Магнитная подвеска автомобиля: разновидности, устройство и принцип работы

Содержание

автоновости, описания и характеристики автомобилей, фото и видеообзоры

История создания электромагнитной подвески
Одним из примеров применения энергии электромагнитного поля является электромагнитная подвеска, которая является одним из видов подвесок автомобиля и нашла активное применение в наши дни.
Мало кто знает, но первые научные труды, объясняющие принцип действия магнитного поля, пришли к нам еще раньше, чем был применен двигатель внутреннего сгорания. Первое упоминания о диковинном приспособлении использующее физические законы, ранее неподвластные человек, принадлежат теоретическим трудам английского физика и изобретателя Майкла Фарадея. Этот легендарный ученный еще в 1862 году первый объяснил и заложил будущий фундамент для размышлений многих умов по всему земному шару. Вторым прародителем создания электромагнитной теории является еще один британский ученный Джеймс Клерк Максвелл. Хотя основной его пласт лишь косвенно объяснил принцип воздействия электромагнитного поля в природе, его работы во многом предопределят развитие этого течения, а также всей физики в частности.

Однако первых практических успехов в конструировании автомобилестроения на основе электромагнитного воздействия удалось добиться лишь в 1982 году. Тогда был построен первый прототип поезда, использующий магнитную подушку. Магнитоплан M-Bahn был поистине уникальным отображением идей великих умов, однако применение его в широкой области было невозможным из-за несовершенности.

Немецкий поезд на магнитной подушке — магнитоплан M-Bahn

Обратив внимание общественности на реализм подобного изобретения, многие инженеры, осознав, что полноценный «парящий» транспорт пока лишь остается мечтой, сконцентрировались на создании менее значимых, но практичных автомобильных конструкций. Как результат, в 1980-ых годах, компания Bose первая произвела электромагнитную подвеску автомобиля, применив необходимые расчёты и вычисления.

В отличие от стандартной механической подвески, электромагнитная подвеска не может применяться отдельно на разные мосты, а работает в слаженной системе одновременно на двух.

Как работает электромагнитная подвеска
Электромагнитная подвеска – это устройство, функциональным значением которого является преобразование упругого элемента в демпфирующий за счет силы электромагнитного поля в соответствии с заданными командами микроконтроллера. В основе используется электродвигатель линейного строения, который по функциям выполняет схожую работу амортизатора в стандартном типе подвески. Основным преимуществом подобного устройства является возможность адаптивного переключение потребляемой энергии с электро- на механическую (при обесточивании, электромагнитная подвеска используя сложную конструкцию из электромагнитов, перейдет на стандартный режим работы, схожий с многими рычажными типами подвески). Кроме того, электроэнергия, необходимая для работы подвески вырабатывается в результате езды, за счёт действия неактивных электромагнитов. В совокупности, это позволяет здорово экономить и получать постоянный бесперебойный результат работы подвески.

При работе от вырабатываемой электроэнергии, бортовой компьютер измеряя уровень колебаний и характер проходимого дорожного участка, определяет с помощью упругих элементов (электромагнитов вместо стандартных рессоры и пружин) степень воздействия кинетики на колеса и непосредственно сам кузов автомобиля. Анализируя множество показателей, компьютер подает сигналы на контроллер управляющий подвеской.

На изображении детальный разбор конструкции электромагнитной подвески, с пояснение каждой из применяемой детали (подвеска Bose).

Виды электромагнитных подвесок
Среди представленных ныне на рынке вариантов действительно работающих типов электромагнитных подвесок основными можно выделить следующую группу:

Электромагнитная подвеска Bose – исторически первая электромагнитная подвеска в мире удерживает пальму первенства. За основу успеха в компании взята самая упрощенная идея с электродвигателем, выполняющим сразу два элементных образа, однако работу линейной установки довели до предельного совершенства.

Быстродействие достигается благодаря использованию в конструкции штока, к которому прикреплены магниты различной силы и действия. Кроме того, сменное выполнение возвратно-поступательной активности магнитов позволяет использовать определенное колеса под определенный вираж, что значительно повышает маневренность.
Подвеска шведской компании SKF – казалось бы куда уж проще может быть конструкция в сравнении с подвеской Боуза. Однако шведы, из конструкторной компании SKF решились на эксперимент: они создали устройство, которое представляет из себя капсулу, заполненную двумя электромагнитами. В отличии от предыдущего варианта, SKF подвеска использует пружину в роли элемента опоры. По сути, это механическая подвеска, которая может выполнять свои функции и на электромагнитной основе, в отличии от Bose подвески, где это роли взаимообратные. Такое исполнение позволяет эффективно использовать подвеску даже после истощения заряда батареи электродвигателя, что не позволяет проседать подвеске даже после длительного простоя.

