Caractéristiques et avantages de la suspension magnétique

Toute voiture moderne, même la plus économique, sera équipée d'une suspension. Ce système est capable de fournir une conduite confortable sur des routes avec différents types de surfaces. Cependant, outre le confort, cette partie de la machine a également pour but de favoriser une conduite sûre. Pour plus de détails sur ce qu'est une suspension, lisez dans un examen séparé.

Comme tout autre système automatique, la suspension est en cours de mise à niveau. Grâce aux efforts d'ingénieurs de diverses entreprises automobiles, en plus des modifications mécaniques classiques, une conception pneumatique existe déjà (lire en détail ici), suspension hydraulique et magnétique et leurs variétés.

Considérons le fonctionnement du type magnétique des pendentifs, leurs modifications, ainsi que les avantages par rapport aux structures mécaniques classiques.

Qu'est-ce que la suspension magnétique

Malgré le fait que le système d'amortissement de la voiture est constamment amélioré et que de nouveaux éléments apparaissent dans sa conception ou que la géométrie des différentes pièces change, son fonctionnement reste fondamentalement le même. L'amortisseur adoucit les chocs qui sont transmis de la route à la carrosserie en passant par la roue (des détails sur le dispositif, les modifications et les défauts des amortisseurs sont décrits séparément). Le ressort ramène la roue dans sa position d'origine. Grâce à ce schéma de travail, le mouvement de la voiture s'accompagne d'une adhérence constante des roues à la surface de la route.

Vous pouvez changer radicalement le mode de suspension en installant un dispositif adaptatif sur la plate-forme de la machine qui s'adapterait à la situation de la route et améliorerait la maniabilité du véhicule, quelle que soit la qualité de la route. Un exemple de telles structures est une suspension adaptative, qui dans différentes versions est déjà installée sur les modèles de série (pour plus de détails sur ce type d'appareil, lisez ici).

En tant que l'une des variantes des mécanismes adaptatifs, un type de suspension électromagnétique a été développé. Si nous comparons ce développement avec un analogue hydraulique, alors dans la deuxième modification, il y a un fluide spécial dans les actionneurs. L'électronique modifie la pression dans les réservoirs, de sorte que chaque élément d'amortissement change sa rigidité. Le principe est similaire pour le type pneumatique. L'inconvénient de tels systèmes est que le circuit de travail n'est pas capable de s'adapter rapidement à la situation de la route, car il doit être rempli d'une quantité supplémentaire de fluide de travail, ce qui prend au mieux quelques secondes.

Le moyen le plus rapide de faire face à ce travail peut être des mécanismes qui fonctionnent sur la base de l'interaction électromagnétique des éléments exécutifs. Ils sont plus réactifs à la commande, car pour changer le mode d'amortissement, il n'est pas nécessaire de pomper ou de vidanger le fluide de travail du réservoir. L'électronique de la suspension magnétique émet la commande et l'appareil répond instantanément à ces signaux.

Le confort de conduite accru, la sécurité à haute vitesse et les surfaces de route instables, ainsi que la facilité de manipulation sont les principales raisons pour lesquelles les développeurs tentent de mettre en œuvre une suspension magnétique dans les voitures de série, car les conceptions classiques ne sont pas en mesure d'atteindre les paramètres idéaux à cet égard.

L'idée même de créer un véhicule «planant» n'est pas nouvelle. On la retrouve souvent sur les pages d'œuvres fantastiques avec des vols spectaculaires de gravikars. Jusque dans les premières années des années 80 du siècle dernier, cette idée est restée au stade de la fantaisie, et seuls certains chercheurs la considéraient comme possible, mais dans un avenir lointain.

