Особливості та переваги магнітної підвіски

Будь-який сучасний, навіть самий бюджетний, автомобіль буде оснащений підвіскою. Ця система, яка здатна забезпечувати комфортну їзду по дорогах з різним типом покриття. Однак крім комфорту мета цієї частини машини також сприяти безпечному керуванню транспортним засобом. Детально про те, що таке підвіска, читайте в окремому огляді.

Як і будь-яка інша система авто, підвіска піддається модернізації. Завдяки зусиллям інженерів різних автоконцернів крім класичних механічних модифікацій вже існує пневматична конструкція (про неї докладно читайте тут), Гідравлічна, а також магнітна підвіска і їх різновиди.

Розглянемо, як працює магнітний вид підвісок, їх модифікації, а також переваги перед класичними механічними конструкціями.

Що таке магнітна підвіска

Незважаючи на те, що система амортизації автомобіля постійно вдосконалюється, і в її конструкції з'являються нові елементи або змінюється геометрія різних деталей, її робота в основному залишається ідентичною. Амортизатор пом'якшує удари, які передаються від дороги через колесо на кузов (докладно про пристрій, модифікаціях і несправності амортизаторів розповідається окремо). Пружина забезпечує повернення колеса в початкове положення. Завдяки такій схемі роботи рух автомобіля супроводжується постійним зчепленням коліс з дорожнім покриттям.

Кардинальним чином можна змінити режим роботи підвіски, встановивши на платформі машини адаптивне пристрій, який підлаштовувалася б під дорожню обстановку, і покращувало управління транспортного засобу, незалежно від того, наскільки якісна або погана дорога. Прикладом таких конструкцій - адаптивна підвіска, яка в різних варіантах вже встановлюється на серійних моделях (детально про цю різновиди пристроїв читайте тут).

Як один з варіантів адаптивних механізмів, був розроблений електромагнітний тип підвіски. Якщо порівнювати цю розробку з гідравлічним аналогом, то в другій модифікації в виконавчих механізмах знаходиться спеціальна рідина. Електроніка змінює тиск в резервуарах, завдяки чому кожен амортизаційний елемент змінює свою жорсткість. Схожий принцип і у пневматичного типу. Недолік таких систем в тому, що робочий контур не здатний швидко адаптуватися до дорожньої обстановки, так як його потрібно заповнювати додатковою кількістю робочого середовища, на що в кращому випадку йде пару секунд.

Швидше за все з цією роботою зможуть впоратися механізми, які функціонують на підставі електромагнітної взаємодії виконавчих елементів. Вони гостріше реагують на команду, так як для зміни режиму демпфірування не потрібно накачувати або спускати робоче середовище з резервуара. Електроніка в магнітній підвісці віддає команду, а пристрій моментально реагує на ці сигнали.

Підвищення комфорту під час поїздки, безпеки на високих швидкостях і нестабільному дорожньому покритті, а також зручність в управлінні - ось основні причини, за якими розробники намагаються впровадити магнітну підвіску в серійні автомобілі, так як класичні конструкції не здатні досягти ідеальних параметрів в цьому відношенні.

Сама ідея створити «витає» транспортний засіб не нова. Вона нерідко зустрічається на сторінках фантастичних творів з ефектними польотами гравікаров. До перших років 80-х минулого століття дана ідея залишалася на стадії фантастики, і лише деякими дослідниками розглядалась, як можлива, але в далекому майбутньому.

Однак в 1982-му році з'явився перший в світі розробка поїзда, що рухається на магнітній підвісці. Цей транспортний засіб назвали магнітопланом. У порівнянні з класичними аналогами цей поїзд розвинув небувалу на ті часи швидкість - понад 500км / год., А в відношенні його м'якості «польоту» й безшумної роботи справжню конкуренцію могли скласти хіба що птахи. Єдиний недолік, через який впровадження даної розробки відбувається повільно, це не тільки дорожнеча самого поїзда. Щоб він зміг пересуватися, йому потрібна спеціальна траса, що забезпечує належне магнітне поле.

Хоча ця розробка до цих пір ще не застосовується в автомобілебудуванні, вчені не залишають цей проект «припадати пилом на полиці». Причина полягає в тому, що електромагнітний принцип роботи повністю виключає тертя провідних коліс об дорожнє покриття, залишаючи тільки опір повітря. Так як неможливо весь колісний транспорт повністю перевести на схожий тип ходової (потрібно буде по всьому світу побудувати відповідні дороги), інженери зосередилися на впровадженні даної розробки в підвіску автомобілів.

