

Le sospensioni adattive con tassi di aggiustamento dell'ordine dei millisecondi stanno diventando mainstream nei veicoli di consumo. Le sospensioni pneumatiche sono state comuni su camion commerciali e alcuni SUV per qualche tempo.

Perché i pneumatici sono necessari o utili su veicoli dotati di tali sospensioni?

Capisco perché è necessario uno pneumatico indossabile: il rivestimento di attrito sulle ruote deve essere sostituito. Gli ultimi anni hanno visto una proliferazione di pneumatici a profilo molto basso per veicoli stradali, ma per quanto ne sappia sono sempre pneumatici. Perché? Gli aspetti negativi di pneumatici gonfiabili sono che si comportano male se gonfiati in modo improprio e sono soggetti a guasti, compresa la decompressione catastrofica. Quali sono i loro lati positivi? Ad esempio, forniscono risposte di smorzamento che non possono essere replicate con sospensioni pneumatiche o adattive?

Un pneumatico fornisce il "disaccoppiamento" meccanico delle più piccole variazioni di una superficie stradale (le massime frequenze), che coinvolge una piccola "massa non sospesa" (la gomma del battistrada) e una molla (la pressione dell'aria) che lavora contro la "molla" massa "della ruota e dell'asse.

Le sospensioni del veicolo (molle, ammortizzatori, ecc.), Funzionanti tra l'assale e il telaio del veicolo, disaccoppiano le variazioni più grandi, più lente (frequenza inferiore) della superficie stradale. In questo caso, l'intero gruppo pneumatico + ruota + asse è considerato la "massa non sospesa".

Mentre ci sono altri design di pneumatici che hanno qualità simili, sono generalmente più pesanti e molto più complessi da produrre. Almeno per ora, il pneumatico rimane il modo più economico per ottenere le prestazioni complessive desiderate. (Per non parlare del fatto che l'intera infrastruttura di servizio del veicolo è attualmente impostata per gestire i pneumatici.)

Anche se non li vedo diventare obsoleti presto, fai alcuni grandi punti che mi hanno fatto davvero pensare. Ho pensato ad alcuni vantaggi di pneumatici che superano alcuni casi limite, ma in realtà si riducono tutti alla stessa cosa:

Qualsiasi sporgenza causerà un punto di messa a fuoco per il peso che di solito si sviluppa su tutta la superficie di contatto del pneumatico.

Un pneumatico si deformerà attorno a tali sporgenze fino a un certo punto. Se l'intero peso solitamente supportato dallo pneumatico fosse focalizzato su una piccola area, ciò potrebbe causare danni alla superficie stradale o allo pneumatico. Ecco alcuni esempi:

• Piccola roccia sulla strada: la roccia può schiacciare in sicurezza; o può eseguire il ping ad alta velocità; oppure potrebbe incastrarsi nel pneumatico causando danni al pneumatico e al manto stradale in più punti lungo la strada; oppure potrebbe spaccare il manto stradale e incorporarsi dove l'acqua potrebbe entrare e congelarsi causando ulteriori danni.
• Strutture metalliche esposte: le sospensioni possono garantire che l'impatto dinamico non sia troppo grave, ma il peso focalizzato su un singolo angolo acuto potrebbe tagliare o ammaccare significativamente la gomma dura.
• Guidare su un marciapiede: ripetere la guida su un marciapiede porterebbe via l'angolo del marciapiede molto più rapidamente di un pneumatico, che si deformerebbe e inizierebbe a prendere peso sulla parte alta del marciapiede prima che il peso fosse completamente rimosso dalla parte inferiore lato.
• Incidenti: una gamba umana (ad esempio) che viene letteralmente investita da un pneumatico, sebbene non piacevole, subirebbe molto meno danni di un pneumatico duro. La gomma dura probabilmente frantumerebbe / frantumerebbe le ossa in pezzi molto piccoli e distruggerebbe completamente i muscoli e i vasi sanguigni schiacciandoli nei frammenti ossei.

C'è un altro vantaggio a cui riesco a pensare che non rientra nella categoria sopra:

• I pneumatici sono regolabili: puoi abbassare la pressione dell'aria per ottenere più superficie di contatto (e quindi aderenza) in condizioni sdrucciolevoli e aumentare la pressione per ridurre l'attrito se l'aderenza non è un problema.

Parte della risposta è che la dinamica dei pneumatici è ben compresa. Nel design di base della geometria delle sospensioni, gli angoli della ruota e del perno contribuiscono alla creazione di una pista pneumatica, che fornisce un ritorno alla forza centrale in curva.

La stessa deformazione della toppa di contatto del pneumatico quando presenta un input di sterzo aggressivo, o l'accelerazione o la frenata, consente allo pneumatico di aderire più che se fosse solido e di aumentare il tempo di risposta dell'intero veicolo a un determinato input. C'è un punto debole lì, poiché una gomma a terra non risponde, ma una gomma rigida romperà la trazione troppo facilmente.

Questo non significa che queste cose non possano essere superate da una sospensione attiva, ma la sospensione dovrebbe deformarsi attivamente in direzioni che non sono attualmente considerate. Le sospensioni computerizzate all'avanguardia modificano molto rapidamente il profilo di risposta dell'ammortizzatore, ma non regolano attivamente gli angoli di sterzo o di campanatura della ruota.

jhabbott elenca alcuni fantastici motivi per continuare a usare pneumatici, ecco alcuni motivi aggiuntivi:

1. I pneumatici sono economici da produrre
2. I pneumatici svolgono il lavoro con poca manutenzione.
3. I guasti dei pneumatici sono facilmente riparabili sul campo.
4. Pneumatici simili possono essere utilizzati su un'ampia varietà di veicoli e persino tipi di veicoli.

Al contrario, quando le sospensioni attive falliscono sono costose, non riparabili sul campo e richiedono parti specializzate.

Per aggiungere ad altre risposte, il pneumatico assorbe la maggior parte degli impatti minori attenuando le variazioni di carico su prigionieri, braccio di controllo e cuscinetti. Una volta montati con pneumatici duri, dovrai ridisegnare le sospensioni per far fronte a sollecitazioni molto più immediate da piccoli urti.

Inoltre, quando si viaggia su ghiaia, i pneumatici hanno il cerotto più a contatto a causa dell'assorbimento di punti alti (ghiaia).