Caracteristici și avantaje ale suspensiei magnetice

Orice mașină modernă, chiar și cea mai bugetară, va fi echipată cu suspensie. Acest sistem este capabil să ofere o plimbare confortabilă pe drumuri cu diferite tipuri de suprafețe. Cu toate acestea, pe lângă confort, scopul acestei părți a mașinii este, de asemenea, de a promova conducerea în siguranță. Pentru detalii despre ceea ce este o suspendare, citiți într-o recenzie separată.

Ca orice alt sistem auto, suspensia este în curs de actualizare. Datorită eforturilor inginerilor din diverse preocupări auto, în plus față de modificările mecanice clasice, există deja un design pneumatic (citiți detalii despre el aici), suspensie hidraulică și magnetică și varietățile acestora.

Să luăm în considerare modul în care funcționează tipul magnetic al pandantivelor, modificările lor, precum și avantajele față de structurile mecanice clasice.

Ce este suspensia magnetică

În ciuda faptului că sistemul de amortizare al mașinii este în mod constant îmbunătățit și apar elemente noi în designul său sau geometria diferitelor piese, funcționarea sa rămâne practic aceeași. Amortizorul amortizează șocurile care sunt transmise de pe șosea prin roată către caroserie (sunt descrise detalii despre dispozitiv, modificări și defecțiuni ale amortizoarelor separat). Arcul readuce roata în poziția inițială. Datorită acestei scheme de lucru, mișcarea mașinii este însoțită de aderența constantă a roților la suprafața drumului.

Puteți schimba radical modul de suspensie instalând un dispozitiv adaptiv pe platforma mașinii care s-ar adapta la situația drumului și ar îmbunătăți manevrabilitatea vehiculului, indiferent cât de bun sau rău este drumul. Un exemplu de astfel de structuri este o suspensie adaptivă, care în diferite versiuni este deja instalată pe modelele seriale (pentru mai multe detalii despre acest tip de dispozitiv, citiți aici).

Ca una dintre variantele mecanismelor adaptive, a fost dezvoltat un tip de suspensie electromagnetică. Dacă comparăm această dezvoltare cu un analog hidraulic, atunci în a doua modificare există un fluid special în servomotoare. Componentele electronice modifică presiunea din rezervoare, astfel încât fiecare element de amortizare își schimbă rigiditatea. Principiul este similar pentru tipul pneumatic. Dezavantajul unor astfel de sisteme este că circuitul de lucru nu se poate adapta rapid la situația drumului, deoarece trebuie să fie umplut cu o cantitate suplimentară de mediu de lucru, care, în cel mai bun caz, durează câteva secunde.

Cel mai rapid mod de a face față acestei lucrări pot fi mecanismele care funcționează pe baza interacțiunii electromagnetice a elementelor executive. Acestea sunt mai receptive la comandă, deoarece pentru a schimba modul de amortizare, nu este necesar să pompați sau să scurgeți mediul de lucru din rezervor. Componentele electronice din suspensia magnetică emit comanda, iar dispozitivul răspunde instantaneu la aceste semnale.

Confortul sporit de deplasare, siguranța la viteze mari și suprafețele de drum instabile, precum și ușurința de manevrare sunt principalele motive pentru care dezvoltatorii încearcă să implementeze suspensii magnetice în mașinile de producție, deoarece modelele clasice nu sunt capabile să atingă parametrii ideali în acest sens.

Însăși ideea de a crea un vehicul „plutitor” nu este nouă. Ea este adesea găsită pe paginile unor opere fantastice cu zboruri spectaculoase de gravikari. Până în primii ani ai anilor 80 ai secolului trecut, această idee a rămas în stadiul de fantezie și doar unii cercetători au considerat-o posibilă, dar în viitorul îndepărtat.

