Značajke i prednosti magnetske suspenzije

Bilo koji moderni, čak i najbudžetniji automobil, bit će opremljen ovjesom. Ovaj je sustav sposoban pružiti ugodnu vožnju cestama s različitim vrstama podloga. Međutim, osim udobnosti, svrha ovog dijela stroja je i promicanje sigurne vožnje. Pojedinosti o tome što je suspenzija pročitajte u zasebnoj recenziji.

Kao i svaki drugi automatski sustav, ovjes se nadograđuje. Zahvaljujući naporima inženjera iz različitih automobilskih koncerna, osim klasičnih mehaničkih preinaka, već postoji i pneumatski dizajn (detaljno pročitajte o njemu) здесь), hidraulički i magnetski ovjes i njihove sorte.

Razmotrimo kako djeluje magnetni tip privjesaka, njihove modifikacije, kao i prednosti u odnosu na klasične mehaničke strukture.

Što je magnetska suspenzija

Unatoč činjenici da se sustav prigušivanja automobila neprestano poboljšava, a u njegovom dizajnu pojavljuju se novi elementi ili se mijenja geometrija različitih dijelova, njegov rad ostaje u osnovi isti. Amortizer omekšava udare koji se s ceste prenose preko kotača na tijelo (opisani su detalji o uređaju, preinake i kvarovi amortizera odvojeno). Opruga vraća kotač u prvobitni položaj. Zahvaljujući ovoj shemi rada, kretanje automobila prati stalno prianjanje kotača na površinu ceste.

Možete radikalno promijeniti način ovjesa instaliranjem prilagodljivog uređaja na platformu stroja koji će se prilagoditi situaciji na cesti i poboljšati upravljivost vozila, bez obzira koliko dobra ili loša cesta bila. Primjer takvih struktura je prilagodljivi ovjes koji je u različitim verzijama već instaliran na serijskim modelima (za više detalja o ovoj vrsti uređaja pročitajte здесь).

Kao jedna od varijanti prilagodljivih mehanizama razvijen je elektromagnetski tip ovjesa. Ako usporedimo ovaj razvoj s hidrauličkim analogom, tada je u drugoj modifikaciji u pogonima posebna tekućina. Elektronika mijenja tlak u spremnicima, tako da svaki prigušni element mijenja svoju krutost. Princip je sličan za pneumatski tip. Nedostatak takvih sustava je taj što se radni krug ne može brzo prilagoditi situaciji na cesti, jer ga treba napuniti dodatnom količinom radnog medija, što u najboljem slučaju traje nekoliko sekundi.

Najbrži način za suočavanje s ovim radom mogu biti mehanizmi koji funkcioniraju na temelju elektromagnetske interakcije izvršnih elemenata. Oni više reagiraju na naredbu, jer za promjenu načina prigušivanja nije potrebno pumpati ili ispuštati radni medij iz spremnika. Elektronika u magnetskom ovjesu izdaje naredbu i uređaj trenutno reagira na te signale.

Povećana udobnost u vožnji, sigurnost pri velikim brzinama i nestabilne površine ceste, kao i lakoća upravljanja glavni su razlozi zašto programeri pokušavaju implementirati magnetski ovjes u serijske automobile, jer klasični dizajni u tom pogledu nisu u stanju postići idealne parametre.

Sama ideja stvaranja vozila "lebdenja" nije nova. Često se nalazi na stranicama fantastičnih djela sa spektakularnim letovima gravikara. Do prvih godina 80-ih godina prošlog stoljeća ova je ideja ostala u fazi fantazije i samo su je neki istraživači smatrali mogućom, ali u dalekoj budućnosti.