Завдяки встановленню на тестових зразках електромагнітних елементів вчені змогли забезпечити концепт-карів кращу динамічність і керованість. Конструкція магнітної підвіски досить складна. Вона являє собою стійки, які встановлюються на всіх колесах за тим же принципом, що і стійка типу Макферсон (про неї докладно читайте в іншій статті). Ці елементи не потребують ні в демпферному механізмі (амортизаторі), ні в пружині.

Коригування роботи даної системи здійснюється через електронний блок управління (окремий, так як процесору потрібно обробляти багато даних і активувати велика кількість алгоритмів). Ще особливість цієї підвіски в тому, що на відміну від класичних варіантів вона не потребує ні в торсионах, ні в стабілізаторах і інших деталях, що забезпечують стабільність транспорту на віражах і високих швидкостях. Замість них може використовуватися спеціальна магнітна рідина, яка поєднує в собі властивості рідини і намагнічуватися матеріалу, або електромагнітні клапани.

У деяких сучасних авто використовуються амортизатори з подібним речовиною замість масла. Так як є велика ймовірність виходу з ладу системи (все-таки це ще нова розробка, яка ще до кінця не продумана), в її пристрої можуть бути присутніми пружини.

Принцип роботи

За основу функціонування магнітної підвіски узятий принцип взаємодії електромагнітів (в гідравліки це рідина, в пневме - повітря, а в механіці - пружні деталі або пружини). Робота цієї системи має наступний принцип.

Зі шкільного курсу всім відомо, що однакові полюси магнітів взаємно відштовхуються. Щоб з'єднати намагнічені елементи, потрібно докласти чималих зусиль (цей параметр залежить від розмірів елементів, що з'єднуються і сили магнітного поля). Постійні магніти з настільки сильним полем, щоб витримати вагу автомобіля, складно знайти, та й габарити таких елементів не дозволять використовувати їх в машинах, не кажучи вже про адаптацію до дорожньої обстановки.

За допомогою електрики теж можна створити магніт. У цьому випадку він буде працювати тільки при подачі струму на виконавчий елемент. Сила магнітного поля в цьому випадку може регулюватися за рахунок збільшення струму на взаємодіючих деталях. Завдяки такому процесу можна збільшувати або зменшувати силу відштовхування, а разом з цим і жорсткість підвіски.

Такі характеристики електромагнітів дозволяє використовувати їх в якості пружин і демпферів. Для цього конструкція обов'язково повинна налічувати мінімум два електромагніту. Неможливість стиснути деталі має ту саму дію, що і у класичного амортизатора, а відразлива сила магнітів можна порівняти з дією пружини або ресори. Завдяки сукупності цих властивостей електромагнітна пружина спрацьовує набагато швидше в порівнянні з механічними аналогами, а також час реакції на керуючі сигнали набагато менше, як у випадку гідравліки або пневматики.

В арсеналі розробників вже є достатня кількість робочих електромагнітів різних модифікацій. Залишилося тільки створити ефективний ЕБУ підвіски, який буде отримувати сигнали від датчиків ходової частини та положення кузова, і підлаштовувати роботу підвіски. В теорії цю ідею цілком реально втілити в життя, але практика показує, що у даної розробки є кілька «підводних каменів».

По-перше, вартість такої установки буде занадто висока для автомобіліста із середнім матеріальним достатком. Та й не кожен багатий зміг би дозволити собі придбати автомобіль з повноцінною магнітною підвіскою. По-друге, обслуговування такої системи було б пов'язано з додатковими труднощами, наприклад, складність ремонту і малою кількістю фахівців, які знаються на тонкощах роботи системи.

Повноцінну магнітну підвіску можна розробити, але вона не зможе створити гідну конкуренцію, так як мало хто захоче викласти стан тільки заради швидкості спрацьовування адаптивної підвіски. Набагато дешевше, і з непоганим успіхом можна впровадити електрично керовані магнітні елементи в конструкцію класичних амортизаторів.

