Электромагнитная подвеска автомобиля принцип работы

Электромагнитная подвеска автомобиля: описание, принцип действия, достоинства

В отзывах автолюбителей об эксплуатационных качествах разных моделей особое место отводится подвеске. Она оказывает незначительное влияние на динамику машины и практически не отражается на способностях раскрытия ее силового потенциала. Однако с точки зрения управления и комфорта этот компонент очень важен. Жесткость или мягкость посадки напрямую зависят от того, каким образом была реализована связка ходовой части и кузова. Совсем недавно появилась новая концепция решения данной задачи – это электромагнитная подвеска, конструкционные особенности которой обусловили немало достоинств с точки зрения эксплуатации машины.

Общие сведения об электромагнитной подвеске

Для начала следует вспомнить, какие функции должна выполнять традиционная подвеска. В сущности, это переходное звено между колесами и кузовом автомобиля. Данный компонент обеспечивает надежное скрепление мостов с рамой и другими узлами. В процессе эксплуатации именно подвеска транслирует несущей конструкции крутящий момент и усилия, возникающие в процессе взаимодействия колесной базы с дорожным покрытием. В результате отдельные части автомобиля в области кузова и рамы обеспечивают необходимый характер перемещений колес. Теперь можно перейти к электромагнитной подвеске. Главной особенностью, которая отличает эту разновидность от классических агрегатов, является полное или частичное избавление от пружин, торсионов и других вспомогательных деталей обычной подвески. Во многом функции традиционных компонентов этого узла в электромагнитной системе занимает двигатель.

Принцип работы

Функция механических систем обеспечивается группой упругих деталей, а в гидравлических аналогах задачи рабочего компонента выполняет жидкость. В свою очередь, электромагнитная подвеска предполагает наличие силовой установки, управление которой происходит через компьютер. Функциональным элементом в данном случае выступают электромагниты. На практике это означает, что водитель может в режиме реального времени отслеживать показатели колес и агрегатов, которые охватывают весь периметр кузова. На основе передаваемых показателей система может самостоятельно принимать решения о выполнении необходимых корректировок, посылая соответствующие сигналы.

Преимущества

Сравнивать эффективность новой системы с традиционными гидравлическими и пружинными аналогами нет смысла, поскольку это совершенно разные устройства. И все же с точки зрения водителя разница довольно существенная. В первую очередь, отмечается мягкость ходовой части автомобиля, которая вовсе не противоречит высоким показателям стабильности и устойчивости. Есть и преимущества в плане управления. Наличие электроники, контролирующей подвеску, давно не является чем-то эксклюзивным. Однако электромагнитные системы обеспечивают более высокую скорость реакций на команды бортового компьютера.

Кроме того, есть преимущество у подвесок такого типа в плане экономии энергопотребления. Стандартная мощность составляет лишь 20 Вт, что позволяет рациональнее использовать энергетические ресурсы машины. В то же время электромагнитная подвеска достаточно универсальна и даже многофункциональна. Сохраняя примерно схожие функции, этот комплекс может переходить из автоматизированного режима в механический. Это комбинированные системы, в составе которых предусматриваются и амортизаторы в качестве запасных элементов для обеспечения рабочего усилия. В совокупности перечисленные достоинства обуславливают высокую надежность ходовой части и безопасность автомобиля в целом.

Электромагнитная подвеска Bose

Одной из самых популярных систем этого класса является разработка ученого Арама Боуза. В его интерпретации этот комплекс представляется линейным электродвигателем, который может работать как демпфирующий или упругий компонент в зависимости от условий движения. Амортизационный шток с наличием в конструкции постоянных магнитов выполняет возвратно-поступательные действия по длине статорной обмотки, которая расположена в корпусе.

В процессе движения устройство эффективно сглаживает колебания, которые возникают на неровных участках. При этом электромагнитная подвеска Bose предполагает широкий спектр различных настроек. Например, в процессе преодоления виража автомобилист сможет так настроить схему сигналов, что опорным выступит внешнее заднее колесо. И напротив, в повороте подвеска переключит основную нагрузку на переднюю часть. В итоге обеспечивается повышенный контроль над машиной в процессе управления.

Подвеска SKF

Это менее распространенная, но перспективная конструкция от шведских разработчиков из компании SKF. В данном случае речь идет о комбинации электромагнитов и традиционных элементов, обеспечивающих механическую упругость. Устройство по внешнему виду напоминает капсулу, в составе которой присутствуют электромагниты. Борт-компьютер машины обрабатывает информацию от датчиков, размещенных на колесах, и моментально корректирует показатели жесткости магнитно-демпферного компонента. Поскольку шведская электромагнитная подвеска предполагает использование в конструкции несущих упругих элементов, то даже при условии отсутствия сигнала от компьютера система продолжит выполнять свои основные функции.

