Vlastnosti a výhody magnetického zavesenia

Akékoľvek moderné, aj to najviac rozpočtové, auto bude vybavené odpružením. Tento systém je schopný zabezpečiť pohodlnú jazdu na cestách s rôznymi typmi povrchov. Účelom tejto časti stroja je však okrem pohodlia aj podpora bezpečnej jazdy. Podrobnosti o tom, čo je pozastavenie, si prečítajte v samostatnej recenzii.

Ako každý iný automatický systém, aj tu sa vylepšuje odpruženie. Vďaka úsiliu inžinierov z rôznych automobilových spoločností okrem klasických mechanických úprav už existuje pneumatická konštrukcia (prečítajte si o nej podrobne tu), hydraulické a magnetické odpruženie a ich odrody.

Zvážme, ako funguje magnetický typ príveskov, ich modifikácie a tiež výhody oproti klasickým mechanickým štruktúram.

Čo je to magnetické odpruženie

Napriek tomu, že tlmiaci systém automobilu sa neustále zdokonaľuje a v jeho dizajne alebo pri zmene geometrie rôznych častí sa objavujú nové prvky, jeho fungovanie zostáva v zásade rovnaké. Tlmič zmäkčuje tlmiče, ktoré sú prenášané z vozovky cez koleso na telo (sú opísané podrobnosti o zariadení, úpravách a poruchách tlmičov). oddelene). Pružina vráti koleso do pôvodnej polohy. Vďaka tejto schéme práce je pohyb automobilu sprevádzaný neustálym priľnutím kolies k povrchu vozovky.

Režim pruženia môžete radikálne zmeniť nainštalovaním adaptívneho zariadenia na platformu stroja, ktoré by sa prispôsobilo situácii na ceste a zlepšilo ovládateľnosť vozidla bez ohľadu na to, aká dobrá alebo zlá je cesta. Príkladom takýchto dizajnov je adaptívne pruženie, ktoré je v rôznych verziách už nainštalované na sériových modeloch (ďalšie informácie o tomto type zariadenia nájdete v tu).

Ako jedna z variant adaptívnych mechanizmov bol vyvinutý elektromagnetický typ zavesenia. Ak porovnáme tento vývoj s hydraulickým analógom, potom v druhej modifikácii existuje v pohonoch špeciálna tekutina. Elektronika mení tlak v zásobníkoch, takže každý tlmiaci prvok mení svoju tuhosť. Princíp je podobný pre pneumatický typ. Nevýhodou takýchto systémov je, že pracovný okruh nie je schopný rýchlo sa prispôsobiť situácii na ceste, pretože je potrebné ho naplniť ďalším množstvom pracovného média, čo v najlepšom prípade trvá pár sekúnd.

Najrýchlejším spôsobom, ako sa vyrovnať s touto prácou, môžu byť mechanizmy, ktoré fungujú na základe elektromagnetickej interakcie výkonných prvkov. Reagujú rýchlejšie na povel, pretože na zmenu režimu tlmenia nie je potrebné čerpať alebo vypúšťať pracovné médium z nádrže. Elektronika v magnetickom zavesení vydá príkaz a zariadenie na tieto signály okamžite reaguje.

Zvýšený jazdný komfort, bezpečnosť pri vysokých rýchlostiach a nestabilný povrch vozovky, ako aj ľahká ovládateľnosť sú hlavnými dôvodmi, prečo sa vývojári snažia implementovať magnetické pruženie do sériových automobilov, pretože klasické konštrukcie nie sú v tomto ohľade schopné dosiahnuť ideálne parametre.

Samotná myšlienka vytvorenia „vznášajúceho sa“ vozidla nie je nová. Často sa nachádza na stránkach fantastických diel s nádhernými letmi gravikárov. Do prvých rokov 80. rokov minulého storočia zostala táto myšlienka v etape beletrie a iba niektorí bádatelia ju považovali za možnú, ale v ďalekej budúcnosti.