Cependant, en 1982, le premier développement au monde d'un train roulant sur une suspension magnétique est apparu. Ce véhicule s'appelait un magnétoplan. Par rapport aux analogues classiques, ce train développait une vitesse sans précédent à cette époque - plus de 500 km / h, et en ce qui concerne sa douceur de «vol» et son silence de travail, seuls les oiseaux pouvaient faire une réelle concurrence. Le seul inconvénient pour lequel la mise en œuvre de ce développement est lente n'est pas seulement le coût élevé du train lui-même. Pour qu'il puisse se déplacer, il a besoin d'une piste spéciale qui fournit le champ magnétique approprié.

Bien que ce développement n'ait pas encore été appliqué dans l'industrie automobile, les scientifiques ne laissent pas ce projet «accumuler de la poussière sur les étagères». La raison en est que le principe de fonctionnement électromagnétique élimine complètement le frottement des roues motrices sur la surface de la route, ne laissant que la résistance de l'air. Comme il est impossible de transférer complètement tous les véhicules à roues sur un type de châssis similaire (il sera nécessaire de construire des routes correspondantes dans le monde entier), les ingénieurs se sont concentrés sur l'introduction de ce développement dans la suspension des voitures.

Grâce à l'installation d'éléments électromagnétiques sur des échantillons de test, les scientifiques ont pu fournir aux concept cars une meilleure dynamique et une meilleure contrôlabilité. La conception de la suspension magnétique est assez complexe. C'est un rack qui s'installe sur toutes les roues selon le même principe qu'un rack MacPherson (lisez-le en détail dans un autre article). Ces éléments n'ont pas besoin de mécanisme d'amortissement (amortisseur) ou de ressort.

La correction du fonctionnement de ce système est effectuée via l'unité de commande électronique (séparée, car le microprocesseur a besoin de traiter beaucoup de données et d'activer un grand nombre d'algorithmes). Une autre caractéristique de cette suspension est que, contrairement aux versions classiques, elle n'a pas besoin de barres de torsion, de stabilisateurs et d'autres pièces pour assurer la stabilité du véhicule dans les virages et les vitesses élevées. Au lieu de cela, un fluide magnétique spécial peut être utilisé, qui combine les propriétés d'un fluide et d'un matériau magnétisé, ou d'électrovannes.

Certaines voitures modernes utilisent des amortisseurs avec une substance similaire au lieu de l'huile. Comme il y a une forte probabilité de défaillance du système (après tout, il s'agit encore d'un nouveau développement, qui n'a pas encore été entièrement pensé), des ressorts peuvent être présents dans son appareil.

Comment ça marche?

Le principe de l'interaction des électroaimants est pris comme base pour le fonctionnement de la suspension magnétique (en hydraulique c'est fluide, en pneumatique air - air, et en mécanique - pièces élastiques ou ressorts). Le fonctionnement de ce système a le principe suivant.

Dès le cours de l'école, tout le monde sait que les mêmes pôles d'aimants se repoussent mutuellement. Pour connecter les éléments magnétisés, vous devrez appliquer suffisamment d'effort (ce paramètre dépend de la taille des éléments à connecter et de la force du champ magnétique). Les aimants permanents avec un champ aussi puissant pour supporter le poids d'une voiture sont difficiles à trouver, et les dimensions de ces éléments ne leur permettront pas d'être utilisés dans les voitures, et encore moins de s'adapter à la situation routière.

Vous pouvez également créer un aimant avec de l'électricité. Dans ce cas, il ne fonctionnera que lorsque l'actionneur est sous tension. L'intensité du champ magnétique dans ce cas peut être régulée en augmentant le courant sur les parties en interaction. Grâce à ce processus, il est possible d'augmenter ou de diminuer la force de répulsion, et avec elle la rigidité de la suspension.

De telles caractéristiques des électroaimants permettent de les utiliser comme ressorts et amortisseurs. Pour cela, la structure doit obligatoirement comporter au moins deux électroaimants. L'incapacité à comprimer des pièces a le même effet qu'un amortisseur classique, et la force de répulsion des aimants est comparable à celle d'un ressort ou d'un ressort. En raison de la combinaison de ces propriétés, le ressort électromagnétique répond beaucoup plus rapidement que ses homologues mécaniques, et le temps de réponse aux signaux de commande est beaucoup plus court, comme dans le cas de l'hydraulique ou de la pneumatique.