Cu toate acestea, în 1982, a apărut prima dezvoltare mondială a unui tren care se deplasa pe o suspensie magnetică. Acest vehicul a fost numit magnetoplan. Comparativ cu analogii clasici, acest tren a dezvoltat o viteză fără precedent în acel moment - mai mare de 500 km / h, iar în ceea ce privește moliciunea „zborului” și lipsa de zgomot a muncii, doar păsările ar putea face o adevărată concurență. Singurul dezavantaj din cauza căruia implementarea acestei dezvoltări este lentă nu este doar costul ridicat al trenului în sine. Pentru a se putea mișca, are nevoie de o pistă specială care să ofere câmpul magnetic adecvat.

Deși această dezvoltare nu a fost încă aplicată în industria auto, oamenii de știință nu părăsesc acest proiect „adunând praf pe raft”. Motivul este că principiul de funcționare electromagnetic elimină complet fricțiunea roților motrice pe suprafața drumului, lăsând doar rezistență la aer. Deoarece este imposibil să transferați complet toate vehiculele cu roți la un tip similar de șasiu (va fi necesar să construiți drumuri corespunzătoare în întreaga lume), inginerii s-au concentrat pe introducerea acestei dezvoltări în suspensia de mașini.

Datorită instalării elementelor electromagnetice pe probele de testare, oamenii de știință au reușit să ofere conceptului de mașini o dinamică și o controlabilitate mai bune. Designul suspensiei magnetice este destul de complex. Este un rack care este instalat pe toate roțile în conformitate cu același principiu ca și un rack MacPherson (citiți despre el în detaliu într-un alt articol). Aceste elemente nu au nevoie de un mecanism de amortizare (amortizor) sau de un arc.

Corectarea funcționării acestui sistem se efectuează prin intermediul unității de control electronic (separat, deoarece microprocesorul trebuie să proceseze o mulțime de date și să activeze un număr mare de algoritmi). O altă caracteristică a acestei suspensii este că, spre deosebire de versiunile clasice, nu are nevoie de bare de torsiune, stabilizatoare și alte piese pentru a asigura stabilitatea vehiculului la viraje și la viteze mari. În schimb, poate fi utilizat un fluid magnetic special, care combină proprietățile unui fluid și a unui material magnetizat sau a electrovalvelor.

Unele mașini moderne folosesc amortizoare cu o substanță similară în loc de ulei. Deoarece există o mare probabilitate de eșec al sistemului (la urma urmei, aceasta este încă o nouă dezvoltare, care nu a fost încă pe deplin gândită), arcurile pot fi prezente în dispozitivul său.

Principiul de funcționare

Principiul interacțiunii electro-magneților este luat ca bază pentru funcționarea suspensiei magnetice (în hidraulică este fluidă, în aer pneumatic - aer și în mecanică - părți elastice sau arcuri). Funcționarea acestui sistem se bazează pe următorul principiu.

Din cursul școlii, toată lumea știe că aceiași poli de magneți se resping reciproc. Pentru a conecta elementele magnetizate, va trebui să depuneți suficient efort (acest parametru depinde de mărimea elementelor care trebuie conectate și de puterea câmpului magnetic). Magneții permanenți cu un câmp atât de puternic pentru a rezista la greutatea unei mașini sunt greu de găsit, iar dimensiunile unor astfel de elemente nu le vor permite să fie utilizate în mașini, darămite să se adapteze la situația rutieră.

De asemenea, puteți crea un magnet cu electricitate. În acest caz, va funcționa numai atunci când actuatorul este alimentat. Puterea câmpului magnetic în acest caz poate fi ajustată prin creșterea curentului pe părțile care interacționează. Prin acest proces, este posibilă creșterea sau scăderea forței de respingere și, odată cu aceasta, rigiditatea suspensiei.

Astfel de caracteristici ale electro-magneților permit utilizarea lor ca arcuri și amortizoare. Pentru aceasta, structura trebuie să aibă în mod necesar cel puțin doi electro-magneți. Incapacitatea de a comprima piesele are același efect ca un amortizor clasic, iar forța respingătoare a magneților este comparabilă cu cea a unui arc sau arc. Datorită combinației acestor proprietăți, arcul electromagnetic răspunde mult mai repede decât omologii mecanici, iar timpul de răspuns la semnalele de comandă este mult mai scurt, ca în cazul hidraulicii sau pneumatice.