Магнитная подвеска Delphi – в этой конструкции использует элемент амортизатора, в виде трубы, заполненной электромагнитом и жидкостью с магнитными частицами. Частицы небольшого размера (от 5 до 10 микрон), не сливаются благодаря нанесению спец.покрытия. В такой подвеске управление системой на себя берет головка поршня. Частицы реагируют на действия быстрее аналогов, а потому и отклик подвески намного быстрее остальных. Кроме того, несомненным плюсом такой подвески является использование гидравлики, в случае поломок электромагнитной системы управления частицами. Это возможно, благодаря наличии в конструкции стандартного амортизатора.

Автомобиль на электромагнитной подвеске «защищен» от проседаний, клинов и кренов во время совершения маневра поворота.

Будущее электромагнитной подвески
С каждым днём, инженеры из представленных выше компаний дорабатывают свои продукты, доводя их качество выполнения до серийного/совершенного уровня.

Проводятся активные работы по обеспечению и оптимизации программного кода, с помощью которого осуществляется процесс управления электромагнитами. Пытаются работать с конструкцией установки, активно применяя новые материалы и производя прототипы намного легче предыдущих вариантов. Некоторые эксперты подозревают активные работы по созданию рабочих прототипов в закрытых установках. Не исключено, что продвигать электромагнитную подвеску в скором времени будут и сами крупные производители автомобилей в лице Volkswagen, General Motors, Hyundai и других. Полезность и преимущества использования подобной системы видна невооруженным глазом, а потому осознанно никто не будет отказываться от подобной системы.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

принцип работы и виды магнитных подвесок

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.

Содержание статьи:

1 Что надо знать об электромагнитной подвеске
- 1.1 Принцип работы
2 Виды магнитных подвесок
- 2.1 Delphi
- 2.2 SKF
- 2.3 Bose
3 Назначение элементов
4 Достоинства и недостатки
5 Перспективы появления магнитных подвесок в будущем

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.

Читайте также: Что такое адаптивный круиз-контроль (ACC)

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.

Это интересно: Устройство и работа инжектора в автомобиле

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.

SKF

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.

Bose

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.

Спустя 30 лет разработанная Bose технология подвески будет запущена в производство

Джефф Глюкер 15 мая 2018 г.

Посмотреть галерею

фото

Джефф Глюкер 15 мая 2018 г. Тридцать лет назад специалисты по звуку из Bose решили погрузиться в мир автомобильных подвесок. Цель состояла в том, чтобы создать динамичное вождение, которое улучшило бы комфорт на дороге. Используя Lexus LS400 в качестве испытательного стенда, компания Bose продемонстрировала технические преимущества своей подвески.

Однако, возможно, из-за стоимости, ни один автопроизводитель не заинтересовался тем, что Бозе назвал «Project Sound», и технология была отложена.

Технология подвески Bose получила новую жизнь. В 2017 году его приобрела компания ClearMotion. Теперь ClearMotion готова вывести на рынок свое «цифровое шасси».

Bose первоначально попросил общественность думать о технологии как о том, что делают с автомобилем то же, что шумоподавляющие наушники сделали с аудиопространством. Эта упреждающая система подвески контролирует каждое колесо, устраняя постоянное провисание, ныряние, подпрыгивание и раскачивание автомобиля. То, что у вас осталось, — это самая плавная поездка.

Стандартная система подвески использует пружины, амортизаторы и рычаги управления для смягчения неровностей дороги. Это пассивные системы, которые реагируют на любые препятствия. Система ClearMotion активна, что означает, что она видит, что приближается, и соответственно толкает или тянет колеса.

Технология подвески Bose наконец-то запущена в серийное производство

Для этого в модифицированном узле стойки МакФерсон на каждом колесе находится комбинация магнитов, двигателей и контроллеров. Бозе назвал их линейными электромагнитными двигателями и усилителями мощности. ClearMotion называет его ActiValve, который состоит из этих магнитов, моторов и контроллеров. Когда контроллер обнаруживает возмущение, двигателю требуется 5 миллисекунд, чтобы противодействовать ему, прикладывая давление к демпферу. HD-картографирование дорог и алгоритмы управления также помогают создать невероятно плоскую трассу. На кочках, в слаломе и при торможении тестовая машина постоянно остается ровной. Это означает, что пассажиры внутри остаются неизменно комфортно.