Подвеска марки Delphi

Компания Delphi предлагает систему с однотрубным амортизатором с наполнением в виде магнито-реологического состава. Это особая комбинация жидкости и магнитных элементов, которые в ней содержатся. Благодаря использованию специальных покрытий мелкие частицы не слипаются и занимают примерно одну треть от всего объема жидкости. Поршневая головка представлена электромагнитом, который управляется командами борт-компьютера. Под воздействием магнитного поля магнитные элементы меняют конфигурацию расположения, в результате чего подвеска Delphi корректирует настройки амортизатора. К достоинствам такой конструкции следует отнести скорость реакции, которая не превышает 1 м/с. Именно в таком исполнении электромагнитная система обеспечивает наиболее экономный расход энергоресурсов.

Стоимость подвески

Рынок подвесок пока еще только осваивает новую разработку, но впечатляющие результаты испытаний уже привлекают немало заинтересованных автомобилистов. На данный момент для покупки доступна электромагнитная подвеска, цена которой составляет в среднем 200-250 тыс. руб. Для сравнения, за аналогичную стоимость можно обзавестись высококачественной пневматической системой, но, конечно, результат будет не столь чувствителен в плане комфорта и управляемости.

Заключение

Концепция электромагнитной системы обусловила появление целого направления в автомобильной отрасли, специалисты которой занимаются улучшением ходовой части. Основной площадкой для работ в этой сфере является передняя подвеска автомобиля, хотя возможности новой конструкции позволяют ориентироваться на более широкий простор в плане технической реализации. Также развиваются и сторонние направления. К примеру, некоторые из последних модификаций электромагнитной подвески дополняются и полноценной функцией электрогенератора. Это значит, что все неровности покрытия, преодолеваемые машиной, трансформируются в электрическую энергию.

Источник статьи: http://fb.ru/article/238660/elektromagnitnaya-podveska-avtomobilya-opisanie-printsip-deystviya-dostoinstva

Особенности и преимущества магнитной подвески

В процессе постоянного усовершенствования ходовой части автомобиля ученые и инженеры разработали уникальную магнитную подвеску. Некоторые ее варианты уже устанавливаются на автомобилях премиум-класса, остальные пока нашли применение лишь на опытных образцах. Из статьи узнаем, что такое магнитная подвеска: ее виды, характеристики, преимущества и недостатки, отличия от других типов подвесок.

Все, что нужно знать о магнитной подвеске

Электромагнитная подвеска – это довольно сложное устройство в виде стойки на каждое колесо, заменяющее пружину и амортизатор. Управляется она электронным блоком и предназначена для обеспечения более высокой плавности хода автомобиля.

Общий вид электромагнитной подвески

Отличие магнитной подвески от классических ее предшественниц заключается в возможности работы при полном отсутствии пружин, торсионов, стабилизаторов, амортизаторов и других вспомогательных элементов. Здесь функции этих компонентов выполняют электромагнитные клапаны или магнитно-реологическая жидкость. Хотя некоторые подвески оснащены пружинами и амортизаторами на случай, если выйдет из строя автоматическая система управления.

Если в гидравлических подвесках функциональным элементом служит специальная жидкость, в механических – упругие элементы (пружины), в пневматических – воздух, то в случае магнитного аналога эта роль отводится электромагнитам. Фактически это позволяет автолюбителю отслеживать все показатели положения кузова и колес в режиме реального времени.

Преимущества и недостатки магнитной подвески

Достоинства магнитной подвески исходят из самого ее предназначения. К ним относятся:

1. высокая плавность хода автомобиля;
2. устойчивость автомобиля при движении на больших скоростях;
3. высокий уровень комфорта и безопасности при движении по различным поверхностям;
4. рациональное использование энергетических ресурсов машины.

На сегодняшний день главным недостатком такого вида подвески является лишь ее высокая стоимость.

Виды магнитных подвесок

В настоящее время известны три крупных мировых бренда, выпускающие магнитные подвески:

Остановимся на каждом из них более подробно.

Магнитная подвеска SKF

Электромагнитная подвеска, созданная шведской компанией, представлена в виде капсулы. Капсула состоит из двух электромагнитов. На основе данных со всех датчиков, собранных бортовым компьютером, корректируется жесткость демпфирующего элемента. Это позволяет выбрать оптимальный режим движения автомобиля.