În arsenalul dezvoltatorilor există deja un număr suficient de electro-magneți de lucru cu diverse modificări. Nu mai rămâne decât să creăm o ECU de suspensie eficientă, care să primească semnale de la șasiu și senzorii de poziție a caroseriei și să regleze fin suspensia. În teorie, această idee este destul de realistă de pus în aplicare, dar practica arată că această dezvoltare are mai multe „capcane”.

În primul rând, costul unei astfel de instalații va fi prea mare pentru un automobilist cu un venit material mediu. Și nu orice om bogat își putea permite să cumpere o mașină cu o suspensie magnetică cu drepturi depline. În al doilea rând, întreținerea unui astfel de sistem ar fi asociată cu dificultăți suplimentare, de exemplu, complexitatea reparației și un număr mic de specialiști care înțeleg complexitățile sistemului.

O suspensie magnetică completă poate fi dezvoltată, dar nu va putea crea o concurență demnă, deoarece puțini oameni vor dori să depășească o avere doar pentru viteza de răspuns a suspensiei adaptive. Mult mai ieftin și cu un succes bun, elementele magnetice controlate electric pot fi introduse în proiectarea amortizoarelor clasice.

Și această tehnologie are deja două aplicații:

1. Instalați o supapă electromecanică în amortizor care schimbă secțiunea canalului prin care se deplasează uleiul de la o cavitate la alta. În acest caz, puteți schimba rapid rigiditatea suspensiei: cu cât deschiderea de bypass este mai largă, cu atât amortizorul funcționează mai moale și invers.
2. Injectați un fluid reologic magnetic în cavitatea amortizorului, care își schimbă proprietățile datorită efectului unui câmp magnetic asupra acestuia. Esența unei astfel de modificări este identică cu cea precedentă - substanța de lucru curge mai repede sau mai încet de la o cameră la alta.

Ambele opțiuni sunt deja utilizate în unele vehicule de producție. Prima dezvoltare nu este atât de rapidă, dar este mai ieftină în comparație cu amortizoarele pline cu fluid magnetic.

Tipuri de suspensii magnetice

Deoarece o suspensie magnetică completă este încă în curs de dezvoltare, producătorii de automobile implementează parțial această schemă în modelele lor de mașini, urmând una dintre cele două căi menționate mai sus.

În lume, printre toate evoluțiile suspensiilor magnetice, există trei soiuri care merită atenție. În ciuda diferenței în principiul de funcționare, proiectare și utilizare a diferitelor servomotoare, toate aceste modificări au mai multe asemănări. Lista include:

• Manete și alte elemente ale mersului mașinii, care determină direcția de mișcare a roților în timpul funcționării suspensiei;
• Senzori pentru poziția roților în raport cu caroseria, viteza de rotație și starea drumului din fața mașinii. Această listă include, de asemenea, senzori de uz general - forțele de apăsare a pedalei de gaz / frână, sarcina motorului, turația motorului etc.;
• O unitate de control separată în care semnalele de la toți senzorii din sistem sunt colectate și procesate. Microprocesorul generează impulsuri de control în conformitate cu algoritmii care au fost cusute în timpul producției;
• Electro-magneți, în care, sub influența electricității, se formează un câmp magnetic cu polaritatea corespunzătoare;
• O centrală electrică care generează un curent capabil să activeze magneți puternici.

Să luăm în considerare care este particularitatea fiecăruia dintre ele și apoi vom discuta despre avantajele și dezavantajele versiunii magnetice a sistemului de amortizor al mașinii. Înainte de a începe, merită să clarificăm că niciunul dintre sisteme nu este produsul spionajului corporativ. Fiecare dintre evoluții este un concept dezvoltat individual, care are dreptul să existe în lumea industriei auto.

