Funktioner og fordele ved magnetisk affjedring

Enhver moderne, selv den mest budgetmæssige bil, vil være udstyret med en affjedring. Dette system er i stand til at give en behagelig tur på veje med forskellige typer overflader. Ud over komforten er formålet med denne del af maskinen imidlertid også at fremme sikker kørsel. For detaljer om, hvad en suspension er, skal du læse i en separat gennemgang.

Som ethvert andet auto-system opgraderes suspensionen. Takket være ingeniørers indsats fra forskellige bilproblemer findes der foruden klassiske mekaniske ændringer allerede et pneumatisk design (læs om det i detaljer her), hydraulisk og magnetisk affjedring og deres sorter.

Lad os overveje, hvordan den magnetiske type vedhæng fungerer, deres ændringer og også fordelene i forhold til klassiske mekaniske strukturer.

Hvad er magnetisk suspension

På trods af at bilens dæmpningssystem konstant forbedres, og nye elementer vises i dets design eller geometrien i forskellige dele ændres, forbliver dens funktion stort set identisk. Støddæmperen blødgør stødene, der transmitteres fra vejen gennem hjulet til kroppen (detaljer om enheden, ændringer og fejl hos støddæmpere er beskrevet særskilt). Fjederen returnerer hjulet til sin oprindelige position. Takket være denne arbejdsplan ledsages bilens bevægelse af konstant vedhæftning af hjulene til vejoverfladen.

Du kan ændre affjedringstilstanden radikalt ved at installere en adaptiv enhed på maskinplatformen, der vil tilpasse sig vejsituationen og forbedre køretøjets håndtering, uanset hvor god eller dårlig vejen er. Et eksempel på sådanne designs er en adaptiv affjedring, som i forskellige versioner allerede er installeret på seriemodeller (for flere detaljer om denne type enhed, læs her).

Som en af ​​varianterne af adaptive mekanismer blev en elektromagnetisk type suspension udviklet. Hvis vi sammenligner denne udvikling med en hydraulisk analog, er der i den anden ændring en speciel væske i aktuatorerne. Elektronikken ændrer trykket i reservoirerne, så hvert dæmpningselement ændrer stivhed. Princippet er ens for den pneumatiske type. Ulempen ved sådanne systemer er, at arbejdskredsløbet ikke er i stand til hurtigt at tilpasse sig vejsituationen, da det skal fyldes med en ekstra mængde arbejdsmedium, hvilket i bedste fald tager et par sekunder.

Den hurtigste måde at tackle dette arbejde på er mekanismer, der fungerer på baggrund af den elektromagnetiske interaktion mellem de udøvende elementer. De er mere lydhøre over for kommandoen, for at ændre dæmpningstilstanden er det ikke nødvendigt at pumpe eller dræne arbejdsmediet fra tanken. Elektronikken i den magnetiske suspension udsender kommandoen, og enheden reagerer øjeblikkeligt på disse signaler.

Øget kørekomfort, sikkerhed ved høje hastigheder og ustabile vejoverflader samt let håndtering er hovedårsagerne til, at udviklere forsøger at implementere magnetisk affjedring i produktionsbiler, da klassisk design ikke er i stand til at opnå ideelle parametre i denne henseende.

Selve ideen om at skabe et "svævende" køretøj er ikke nyt. Hun findes ofte på siderne i fantastiske værker med spektakulære flyvninger med gravikars. Indtil de første år i 80'erne i det sidste århundrede forblev denne idé på fiktionsstadiet, og kun nogle forskere betragtede det som muligt, men i en fjern fremtid.

Men i 1982 optrådte verdens første udvikling af et tog, der kørte på en magnetisk suspension. Dette køretøj blev kaldt en magnetoplane. Sammenlignet med klassiske analoger udviklede dette tog en hidtil uset hastighed på det tidspunkt - mere end 500 km / t, og med hensyn til dets blødhed af "flyvning" og støjløshed i arbejdet kunne kun fugle skabe reel konkurrence. Den eneste ulempe, som implementeringen af ​​denne udvikling er langsom på, er ikke kun de høje omkostninger ved selve toget. For at han skal kunne bevæge sig, har han brug for et specielt spor, der giver det rigtige magnetfelt.

Selvom denne udvikling endnu ikke er anvendt i bilindustrien, efterlader forskere ikke dette projekt "at samle støv på hylden." Årsagen er, at det elektromagnetiske driftsprincip fuldstændigt fjerner friktionen af ​​drivhjulene på vejoverfladen og kun efterlader luftmodstand. Da det er umuligt at overføre alle hjulkøretøjer til en lignende type chassis (det vil være nødvendigt at bygge tilsvarende veje rundt om i verden), fokuserede ingeniører på at introducere denne udvikling i suspension af biler.

