Особливості та пристрій електромагнітної підвіски
Зміст
Електромагнітні, іноді звані просто магнітними, підвіски займають своє, окреме місце в ряду різноманітних технічних рішень елементів автомобільного шасі. Таке можливе завдяки використанню швидкодіючого способу управління силовими характеристиками підвіски – безпосередньо за допомогою магнітного поля. Це не гідравліка, де тиск рідини ще треба підвищити насосом та інертними клапанами, або пневматика, де все визначається рухом повітряних мас. Це миттєва реакція зі швидкістю світла, де все визначається виключно темпом керуючого комп'ютера та його датчиків. А пружні та демпфуючі елементи відреагують миттєво. Подібний принцип надає підвіскам принципово нових якостей.
Що таке магнітна підвіска
Це не зовсім ширяють у просторі, ні з чим не пов'язані предмети, але щось подібне тут відбувається. Активний вузол, що працює на взаємодії магнітів, нагадує звичайну стійку з пружиною та амортизатором, але принципово у всьому від неї відрізняється. Відштовхування однойменних полюсів електромагнітів працює як пружний елемент, а швидке управління шляхом зміни електричного струму, що протікає по обмотках, дозволяє з великою швидкістю змінювати силу цього відштовхування.
Підвіски, розроблені різними компаніями, побудовані у різний спосіб. Деякі з них є повноцінними, але працюють на інших принципах поєднання пружного елемента і демпфера, інші здатні змінювати лише характеристики амортизатора, чого в більшості випадків виявляється достатньо. Все вирішує швидкодію.
варіанти виконання
Існує три відомі та опрацьовані реальні системи на взаємодії електромагнітів у стійках підвіски. Запропоновано вони компаніями Delphi, SKF та Bose.
Системи Delphi
Найбільш проста реалізація, тут стійка містить звичайну циліндричну пружину та електрокерований амортизатор. Компанія цілком справедливо виділила саме його як найважливішу частину керованої підвіски. Статична жорсткість не така важлива, набагато корисніше управляти властивостями в динаміці.
Для цього амортизатор класичного типу заповнюється спеціальною феромагнітною рідиною, здатною поляризуватися в магнітному полі. У такий спосіб стало можливо з великою швидкістю змінювати характеристику в'язкості амортизаторного масла. При проходженні через калібровані жиклери та клапани вона чинитиме різний опір поршню та штоку амортизатора.
Комп'ютер, що управляє підвіскою, збирає сигнали від численних датчиків автомобіля та регулює струм в обмотці електромагніта. Амортизатор реагує на будь-яку зміну режиму роботи, наприклад, може швидко і плавно відпрацювати нерівність, утримати автомобіль від крену в повороті або запобігти клюванню на гальмуванні. Жорсткість підвіски можна вибирати на власний розсуд з наявних фіксованих налаштувань різного ступеня спортивності чи комфорту.
Магнітний пружний елемент SKF
Тут підхід зовсім інший, управління ґрунтується на принципі зміни пружності. Основна класична пружина відсутня, замість нього капсула SKF містить два електромагніти, що відштовхуються один від одного залежно від сили поданого в їх обмотки струму. Оскільки процес відбувається дуже швидко, така система може працювати як пружний елемент або як амортизатор, подаючи потрібне зусилля у правильному напрямку для гасіння коливань.
Додаткова пружина в стійці є, але використовується вона лише як страховка при відмови електроніки. Недоліком є дуже висока споживана електромагнітами потужність, необхідна створення зусилля того порядку, що зазвичай проявляється в автомобільних підвісках. Але з цим упоралися, а зростання навантаження на бортову електромережу давно стало загальною тенденцією в автомобілебудуванні.
Магнітна підвіска від Bose
Професор Bose все життя займався динаміками для акустичних систем, тому в активному елементі підвіски використовував той самий принцип, що й там – переміщення провідника зі струмом у магнітному полі. Подібний пристрій, де всередині набору кільцевих електромагнітів рухається багатополюсний магніт штока стійки зазвичай називають лінійним електродвигуном, оскільки це приблизно те саме, тільки система ротора і статора розгорнута в лінію.
Багатополюсний двигун працює ефективніше, ніж двополюсна система SKF, тому споживана потужність помітно менша. Багато та інших переваг. Швидкодія така, що система може зняти сигнал з датчика, перевернути його фазу, посилити і таким чином повністю компенсувати підвіскою нерівності дороги. Щось подібне відбувається в активних системах шумозаглушення за допомогою автомобільних акустичних установок.
Працює система настільки ефективно, що її перші тести показали якісну перевагу навіть над штатними підвісками автомобілів преміум-класу. При цьому довжина лінійних електромагнітів забезпечувала значний хід підвісок та гарну енергоємність. А додатковим бонусом виявилася можливість не розсіювати поглинену в процесі демпфування енергію, а перетворювати її за допомогою реверсу електромагнітів та відправляти на накопичувач для подальшого використання.
Управління підвіскою та реалізація наданих переваг
Можливості магнітних механізмів у підвісці повністю розкриваються при організації системи датчиків, швидкодіючого комп'ютера та добре опрацьованих програмних принципів. Результати просто вражають:
- плавність ходу вище за всілякі очікування;
- складні реакції підвісок у поворотах, виділення завантажених і почали підніматися коліс;
- парування клювання і підхоплення кузова;
- повне гасіння кренів;
- розкріпачення підвісок на складному рельєфі;
- вирішення проблеми безпружинних мас;
- спільна робота з камерами та радарами, що сканують дорогу перед автомобілем, для попереджувальних дій;
- можливість відпрацювання навігаційних карт, куди попередньо записано рельєф поверхні.
Нічого краще за магнітні підвіски поки не придумано. Процеси подальшого опрацювання та створення алгоритмів продовжуються, розвиток йде навіть на автомобілях вищих класів, де ціна подібних пристроїв виправдовується. До застосування на масових шасі справа наразі не дійшла, але вже цілком зрозуміло, що майбутнє саме за такими системами.
