Caratteristiche e vantaggi della sospensione magnetica

Qualsiasi auto moderna, anche la più economica, sarà dotata di una sospensione. Questo sistema è in grado di fornire una guida confortevole su strade con diversi tipi di superficie. Tuttavia, oltre al comfort, lo scopo di questa parte della macchina è anche quello di promuovere una guida sicura. Per i dettagli su cosa sia una sospensione, leggi in una recensione separata.

Come qualsiasi altro sistema automobilistico, la sospensione viene aggiornata. Grazie agli sforzi di ingegneri di varie case automobilistiche, oltre alle classiche modifiche meccaniche, esiste già un design pneumatico (leggi in dettaglio qui), sospensioni idrauliche e magnetiche e loro varietà.

Consideriamo come funziona il tipo magnetico di pendenti, le loro modifiche e anche i vantaggi rispetto alle strutture meccaniche classiche.

Cos'è la sospensione magnetica

Nonostante il fatto che il sistema di smorzamento dell'auto venga costantemente migliorato e che nel suo design compaiano nuovi elementi o che la geometria delle diverse parti cambi, il suo funzionamento rimane fondamentalmente lo stesso. L'ammortizzatore ammorbidisce gli urti che vengono trasmessi dalla strada attraverso la ruota alla carrozzeria (vengono descritti dettagli sul dispositivo, modifiche e guasti degli ammortizzatori separatamente). La molla riporta la ruota nella sua posizione originale. Grazie a questo schema di lavoro, il movimento dell'auto è accompagnato da una presa costante delle ruote con il fondo stradale.

È possibile modificare radicalmente la modalità delle sospensioni installando un dispositivo adattivo sulla piattaforma della macchina che si adatterebbe alla situazione stradale e migliorerebbe la manovrabilità del veicolo, indipendentemente da quanto buona o cattiva sia la strada. Un esempio di tali strutture è una sospensione adattiva, che in diverse versioni è già installata su modelli seriali (per maggiori dettagli su questo tipo di dispositivo, leggi qui).

Come una delle varianti dei meccanismi adattivi, è stato sviluppato un tipo di sospensione elettromagnetica. Se confrontiamo questo sviluppo con un analogo idraulico, nella seconda modifica c'è un fluido speciale negli attuatori. L'elettronica cambia la pressione nei serbatoi, in modo che ogni elemento di smorzamento cambi la sua rigidità. Il principio è simile per il tipo pneumatico. Lo svantaggio di tali sistemi è che il circuito di lavoro non è in grado di adattarsi rapidamente alla situazione stradale, poiché deve essere riempito con una quantità aggiuntiva di mezzo di lavoro, che nella migliore delle ipotesi richiede un paio di secondi.

Il modo più veloce per affrontare questo lavoro può essere meccanismi che funzionano sulla base dell'interazione elettromagnetica degli elementi esecutivi. Sono più reattivi al comando, poiché per cambiare la modalità di smorzamento, non è necessario pompare o scaricare il mezzo di lavoro dal serbatoio. L'elettronica nella sospensione magnetica emette il comando e il dispositivo risponde istantaneamente a questi segnali.

Maggiore comfort di marcia, sicurezza alle alte velocità e superfici stradali instabili, nonché facilità di manovrabilità sono i motivi principali per cui gli sviluppatori stanno cercando di implementare sospensioni magnetiche nelle auto di produzione, poiché i design classici non sono in grado di raggiungere parametri ideali a questo proposito.

L'idea stessa di creare un veicolo "sospeso" non è nuova. La si trova spesso sulle pagine di opere fantastiche con spettacolari voli di gravikar. Fino ai primi anni '80 del secolo scorso, questa idea è rimasta allo stadio della fantasia e solo alcuni ricercatori l'hanno considerata possibile, ma in un lontano futuro.

Tuttavia, nel 1982, apparve il primo sviluppo al mondo di un treno che si muoveva su una sospensione magnetica. Questo veicolo è stato chiamato magnetoplane. Rispetto agli analoghi classici, questo treno sviluppava una velocità senza precedenti in quel momento - più di 500 km / h, e per quanto riguarda la sua morbidezza di "volo" e la silenziosità del lavoro, solo gli uccelli potevano fare una vera competizione. L'unico inconveniente per cui l'attuazione di questo sviluppo è lenta non è solo l'alto costo del treno stesso. Affinché possa muoversi, ha bisogno di una pista speciale che fornisca il campo magnetico appropriato.

Sebbene questo sviluppo non sia stato ancora applicato nell'industria automobilistica, gli scienziati non lasciano questo progetto "raccogliendo polvere sullo scaffale". Il motivo è che il principio di funzionamento elettromagnetico elimina completamente l'attrito delle ruote motrici sul manto stradale, lasciando solo la resistenza dell'aria. Poiché è impossibile trasferire completamente tutti i veicoli a ruote su un tipo di telaio simile (sarà necessario costruire strade corrispondenti in tutto il mondo), gli ingegneri si sono concentrati sull'introduzione di questo sviluppo nelle sospensioni delle auto.