Takket være installationen af ​​elektromagnetiske elementer på testprøver kunne forskere give konceptbiler bedre dynamik og kontrol. Designet af den magnetiske suspension er ret kompliceret. Det er et stativ, der er installeret på alle hjul efter det samme princip som et MacPherson-stativ (læs om det i detaljer i en anden artikel). Disse elementer har ikke brug for en spjældmekanisme (støddæmper) eller en fjeder.

Korrektion af driften af ​​dette system udføres gennem den elektroniske styreenhed (separat, da mikroprocessoren har brug for at behandle en masse data og aktivere et stort antal algoritmer). Et andet træk ved denne affjedring er, at det i modsætning til de klassiske versioner ikke har brug for torsionsstænger, stabilisatorer og andre dele for at sikre køretøjets stabilitet ved bøjninger og høje hastigheder. I stedet kan der anvendes en speciel magnetisk væske, der kombinerer egenskaberne ved en væske og et magnetiseret materiale eller magnetventiler.

Nogle moderne biler bruger støddæmpere med et lignende stof i stedet for olie. Da der er stor sandsynlighed for svigt i systemet (når alt kommer til alt er dette stadig en ny udvikling, som endnu ikke er gennemtænkt), kan fjedre være til stede i dets enhed.

Virkemåde

Princippet om interaktion mellem elektromagneter er taget som grundlaget for den magnetiske ophængs funktion (i hydraulik er det flydende, i pneumatisk luft - luft og i mekanik - elastiske dele eller fjedre). Driften af ​​dette system har følgende princip.

Fra skolekurset ved alle, at de samme magnetstænger gensidigt frastøder. For at forbinde de magnetiserede elementer skal du bruge tilstrækkelig indsats (denne parameter afhænger af størrelsen på de elementer, der skal tilsluttes, og styrken af ​​magnetfeltet). Permanente magneter med et så stærkt felt til at modstå en bils vægt er vanskelige at finde, og dimensionerne på sådanne elementer tillader ikke, at de kan bruges i biler, endsige tilpasse sig vejsituationen.

Du kan også oprette en magnet med elektricitet. I dette tilfælde fungerer det kun, når aktuatoren er tilsluttet. Styrken af ​​magnetfeltet kan i dette tilfælde reguleres ved at øge strømmen på de interagerende dele. Gennem denne proces er det muligt at øge eller mindske den frastødende kraft og dermed suspensionens stivhed.

Sådanne egenskaber ved elektromagneter gør det muligt at bruge dem som fjedre og dæmpere. Til dette skal strukturen nødvendigvis have mindst to elektromagneter. Manglende evne til at komprimere dele har den samme effekt som en klassisk støddæmper, og magnetenes frastødende kraft kan sammenlignes med en fjeder eller fjeder. På grund af kombinationen af ​​disse egenskaber reagerer den elektromagnetiske fjeder meget hurtigere end mekaniske modstykker, og responstiden på styresignaler er meget kortere, som i tilfælde af hydraulik eller pneumatik.

I udviklerarsenalet er der allerede et tilstrækkeligt antal arbejdselektromagneter med forskellige ændringer. Det eneste, der er tilbage, er at skabe en effektiv ECU til affjedring, der modtager signaler fra chassiset og positionssensorer og finjusterer affjedringen. I teorien er denne idé ret realistisk at implementere, men praksis viser, at denne udvikling har flere "faldgruber".

For det første vil omkostningerne ved en sådan installation være for høje for en bilist med en gennemsnitlig materiel indkomst. Og ikke alle rige mennesker havde råd til at købe en bil med en fuldgyldig magnetisk affjedring. For det andet vil vedligeholdelsen af ​​et sådant system være forbundet med yderligere vanskeligheder, for eksempel reparationens kompleksitet og et lille antal specialister, der forstår systemets indviklede forhold.

En fuldgyldig magnetisk affjedring kan udvikles, men det vil ikke være i stand til at skabe en værdig konkurrence, da kun få mennesker vil ønske at udskille en formue bare af hensyn til den adaptive affjedrings reaktionshastighed. Meget billigere og med god succes kan elektrisk styrede magnetiske elementer introduceres i designet af klassiske støddæmpere.

