Karakteristike i prednosti magnetne suspenzije

Bilo koji moderan, čak i najbudžetniji automobil, bit će opremljen ovjesom. Ovaj sistem je sposoban pružiti ugodnu vožnju cestama s različitim vrstama podloga. Međutim, osim udobnosti, svrha ovog dijela mašine je i promocija sigurne vožnje. Detalje o suspenziji pročitajte u zasebnom pregledu.

Kao i bilo koji drugi automatski sistem, ovjes se nadograđuje. Zahvaljujući naporima inženjera iz različitih automobilskih koncerna, pored klasičnih mehaničkih modifikacija, već postoji i pneumatski dizajn (detaljno pročitajte o njemu) ovdje), hidraulična i magnetna suspenzija i njihove sorte.

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

Šta je magnetna suspenzija

Uprkos činjenici da se sistem 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 ublažava udare koji se sa kotača prenose sa kotača na tijelo (detalji o uređaju, modifikacije i kvarovi amortizera su opisani odvojeno). Opruga vraća kotač u prvobitni položaj. Zahvaljujući ovoj šemi rada, kretanje automobila prati konstantno prianjanje točkova za 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 na to koliko je cesta dobra ili loša. Primjer takvih struktura je adaptivni ovjes koji je u različitim verzijama već instaliran na serijskim modelima (za više detalja o ovoj vrsti uređaja pročitajte ovdje).

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

Najbrži način da se nose s ovim radom mogu biti mehanizmi koji funkcioniraju na osnovu 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 ove signale.

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

Sama ideja o stvaranju "lebdećeg" vozila nije nova. Često se nalazi na stranicama fantastičnih djela sa spektakularnim letovima gravikara. Do prvih godina 80-ih godina prošlog stoljeća, ova ideja je 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 magnetnom ovjesu. Ovo vozilo nazvano je magnetoplan. U poređenju sa klasičnim analogima, ovaj voz je 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 da naprave pravu konkurenciju. Jedini nedostatak zbog kojeg je implementacija ovog razvoja spora nije samo visoka cijena samog vlaka. Da bi se mogao kretati, potreban mu je poseban trag koji pruža odgovarajuće magnetno polje.

Iako ovaj razvoj još nije primijenjen 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 o površinu ceste, ostavljajući samo otpor zraka. Budući da je nemoguće u potpunosti prenijeti sva vozila na točkovima 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 test uzorke, naučnici su mogli da pruže konceptnim automobilima bolju dinamiku i upravljivost. Dizajn magnetne suspenzije prilično je složen. Riječ je o stalku koji je instaliran na sve kotače po istom principu kao i MacPherson stalak (detaljno pročitajte o njemu) u drugom članku). Ovim elementima nije potreban prigušivač (amortizer) ili opruga.

Ispravka rada ovog sistema vrši se putem elektroničke upravljačke jedinice (odvojeno, jer mikroprocesor treba obraditi puno podataka i aktivirati veliki broj algoritama). Još jedna karakteristika ovog ovjesa je da mu, za razliku od klasičnih verzija, nisu potrebne torzijske šipke, stabilizatori i drugi dijelovi kako bi se osigurala stabilnost vozila u zavojima i velikim brzinama. Umesto toga, može se koristiti posebna magnetna tečnost koja kombinuje svojstva tečnosti i namagnetisanog materijala ili magnetnih ventila.

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

Kako to radi

Načelo interakcije elektromagneta uzeto je kao osnova za funkcionisanje magnetne suspenzije (u hidraulici je fluid, u pneumatskom vazduhu - vazduh, a u mehanici - elastični dijelovi ili opruge). Rad ovog sistema ima sljedeći princip.

Iz školskog kursa 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 im omogućiti upotrebu u automobilima, a kamoli prilagođavanje situaciji na putu.

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

Takve karakteristike elektromagneta omogućavaju upotrebu kao opruge i zaklopke. Za to struktura mora nužno imati najmanje dva elektromagneta. Nemogućnost komprimiranja dijelova ima isti učinak kao klasični amortizer, a odbojna sila magneta usporediva je sa silom opruge ili opruge. Zbog kombinacije ovih svojstava, elektromagnetska opruga reagira mnogo 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. Preostalo je samo stvoriti efikasnu ECU ovjesa koja 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, troškovi takve instalacije bit će previsoki za vozače s prosječnim materijalnim prihodom. I nije svaka bogata osoba mogla priuštiti kupnju automobila s punopravnim magnetnim ovjesom. Drugo, održavanje takvog sistema bilo bi povezano s dodatnim poteškoćama, na primjer, složenošću popravka i malim brojem stručnjaka koji razumiju zamršenost sustava.