Suspensie magnetică SKF

SKF este un producător suedez de piese auto pentru reparații profesionale de vehicule. Designul amortizoarelor magnetice ale acestui brand este cât se poate de simplu. Dispozitivul acestor piese elastice și amortizoare include următoarele elemente:

• Capsulă;
• Doi electromagneti;
• Tija amortizorului;
• Arc.

Principiul de funcționare a unui astfel de sistem este după cum urmează. Când sistemul electric al mașinii este pornit, electromagnetele situate în capsulă sunt activate. Datorită acelorași poli ai câmpului magnetic, aceste elemente sunt respinse una de cealaltă. În acest mod, dispozitivul funcționează ca un arc - nu permite caroseriei să se întindă pe roți.

Când mașina circulă pe drum, senzorii de pe fiecare roată transmit semnale către ECU. Pe baza acestor date, unitatea de control modifică puterea câmpului magnetic, crescând astfel cursa tijei, iar suspensia devine moale clasică dintr-una sportivă. Unitatea de control controlează, de asemenea, mișcarea verticală a tijei tijei, ceea ce nu dă impresia că mașina funcționează doar pe arcuri.

Efectul de arc este asigurat nu numai de proprietățile respingătoare ale magneților, ci de arc, care este instalat pe rack în cazul unei întreruperi a curentului. În plus, acest element vă permite să opriți magneții atunci când vehiculul este parcat cu un sistem de bord inactiv.

Dezavantajul acestui tip de suspensie este că consumă multă energie, deoarece ECU schimbă constant tensiunea din bobinele magnetului, astfel încât sistemul să se adapteze rapid la situația de pe drum. Dar dacă comparăm „lacomia” acestei suspensii cu unele accesorii (de exemplu, cu un aparat de aer condiționat și o încălzire interioară funcțională), atunci nu consumă o cantitate extrem de mare de electricitate. Principalul lucru este că un generator cu o putere adecvată este instalat în mașină (ce funcție îndeplinește acest mecanism este descrisă aici).

Suspensia Delphi

Noile caracteristici de amortizare sunt oferite de suspensia dezvoltată de compania americană Delphi. În exterior, seamănă cu poziția clasică McPherson. Influența electro-magneților se efectuează numai asupra proprietăților fluidului reologic magnetic din cavitățile amortizorului. În ciuda acestui design simplu, acest tip de suspensie arată o adaptare excelentă a rigidității amortizoarelor în funcție de semnalele de la unitatea de comandă.

Comparativ cu omologii hidraulici cu rigiditate variabilă, această modificare răspunde mult mai rapid. Lucrarea magneților schimbă doar vâscozitatea substanței de lucru. În ceea ce privește elementul arc, rigiditatea acestuia nu trebuie modificată. Sarcina sa este de a readuce roata pe șosea cât mai repede posibil atunci când conduceți rapid pe suprafețe inegale. În funcție de modul în care funcționează electronica, sistemul este capabil să facă fluidul din amortizoare mai fluid, astfel încât tija amortizorului să se miște mai repede.

Aceste proprietăți de suspensie sunt puțin practice pentru transportul civil. Fracțiunile de secundă joacă un rol important în motorsport. Sistemul în sine nu necesită atât de multă energie ca în cazul tipului anterior de amortizoare. Un astfel de sistem este, de asemenea, controlat pe baza datelor provenite de la diferiți senzori situați pe roți și elemente ale structurii suspensiei.

Această dezvoltare este deja utilizată activ în suspensiile adaptive ale mărcilor precum Audi și GM (unele modele Cadillac și Chevrolet).

Suspensie electromagnetică Bose

Marca Bose este cunoscută de mulți șoferi pentru sistemele sale de difuzoare premium. Dar, pe lângă pregătirea audio de înaltă calitate, compania lucrează și la dezvoltarea unuia dintre cele mai spectaculoase tipuri de suspensii magnetice. Până la sfârșitul secolului al XX-lea, un profesor care creează o acustică spectaculoasă, de asemenea „infectat” cu ideea de a crea o suspensie magnetică cu drepturi depline.