Цифровое шасси ClearMotion

Вы можете думать об этом как о магнитной поездке, но на стероидах. Современные магнитные системы езды, предлагаемые в ряде серийных автомобилей, в основном от GM, Ford и Ferrari, обеспечивают удивительные впечатления от вождения, сочетающие в себе комфорт и производительность. Система, созданная Bose и теперь доработанная ClearMotion, выводит это на более высокий уровень.

И все же, что изменилось, чтобы сделать эту технологию жизнеспособной на рынке продукции после 30 лет разработки? Bose легко продемонстрировала возможности своего продукта много лет назад. Но это было сложно и дорого. ClearMotion удалось снизить стоимость этой системы, что, в свою очередь, делает ее более привлекательной для потенциальных клиентов. В 2019 году, ограниченное количество автомобилей будет оснащено этой технологией, прежде чем в 2020 году она перейдет к более крупному автопарку. ClearMotion еще не сообщила, какие автомобили будут носить эту технологию, но компания демонстрирует возможности этой система с парой седанов BMW 5-Series, а в материалах для прессы фигурирует Tesla Model 3.

Кажется, разумнее было бы обслуживать роскошные автомобили высокого класса. В этот момент стоимость становится менее важной, как и любое увеличение веса, поскольку это уже массивные машины. Мы ожидаем, что люксовые бренды изучат возможность вывести автомобиль с уже роскошной ездой на новый уровень. Теперь у ClearMotion может быть именно то, что они ищут.

Даже если Bose начал работать над ним 30 лет назад.

Метки:

Автомобильная техника Подвеска

Пожертвовать:

Отправьте нам чаевые
Связаться с редактором

Самые популярные на этой неделе

16 февраля 2023 г.

Производство Ford F-150 Lightning остановлено из-за проблем с аккумулятором

9 февраля 2023 г.

Джей Лено пробует рестомод Ford F-250 компании Velocity Restorations

12 февраля 2023 г.

Представлен Ram 1500 REV с эволюционным дизайном

10 февраля 2023 г. 2023

2024 Volkswagen Atlas отказывается от VR6 и переходит только на Turbo-4 от Lamborghini: лучшие фотографии этой недели

9 февраля 2023 г.

Subaru Crosstrek 2024 года поступит в продажу этой весной по цене 26 290 долларов США

Автомобильная подвеска Bose «Ковер-самолет» наконец запущена в производство автомобиль идеально ровный и обеспечивает сверхплавную езду.

Какими бы невероятными ни выглядели ранние демоверсии, «Project Sound» был сочтен слишком тяжелым и дорогостоящим для использования на реальных серийных автомобилях. То есть до сих пор.

В конце концов Bose продала технологию компании ClearMotion, занимающейся активной подвеской, чей генеральный директор недавно сообщил Autocar , что не менее пяти крупных автопроизводителей выразили заинтересованность в выпуске новой версии на рынок. На самом деле, плавная технология, получившая название «цифровая система шасси», в 2019 году станет «автомобилем малого объема», а в 2020 году будет запущена в серийное производство.

Звук выглядел, когда он был официально представлен в середине 2000-х после более чем двух десятилетий исследований. Это была дерзкая идея, зародившаяся в уме основателя Амара Бозе, известного своей любовью к малоизвестным проектам и ненавистью к выбоинам, в которой традиционные амортизаторы были заменены линейными электродвигателями. Двигатели выдвигались и втягивались в зависимости от данных дорожных датчиков, и все они должны были обрабатываться и действовать за миллисекунды.

Системы активной подвески довольно распространены в наши дни, но этот план вывел их на новый уровень контроля. В результате автомобиль мог бы оставаться идеально ровным в поворотах, делать неровности дороги совершенно незаметными для водителя и фактически «поднимать» колесо, чтобы проехать через выбоину. Лучше всего то, что он действительно мог прыгать через препятствия. Это кажется невероятным, но к 2005 году у компании был рабочий прототип, установленный под старым Lexus LS 400. Если вы не видели его в действии, он выглядит почти как подделка.

К сожалению, Bose так и не удалось вывести Project Sound из стадии хлама, а глобальный финансовый кризис, наступивший несколько лет спустя, забил последний гвоздь в крышку гроба.

Разное