Međutim, 1982. godine pojavio se prvi razvoj vlaka na svijetu koji se kreće na magnetskom ovjesu. Ovo vozilo nazvano je magnetoplan. U usporedbi s klasičnim analogima, ovaj je vlak u to vrijeme razvio neviđenu brzinu - više od 500 km / h, a s obzirom na svoju mekoću "leta" i bešumnost rada, samo su ptice mogle stvoriti pravu konkurenciju. Jedini nedostatak zbog kojeg je provedba ovog razvoja spora nije samo visoka cijena samog vlaka. Da bi se mogao kretati, potreban mu je poseban trag koji osigurava odgovarajuće magnetsko polje.

Iako se ovaj razvoj još nije primijenio u automobilskoj industriji, znanstvenici ne ostavljaju ovaj projekt "skupljanjem prašine na polici". Razlog je taj što elektromagnetski princip rada u potpunosti uklanja trenje pogonskih kotača na površini ceste, ostavljajući samo otpor zraka. Budući da je nemoguće potpuno prebaciti sva vozila na kotačima na sličnu vrstu šasije (bit će potrebno izgraditi odgovarajuće ceste širom svijeta), inženjeri su se usredotočili na uvođenje ovog razvoja u ovjes automobila.

Zahvaljujući ugradnji elektromagnetskih elemenata na ispitne uzorke, znanstvenici su mogli pružiti konceptnim automobilima bolju dinamiku i upravljivost. Dizajn magnetskog ovjesa prilično je složen. To je stalak koji je ugrađen na sve kotače prema istom principu kao i MacPherson stalak (detaljno pročitajte o njemu) u drugom članku). Ovim elementima nije potreban prigušivač (amortizer) ili opruga.

Ispravljanje rada ovog sustava provodi se putem elektroničke upravljačke jedinice (odvojeno, budući da mikroprocesor treba obraditi puno podataka i aktivirati velik broj algoritama). Još jedna značajka ovog ovjesa je da mu, za razliku od klasičnih inačica, nisu potrebne torzijske šipke, stabilizatori ili drugi dijelovi kako bi se osigurala stabilnost vozila u zavojima i pri velikim brzinama. Umjesto toga, može se upotrijebiti posebna magnetska tekućina koja kombinira svojstva tekućine i magnetizirajućeg materijala ili magnetnih ventila.

Neki moderni automobili umjesto ulja koriste amortizere sa sličnom tvari. Budući da postoji velika vjerojatnost kvara sustava (uostalom, ovo je još uvijek novi razvoj, koji još uvijek nije u potpunosti promišljen), u njegovom uređaju mogu biti opruge.

Princip rada

Načelo interakcije elektromagneta uzeto je kao osnova za funkcioniranje magnetskog ovjesa (u hidraulici je tekući, u pneumatskom zrak - zrak, a u mehanici - elastični dijelovi ili opruge). Rad ovog sustava ima sljedeći princip.

Iz školskog tečaja svi znaju da se isti polovi magneta međusobno odbijaju. Da biste povezali magnetizirane elemente, trebat ćete uložiti dovoljno napora (ovaj parametar ovisi o veličini elemenata koje treba povezati i jačini magnetskog polja). Trajne magnete s tako jakim poljem da izdrže težinu automobila teško je pronaći, a dimenzije takvih elemenata neće dopustiti da se koriste u automobilima, a kamoli prilagoditi situaciji na cesti.

Magnet možete stvoriti i električnom energijom. U tom će slučaju raditi samo kad je pogon pod naponom. Snaga magnetskog polja u ovom se slučaju može regulirati povećanjem struje na dijelovima koji međusobno djeluju. Kroz ovaj postupak moguće je povećati ili smanjiti odbojnu silu, a s tim i krutost ovjesa.

Takva svojstva elektromagneta omogućuju upotrebu kao opruge i prigušivače. Za to struktura mora nužno imati najmanje dva elektromagneta. Nemogućnost komprimiranja dijelova ima isti učinak kao i klasični amortizer, a odbojna sila magneta usporediva je s silom opruge ili opruge. Zbog kombinacije ovih svojstava, elektromagnetska opruga reagira puno brže od mehaničkih kolega, a vrijeme odziva na upravljačke signale je mnogo kraće, kao u slučaju hidraulike ili pneumatike.