Designul dezvoltării sale seamănă cu același amortizor de tije, iar electromagnetii din dispozitiv sunt instalați conform principiului, ca și în modificarea SKF. Numai că nu se resping reciproc, ca în prima versiune. Electro-magneții înșiși sunt localizați pe toată lungimea tijei și a corpului, în interiorul căruia se deplasează, iar câmpul magnetic este maximizat și numărul de plusuri este mărit.

Particularitatea unei astfel de instalații este că nu necesită mult mai multă energie. De asemenea, îndeplinește simultan funcția de amortizor și de arc, și funcționează atât într-un mod static (mașina este în picioare), cât și într-un mod dinamic (mașina se mișcă de-a lungul unui drum accidentat).

Sistemul în sine asigură controlul unui număr mai mare de procese care au loc în timp ce mașina este la volan. Amortizarea oscilațiilor are loc datorită unei modificări accentuate a polilor câmpului magnetic. Sistemul Bose este considerat reperul tuturor acestor modele de suspensie. Este capabil să ofere o cursă eficientă a tijei cu până la douăzeci de centimetri, să stabilizeze perfect corpul, eliminând chiar și cea mai mică rulare în timpul virajelor de mare viteză, precum și „ciocănirea” în timpul frânării.

Această suspensie magnetică a fost testată pe modelul emblematic al producătorului auto japonez Lexus LS, care, apropo, a fost recent restilizat (a fost prezentat un test drive pentru una dintre versiunile anterioare ale berlinei premium într-un alt articol). În ciuda faptului că acest model a primit deja o suspensie de înaltă calitate, care se caracterizează prin buna funcționare, în timpul prezentării sistemului magnetic a fost imposibil să nu observăm admirația jurnaliștilor auto.

Producătorul a echipat acest sistem cu mai multe moduri de operare și un număr mare de setări diferite. De exemplu, atunci când mașina este în viraj la viteză mare, ECU-ul suspensiei înregistrează viteza vehiculului, începutul rulării caroseriei. În funcție de semnalele de la senzori, energia electrică este furnizată într-o măsură mai mare la raftul uneia dintre roțile mai încărcate (mai des este roata din față, situată pe traiectoria exterioară a semicercului de rotație). Datorită acestui fapt, roata exterioară din spate devine și roata de sprijin, iar mașina menține aderența pe suprafața drumului.

O altă caracteristică a suspensiei magnetice a lui Bose este că poate acționa și ca un generator secundar. Când tija amortizorului se mișcă, sistemul de recuperare asociat colectează energia eliberată în acumulator. Este posibil ca această dezvoltare să fie modernizată în continuare. În ciuda faptului că acest tip de suspensie este teoretic cea mai eficientă, de departe cea mai dificilă este programarea unității de comandă astfel încât mecanismul să poată realiza întregul potențial al sistemului descris în desene.

Perspective pentru apariția suspensiilor magnetice

În ciuda eficienței sale evidente, o suspensie magnetică completă nu a intrat încă în producția de masă. În acest moment, principalul obstacol în acest sens este aspectul costurilor și complexitatea programării. Suspensia magnetică revoluționară este prea costisitoare și nu a fost încă dezvoltată pe deplin (este dificil să creezi un software adecvat, deoarece un număr mare de algoritmi trebuie să fie activați în microprocesor pentru a-și realiza întregul potențial). Dar deja acum există o tendință pozitivă spre aplicarea ideii în vehiculele moderne.

Orice nouă tehnologie are nevoie de finanțare. Este imposibil să dezvolți o noutate și să o lansezi imediat într-o serie fără teste preliminare și, pe lângă activitatea inginerilor și programatorilor, acest proces necesită și investiții uriașe. Dar de îndată ce dezvoltarea este pusă pe transportor, designul său va fi treptat simplificat, făcând posibilă o vizualizare a unui astfel de dispozitiv nu numai în mașinile premium, ci și în modelele segmentului de preț mediu.