V roku 1982 sa však objavil prvý vývoj vlaku pohybujúceho sa na magnetickom zavesení na svete. Toto vozidlo sa nazývalo magnetoplane. V porovnaní s klasickými analógmi vyvinul tento vlak v tom čase nevídanú rýchlosť - viac ako 500 km / h, a pokiaľ ide o jeho mäkkosť „letu“ a nehlučnosť práce, skutočnú konkurenciu mohli robiť iba vtáky. Jedinou nevýhodou, kvôli ktorej je implementácia tohto vývoja pomalá, sú nielen vysoké náklady na samotný vlak. Aby sa mohol pohybovať, potrebuje špeciálnu stopu, ktorá poskytuje správne magnetické pole.

Aj keď sa tento vývoj zatiaľ v automobilovom priemysle neuplatňuje, vedci nenechávajú tento projekt „zhromažďovania prachu na poličke“. Dôvodom je, že elektromagnetický princíp činnosti úplne eliminuje trenie hnacích kolies na povrchu vozovky a ponecháva iba odpor vzduchu. Pretože nie je možné úplne preniesť všetky kolesové vozidlá na podobný typ podvozku (bude potrebné vybudovať zodpovedajúce cesty po celom svete), inžinieri sa zamerali na zavedenie tohto vývoja do zavesenia automobilov.

Vďaka inštalácii elektromagnetických prvkov na testovacie vzorky mohli vedci poskytnúť koncepčným vozidlám lepšiu dynamiku a ovládateľnosť. Konštrukcia magnetického zavesenia je dosť komplikovaná. Jedná sa o stojan, ktorý sa inštaluje na všetky kolesá podľa rovnakého princípu ako stojan MacPherson (prečítajte si o ňom podrobne v inom článku). Tieto prvky nepotrebujú tlmiaci mechanizmus (tlmič nárazov) ani pružinu.

Korekcia fungovania tohto systému sa vykonáva prostredníctvom elektronickej riadiacej jednotky (samostatnej, pretože mikroprocesor musí spracovať veľa údajov a aktivovať veľké množstvo algoritmov). Ďalším znakom tohto pruženia je, že na rozdiel od klasických verzií nepotrebuje torzné tyče, stabilizátory a ďalšie diely, aby zabezpečil stabilitu vozidla v zákrutách a vysokých rýchlostiach. Namiesto toho sa môže použiť špeciálna magnetická kvapalina, ktorá kombinuje vlastnosti kvapaliny a magnetizovateľného materiálu alebo solenoidové ventily.

Niektoré moderné automobily používajú namiesto oleja tlmiče s podobnou látkou. Pretože existuje vysoká pravdepodobnosť poruchy systému (koniec koncov ide stále o nový vývoj, ktorý ešte nebol úplne premyslený), môžu sa v jeho zariadení nachádzať pružiny.

Princíp činnosti

Princíp interakcie elektromagnetov sa berie ako základ pre fungovanie magnetického zavesenia (v hydraulike je to kvapalina, v pneumatike vzduch - vzduch a v mechanike - elastické časti alebo pružiny). Fungovanie tohto systému je založené na nasledujúcom princípe.

Zo školského kurzu každý vie, že rovnaké póly magnetov sa navzájom odpudzujú. Na pripojenie magnetizovaných prvkov budete musieť vyvinúť dostatočné úsilie (tento parameter závisí od veľkosti pripojovaných prvkov a sily magnetického poľa). Permanentné magnety s takým silným poľom, aby odolali hmotnosti automobilu, sa hľadajú ťažko a rozmery takýchto prvkov neumožňujú ich použitie v automobiloch, natož aby sa prispôsobili situácii na ceste.

Magnet môžete vytvoriť aj pomocou elektriny. V takom prípade bude fungovať, iba keď je pohon napájaný. Intenzitu magnetického poľa v tomto prípade možno regulovať zvýšením prúdu na interagujúcich častiach. Týmto procesom je možné zvýšiť alebo znížiť odpudivú silu, a tým aj tuhosť zavesenia.

Takéto vlastnosti elektromagnetov umožňujú ich použitie ako pružín a tlmičov. Preto musí mať konštrukcia nevyhnutne najmenej dva elektromagnety. Neschopnosť stlačiť diely má rovnaký efekt ako klasický tlmič nárazov a odpudivá sila magnetov je porovnateľná s pružinou alebo pružinou. Vďaka kombinácii týchto vlastností reaguje elektromagnetická pružina v porovnaní s mechanickými náprotivkami oveľa rýchlejšie a doba odozvy na riadiace signály je oveľa kratšia, ako je to v prípade hydrauliky alebo pneumatiky.