Dans l'arsenal des développeurs, il existe déjà un nombre suffisant d'électroaimants fonctionnels de diverses modifications. Il ne reste plus qu'à créer un calculateur de suspension efficace qui recevra les signaux du châssis et des capteurs de position et affinera la suspension. En théorie, cette idée est assez réaliste à mettre en œuvre, mais la pratique montre que cette évolution comporte plusieurs «pièges».

Premièrement, le coût d'une telle installation sera trop élevé pour un automobiliste avec un revenu matériel moyen. Et tous les riches ne pouvaient pas se permettre d'acheter une voiture avec une suspension magnétique à part entière. Deuxièmement, la maintenance d'un tel système serait associée à des difficultés supplémentaires, par exemple, la complexité de la réparation et un petit nombre de spécialistes qui comprennent les subtilités du système.

Une suspension magnétique à part entière peut être développée, mais elle ne sera pas en mesure de créer une concurrence digne, car peu de gens voudront débourser une fortune juste pour la vitesse de réponse de la suspension adaptative. Beaucoup moins chers et avec un bon succès, des éléments magnétiques à commande électrique peuvent être introduits dans la conception des amortisseurs classiques.

Et cette technologie a déjà deux applications:

1. Installez une vanne électromécanique dans l'amortisseur qui modifie la section du canal par lequel l'huile se déplace d'une cavité à une autre. Dans ce cas, vous pouvez modifier rapidement la rigidité de la suspension: plus l'ouverture de dérivation est large, plus l'amortisseur fonctionne et vice versa.
2. Injectez un fluide rhéologique magnétique dans la cavité de l'amortisseur, qui modifie ses propriétés en raison de l'effet d'un champ magnétique sur celle-ci. L'essence d'une telle modification est identique à la précédente - la substance de travail s'écoule plus rapidement ou plus lentement d'une chambre à une autre.

Les deux options sont déjà utilisées dans certains véhicules de série. Le premier développement n'est pas si rapide, mais il est moins cher par rapport aux amortisseurs remplis de fluide magnétique.

Types de suspensions magnétiques

Puisqu'une suspension magnétique à part entière est encore en cours de développement, les constructeurs automobiles mettent en œuvre partiellement ce schéma dans leurs modèles de voitures, en suivant l'une des deux voies mentionnées ci-dessus.

Dans le monde, parmi tous les développements des suspensions magnétiques, il existe trois variétés qui méritent l'attention. Malgré la différence de principe de fonctionnement, de conception et d'utilisation des différents actionneurs, toutes ces modifications présentent plusieurs similitudes. La liste comprend:

• Leviers et autres éléments de la marche de la voiture, qui déterminent la direction du mouvement des roues pendant le fonctionnement de la suspension;
• Capteurs pour la position des roues par rapport à la carrosserie, leur vitesse de rotation et l'état de la route devant la voiture. Cette liste comprend également des capteurs à usage général - les forces de pression sur la pédale d'accélérateur / frein, la charge du moteur, le régime du moteur, etc.
• Une unité de commande séparée dans laquelle les signaux de tous les capteurs du système sont collectés et traités. Le microprocesseur génère des impulsions de commande conformément aux algorithmes qui ont été cousus pendant la production;
• Électroaimants, dans lesquels, sous l'influence de l'électricité, un champ magnétique avec la polarité correspondante est formé;
• Une centrale électrique qui génère un courant capable d'activer de puissants aimants.

Examinons quelle est la particularité de chacun d'eux, puis nous discuterons des avantages et des inconvénients de la version magnétique du système d'amortissement de la voiture. Avant de commencer, il convient de préciser qu'aucun des systèmes n'est le produit de l'espionnage d'entreprise. Chacun des développements est un concept développé individuellement qui a le droit d'exister dans le monde de l'industrie automobile.