U arsenalu programera već postoji dovoljan broj radnih elektromagneta različitih modifikacija. Preostaje samo stvoriti učinkovit ECU ovjesa koji će primati signale iz šasije i senzora položaja i fino podešavati ovjes. U teoriji je ovu ideju sasvim realno provesti, ali praksa pokazuje da ovaj razvoj ima nekoliko "zamki".

Prvo, trošak takve instalacije bit će previsok za vozača s prosječnim materijalnim prihodom. I nije svaka bogata osoba mogla priuštiti kupnju automobila s punopravnim magnetskim ovjesom. Drugo, održavanje takvog sustava bilo bi povezano s dodatnim poteškoćama, na primjer, složenošću popravka i malim brojem stručnjaka koji razumiju zamršenost sustava.

Može se razviti punopravni magnetski ovjes, ali neće moći stvoriti dostojnu konkurenciju, jer će malo ljudi htjeti izdvojiti bogatstvo samo radi brzine odziva prilagodljivog ovjesa. Puno jeftinije i s dobrim uspjehom u dizajn klasičnih amortizera mogu se uvesti električno kontrolirani magnetski elementi.

A ova tehnologija već ima dvije primjene:

1. U amortizer ugradite elektromehanički ventil koji mijenja presjek kanala kroz koji se ulje kreće iz jedne šupljine u drugu. U tom slučaju možete brzo promijeniti krutost ovjesa: što je širi otvor premosnice, mekši amortizer radi i obrnuto.
2. U šupljinu amortizera ubrizgajte magnetsku reološku tekućinu koja mijenja svojstva zbog utjecaja magnetskog polja na nju. Suština takve modifikacije identična je prethodnoj - radna tvar teče brže ili sporije iz jedne komore u drugu.

Obje se opcije već koriste u nekim serijskim vozilima. Prvi razvoj nije tako brz, ali je jeftiniji u usporedbi s amortizerima napunjenim magnetskom tekućinom.

Vrste magnetskih suspenzija

Budući da je punopravni magnetski ovjes još uvijek u fazi izrade, proizvođači automobila djelomično primjenjuju ovu shemu u svojim modelima automobila, slijedeći jedan od dva gore spomenuta puta.

U svijetu, među svim razvojima magnetskih suspenzija, postoje tri sorte koje zaslužuju pažnju. Unatoč razlici u principu rada, dizajnu i upotrebi različitih aktuatora, sve ove modifikacije imaju nekoliko sličnosti. Popis uključuje:

• Poluge i drugi elementi hodanja automobila koji određuju smjer kretanja kotača tijekom rada ovjesa;
• Senzori za položaj kotača u odnosu na karoseriju, njihovu brzinu rotacije i stanje ceste ispred automobila. Ovaj popis također uključuje senzore opće namjene - sile pritiska papučice plina / kočnice, opterećenje motora, broj okretaja motora itd .;
• Zasebna upravljačka jedinica u kojoj se prikupljaju i obrađuju signali svih senzora u sustavu. Mikroprocesor generira upravljačke impulse u skladu s algoritmima koji su spojeni tijekom proizvodnje;
• Elektromagneti, u kojima se pod utjecajem električne struje stvara magnetsko polje s odgovarajućim polaritetom;
• Elektrana koja stvara struju sposobnu za aktiviranje moćnih magneta.

Razmotrimo koja je osobitost svakog od njih, a zatim ćemo razgovarati o prednostima i nedostacima magnetske verzije sustava prigušivača automobila. Prije nego što započnemo, vrijedi pojasniti da niti jedan sustav nije proizvod korporativne špijunaže. Svaki od događaja je individualno razvijeni koncept koji ima pravo postojati u svijetu automobilske industrije.