Og denne teknologi har allerede to applikationer:

1. Installer en elektromekanisk ventil i støddæmperen, der ændrer den sektion af kanalen, gennem hvilken olien bevæger sig fra et hulrum til et andet. I dette tilfælde kan du hurtigt ændre suspensionens stivhed: jo bredere bypass-åbningen, jo blødere fungerer støddæmperen og omvendt.
2. Injicer en magnetisk reologisk væske i støddæmperhulen, som ændrer dens egenskaber på grund af effekten af ​​et magnetfelt på det. Essensen af ​​en sådan ændring er identisk med den foregående - arbejdssubstansen flyder hurtigere eller langsommere fra et kammer til et andet.

Begge muligheder er allerede brugt i nogle produktionskøretøjer. Den første udvikling er ikke så hurtig, men den er billigere sammenlignet med støddæmpere fyldt med magnetisk væske.

Typer af magnetiske suspensioner

Da en fuldgyldig magnetisk affjedring stadig er under udvikling, implementerer bilproducenter delvist denne ordning i deres bilmodeller ved at følge en af ​​de to ovennævnte veje.

I verden, blandt alle udviklingen af ​​magnetiske suspensioner, er der tre sorter, der fortjener opmærksomhed. På trods af forskellen i princippet om drift, design og brug af forskellige aktuatorer har alle disse ændringer flere ligheder. Listen inkluderer:

• Håndtag og andre elementer i bilens gang, som bestemmer hjulernes bevægelsesretning under affjedringens drift;
• Sensorer til hjulernes position i forhold til karrosseriet, deres omdrejningshastighed og vejens tilstand foran bilen. Denne liste inkluderer også sensorer til generelle formål - kræfterne ved at trykke på gas / bremsepedalen, motorbelastning, motorhastighed osv.
• En separat styreenhed, hvor signaler fra alle sensorer i systemet indsamles og behandles. Mikroprocessoren genererer kontrolimpulser i overensstemmelse med de algoritmer, der er syet under produktionen;
• Elektromagneter, hvor der under påvirkning af elektricitet dannes et magnetfelt med den tilsvarende polaritet;
• Et kraftværk, der genererer en strøm, der er i stand til at aktivere kraftige magneter.

Lad os overveje, hvad der er særpræget ved hver af dem, og så vil vi diskutere fordele og ulemper ved den magnetiske version af spjældsystemet i bilen. Før vi kommer i gang, er det værd at præcisere, at ingen af ​​systemerne er et produkt af virksomhedsspionage. Hver af udviklingen er et individuelt udviklet koncept, der har ret til at eksistere i bilindustriens verden.

SKF magnetisk affjedring

SKF er en svensk producent af bildele til professionelle reparationer af køretøjer. Designet af de magnetiske støddæmpere fra dette mærke er så simpelt som muligt. Enheden til disse fjedrende og dæmpende dele indeholder følgende elementer:

• Kapsel;
• To elektromagneter;
• Spjældstamme;
• Forår.

Princippet om drift af et sådant system er som følger. Når bilens elektriske system startes, aktiveres elektromagneterne i kapslen. På grund af de samme poler i magnetfeltet afvises disse elementer fra hinanden. I denne tilstand fungerer enheden som en fjeder - den tillader ikke, at karosseriet ligger på hjulene.

Når bilen kører på vejen, sender sensorer på hvert hjul signaler til ECU'en. Baseret på disse data ændrer kontrolenheden styrken af ​​magnetfeltet, hvorved stiverens bevægelse øges, og affjedringen bliver klassisk blød fra en sporty. Kontrolenheden styrer også den lodrette bevægelse af stiverstangen, hvilket ikke giver indtryk af, at maskinen kører alene på fjedre.

Fjedereffekten tilvejebringes ikke kun af magnetenes frastødende egenskaber, men af ​​fjederen, der er installeret på stativet i tilfælde af strømafbrydelse. Plus, dette element giver dig mulighed for at slukke magneterne, når køretøjet er parkeret med et inaktivt indbygget system.

Ulempen ved denne type suspension er, at den bruger meget energi, da ECU konstant ændrer spændingen i magnetspolerne, så systemet hurtigt tilpasser sig situationen på vejen. Men hvis vi sammenligner "gluttony" af denne suspension med nogle vedhæftede filer (for eksempel med et klimaanlæg og en fungerende indvendig opvarmning), forbruger den ikke en kritisk stor mængde elektricitet. Det vigtigste er, at der er installeret en generator med en passende effekt i maskinen (hvilken funktion denne mekanisme udfører er beskrevet her).

Delphi Suspension

Nye dæmpningsegenskaber tilbydes af suspensionen udviklet af det amerikanske firma Delphi. Udad ligner det den klassiske McPherson-holdning. Indflydelsen af ​​elektromagneter udføres kun på egenskaberne af den magnetiske reologiske væske i støddæmperens hulrum. På trods af dette enkle design demonstrerer denne type affjedring en fremragende tilpasning af dæmpningsstivheden afhængigt af signalerne fra styreenheden.