Suspension magnétique SKF

SKF est un fabricant suédois de pièces automobiles pour la réparation professionnelle de véhicules. La conception des amortisseurs magnétiques de cette marque est aussi simple que possible. Le dispositif de ces pièces élastiques et amortissantes comprend les éléments suivants:

• Capsule;
• Deux électroaimants;
• Tige d'amortisseur;
• Le printemps.

Le principe de fonctionnement d'un tel système est le suivant. Lorsque le système électrique de la voiture est démarré, les électroaimants situés dans la capsule sont activés. En raison des mêmes pôles du champ magnétique, ces éléments sont repoussés les uns des autres. Dans ce mode, l'appareil fonctionne comme un ressort - il ne permet pas à la carrosserie de reposer sur les roues.

Lorsque la voiture roule sur la route, des capteurs sur chaque roue envoient des signaux à l'ECU. Sur la base de ces données, l'unité de commande modifie la force du champ magnétique, augmentant ainsi la course de la jambe de force, et la suspension devient classique douce à partir d'une sportive. L'unité de commande contrôle également le mouvement vertical de la tige de jambe de force, ce qui ne donne pas l'impression que la machine fonctionne uniquement sur des ressorts.

L'effet d'élasticité est fourni non seulement par les propriétés répulsives des aimants, mais par le ressort, qui est installé sur la crémaillère en cas de panne de courant. De plus, cet élément vous permet d'éteindre les aimants lorsque le véhicule est garé avec un système embarqué inactif.

L'inconvénient de ce type de suspension est qu'elle consomme beaucoup d'énergie, car le calculateur change constamment la tension dans les bobines de l'aimant afin que le système s'adapte rapidement à la situation sur la route. Mais si nous comparons la «gourmandise» de cette suspension avec certains accessoires (par exemple, avec un climatiseur et un chauffage intérieur en état de marche), alors elle ne consomme pas une quantité critique d'électricité. L'essentiel est qu'un générateur avec une puissance appropriée soit installé dans la machine (la fonction remplie par ce mécanisme est décrite ici).

Suspension Delphi

De nouvelles caractéristiques d'amortissement sont offertes par la suspension développée par la société américaine Delphi. Extérieurement, cela ressemble à la position classique de McPherson. L'influence des électroaimants ne s'exerce que sur les propriétés du fluide rhéologique magnétique dans les cavités de l'amortisseur. Malgré cette conception simple, ce type de suspension montre une excellente adaptation de la rigidité des amortisseurs en fonction des signaux de l'unité de commande.

Par rapport aux homologues hydrauliques à rigidité variable, cette modification répond beaucoup plus rapidement. Le travail des aimants ne modifie que la viscosité de la substance de travail. En ce qui concerne l'élément ressort, sa rigidité n'a pas besoin d'être modifiée. Sa tâche est de ramener la roue sur la route le plus rapidement possible lors de la conduite rapide sur des surfaces inégales. En fonction du fonctionnement de l'électronique, le système est capable de rendre instantanément le fluide dans les amortisseurs plus fluide afin que la tige de l'amortisseur se déplace plus rapidement.

Ces propriétés de suspension sont peu pratiques pour le transport civil. Les fractions de seconde jouent un rôle important dans le sport automobile. Le système lui-même ne nécessite pas autant d'énergie que dans le cas du type d'amortisseurs précédent. Un tel système est également piloté à partir de données provenant de différents capteurs situés sur les roues et les éléments de la structure de suspension.

Ce développement est déjà activement utilisé dans les suspensions adaptatives de marques telles que Audi et GM (certains modèles Cadillac et Chevrolet).

Suspension électromagnétique Bose

La marque Bose est connue de nombreux automobilistes pour ses systèmes de haut-parleurs haut de gamme. Mais en plus d'une préparation audio de haute qualité, la société travaille également sur le développement de l'un des types de suspension magnétique les plus spectaculaires. À la fin du XXe siècle, un professeur qui crée une acoustique spectaculaire, lui aussi «infecté» par l'idée de créer une suspension magnétique à part entière.