Može se razviti punopravna magnetna suspenzija, ali ona neće moći stvoriti dostojnu konkurenciju, jer će malo ljudi željeti izdvojiti bogatstvo samo radi brzine odziva adaptivnog ovjesa. Mnogo jeftiniji, i s dobrim uspjehom, električno upravljani magnetni elementi mogu se uvesti u dizajn klasičnih amortizera.

A ova tehnologija već ima dvije primjene:

1. U amortizer ugradite elektromehanički ventil koji mijenja dio 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 tečnost koja mijenja svoja svojstva zbog utjecaja magnetskog polja na nju. Suština takve modifikacije identična je prethodnoj - radna supstanca teče brže ili sporije iz jedne komore u drugu.

Obje opcije se već koriste u nekim serijskim vozilima. Prvi razvoj nije tako brz, ali je jeftiniji u odnosu na amortizere napunjene magnetnom tečnošću.

Vrste magnetnih suspenzija

Budući da je punopravno magnetno ovješenje još uvijek u fazi izrade, proizvođači automobila djelimično primjenjuju ovu shemu u svojim modelima automobila, slijedeći jedan od dva gore navedena puta.

U svijetu, među svim razvojem magnetnih suspenzija, postoje tri vrste koje zaslužuju pažnju. Uprkos razlici u principu rada, dizajnu i upotrebi različitih aktuatora, sve ove modifikacije imaju nekoliko sličnosti. Lista uključuje:

• Ručice i drugi elementi hodanja automobila koji određuju pravac kretanja točkova tokom rada ovjesa;
• Senzori za položaj točkova u odnosu na karoseriju, njihovu brzinu rotacije i stanje puta ispred automobila. Ova lista također uključuje senzore opće namjene - sile pritiska na papučicu gasa / kočnice, opterećenje motora, broj okretaja itd .;
• Zasebna upravljačka jedinica u kojoj se prikupljaju i obrađuju signali svih senzora u sistemu. Mikroprocesor generira kontrolne impulse u skladu s algoritmima koji su spojeni tokom proizvodnje;
• Elektromagneti, u kojima se pod uticajem električne energije stvara magnetno polje sa odgovarajućim polaritetom;
• Elektrana koja proizvodi struju sposobnu za aktiviranje moćnih magneta.

Razmotrimo koja je posebnost svakog od njih, a zatim ćemo razgovarati o prednostima i nedostacima magnetne verzije sistema prigušivača automobila. Prije nego što započnemo, vrijedi pojasniti da nijedan sistem nije proizvod korporativne špijunaže. Svaki od događaja je individualno razvijeni koncept koji ima pravo na postojanje u svijetu automobilske industrije.

SKF magnetska suspenzija

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

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

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

Kada automobil vozi cestom, senzori na svakom točku šalju signale ECU-u. Na osnovu tih podataka, upravljačka jedinica mijenja snagu magnetskog polja, povećavajući time hod potpornika, a ovjes postaje klasično mekan od sportskog. Kontrolna jedinica takođe kontrolira vertikalno kretanje potporne šipke, što ne ostavlja utisak da mašina radi samo na oprugama.

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

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

Delphi suspenzija

Nove karakteristike prigušenja nudi ovjes koji je razvila američka kompanija Delphi. Izvana podseća na klasični McPherson stav. Utjecaj elektromagneta vrši se samo na svojstva magnetske reološke tečnosti smještene u šupljinama amortizera. Uprkos ovom jednostavnom dizajnu, ovaj tip ovjesa pokazuje izvrsnu prilagodbu krutosti prigušenja, ovisno o signalima iz upravljačke jedinice.

U poređenju sa hidrauličkim kolegama sa promenljivom krutošću, ova modifikacija reaguje mnogo brže. Rad magneta samo mijenja viskoznost radne supstance. Što se tiče opružnog elementa, njegovu krutost nije potrebno mijenjati. Zadatak mu je što brže vratiti točak na cestu pri brzoj vožnji po neravnim površinama. Ovisno o tome kako elektronika radi, sistem je u stanju da trenutno učini tekućinu u amortizerima više tekućine, tako da se poluga prigušivača brže kreće.

Ova svojstva ovjesa malo su praktična za civilni transport. Dijelovi sekunde igraju važnu ulogu u moto-sportu. Sam sistem ne zahtijeva toliko energije kao u slučaju prethodnih vrsta prigušivača. Takav sistem se takođe kontrolira na osnovu podataka koji dolaze iz različitih senzora koji se nalaze na točkovima i elementima strukture ovjesa.

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

Bose elektromagnetska suspenzija

Marka Bose mnogim je vozačima poznata po vrhunskim zvučničkim sistemima. Ali pored visokokvalitetne audio pripreme, kompanija radi i na razvoju jedne od najspektakularnijih vrsta magnetnih ovjesa. Na kraju dvadesetog veka, profesor koji stvara spektakularnu akustiku, takođe je "zaražen" idejom stvaranja punopravne magnetne 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 dužine štapa i tijela unutar kojih se ona kreće, a magnetsko polje je maksimizirano i broj pluseva je povećan.