Магнитная стойка SKF

Ключевой задачей, которая была поставлена перед шведскими специалистами при разработке своего варианта магнитной подвески, являлось достижение простоты и надежности конструкции.

В случае неисправности системы управления подвеска продолжает функционирование за счет пружины. Возможность перехода из автоматического режима в механический является главным преимуществом подвески SKF. Кроме того, устройство подвески позволяет избежать эффекта проседания при длительной стоянке машины.

Подвеска Delphi

В варианте от Delphi подвеска представлена в виде однотрубного амортизатора, заполненного магнитно-реологической жидкостью. Размер магнитных частиц в составе не превышает десяти микрон. Особое покрытие, добавленное в раствор в пропорции “один к трем”, препятствует слипанию частиц между собой.

Поршень амортизатора, управляемый электронным блоком, содержит в себе электромагнит. При подаче управляющего сигнала образуется магнитное поле и частицы принимают упорядоченную структуру. Вязкость жидкости увеличивается. Режим работы амортизатора меняется – он становится более жестким.

Главным преимуществом подвески является скорость реакции, не превышающая 1 м/с. Помимо этого при неисправности системы управления подвеска будет функционировать за счет гидравлического амортизатора. Это обеспечивает безопасность при управлении транспортным средством.

Электромагнитная подвеска Bose

Магнитная подвеска, разработанная ученым Арамом Боузом (да-да, именно тем, кто также производит премиальное музыкальное оборудование), является одной из самых популярных и обсуждаемых. В его трактовке устройство представлено линейным электродвигателем, который, в зависимости от режима движения, работает как упругий или демпфирующий элемент.

Отличительная особенность этой подвески – быстрота действия за счет работы магнитного штока. Амортизационный шток с установленными на нем постоянными магнитами совершает возвратно-поступательные движения по длине обмотки статора, расположенного в корпусе. Устройство сглаживает колебания при движении на неровных участках дороги. Это обеспечивает повышение эффективности управления транспортным средством.

Стойки от Bose

Подвеска Bose предусматривает большой диапазон различных настроек:

• в процессе прохождения виража водитель может подобрать схему сигналов бортового компьютера таким образом, что опорным выступит заднее внешнее колесо;
• в повороте подвеска перенесет нагрузку на переднее внешнее колесо.

Это обеспечивает повышенный контроль над управлением транспортным средством независимо от типа покрытия дороги.

Еще одной особенностью подвески Bose является режим «электрогенератор». При движении автомобиля по прямой колебания, вызванные неровностью дороги, превращаются в электрическую энергию. При этом электроэнергия не рассеивается в пространстве, а концентрируется в аккумуляторных батареях для дальнейшего применения.

К сожалению, не весь потенциал подвески Bose реализован до конца. Процесс тормозит разработка программного обеспечения.

Заключение

Магнитная подвеска, безусловно, позволяет добиться нового качества управления автомобилем. Она обеспечивает комфорт, хорошую управляемость и безопасность на дороге. В промышленных масштабах только очень крупные компании устанавливают на свои автомобили адаптивную электромагнитную подвеску. Например, магнитно-реологическая жидкость (как в подвеске Delphi) применяется в следующих адаптивных подвесках:

• MagneRide от General Motors (Cadillac, Chevrolet).
• Magnetic Ride от Audi.

Но прогресс движется очень стремительно. Технологии развиваются так быстро, что совсем скоро можно будет увидеть данное ноу-хау и на доступных бюджетных моделях, распространенных по всему миру.

Источник статьи: http://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/magnitnaya-podveska.html

Магнитная подвеска: назначение, устройство и работа электромагнитной ходовой части автомобиля

Подвеска автомобиля достаточно консервативна. Несмотря на совершенствование отдельных её составляющих, общий принцип построения не меняется. Упругие элементы и демпферы на гидравлических и пневматических элементах, сложная механика направляющего аппарата. Радикально улучшить работу тут можно только применив активное управление характеристиками, с большой скоростью отслеживая изменение профиля дороги и нагрузки.

Что надо знать об электромагнитной подвеске

Быстрее всего работают узлы и элементы, использующие электромагнитное взаимодействие между составными частями.

Такие устройства способны максимально оперативно реагировать на внешние воздействия, получая команды от электронного контроллера.

Принцип работы

Известно, что одноимённые полюса магнитов отталкиваются. Если магниты выполнены с электрической активацией, то такое устройство называется электромагнитом. Изменяя величину тока, проходящего по обмоткам электромагнитов можно регулировать силу их отталкивания.