V arzenáli vývojárov už existuje dostatočný počet funkčných elektromagnetov rôznych modifikácií. Zostáva len vytvoriť efektívnu odpruženú ECU, ktorá bude prijímať signály zo senzorov podvozku a polohy tela a dolaďovať odpruženie. Teoreticky je táto myšlienka celkom realistická, ale prax ukazuje, že tento vývoj má niekoľko „úskalí“.

Po prvé, náklady na takúto inštaláciu budú pre motoristu s priemerným hmotným príjmom príliš vysoké. A nie každý bohatý človek si mohol dovoliť kúpiť auto s plnohodnotným magnetickým pružením. Po druhé, údržba takéhoto systému by bola spojená s ďalšími ťažkosťami, napríklad so zložitosťou opravy a malým počtom odborníkov, ktorí rozumejú zložitosti systému.

Môže byť vyvinuté plnohodnotné magnetické odpruženie, ktoré však nebude schopné vytvoriť dôstojnú konkurenciu, pretože len málokto bude chcieť vyčleniť prostriedky len kvôli rýchlosti odozvy adaptívneho odpruženia. Oveľa lacnejšie a s dobrým úspechom je možné do konštrukcie klasických tlmičov zaviesť elektricky ovládané magnetické prvky.

A táto technológia už má dve aplikácie:

1. Namontujte elektromechanický ventil do tlmiča nárazov, ktorý mení časť kanála, ktorým sa olej pohybuje z jednej dutiny do druhej. V takom prípade môžete rýchlo zmeniť tuhosť odpruženia: čím je obtokový otvor širší, tým mäkší je tlmič pruženia a naopak.
2. Vstreknite magnetickú reologickú tekutinu do dutiny tlmiča, ktorá zmení svoje vlastnosti pôsobením magnetického poľa na ňu. Podstata takejto úpravy je totožná s predchádzajúcou - pracovná látka prúdi z jednej komory do druhej rýchlejšie alebo pomalšie.

Obe možnosti sa už používajú v niektorých sériových vozidlách. Prvý vývoj nie je taký rýchly, ale je lacnejší v porovnaní s tlmičmi naplnenými magnetickou tekutinou.

Druhy magnetických suspenzií

Pretože plnohodnotné magnetické odpruženie je stále vo vývoji, automobilky túto schému čiastočne implementujú do svojich modelov automobilov po jednej z dvoch vyššie spomenutých ciest.

Vo svete, medzi všetkými vývojmi magnetických suspenzií, existujú tri odrody, ktoré si zaslúžia pozornosť. Napriek rozdielom v princípe činnosti, konštrukcie a použitia rôznych pohonov majú všetky tieto modifikácie niekoľko podobností. Zoznam obsahuje:

• Páky a ďalšie prvky chôdze automobilu, ktoré určujú smer pohybu kolies počas činnosti pruženia;
• Senzory polohy kolies vo vzťahu k telu, ich rýchlosti otáčania a stavu vozovky pred autom. Tento zoznam obsahuje aj snímače na všeobecné použitie - sily zošliapnuté plynový / brzdový pedál, zaťaženie motora, otáčky motora atď .;
• Samostatná riadiaca jednotka, v ktorej sa zhromažďujú a spracúvajú signály zo všetkých senzorov v systéme. Mikroprocesor generuje riadiace impulzy v súlade s algoritmami, ktoré boli počas výroby spojené;
• Elektromagnety, v ktorých sa vplyvom elektriny vytvára magnetické pole so zodpovedajúcou polaritou;
• Elektráreň, ktorá generuje prúd schopný aktivovať silné magnety.

Zvážme, v čom je zvláštnosť každého z nich, a potom si povieme o výhodách a nevýhodách magnetickej verzie tlmičového systému automobilu. Skôr ako začneme, stojí za to objasniť, že žiadny zo systémov nie je produktom podnikovej špionáže. Každý vývoj predstavuje individuálne vyvinutý koncept, ktorý má právo na existenciu vo svete automobilového priemyslu.