Sammenlignet med hydrauliske modstykker med variabel stivhed reagerer denne ændring meget hurtigere. Magnetenes arbejde ændrer kun arbejdsstoffets viskositet. For fjederelementet behøver dets stivhed ikke at blive ændret. Dens opgave er at bringe hjulet tilbage så hurtigt som muligt, når man kører hurtigt på ujævne overflader. Afhængigt af hvordan elektronikken fungerer, er systemet i stand til øjeblikkeligt at gøre væsken i støddæmpere mere væske, så spjældstangen bevæger sig hurtigere.

Disse ophængningsegenskaber er af ringe anvendelighed til civil transport. Fraktioner af et sekund spiller en vigtig rolle i motorsporten. Selve systemet kræver ikke så meget energi som i tilfældet med den tidligere type spjæld. Et sådant system styres også på basis af data, der kommer fra forskellige sensorer placeret på hjulene og ophængskonstruktionselementerne.

Denne udvikling bruges allerede aktivt i adaptive affjedringer af mærker som Audi og GM (nogle Cadillac og Chevrolet modeller).

Bose elektromagnetisk suspension

Bose-mærket er kendt for mange bilister for sine førsteklasses højttalersystemer. Men ud over lydforberedelse af høj kvalitet arbejder virksomheden også på udviklingen af ​​en af ​​de mest spektakulære typer magnetisk suspension. Ved slutningen af ​​det tyvende århundrede blev en professor, der skaber spektakulær akustik, også "inficeret" med ideen om at skabe en fuldgyldig magnetisk suspension.

Udformningen af ​​dets udvikling ligner den samme støddæmper, og elektromagneterne i enheden er installeret i henhold til princippet som i SKF-modifikationen. Kun de afviser ikke hinanden, som i den første version. Selve elektromagneterne er placeret langs hele stangens og kroppens længde, indeni hvilken den bevæger sig, og magnetfeltet maksimeres, og antallet af plusser øges.

Ejendommen ved en sådan installation er, at den ikke kræver meget mere energi. Den udfører samtidig funktionen af ​​både en dæmper og en fjeder, og den fungerer både i statisk tilstand (bilen står) og i en dynamisk tilstand (bilen bevæger sig langs en ujævn vej).

Selve systemet giver kontrol over et større antal processer, der opstår, mens bilen kører. Dæmpning af svingninger opstår på grund af en skarp ændring i magnetfeltets poler. Bose-systemet betragtes som benchmark for alle sådanne suspensionskonstruktioner. Det er i stand til at give et effektivt slag af stangen med så meget som tyve centimeter, perfekt stabilisere kroppen, hvilket eliminerer selv den mindste rulle under hurtig hastighed i sving samt "hakke" under bremsning.

Denne magnetiske affjedring blev testet på flagskibsmodellen fra den japanske bilproducent Lexus LS, som forresten blev nyrenoveret (en testkørsel fra en af ​​de tidligere versioner af premium sedan blev præsenteret i en anden artikel). På trods af at denne model allerede modtog en suspension i høj kvalitet, der er kendetegnet ved problemfri drift, var det umuligt ikke at lægge mærke til autojournalisternes beundring under præsentationen af ​​det magnetiske system.

Producenten har udstyret dette system med flere driftstilstande og et stort antal forskellige indstillinger. For eksempel, når bilen kører i høj hastighed, registrerer affjedrings-ECU køretøjets hastighed, begyndelsen af ​​karrosserirullen. Afhængig af signalerne fra sensorerne tilføres elektricitet i større udstrækning til stativet på et af de mere belastede hjul (oftere er det forhjulet, der ligger på den ydre bane af rotationshalvcirklen). Takket være dette bliver det ydre baghjul også støttehjulet, og bilen holder fast på vejoverfladen.

Et andet træk ved Boses magnetiske suspension er, at den også kan fungere som en ekstra generator. Når støddæmperstangen bevæger sig, samler det tilknyttede genopretningssystem den frigivne energi i akkumulatoren. Det er muligt, at denne udvikling vil blive yderligere moderniseret. På trods af at denne type affjedring i teorien er den mest effektive, er langt det sværeste at programmere styreenheden, så mekanismen kan realisere det fulde potentiale i systemet beskrevet på tegningerne.