Grazie all'installazione di elementi elettromagnetici su campioni di prova, gli scienziati sono stati in grado di fornire alle concept car una migliore dinamica e controllabilità. Il design della sospensione magnetica è piuttosto complesso. È un rack che viene installato su tutte le ruote secondo lo stesso principio di un rack MacPherson (leggi in dettaglio a riguardo in un altro articolo). Questi elementi non necessitano di un meccanismo di smorzamento (ammortizzatore) o di una molla.

La correzione del funzionamento di questo sistema viene eseguita tramite l'unità di controllo elettronica (separata, poiché il microprocessore deve elaborare molti dati e attivare un gran numero di algoritmi). Un'altra caratteristica di questa sospensione è che, a differenza delle versioni classiche, non necessita di barre di torsione, stabilizzatori e altre parti per garantire la stabilità del veicolo in curva e ad alta velocità. È invece possibile utilizzare uno speciale fluido magnetico, che combina le proprietà di un fluido e un materiale magnetizzato, o elettrovalvole.

Alcune auto moderne utilizzano ammortizzatori con una sostanza simile al posto dell'olio. Poiché esiste un'alta probabilità di guasto del sistema (dopotutto, questo è ancora un nuovo sviluppo, che non è stato ancora completamente pensato), nel suo dispositivo potrebbero essere presenti delle molle.

Come funziona

Il principio di interazione degli elettromagneti è preso come base per il funzionamento della sospensione magnetica (nell'idraulica è liquido, nell'aria pneumatica - aria e nella meccanica - parti elastiche o molle). Il funzionamento di questo sistema si basa sul seguente principio.

Dal corso della scuola, tutti sanno che gli stessi poli dei magneti si respingono a vicenda. Per collegare gli elementi magnetizzati, sarà necessario applicare uno sforzo sufficiente (questo parametro dipende dalle dimensioni degli elementi da collegare e dall'intensità del campo magnetico). I magneti permanenti con un campo così forte da sopportare il peso di un'auto sono difficili da trovare e le dimensioni di tali elementi non ne consentiranno l'utilizzo nelle auto, per non parlare di adattarsi alla situazione stradale.

Puoi anche creare un magnete con l'elettricità. In questo caso, funzionerà solo quando l'attuatore è eccitato. La forza del campo magnetico in questo caso può essere regolata aumentando la corrente sulle parti interagenti. Attraverso questo processo è possibile aumentare o diminuire la forza repulsiva, e con essa la rigidità della sospensione.

Tali caratteristiche degli elettromagneti consentono di utilizzarli come molle e ammortizzatori. Per questo la struttura deve necessariamente avere almeno due elettromagneti. L'impossibilità di comprimere le parti ha lo stesso effetto di un classico ammortizzatore e la forza repulsiva dei magneti è paragonabile a quella di una molla o di una molla. A causa della combinazione di queste proprietà, la molla elettromagnetica risponde molto più velocemente delle controparti meccaniche e il tempo di risposta ai segnali di controllo è molto più breve, come nel caso dell'idraulica o della pneumatica.

Nell'arsenale degli sviluppatori c'è già un numero sufficiente di elettromagneti funzionanti di varie modifiche. Non resta che creare una centralina delle sospensioni efficiente che riceverà segnali dal telaio e dai sensori di posizione e metterà a punto le sospensioni. In teoria, questa idea è abbastanza realistica da implementare, ma la pratica mostra che questo sviluppo ha diverse "insidie".

In primo luogo, il costo di tale installazione sarà troppo alto per un automobilista con un reddito materiale medio. E non tutti i ricchi potrebbero permettersi di acquistare un'auto con una sospensione magnetica a tutti gli effetti. In secondo luogo, la manutenzione di un tale sistema sarebbe associata a ulteriori difficoltà, ad esempio la complessità della riparazione e un piccolo numero di specialisti che comprendono le complessità del sistema.

È possibile sviluppare una sospensione magnetica a tutti gli effetti, ma non sarà in grado di creare una concorrenza degna, poiché poche persone vorrebbero sborsare una fortuna solo per la velocità di risposta della sospensione adattiva. Elementi magnetici controllati elettricamente possono essere introdotti nel design degli ammortizzatori classici molto più economici e con buon successo.

E questa tecnologia ha già due applicazioni:

1. Installare una valvola elettromeccanica nell'ammortizzatore che cambia la sezione del canale attraverso cui l'olio si sposta da una cavità all'altra. In questo caso, puoi cambiare rapidamente la rigidità della sospensione: più ampia è l'apertura del bypass, più morbido funziona l'ammortizzatore e viceversa.
2. Iniettare un fluido reologico magnetico nella cavità dell'ammortizzatore, che cambia le sue proprietà per effetto di un campo magnetico su di esso. L'essenza di tale modifica è identica alla precedente: la sostanza di lavoro scorre più velocemente o più lentamente da una camera all'altra.