SKF magnetski ovjes

SKF je švedski proizvođač autodijelova za profesionalne popravke vozila. Dizajn magnetskih amortizera ove marke što je jednostavniji. Uređaj ovih opružnih i prigušnih dijelova uključuje sljedeće elemente:

• Kapsula;
• Dva elektromagneta;
• Damper stabljika;
• Proljeće.

Princip rada takvog sustava je sljedeći. Kada se pokrene električni sustav automobila, aktiviraju se elektromagneti smješteni u kapsuli. Zbog identičnih polova magnetskog polja, ti se elementi međusobno odbijaju. U ovom načinu rada uređaj radi poput opruge - ne dopušta da karoserija automobila leži na kotačima.

Kad se automobil vozi cestom, senzori na svakom kotaču šalju signale na ECU. Na temelju tih podataka, upravljačka jedinica mijenja jakost magnetskog polja, povećavajući time hod potpornika, a ovjes postaje klasično mekan od sportskog. Upravljačka jedinica također kontrolira vertikalno kretanje potporne šipke, što ne ostavlja dojam da stroj radi samo na oprugama.

Učinak opruge pružaju ne samo odbojna svojstva magneta, već i opruga koja se ugrađuje na stalak u slučaju nestanka struje. Osim toga, ovaj element omogućuje vam isključivanje magneta kada je vozilo parkirano s neaktivnim sustavom na brodu.

Nedostatak ove vrste ovjesa je što troši puno energije, budući da ECU neprestano mijenja napon u magnetnim zavojnicama, tako da se sustav brzo prilagođava situaciji na cesti. Ali ako usporedimo "proždrljivost" ovog ovjesa s nekim dodacima (na primjer, s klima uređajem i ispravnim unutarnjim grijanjem), tada on ne troši kritično veliku količinu električne energije. Glavna stvar je da je u stroj ugrađen generator odgovarajuće snage (opisana je funkcija koju ovaj mehanizam obavlja здесь).

Delphi ovjes

Nove karakteristike prigušenja nudi ovjes koji je razvila američka tvrtka Delphi. Izvana podsjeća na klasični stav McPhersona. Utjecaj elektromagneta vrši se samo na svojstva magnetske reološke tekućine u šupljinama amortizera. Unatoč ovom jednostavnom dizajnu, ova vrsta ovjesa pokazuje izvrsnu prilagodbu krutosti prigušenja, ovisno o signalima iz upravljačke jedinice.

U usporedbi s hidrauličkim kolegama s promjenjivom krutošću, ova modifikacija reagira puno brže. Rad magneta samo mijenja viskoznost radne tvari. Što se opružnog elementa tiče, njegovu krutost nije potrebno mijenjati. Njegova je zadaća što brže vratiti kotač na cestu pri brzoj vožnji po neravnim površinama. Ovisno o tome kako elektronika radi, sustav je u stanju trenutno stvoriti tekućinu u amortizerima više tekućine, tako da se poluga prigušivača brže pomiče.

Ova svojstva ovjesa malo su praktična za civilni prijevoz. Dijelovi sekunde igraju važnu ulogu u moto sportu. Sam sustav ne zahtijeva toliko energije kao u slučaju prethodnih vrsta prigušivača. Takav se sustav također kontrolira na temelju podataka koji dolaze iz različitih senzora smještenih na kotačima i elementima strukture ovjesa.

Taj se razvoj već aktivno koristi u adaptivnim ovjesima kao što su Audi i GM (neki modeli Cadillac i Chevrolet).

Boseova elektromagnetska suspenzija

Marka Bose mnogim je automobilistima poznata po svojim vrhunskim sustavima zvučnika. No, osim visokokvalitetne audio pripreme, tvrtka također radi na razvoju jedne od najspektakularnijih vrsta magnetskih ovjesa. Do kraja dvadesetog stoljeća, profesor koji stvara spektakularnu akustiku, također je "zaražen" idejom stvaranja punopravne magnetske suspenzije.