Magnetické zavesenie SKF

SKF je švédsky výrobca automobilových dielov pre profesionálne opravy vozidiel. Dizajn magnetických tlmičov tejto značky je čo najjednoduchší. Zariadenie týchto pružných a tlmiacich častí obsahuje nasledujúce prvky:

• Kapsula;
• Dva elektromagnety;
• Stonka tlmiča;
• Pružina.

Princíp fungovania takéhoto systému je nasledovný. Po naštartovaní elektrického systému vozidla sa aktivujú elektromagnety umiestnené v kapsule. Vďaka rovnakým pólom magnetického poľa sú tieto prvky navzájom odpudzované. V tomto režime zariadenie funguje ako pružina - neumožňuje telu automobilu ležať na kolesách.

Keď auto jazdí po ceste, senzory na každom kolese vysielajú signály do ECU. Na základe týchto údajov riadiaca jednotka mení silu magnetického poľa, čím zvyšuje zdvih vzpery a pruženie sa stáva mäkkým od športového. Riadiaca jednotka tiež ovláda vertikálny pohyb vzpernej tyče, čo nevzbudzuje dojem, že stroj beží iba na pružinách.

Pružný efekt zabezpečujú nielen odpudivé vlastnosti magnetov, ale aj pružina, ktorá je nainštalovaná na stojane v prípade výpadku energie. Tento prvok navyše umožňuje vypnúť magnety, keď je vozidlo zaparkované s neaktívnym palubným systémom.

Nevýhodou tohto typu zavesenia je to, že spotrebuje veľa energie, pretože ECU neustále mení napätie v magnetických cievkach, takže sa systém rýchlo prispôsobuje situácii na ceste. Ak ale porovnáme „nenásytnosť“ tohto zavesenia s niektorými doplnkami (napríklad s klimatizáciou a funkčným vnútorným kúrením), potom nespotrebuje kriticky veľké množstvo elektriny. Hlavná vec je, že v stroji je nainštalovaný generátor s vhodným výkonom (je popísaná funkcia, ktorú tento mechanizmus vykonáva tu).

Pozastavenie Delphi

Nové charakteristiky tlmenia ponúka pruženie vyvinuté americkou spoločnosťou Delphi. Navonok to pripomína klasický McPhersonov postoj. Vplyv elektromagnetov sa vykonáva iba na vlastnosti magnetickej reologickej tekutiny v dutinách tlmiča nárazov. Napriek tomuto jednoduchému dizajnu tento typ zavesenia vykazuje vynikajúce prispôsobenie tuhosti tlmenia v závislosti od signálov z riadiacej jednotky.

V porovnaní s hydraulickými náprotivkami s premenlivou tuhosťou reaguje táto modifikácia oveľa rýchlejšie. Práca magnetov mení iba viskozitu pracovnej látky. Pokiaľ ide o pružinový prvok, jeho tuhosť nie je potrebné meniť. Jeho úlohou je pri rýchlej jazde po nerovnom povrchu čo najrýchlejšie vrátiť koleso na cestu. Podľa toho, ako funguje elektronika, je systém schopný okamžite urobiť tekutinu v tlmičoch pružnejšou, aby sa tyč tlmiča pohybovala rýchlejšie.

Tieto vlastnosti pruženia sú pre civilnú dopravu málo praktické. Zlomok sekundy hrá v motoršporte dôležitú úlohu. Samotný systém nevyžaduje toľko energie ako v prípade predchádzajúceho typu tlmičov. Takýto systém je tiež riadený na základe údajov pochádzajúcich z rôznych senzorov umiestnených na kolesách a prvkoch konštrukcie zavesenia.

Tento vývoj sa už aktívne používa v značkách adaptívnych podvozkov, akými sú Audi a GM (niektoré modely Cadillac a Chevrolet).

Bose elektromagnetické odpruženie

Značka Bose je známa mnohým motoristom pre svoje prémiové reproduktorové systémy. Okrem vysoko kvalitnej prípravy zvuku však spoločnosť pracuje aj na vývoji jedného z najpozoruhodnejších typov magnetického odpruženia. Na konci dvadsiateho storočia bol profesor, ktorý vytvára veľkolepú akustiku, „infikovaný“ aj myšlienkou vytvorenia plnohodnotnej magnetickej suspenzie.