Este posibil ca în timp sistemele să se îmbunătățească, ceea ce va face vehiculele cu roți mai confortabile și mai sigure. Mecanismele bazate pe interacțiunea electro-magneților pot fi utilizate și în alte modele de vehicule. De exemplu, pentru a spori confortul în timpul conducerii unui camion, scaunul șoferului se poate baza nu pe o pernă pneumatică, ci pe o pernă magnetică.

În ceea ce privește dezvoltarea suspensiilor electromagnetice, astăzi următoarele sisteme conexe trebuie îmbunătățite:

• Sistem de navigare. Elementele electronice trebuie să determine în prealabil starea suprafeței drumului. Cel mai bine este să faceți acest lucru pe baza datelor navigatorului GPS (citiți despre caracteristicile funcționării dispozitivului aici). Suspensia adaptivă este pregătită în avans pentru suprafețe de drum dificile (unele sisteme de navigație oferă informații cu privire la starea suprafeței drumului) sau pentru un număr mare de viraje.
• Sistem de viziune în fața vehiculului. Pe baza senzorilor în infraroșu și a analizei imaginii grafice care provine de la camera video frontală, sistemul trebuie să determine în prealabil natura modificărilor de pe suprafața drumului și să se adapteze la informațiile primite.

Unele companii implementează deja sisteme similare în modelele lor, așa că există încredere în dezvoltarea iminentă a suspensiilor magnetice pentru mașini.

Avantaje și dezavantaje

Ca orice alt mecanism nou care este planificat să fie introdus în proiectarea mașinilor (sau care este deja utilizat în autovehicule), toate tipurile de suspensii electromagnetice prezintă avantaje și dezavantaje.

Să vorbim mai întâi despre profesioniști. Această listă include astfel de factori:

• Proprietățile de amortizare ale sistemului sunt de neegalat în ceea ce privește buna funcționare;
• Prin reglarea fină a modurilor de amortizare, conducerea devine aproape ideală fără rolele caracteristice unor modele mai simple. Același efect asigură aderența maximă pe drum, indiferent de calitatea acestuia;
• În timpul accelerației și frânării puternice, mașina nu își „mușcă” nasul și nu stă pe puntea spate, ceea ce la mașinile obișnuite afectează grav aderența;
• Uzura anvelopelor este mai uniformă. Desigur, dacă geometria pârghiilor și a altor elemente ale suspensiei și șasiului este reglată corespunzător (pentru mai multe detalii despre montaj, citiți separat);
• Aerodinamica mașinii este îmbunătățită, deoarece caroseria sa este întotdeauna paralelă cu carosabilul;
• Uzura neuniformă a elementelor structurale este eliminată prin distribuirea forțelor între roțile încărcate / descărcate.

În principiu, toate punctele pozitive se referă la scopul principal al oricărei suspendări. Fiecare producător de automobile se străduiește să îmbunătățească tipurile existente de sisteme de amortizare pentru a-și aduce produsele cât mai aproape de idealul menționat.

În ceea ce privește dezavantajele, suspensia magnetică are una. Aceasta este valoarea sa. Dacă instalați o dezvoltare completă de la Bose, atunci chiar și cu calitatea scăzută a interiorului și configurația minimă a sistemului electronic, mașina va costa în continuare prea mult. Niciun singur producător de automobile nu este încă pregătit să introducă astfel de modele într-o serie (chiar și una limitată), în speranța că bogații vor cumpăra imediat un produs nou și nu are rost să investească o avere într-o mașină care va fi în depozite. . Singura opțiune este fabricarea unor astfel de mașini la o comandă individuală, dar în acest caz sunt puține companii care sunt gata să ofere un astfel de serviciu.

În concluzie, vă sugerăm să vizionați un scurt videoclip despre modul în care funcționează suspensia magnetică Bose în comparație cu omologii clasici:

Invenția NU este pentru muritorii obișnuiți. Oricine ar vrea să vadă această tehnologie în mașina lor