І у цій технології вже є два варіанти застосування:

1. Встановити в амортизаторі електромеханічний клапан, який змінює перетин каналу, по якому масло переміщається з однієї порожнини в іншу. В цьому випадку можна швидко змінювати жорсткість підвіски: чим ширше пропускний отвір, тим м'якше працює амортизатор і навпаки.
2. Закачати в порожнину амортизатора магнітно-реологічну рідина, яка змінює свої властивості за рахунок впливу на неї магнітного поля. Суть такої модифікації ідентична колишньою - робоча речовина швидше або повільніше перетікає з однієї камери в іншу.

Обидва варіанти вже застосовуються в деяких серійних автомобілях. Перша розробка не так швидко працює, але в порівнянні з амортизаторами, заповненими магнітною рідиною, вона дешевше.

Види магнітних підвісок

Так як повноцінна магнітна підвіска до сих пір знаходиться на стадії розробки, автовиробники частково впроваджують цю схему в свої моделі авто, йдучи одним з двох шляхів, згаданих вище.

У світі серед всіх розробок магнітних підвісок існує три різновиди, що заслуговують на увагу. Незважаючи на різницю в принципі роботи, конструкції і використанню різних виконавчих елементів, у всіх цих модифікацій є кілька подібностей. У список входять:

• Важелі і інші елементи ходовки авто, що визначають напрямок руху коліс в процесі роботи підвіски;
• Датчики положення коліс щодо кузова, їх швидкості обертання і стану дороги перед автомобілем. До цього переліку також можна віднести датчики загального призначення - сили натискання на педаль газу / гальма, навантаження на мотор, оборотів ДВС і т.д .;
• Окремий блок управління, в якому збираються і обробляються сигнали від всіх датчиків системи. Мікропроцесор генерує імпульси відповідно до алгоритмів, прошитими під час виробництва;
• Електромагніти, в яких під впливом електрики утворюється магнітне поле з відповідною полярністю;
• Силова установка, яка генерує струм, здатний активувати потужні магніти.

Розглянемо, в чому особливість кожної з них, а потім обговоримо переваги і недоліки магнітного варіанти демпферного системи автомобіля. Перш ніж приступимо, варто уточнити, що ні одна з систем не є плодом корпоративного шпигунства. Кожна з розробок це індивідуально розроблений концепт, який має право на існування в світі автомобілебудування.

Магнітна підвіска SKF

SKF - шведський виробник автозапчастин, призначених для проведення професійного ремонту транспорту. Конструкція магнітних амортизаторів даного бренду максимально проста. У пристрій цих пружних і демпфуючих деталей входять наступні елементи:

• капсула;
• Два електромагніту;
• Шток демпферу;
• Весна.

Принцип роботи такої системи наступний. При запуску електросистеми автомобіля активуються електромагніти, розташовані в капсулі. За рахунок однакових полюсів магнітного поля ці елементи відштовхуються одна від одної. У цьому режимі пристрій працює, як пружина - не дає кузову авто лягти на колеса.

Коли автомобіль їде по дорозі, датчики, встановлені на кожному колесі, посилають сигнали на ЕБУ. На підставі цих даних блок керування змінює силу магнітного поля, завдяки чому збільшується хід стійки, і підвіска зі спортивної стає класичною м'якою. Блок управління також контролює вертикальні переміщення штока стійки, завдяки чому не створюється враження, ніби машина їде на одних пружинах.

Пружний ефект забезпечується не тільки відразливими властивостями магнітів, а пружиною, яка встановлюється на стійці на випадок знеструмлення транспорту. Плюс цей елемент дозволяє вимикати магніти під час стоянки автомобіля з неактивною бортовий системою.

Мінус такого різновиду підвіски в тому, що вона споживає багато енергії, так як ЕБУ постійно змінює напругу в обмотках магнітів, щоб система швидко адаптувалася до ситуації на дорозі. Але якщо порівнювати «ненажерливість» даної підвіски з деяким навісним обладнанням (наприклад, з кліматичною установкою і працюючим опаленням салону), то вона не витрачає критично велика кількість електрики. Головне, щоб в машині був встановлений генератор з відповідною потужністю (про те, яку функцію виконує цей механізм, розповідається тут).

підвіска Delphi

Нові демпферні характеристики пропонує підвіска, розроблена американською компанією Delphi. Зовні вона нагадує класичну стійку Макферсон. Вплив електромагнітів здійснюється тільки на властивості магнітно-реологічні рідини, що знаходиться в порожнинах амортизатора. Незважаючи на це простий пристрій, даний тип підвісок демонструє чудову адаптацію жорсткості демпферів в залежності від сигналів блоку управління.