Dizajn jeho vývoja pripomína rovnaký tlmič tyče a elektromagnety v prístroji sú inštalované podľa princípu, ako pri úprave SKF. Len sa navzájom neodpudzujú, ako v prvej verzii. Samotné elektromagnety sú umiestnené po celej dĺžke tyče a tela, vo vnútri ktorého sa pohybuje, a maximalizuje sa magnetické pole a zvyšuje sa počet plusov.

Zvláštnosťou takejto inštalácie je, že nevyžaduje oveľa viac energie. Zároveň súčasne plní funkciu tlmiča aj pružiny a pracuje v statickom režime (auto stojí) aj v dynamickom režime (auto sa pohybuje po hrboľatej ceste).

Samotný systém poskytuje kontrolu nad väčším počtom procesov prebiehajúcich počas jazdy autom. Tlmenie oscilácií nastáva v dôsledku prudkej zmeny pólov magnetického poľa. Systém Bose sa považuje za meradlo všetkých takýchto návrhov zavesenia. Je schopný poskytnúť efektívny zdvih tyče až o dvadsať centimetrov, perfektne stabilizovať telo, eliminovať aj najmenšie nakláňanie sa pri rýchlom prejazde zákrutou, ako aj „klopať“ pri brzdení.

Toto magnetické odpruženie bolo testované na vlajkovej lodi japonskej automobilky Lexus LS, ktorá bola mimochodom nedávno upravená (bola predstavená testovacia jazda jednej z predchádzajúcich verzií prémiového sedanu). v inom článku). Napriek tomu, že tento model už dostal kvalitné odpruženie, ktoré sa vyznačuje plynulým chodom, pri predstavení magnetického systému bolo nemožné nevšimnúť si obdiv novinárov z automobilky.

Výrobca vybavil tento systém niekoľkými prevádzkovými režimami a veľkým počtom rôznych nastavení. Napríklad keď auto zatáča vysokou rýchlosťou, odpružená ECU zaznamenáva rýchlosť vozidla, začiatok nakláňania karosérie. V závislosti na signáloch zo snímačov sa elektrina dodáva vo väčšej miere do stojana jedného z viac zaťažených kolies (častejšie je to predné koleso, ktoré sa nachádza na vonkajšej trajektórii polkruhu otáčania). Vďaka tomu sa z vonkajšieho zadného kolesa stáva aj oporné koleso a automobil si udržuje priľnavosť k povrchu vozovky.

Ďalšou vlastnosťou magnetického zavesenia Bose je, že môže fungovať aj ako ďalší generátor. Keď sa tyč tlmiča pohne, zhromaždený rekuperačný systém zhromažďuje uvoľnenú energiu do akumulátora. Je možné, že sa tento vývoj bude ďalej modernizovať. Napriek skutočnosti, že tento typ zavesenia je teoreticky najefektívnejší, je najobtiažnejšie naprogramovať riadiacu jednotku tak, aby mechanizmus mohol realizovať plný potenciál systému opísaného na výkresoch.

Vyhliadky na výskyt magnetických suspenzií

Napriek svojej zjavnej účinnosti sa plnohodnotné magnetické odpruženie ešte nedostalo do sériovej výroby. V súčasnosti je to kľúčovou prekážkou nákladový aspekt a zložitosť programovania. Revolučné magnetické odpruženie je príliš drahé a ešte nebolo úplne vyvinuté (je ťažké vytvoriť adekvátny softvér, pretože v mikroprocesore je potrebné aktivovať veľké množstvo algoritmov, aby sa využil jeho plný potenciál). Už teraz však existuje pozitívny trend k uplatňovaniu tejto myšlienky v moderných vozidlách.

Každá nová technológia vyžaduje financovanie. Je nemožné vyvinúť novinku a okamžite ju uviesť do výroby bez predbežných testov a okrem práce inžinierov a programátorov si tento proces vyžaduje aj obrovské investície. Len čo sa vývoj dostane na dopravník, jeho dizajn sa postupne zjednoduší, takže je celkom možné vidieť takéto zariadenie nielen v prémiových automobiloch, ale aj v modeloch stredného cenového segmentu.