Всё это позволяет использовать конструкцию из двух и более магнитов, как эффективную и быстродействующую пружину, поскольку внешний эффект совершенно идентичен стальной рессоре или её спиральному аналогу – пружине.

Получившаяся электромагнитная пружина обладает чрезвычайно полезным свойством мгновенной реакции на управляющее воздействие. Никаким другим способом добиться такой скорости невозможно, гидравлика и пневматика имеют задержки, измеряемые секундами, что для быстрого изменения мгновенной жёсткости неприемлемо.

Имея такой мощный инструмент в подвеске конструкторам остаётся только построить электронный блок управления, снабдить его нужным набором датчиков и разработать соответствующее программное обеспечение управляющего микрокомпьютера.

Теоретически такая задача легко выполнима, хотя на практике и выявляются определённые сложности. Как обычно, всё упирается в цену вопроса. Особенно если это касается крупносерийного производства. Можно создать идеально работающую систему, но в массовом выпуске она не будет обладать нужной конкурентоспособностью.

Ещё один путь внедрения электротехники в подвеску – это применение её в демпфирующих элементах более традиционной гидравлической конструкции.

Здесь можно поступить двумя способами:

• управлять электрогидравлическими клапанами, через которые перетекает рабочая жидкость амортизатора, уменьшение сечения переходного отверстия ведёт к повышению эффективной жёсткости узла и наоборот, амортизатор работает мягче, если масло в нём перетекает свободно;
• тот же эффект даст изменение свойств самой жидкости под воздействием внешнего электромагнитного поля, такие смеси существуют, в них используется принцип пространственной ориентации ферромагнитных частиц.

Второй способ даёт большее быстродействие, но и стоит дороже, поскольку подобные жидкости высокотехнологичны и сложны в производстве.

Виды магнитных подвесок

Разные компании в разработке пошли по своим направлением, руководствуясь внутренними программами и конечными целями.

Принято выделять концепции подвесок от американской компании Delphi Corporation, известной шведской фирмы SKF и идею профессора Bose, чьё имя в названии компании стало синонимом особо качественных акустических систем для автомобилей.

Delphi

Относительная простота этой системы не означает её примитивность или плохую эффективность.

Несмотря на то, что электромагниты здесь управляют только свойствами амортизаторной жидкости, точное воздействие на мгновенную жёсткость демпфера даёт подвеске совершенно новые свойства. Скорость изменения характеристик амортизатора здесь многократно выше, чем у традиционных активных гидравлических демпферов.

Это достигается специальной жидкостью, которая настолько точно и эффективно меняет свою вязкость под воздействием управляющего тока электромагнита, что особой надобности в изменении жёсткости упругого элемента не возникает.

Сильная зависимость работы подвески именно от свойств амортизатора известна давно, их подбору уделяется особое внимание в автоспорте, а там каждая секунда пребывания автомобиля на трассе имеет решающее значение. Характеристики пружин не так важны.

В амортизаторах электронной подвески Delphi использована разработанная компанией жидкость с микрочастицами, которые могут выстраиваться вдоль линий магнитного поля, резко меняя характер перетекания её через калиброванные отверстия.

Измеряемые микронами габариты частиц позволяют добиться большого быстродействия за счёт минимальной инерции. То же качество обеспечивает и минимальное потребление тока обмотками магнитов, что очень важно для общей экономичности автомобиля и упрощения силовой электроники.

Нужная информация снимается с датчиков подвески и других систем автомобиля, обрабатываясь в электронном блоке управления подвеской.

Шведская компания пошла другим путём. Не касаясь гидравлических амортизаторов, всё внимание было уделено скорости изменения характеристик упругого элемента.

Для этого в него была интегрирована специальная капсула, содержащая два мощных электромагнита. Меняя их поле взаимодействия можно настолько быстро реагировать на ситуацию, что данное устройство способно выступать в роли как упругого, так и демпфирующего элементов.

Ведь суть демпфирования состоит в динамическом изменении жёсткости, вплоть до смены знака вектора силы с отталкивания на притяжение. Таким способом компьютер может погасить любые колебания, лишь бы хватило быстродействия и диапазона изменения силы взаимодействия электромагнитов. А это уже вопросы технологического исполнения.

Потребляемая мощность здесь значительно выше, чем у чисто статического режима работы электромагнитов гидравлических активных амортизаторов.

Но до неприемлемых величин она не возрастает, реально сравниваясь с более традиционными потребителями вроде климатической системы или электрического отопителя, а чтобы избежать полного отказа подвески в случае поломок электрооборудования в подвеске сохранены традиционные пружины, частично резервирующие электромагнитное оборудование.