Udsigter for udseendet af magnetiske suspensioner

På trods af sin åbenlyse effektivitet er en fuldgyldig magnetisk suspension endnu ikke kommet i masseproduktion. I øjeblikket er den største hindring for dette omkostningsaspektet og kompleksiteten i programmeringen. Den revolutionerende magnetiske suspension er for dyr, og den er endnu ikke fuldt udviklet (det er svært at oprette tilstrækkelig software, da et stort antal algoritmer skal aktiveres i mikroprocessoren for at udnytte sit fulde potentiale). Men allerede nu er der en positiv tendens mod anvendelsen af ​​ideen i moderne køretøjer.

Enhver ny teknologi har brug for finansiering. Det er umuligt at udvikle en nyhed og straks sætte den i produktion uden indledende tests, og ud over arbejdet hos ingeniører og programmører kræver denne proces også enorme investeringer. Men så snart udviklingen er sat på transportbåndet, vil dens design gradvis blive forenklet, hvilket gør det meget muligt at se en sådan enhed ikke kun i premiumbiler, men også i modeller af det midterste prissegment.

Det er muligt, at systemerne over tid forbedres, hvilket gør hjulkøretøjer mere komfortable og sikre. Mekanismer baseret på interaktionen mellem elektromagneter kan også bruges i andre køretøjsdesign. For eksempel for at øge komforten under kørsel af lastbil kan førersædet ikke være baseret på en pneumatisk, men på en magnetisk pude.

Hvad angår udviklingen af ​​elektromagnetiske suspensioner, skal følgende relaterede systemer i dag forbedres:

• Navigations system. Elektronikken skal på forhånd bestemme vejoverfladens tilstand. Det er bedst at gøre dette baseret på data fra GPS-navigatoren (læs om funktionerne i enhedens funktion her). Den adaptive affjedring er forberedt på forhånd til vanskelige vejoverflader (nogle navigationssystemer giver oplysninger om vejoverfladens tilstand) eller til et stort antal drejninger.
• Visionssystem foran køretøjet. Baseret på infrarøde sensorer og analyse af det grafiske billede, der kommer fra det forreste videokamera, skal systemet på forhånd bestemme arten af ​​ændringer i vejoverfladen og tilpasse sig de modtagne oplysninger.

Nogle virksomheder implementerer allerede lignende systemer i deres modeller, så der er tillid til den forestående udvikling af magnetiske ophæng til biler.

Fordele og ulemper

Som enhver anden ny mekanisme, der er planlagt til at blive introduceret i design af biler (eller allerede bruges i motorkøretøjer), har alle typer elektromagnetisk affjedring fordele og ulemper.

Lad os tale om profferne først. Denne liste indeholder sådanne faktorer:

• Systemets dæmpningsegenskaber har ingen analoger med hensyn til problemfri drift;
• Ved at finjustere dæmpningstilstandene bliver bilens håndtering næsten perfekt uden ruller, der er karakteristiske for enklere design. Den samme effekt sikrer maksimal vejgreb, uanset kvaliteten;
• Under acceleration og hård opbremsning "bider" bilen ikke næsen og sidder ikke på bagakslen, hvilket i almindelige biler påvirker grebet alvorligt;
• Dækslitage er mere jævn. Selvfølgelig, hvis geometri af håndtagene og andre elementer i affjedring og chassis er korrekt indstillet (for flere detaljer om camber, læs særskilt);
• Bilens aerodynamik forbedres, da dens krop altid er parallel med kørebanen;
• Ujævn slitage på strukturelementer elimineres ved at fordele kræfter mellem belastede / ulastede hjul.

I princippet vedrører alle de positive punkter hovedformålet med enhver suspension. Enhver bilproducent bestræber sig på at forbedre de eksisterende typer dæmpningssystemer for at bringe deres produkter så tæt som muligt på det nævnte ideal.

Hvad angår ulemperne har den magnetiske suspension en. Dette er dens værdi. Hvis du installerer en fuldt udviklet udvikling fra Bose, selv med den lave kvalitet af interiøret og den minimale konfiguration af det elektroniske system, vil bilen stadig koste for meget. Ikke en eneste bilproducent er endnu klar til at sætte sådanne modeller i en serie (endda en begrænset), og håber, at de rige straks køber et nyt produkt op, og der er ingen mening i at investere en formue i en bil, der vil være i lager . Den eneste mulighed er fremstilling af sådanne biler i en individuel ordre, men i dette tilfælde er der få virksomheder, der er klar til at levere en sådan service.

Afslutningsvis foreslår vi at se en kort video om, hvordan Bose magnetiske suspension fungerer i sammenligning med klassiske kolleger:

Opfindelsen er IKKE til almindelige dødelige. ALLE VIL gerne se denne teknologi i sin bil