Dizajn njegovog razvoja nalikuje istom amortizeru šipke, a elektromagneti u uređaju ugrađeni su prema principu, kao u modifikaciji SKF. Samo što se oni ne odbijaju, kao u prvoj verziji. Sami elektromagneti smješteni su duž cijele duljine šipke i tijela, unutar kojih se ona kreće, a magnetsko polje je maksimalizirano i broj pluseva povećan.

Osobitost takve instalacije je da ne zahtijeva puno više energije. Također istodobno obavlja funkciju prigušivača i opruge, a radi i u statičnom (automobil stoji) i u dinamičnom (automobil se kreće neravnom cestom) načinu rada.

Sam sustav osigurava kontrolu nad većim brojem procesa koji se događaju tijekom vožnje automobila. Prigušivanje oscilacija nastaje uslijed oštre promjene polova magnetskog polja. Bose sustav smatra se mjerilom svih takvih dizajna ovjesa. U stanju je pružiti učinkovit hod šipke za čak dvadeset centimetara, savršeno stabilizirati tijelo, eliminirajući i najmanji kotrljanje tijekom brzih zavoja, kao i "kljucanje" tijekom kočenja.

Ovaj magnetski ovjes testiran je na vodećem modelu japanskog proizvođača automobila Lexus LS, koji je, usput rečeno, nedavno preuređen (predstavljena je testna vožnja jedne od prethodnih verzija premium limuzine u drugom članku). Unatoč činjenici da je ovaj model već dobio visokokvalitetni ovjes, koji se odlikuje glatkim radom, tijekom predstavljanja magnetskog sustava bilo je nemoguće ne primijetiti divljenje auto-novinara.

Proizvođač je ovaj sustav opremio s nekoliko načina rada i velikim brojem različitih postavki. Na primjer, kada automobil velikom brzinom zavija u zavoj, ECU ovjesa bilježi brzinu vozila, početak kotrljanja karoserije. Ovisno o signalima senzora, električna energija se u većoj mjeri dovodi na stalak jednog od opterećenijih kotača (češće je to prednji kotač, smješten na vanjskoj putanji polukruga rotacije). Zahvaljujući tome, vanjski stražnji kotač također postaje nosivi kotač, a automobil zadržava vuču.

Još jedna značajka Boseove magnetske suspenzije je da može djelovati i kao sekundarni generator. Kad se štap amortizera pomakne, pridruženi sustav za oporabu sakuplja oslobođenu energiju u akumulator. Moguće je da će se ovaj razvoj dodatno modernizirati. Unatoč činjenici da je ova vrsta ovjesa u teoriji najučinkovitija, daleko je najteže programirati upravljačku jedinicu tako da mehanizam može ostvariti puni potencijal sustava opisanog na crtežima.

Izgledi za pojavu magnetskih suspenzija

Unatoč očitoj učinkovitosti, punopravni magnetski ovjes još nije ušao u masovnu proizvodnju. Trenutno su ključna prepreka tome aspekt troškova i složenost programiranja. Revolucionarna magnetska ovjes je preskupa i još uvijek nije u potpunosti razvijena (teško je stvoriti odgovarajući softver, jer se u mikroprocesoru mora aktivirati velik broj algoritama kako bi se ostvario njegov puni potencijal). Ali već sada postoji pozitivan trend prema primjeni ideje u modernim vozilima.

Svaka nova tehnologija treba financiranje. Nemoguće je razviti novitet i odmah ga pustiti u proizvodnju bez prethodnih ispitivanja, a osim rada inženjera i programera, ovaj postupak zahtijeva i ogromna ulaganja. No čim se razvoj stavi na transporter, njegov će se dizajn postupno pojednostavljivati, što će omogućiti da se takav uređaj vidi ne samo u premium automobilima, već i u modelima srednjeg cjenovnog segmenta.