У порівнянні з гідравлічними аналогами із змінною жорсткістю, дана модифікація спрацьовує набагато швидше. Робота магнітів тільки змінює в'язкість робочої речовини. Що стосується пружинящего елемента, то його жорсткість немає необхідності міняти. Його завдання - максимально швидко повертати колесо на дорогу при швидкій їзді по нерівному покриттю. Залежно від реалізації роботи електроніки система здатна миттєво робити рідина в амортизаторах більш текучої, щоб шток демпфера швидше переміщався.

Ці властивості підвіски мають невелику практичність для цивільного транспорту. Частки секунди грають важливу роль в автоспорті. Сама система вимагає не так багато енергії, як це в разі попереднього типу демпферів. Управляється така система також на основі даних, що надходять з різних датчиків, розташованих на колесах і елементах конструкції підвіски.

Ця розробка вже активно застосовується в адаптивних підвісках таких брендів, як Audi і GM (деякі моделі Cadillac і Chevrolet).

Електромагнітна підвіска Bose

Бренд Bose відомий багатьом автомобілістам по акустичних систем преміальної якості. Але крім якісної аудіопідготовки компанія також працює над розробкою однієї з найефектніших різновидів магнітних підвісок. До кінця ХХ століття професор, створює ефектну акустику, теж «заразився» ідеєю створення повноцінної магнітної підвіски.

Конструкція його розробки нагадує той же штоковий амортизатор, а електромагніти в своєму пристрої за принципом, як в модифікації SKF. Тільки вони не відштовхуються одна від одної, як в першому варіанті. Самі електромагніти розташовані по всій довжині штока і корпусу, всередині якого він переміщається, а магнітне поле максимально посилено і збільшено число плюсів.

Особливість такої установки в тому, що вона вимагає не набагато більше енергії. Також вона одночасно виконує функцію і демпфера, і пружини, а працює вона як в статичному (машина стоїть), так і в динамічному (авто пересувається по горбистій дорозі) режимі.

Сама система забезпечує контроль більшого числа процесів, що відбуваються під час їзди машини. Гасіння коливань відбувається за рахунок різкої зміни полюсів магнітного поля. З усіх розробок подібних підвісок система Bose вважається еталоном. Вона здатна забезпечити ефективний хід штока на цілих двадцять сантиметрів, чудово стабілізувати кузов, усуваючи навіть найменший крен при швидкісному проходженні поворотів, а також «клевки» під час гальмування.

Тестувалася ця магнітна підвіска на флагманської моделі японського автовиробника Lexus LS, який, до речі, недавно піддався рестайлінгу (тест-драйв одного з попередніх версій преміального седана був представлений в іншій статті). Незважаючи на те, що ця модель і без того отримала якісну підвіску, яка відрізняється плавністю роботи, під час презентації магнітної системи не можна було не помітити захоплення автожурналистов.

Виробник оснастив цю систему декількома режимами роботи і великою кількістю різних налаштувань. Наприклад, коли автомобіль проходить віраж на великій швидкості, ЕБУ підвіски фіксує швидкість руху транспорту, початок крену кузова. Залежно від сигналів з датчиків електрику в більшій мірі надходить на стійку одного з більш навантажених коліс (частіше це переднє, що знаходиться на зовнішній траєкторії півкола повороту). Завдяки цьому зовнішнє заднє колесо теж стає опорним, і автомобіль зберігає зчеплення з дорожнім покриттям.

Ще одна особливість магнітної підвіски, розробленої Боуз, в тому, що вона також може виступати в ролі додаткового генератора. Коли шток амортизатора переміщується, відповідна система рекуперації збирає вивільняється енергію в акумулятор. Не виключено, що ця розробка буде і далі модернізуватися. Незважаючи на те, що цей тип підвіски в теорії найефективніший, на сьогоднішній день найскладнішим є програмування блоку управління, щоб механізм зміг реалізувати весь потенціал системи, описаної в кресленнях.

Перспективи появи магнітних підвісок

Незважаючи на явну ефективність, повноцінна магнітна підвіска ще не вийшла в серійне виробництво. На даний момент ключове перешкода цього - ціновий аспект і складність в програмуванні. Революційна магнітна підвіска коштує занадто дорого, і до кінця вона ще не дороблена (складно створити адекватне ПО, так як для реалізації всього потенціалу в процесорі має активуватися велика кількість алгоритмів). Але вже зараз спостерігається позитивна тенденція в бік застосування ідеї в сучасних транспортних засобах.