La conception de son développement ressemble au même amortisseur à tige, et les électroaimants de l'appareil sont installés selon le principe, comme dans la modification SKF. Seulement, ils ne se repoussent pas, comme dans la première version. Les électroaimants eux-mêmes sont situés sur toute la longueur de la tige et du corps, à l'intérieur duquel il se déplace, et le champ magnétique est maximisé et le nombre de points positifs est augmenté.

La particularité d'une telle installation est qu'elle ne nécessite pas beaucoup plus d'énergie. Il remplit également simultanément la fonction d'amortisseur et de ressort, et il fonctionne à la fois en mode statique (la voiture est debout) et en mode dynamique (la voiture se déplace sur une route cahoteuse).

Le système lui-même permet de contrôler un plus grand nombre de processus se produisant pendant que la voiture roule. L'amortissement des oscillations se produit en raison d'un changement brusque des pôles du champ magnétique. Le système Bose est considéré comme la référence de toutes ces conceptions de suspension. Il est capable de fournir une course efficace de la tige jusqu'à vingt centimètres, de stabiliser parfaitement le corps, d'éliminer même le moindre roulis dans les virages à grande vitesse, ainsi que de "picorer" lors du freinage.

Cette suspension magnétique a été testée sur le modèle phare du constructeur automobile japonais Lexus LS, qui a d'ailleurs été récemment restylé (un essai routier de l'une des versions précédentes de la berline premium a été présenté dans un autre article). Bien que ce modèle ait déjà reçu une suspension de haute qualité, caractérisée par un fonctionnement en douceur, lors de la présentation du système magnétique, il était impossible de ne pas remarquer l'admiration des journalistes automobiles.

Le constructeur a équipé ce système de plusieurs modes de fonctionnement et d'un grand nombre de réglages différents. Par exemple, lorsque la voiture prend un virage à grande vitesse, l'ECU de suspension enregistre la vitesse du véhicule, le début du roulis. En fonction des signaux des capteurs, l'électricité est fournie dans une plus grande mesure à la crémaillère de l'une des roues les plus chargées (le plus souvent c'est la roue avant, située sur la trajectoire extérieure du demi-cercle de rotation). Grâce à cela, la roue arrière extérieure devient également la roue de support et la voiture maintient l'adhérence sur la surface de la route.

Une autre caractéristique de la suspension magnétique de Bose est qu'elle peut également servir de générateur secondaire. Lorsque la tige d'amortisseur se déplace, le système de récupération associé collecte l'énergie libérée dans l'accumulateur. Il est possible que ce développement soit encore modernisé. Bien que ce type de suspension soit en théorie le plus efficace, le plus difficile est de loin de programmer l'unité de commande de sorte que le mécanisme puisse réaliser le plein potentiel du système décrit sur les dessins.

Perspectives d'apparition de suspensions magnétiques

Malgré son efficacité évidente, une suspension magnétique à part entière n'est pas encore entrée en production de masse. Pour le moment, le principal obstacle à cela est l'aspect des coûts et la complexité de la programmation. La suspension magnétique révolutionnaire est trop chère, et elle n'a pas encore été complètement développée (il est difficile de créer un logiciel adéquat, car un grand nombre d'algorithmes doivent être activés dans le microprocesseur pour réaliser son plein potentiel). Mais déjà maintenant, il y a une tendance positive vers l'application de l'idée dans les véhicules modernes.

Toute nouvelle technologie a besoin de financement. Il est impossible de développer une nouveauté et de la mettre immédiatement en production sans tests préalables, et en plus du travail d'ingénieurs et de programmeurs, ce procédé nécessite également d'énormes investissements. Mais dès que le développement sera mis sur le convoyeur, sa conception sera progressivement simplifiée, ce qui permettra tout à fait de voir un tel appareil non seulement dans les voitures haut de gamme, mais également dans les modèles du segment de prix moyen.