Много занимавшийся акустикой профессор Bose ближе к концу 20 века увлёкся идеей создания идеальной автомобильной подвески. Неудивительно что исполнительный элемент немного напоминает сильно увеличенную электромагнитную систему большого динамического громкоговорителя.

Но реально общего тут лишь применение устройства, теоретически представляющего собой линейный электродвигатель. То есть если сравнить это с разработкой SKF, то количество полюсов электромагнитов увеличено во много раз. Они расположены на штоке и статоре устройства, напоминающего телескопический амортизатор.

Магнитная отдача узла достаточно велика, это позволило отделаться приемлемой мощностью управления, зато быстродействие таково, что получившийся «динамик» способен гасить любые процессы, от стационарных до колебательных, работая как пружина и как амортизатор.

Достаточно сформировать и подать на обмотки управляющий сигнал, например, аналогичный внешнему воздействию, но с повёрнутой на 180 градусов фазой. То есть полностью погасить нежелательные колебания, наложив на них такие же, но в противоположном направлении в каждый отдельно взятый момент времени.

Такая подвеска настолько эффективна, что её можно считать эталоном среди всех электромагнитных устройств. Подвеска может обеспечить уникально большой рабочий ход, порядка 20 сантиметров, что для гражданских автомобилей чрезвычайно много, отличную стабильность положения кузова, чёткие реакции на любой профиль на любой скорости, отсутствие клевков и кренов.

Первые же презентации системы на тестовых автомобилях Lexus буквально ошеломили автомобильных журналистов, хотя эти машины и в стандартном исполнении обладают высочайшей плавностью хода.

Назначение элементов

Несмотря на глубокие различия в принципе действия, у всех электромагнитных подвесок много общих элементов:

• система датчиков, фиксирующих перемещение колёс относительно кузова, а также следящих за состоянием дороги на участках, которые колесу только предстоит преодолеть для заблаговременной реакции на неровности;
• датчики общего назначения, собирающие информацию о текущих параметрах движения, скорости, реакциях водителя и прочем;
• электронный блок управления с микрокомпьютером, собирающий, анализирующий и перерабатывающий информацию в сигналы управления;
• силовая электроника, формирующая мощные токи в обмотках электромагнитов;
• линейные электрические магниты, создающие необходимые механические усилия на штоки элементов подвески;
• исполнительные и направляющие узлы ходовой части.

Помимо видимых узлов в системе присутствует не менее технологичный программный продукт, под управлением которого всё и работает. Его роль в общем комплексе ничуть не меньше, чем у элементов подвески.

Достоинства и недостатки

Как и у большинства продуктов высоких технологий, недостаток у электромагнитной подвески один – высокая сложность.

Этот параметр формирует и цену, из-за чего до широкого внедрения разработок ещё далеко. Зато достоинств значительно больше:

• высочайшая плавность хода, недостижимая более простыми решениями;
• практически идеальная управляемость, из-за чего автомобиль обладает прекрасным сцеплением с дорогой в любых условиях;
• возможность полного устранения кренов, клевков и разгрузок осей, что позволяет максимально использовать тяговые, тормозные и боковые свойства шин, а также оптимизировать аэродинамику кузова;
• полная компенсация негативного влияния неподрессоренных масс на работу подвески;

В настоящее время по эффективности работы ни одна подвеска не может быть даже сравнима с электромагнитной.

Перспективы появления магнитных подвесок в будущем

Любое развитие технологий ведёт к снижению себестоимости систем в производстве. Поэтому применение активных подвесок будет расширяться, причём параллельно они обзаведутся и новыми функциями.

Например, уже сейчас ведутся работы по нескольким направлениям:

• активные электромагниты встраиваются в подвески рабочих кресел водителей на грузовых автомобилях, что ещё более повысит комфорт;
• системы технического зрения всё более тщательно изучают состояние дороги впереди автомобиля для максимально правильного реагирования;
• предсказание состояние покрытия может быть связано с системами навигации, в этом случае подвеска будет настраиваться в соответствии с разметкой дорожных карт и получать дополнительную информацию по спутниковой связи.

Ведущие фирмы мира понимают всю важность и перспективность новых разработок в этой области. Так труды покойного профессора Bose не задержались в рамках основанной им компании, а были выкуплены и стали основой для новой специализированной фирмы, в которую делаются значительные инвестиции. Результаты в виде серийного внедрения должны появиться достаточно быстро.

Источник статьи: http://autovogdenie.ru/magnitnaya-podveska-avtomobilya.html