Будь-яка нова технологія потребує фінансування. Неможливо розробити новинку і відразу пустити її в серію без попередніх тестів, а крім роботи інженерів і програмістів цей процес теж вимагає величезних вкладень. Але як тільки розробка буде поставлена ​​на конвеєр, поступово її конструкція буде спрощуватися, завдяки чому цілком реально побачити подібний пристрій не тільки в преміальних автомобілях, але і в моделях середнього цінового сегмента.

Не виключено, що з часом системи будуть поліпшуватися, що зробить колісний транспорт більш комфортним і безпечним. Механізми, засновані на взаємодії електромагнітів, можуть також застосовуватися і в інших конструкціях автомобіля. Наприклад, для підвищення комфорту під час водіння вантажівки водійське крісло може базуватися не на пневматичної, а на магнітній подушці.

Що стосується розробки електромагнітних підвісок, то на сьогоднішній день в удосконаленні потребують такі суміжні системи:

• Система навігації. Електроніка повинна завчасно визначати стан дорожнього покриття. Найкраще це зробити на підставі даних GPS-навігатора (про особливості роботи пристрою читайте тут). Адаптивна підвіска заздалегідь готується до складного дорожнього покриття (деякі навігаційні системи надають інформацію про стан дорожнього покриття) або до великої кількості поворотів.
• Система огляду попереду автомобіля. На підставі інфрачервоних датчиків і аналізу графічного зображення, яке надходить від передньої відеокамери, система повинна завчасно визначати характер змін дорожнього покриття, і підлаштовуватися під отриману інформацію.

Деякі компанії вже впроваджують подібні системи в свої моделі, тому є впевненість у швидкому розвитку і магнітних підвісок для автомобілів.

Гідності й недоліки

Як і у будь-якого іншого нового механізму, який планують впровадити в конструкцію машин (або вже використовується в механічних транспортних засобах), у всіх різновидів електромагнітної підвіски є і переваги, і недоліки.

Спочатку поговоримо про плюси. У цей список входять такі чинники:

• Амортизаційні властивості системи не має аналогів в відношенні плавності роботи;
• За рахунок тонкого налаштування режимів демпфірування керування автомобілем стає практично ідеальним без кренів, характерних для більш простих конструкцій. Цей же ефект забезпечує максимальне зчеплення з дорогою, яким би не було її якість;
• При розгоні і різкому гальмуванні машина не «клює» носом і не сідає на задню вісь, що в звичайних авто серйозно позначається на зчепленні з дорогою;
• Знос покришок відбувається більш рівномірно. Звичайно, якщо належним чином налаштована геометрія важелів та інших елементів підвіски і ходової частини (детально про розвал-сходження читайте окремо);
• Поліпшується аеродинаміка авто, так як його кузов завжди знаходиться паралельно дорожньому полотну;
• Усувається нерівномірний знос елементів конструкції за рахунок розподілу зусиль між навантаженими / ненавантаженими колесами.

В принципі, всі позитивні моменти стосуються основного призначення будь-підвіски. Кожен автовиробник прагне вдосконалити вже наявні типи амортизаційних систем, щоб максимально наблизити свою продукцію до згаданого ідеалу.

Що стосується мінусів, то у магнітної підвіски він один. Це її вартість. Якщо встановити повноцінну розробку від Bose, то навіть при низькій якості виконання салону і мінімальній комплектації електронної системи авто все одно буде коштувати надто дорого. Жоден автовиробник поки не готовий пустити в серію (нехай навіть лімітовану) такі моделі, сподіваючись, що багатії відразу розкуплять новинку, а вкладати стан в машину, яка буде стояти на складах, немає сенсу. Єдиний варіант - виготовлення подібних авто за індивідуальним замовленням, а й в даному випадку мало компаній, які готові надати подібну послугу.

На завершення пропонуємо подивитися невелике відео про те, як працює магнітна підвіска Bose в порівнянні з класичними аналогами:

Винахід НЕ ДЛЯ ПРОСТИХ СМЕРТНИХ. Цю технологію ХОТІВ БИ бачити в своєму автомобілі КОЖЕН