Il est possible qu'avec le temps, les systèmes s'améliorent, ce qui rendra les véhicules à roues plus confortables et plus sûrs. Des mécanismes basés sur l'interaction d'électroaimants peuvent également être utilisés dans d'autres conceptions de véhicules. Par exemple, pour augmenter le confort lors de la conduite d'un camion, le siège du conducteur peut être basé non pas sur un coussin pneumatique, mais sur un coussin magnétique.

En ce qui concerne le développement des suspensions électromagnétiques, ces systèmes connexes doivent aujourd'hui être améliorés:

• Système de navigation. L'électronique doit déterminer à l'avance l'état de la chaussée. Il est préférable de le faire en fonction des données du navigateur GPS (en savoir plus sur les fonctionnalités de fonctionnement de l'appareil ici). La suspension adaptative est préparée à l'avance pour les surfaces routières difficiles (certains systèmes de navigation fournissent des informations sur l'état de la chaussée) ou pour un grand nombre de virages.
• Système de vision devant le véhicule. En se basant sur des capteurs infrarouges et sur l'analyse de l'image graphique issue de la caméra vidéo avant, le système doit déterminer à l'avance la nature des modifications de la chaussée et s'adapter aux informations reçues.

Certaines entreprises mettent déjà en œuvre des systèmes similaires dans leurs modèles, il y a donc confiance dans le développement imminent de suspensions magnétiques pour voitures.

Avantages et inconvénients

Comme tout autre nouveau mécanisme qui devrait être introduit dans la conception des voitures (ou qui est déjà utilisé dans les véhicules à moteur), tous les types de suspension électromagnétique présentent des avantages et des inconvénients.

Parlons d'abord des pros. Cette liste comprend ces facteurs:

• Les propriétés d'amortissement du système sont inégalées en termes de bon fonctionnement;
• En affinant les modes d'amortissement, la maniabilité de la voiture devient presque parfaite sans les roulis caractéristiques des conceptions plus simples. Le même effet assure une adhérence maximale sur la route, quelle que soit sa qualité;
• Pendant les accélérations et les freinages brusques, la voiture ne «mord» pas le nez et ne s'assoit pas sur l'essieu arrière, ce qui, dans les voitures ordinaires, affecte gravement l'adhérence;
• L'usure des pneus est plus uniforme. Bien entendu, si la géométrie des leviers et autres éléments de la suspension et du châssis est correctement réglée (pour plus de détails sur le carrossage, lisez séparément);
• L'aérodynamisme de la voiture est amélioré, car sa carrosserie est toujours parallèle à la chaussée;
• L'usure inégale des éléments structurels est éliminée en répartissant les forces entre les roues chargées / déchargées.

En principe, tous les points positifs concernent l'objectif principal de toute suspension. Chaque constructeur automobile s'efforce d'améliorer les types de systèmes d'amortissement existants afin de rapprocher au maximum ses produits de l'idéal mentionné.

Quant aux inconvénients, la suspension magnétique en a un. Telle est sa valeur. Si vous installez un développement à part entière de Bose, alors même avec la faible qualité de l'intérieur et la configuration minimale du système électronique, la voiture coûtera toujours trop cher. Pas un seul constructeur automobile n'est encore prêt à mettre de tels modèles dans une série (même limitée), en espérant que les riches achèteront immédiatement le nouveau produit, et il ne sert à rien d'investir une fortune dans une voiture qui sera dans des entrepôts. . La seule option est de fabriquer de telles voitures sur une commande individuelle, mais dans ce cas, peu d'entreprises sont prêtes à fournir un tel service.

En conclusion, nous vous suggérons de regarder une courte vidéo sur le fonctionnement de la suspension magnétique Bose par rapport à ses homologues classiques:

L'invention n'est PAS pour les mortels ordinaires. TOUT LE MONDE AIMERAIT voir cette technologie dans sa voiture