Posebnost takve instalacije je u tome što ne zahtjeva puno više energije. Takođe istovremeno vrši funkciju prigušivača i opruge, a radi i u statičnom (automobil stoji) i u dinamičnom (automobil se kreće neravnom putu) načinu rada.

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

Ovaj magnetni ovjes testiran je na vodećem modelu japanskog proizvođača automobila Lexus LS, koji je, inače, nedavno preuređen (predstavljena je testna vožnja jedne od prethodnih verzija premium limuzine u drugom članku). Uprkos činjenici da je ovaj model već dobio visokokvalitetnu suspenziju, koju odlikuje nesmetan rad, tokom predstavljanja magnetnog sistema bilo je nemoguće ne primijetiti divljenje auto-novinara.

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

Još jedna karakteristika Boseove magnetne suspenzije je da ona može djelovati i kao sekundarni generator. Kada se štap amortizera pomakne, pridruženi sistem za oporabu sakuplja oslobođenu energiju u akumulator. Moguće je da će se ovaj razvoj dodatno modernizirati. Uprkos činjenici da je ovaj tip ovjesa u teoriji najučinkovitiji, daleko je najteže programirati upravljačku jedinicu tako da mehanizam može ostvariti puni potencijal sustava opisanog na crtežima.

Izgledi za pojavu magnetnih suspenzija

Uprkos očiglednoj efikasnosti, punopravni magnetni ovjes još nije ušao u masovnu proizvodnju. Trenutno su glavna prepreka tome aspekt troškova i složenost programiranja. Revolucionarna magnetska suspenzija je preskupa i još uvijek nije u potpunosti razvijena (teško je stvoriti adekvatan softver, jer se u mikroprocesoru mora aktivirati veliki broj algoritama da bi se ostvario puni potencijal). Ali već sada postoji pozitivan trend prema primjeni ideje u modernim vozilima.

Bilo kojoj novoj tehnologiji je potrebno finansiranje. Nemoguće je razviti novitet i odmah ga pustiti u proizvodnju bez prethodnih ispitivanja, a osim rada inženjera i programera, ovaj proces 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 sistemi poboljšati, što će vozila na točkovima učiniti udobnijim i sigurnijim. Mehanizmi zasnovani na interakciji elektromagneta mogu se koristiti i u drugim dizajnom vozila. Na primjer, da bi se povećala udobnost u vožnji kamiona, vozačevo sjedište može se temeljiti ne na pneumatskom, već na magnetnom jastuku.

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

• Navigacijski sistem. Elektronika mora unaprijed odrediti stanje površine ceste. Najbolje je to učiniti na osnovu podataka GPS navigatora (pročitajte o značajkama rada uređaja ovdje). Adaptivni ovjes je unaprijed pripremljen za teške površine puta (neki navigacijski sistemi pružaju informacije o stanju površine ceste) ili za veliki broj zavoja.
• Sistem vida ispred vozila. Na osnovu infracrvenih senzora i analize grafičke slike koja dolazi sa prednje video kamere, sistem mora unaprijed utvrditi prirodu promjena na površini puta i prilagoditi se primljenim informacijama.

Neke kompanije već primjenjuju slične sisteme u svojim modelima, pa postoji povjerenje u skori razvoj magnetnih ovjesa za automobile.

Prednosti i mane

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. Ova lista uključuje sljedeće faktore:

• Svojstva prigušivanja sistema su bez premca u smislu nesmetanog rada;
• Fino podešavanjem načina prigušivanja, upravljanje automobilom postaje gotovo savršeno bez valjaka karakterističnih za jednostavnije dizajne. Isti efekt osigurava maksimalno prianjanje na putu, bez obzira na njegov kvalitet;
• Za vrijeme ubrzavanja i jakog kočenja automobil ne "grize" nos i ne sjeda na zadnju osovinu, što kod običnih automobila ozbiljno utječe na prianjanje;
• Habanje guma je ujednačenije. Naravno, ako je geometrija ručica 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 točkova.

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

Što se tiče nedostataka, magnetna suspenzija ima samo jedan. To je njegova vrijednost. Ako instalirate punopravni razvoj tvrtke Bose, čak i uz nizak kvalitet unutrašnjosti 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 opcija je proizvodnja takvih automobila po individualnoj narudžbi, ali u ovom slučaju malo je tvrtki koje su spremne pružiti takvu uslugu.

Za kraj, predlažemo da pogledate kratki video o tome kako funkcionira Bose magnetna suspenzija u usporedbi s klasičnim kolegama:

Izum NIJE za obične smrtnike. SVI BI ŽELJELI vidjeti ovu tehnologiju u svom automobilu