Je možné, že sa časom systémy zlepšia, vďaka čomu budú kolesové vozidlá pohodlnejšie a bezpečnejšie. Mechanizmy založené na interakcii elektromagnetov sa môžu použiť aj v iných konštrukciách vozidiel. Napríklad pre zvýšenie pohodlia pri jazde s nákladným autom nemôže byť sedadlo vodiča založené nie na pneumatickom, ale na magnetickom vankúši.

Pokiaľ ide o vývoj elektromagnetických suspenzií, dnes je potrebné vylepšiť tieto súvisiace systémy:

• Navigačný systém. Elektronika musí vopred určiť stav povrchu vozovky. Najlepšie je urobiť to na základe údajov navigátora GPS (prečítajte si o vlastnostiach fungovania zariadenia tu). Adaptívne pruženie je pripravené vopred na ťažké povrchy vozovky (niektoré navigačné systémy poskytujú informácie o stave povrchu vozovky) alebo na veľký počet zákrut.
• Systém videnia pred vozidlom. Na základe infračervených senzorov a analýzy grafického obrazu pochádzajúceho z prednej videokamery musí systém vopred určiť povahu zmien na povrchu vozovky a prispôsobiť sa prijatým informáciám.

Niektoré spoločnosti už podobné systémy vo svojich modeloch implementujú, takže existuje dôvera v bezprostredný vývoj magnetických suspenzií pre automobily.

Výhody a nevýhody

Rovnako ako akýkoľvek iný nový mechanizmus, ktorý sa plánuje zaviesť do konštrukcie automobilov (alebo sa už používa v motorových vozidlách), majú všetky typy elektromagnetického pruženia výhody a nevýhody.

Poďme si najskôr povedať o kladoch. Tento zoznam obsahuje tieto faktory:

• Tlmiace vlastnosti systému nemajú z hľadiska plynulého chodu obdoby;
• Vďaka jemnému vyladeniu režimov tlmenia sa stane ovládanie vozidla takmer dokonalé bez rolovania charakteristických pre jednoduchšie konštrukcie. Rovnaký efekt zaisťuje maximálnu priľnavosť k vozovke bez ohľadu na jej kvalitu;
• Počas akcelerácie a prudkého brzdenia auto „nehryzie“ nos a nesedí na zadnej náprave, čo v bežných autách vážne ovplyvňuje priľnavosť;
• Opotrebenie pneumatík je rovnomernejšie. Samozrejme, ak je geometria pák a ďalších prvkov zavesenia a podvozku správne naladená (ďalšie informácie o odklone) nájdete oddelene);
• Vylepšuje sa aerodynamika vozidla, pretože jeho karoséria je vždy rovnobežná s vozovkou;
• Nerovnomerné opotrebenie konštrukčných prvkov je eliminované rozdelením síl medzi naložené / nezaťažené kolesá.

Všetky pozitívne body sa v zásade týkajú hlavného účelu každého pozastavenia. Každá automobilka sa snaží vylepšiť existujúce typy tlmiacich systémov, aby sa ich výrobky čo najviac priblížili spomínanému ideálu.

Pokiaľ ide o nevýhody, magnetické zavesenie má jednu. Toto je jeho hodnota. Ak nainštalujete plnohodnotný vývoj od spoločnosti Bose, potom aj pri nízkej kvalite interiéru a minimálnej konfigurácii elektronického systému bude auto stále stáť príliš veľa. Nejedna automobilka ešte nie je pripravená zaradiť takéto modely do série (aj obmedzenej) v nádeji, že bohatí si okamžite kúpia nový produkt, a nemá zmysel investovať prostriedky do automobilu, ktorý bude v skladoch . Jedinou možnosťou je výroba takýchto automobilov na individuálnu objednávku, avšak v tomto prípade existuje len málo spoločností, ktoré sú pripravené poskytnúť takúto službu.

Na záver navrhujeme pozrieť si krátke video o tom, ako funguje magnetické odpruženie Bose v porovnaní s klasickými kolegami:

Vynález NIE JE pre bežných smrteľníkov. KAŽDÝ by rád videl túto technológiu vo svojom aute