Moguće je da će se s vremenom sustavi poboljšavati, što će vozila na kotačima učiniti ugodnijima i sigurnijima. Mehanizmi zasnovani na interakciji elektromagneta mogu se koristiti i u drugim izvedbama vozila. Na primjer, za povećanje udobnosti tijekom vožnje kamiona, vozačevo sjedalo ne može se temeljiti na pneumatskom, već na magnetskom jastuku.

Što se tiče razvoja elektromagnetskih suspenzija, danas je potrebno poboljšati sljedeće srodne sustave:

• Navigacijski sustav. Elektronika mora unaprijed odrediti stanje površine ceste. Najbolje je to učiniti na temelju podataka GPS navigatora (pročitajte o značajkama rada uređaja здесь). Prilagodljivi ovjes unaprijed se priprema za teške površine ceste (neki navigacijski sustavi daju informacije o stanju površine ceste) ili za velik broj zavoja.
• Sustav vida ispred vozila. Na temelju infracrvenih senzora i analize grafičke slike koja dolazi s prednje video kamere, sustav mora unaprijed utvrditi prirodu promjena na površini ceste i prilagoditi se primljenim informacijama.

Neke tvrtke već primjenjuju slične sustave u svojim modelima, pa postoji povjerenje u skori razvoj magnetskih ovjesa za automobile.

Prednosti i nedostaci

Kao i svaki drugi novi mehanizam koji se planira uvesti u dizajn automobila (ili se već koristi u motornim vozilima), sve vrste elektromagnetskih ovjesa imaju prednosti i nedostatke.

Prvo razgovarajmo o profesionalcima. Ovaj popis uključuje takve čimbenike:

• Svojstva prigušivanja sustava su bez premca u smislu nesmetanog rada;
• Fino podešavanjem načina prigušivanja, upravljanje automobilom postaje gotovo savršeno bez valjaka karakterističnih za jednostavnije dizajne. Isti učinak osigurava maksimalno prianjanje na cesti, bez obzira na njezinu kvalitetu;
• Tijekom ubrzavanja i jakog kočenja automobil ne "grize" nos i ne sjeda na stražnju osovinu, što kod običnih automobila ozbiljno utječe na prianjanje;
• Habanje guma je ujednačenije. Naravno, ako je geometrija poluga i ostalih elemenata ovjesa i šasije pravilno podešena (za više detalja o odvoju pročitajte odvojeno);
• Poboljšana je aerodinamika automobila jer je njegovo tijelo uvijek paralelno s kolnikom;
• Neravnomjerno trošenje strukturnih elemenata uklanja se raspodjelom sila između opterećenih / neopterećenih kotača.

U principu, sve pozitivne točke odnose se na glavnu svrhu bilo koje suspenzije. Svaki proizvođač automobila nastoji poboljšati postojeće tipove prigušnih sustava kako bi svoje proizvode što više približio spomenutom idealu.

Što se tiče nedostataka, magnetski ovjes ih ima. To je njegova vrijednost. Ako instalirate punopravni razvoj tvrtke Bose, čak i uz nisku kvalitetu interijera i minimalnu konfiguraciju elektroničkog sustava, automobil će i dalje koštati previše. Niti jedan proizvođač automobila još nije spreman staviti takve modele u seriju (čak i ograničenu), nadajući se da će bogati odmah otkupiti novi proizvod, a nema smisla ulagati bogatstvo u automobil koji će stajati u skladištima . Jedina je mogućnost proizvodnja takvih automobila po individualnoj narudžbi, ali čak je i u ovom slučaju malo tvrtki koje su spremne pružiti takvu uslugu.

Za kraj, predlažemo da pogledate kratki video o tome kako djeluje Bose magnetski ovjes u usporedbi s klasičnim kolegama:

Izum NIJE za obične smrtnike. Svatko bi volio vidjeti ovu tehnologiju u svom automobilu