Entrambe le opzioni sono già utilizzate in alcuni veicoli di produzione. Il primo sviluppo non è così veloce, ma è più economico rispetto agli ammortizzatori riempiti di fluido magnetico.

Tipi di sospensioni magnetiche

Poiché una sospensione magnetica a tutti gli effetti è ancora in fase di sviluppo, le case automobilistiche stanno parzialmente implementando questo schema nei loro modelli di auto, seguendo uno dei due percorsi sopra menzionati.

Nel mondo, tra tutti gli sviluppi delle sospensioni magnetiche, ce ne sono tre varietà che meritano attenzione. Nonostante la differenza nel principio di funzionamento, progettazione e utilizzo di diversi attuatori, tutte queste modifiche hanno molte somiglianze. L'elenco include:

• Leve e altri elementi dell'auto che camminano, che determinano la direzione di movimento delle ruote durante il funzionamento della sospensione;
• Sensori per la posizione delle ruote rispetto al corpo, la loro velocità di rotazione e lo stato della strada davanti all'auto. Questo elenco include anche sensori per uso generico: le forze di pressione del pedale dell'acceleratore / freno, il carico del motore, la velocità del motore, ecc.;
• Un'unità di controllo separata in cui vengono raccolti ed elaborati i segnali di tutti i sensori del sistema. Il microprocessore genera impulsi di controllo secondo gli algoritmi che sono stati cuciti durante la produzione;
• Elettromagneti, in cui, sotto l'influenza dell'elettricità, si forma un campo magnetico con la polarità corrispondente;
• Una centrale elettrica che genera una corrente in grado di attivare potenti magneti.

Consideriamo qual è la particolarità di ciascuno di essi, quindi discuteremo i vantaggi e gli svantaggi della versione magnetica del sistema di smorzamento dell'auto. Prima di iniziare, vale la pena chiarire che nessuno dei sistemi è il prodotto dello spionaggio aziendale. Ciascuno degli sviluppi è un concetto sviluppato individualmente che ha il diritto di esistere nel mondo dell'industria automobilistica.

Sospensione magnetica SKF

SKF è un produttore svedese di ricambi per auto per riparazioni professionali di veicoli. Il design degli ammortizzatori magnetici di questo marchio è il più semplice possibile. Il dispositivo di queste parti elastiche e ammortizzanti include i seguenti elementi:

• Capsula;
• Due elettromagneti;
• Stelo smorzatore;
• Primavera.

Il principio di funzionamento di un tale sistema è il seguente. Quando si avvia l'impianto elettrico dell'auto, si attivano gli elettromagneti situati nella capsula. A causa dei poli identici del campo magnetico, questi elementi vengono respinti l'uno dall'altro. In questa modalità, il dispositivo funziona come una molla: non consente alla carrozzeria dell'auto di giacere sulle ruote.

Quando l'auto sta guidando su strada, i sensori su ciascuna ruota inviano segnali all'ECU. In base a questi dati la centralina modifica l'intensità del campo magnetico, aumentando così la corsa del montante, e la sospensione diventa classica morbida da sportiva. La centralina controlla anche il movimento verticale dell'asta del montante, che non dà l'impressione che la macchina funzioni solo su molle.

L'effetto elastico è fornito non solo dalle proprietà repulsive dei magneti, ma dalla molla, che viene installata sul rack in caso di interruzione di corrente. Inoltre, questo elemento consente di disattivare i magneti quando il veicolo è parcheggiato con un sistema di bordo inattivo.

Lo svantaggio di questo tipo di sospensione è che consuma molta energia, poiché l'ECU cambia costantemente la tensione nelle bobine del magnete in modo che il sistema si adatti rapidamente alla situazione sulla strada. Ma se confrontiamo la "gola" di questa sospensione con alcuni accessori (ad esempio, con un condizionatore d'aria e un riscaldamento interno funzionante), allora non consuma una quantità di elettricità particolarmente grande. La cosa principale è che nella macchina sia installato un generatore con una potenza adeguata (la funzione di questo meccanismo è descritta in qui).

Sospensione Delphi

Nuove caratteristiche di smorzamento sono offerte dalle sospensioni sviluppate dall'azienda americana Delphi. Esternamente, assomiglia alla classica posizione della McPherson. L'influenza degli elettromagneti viene effettuata solo sulle proprietà del fluido reologico magnetico nelle cavità dell'ammortizzatore. Nonostante questo design semplice, questo tipo di sospensione mostra un ottimo adattamento della rigidità degli ammortizzatori a seconda dei segnali provenienti dalla centralina.

Rispetto alle controparti idrauliche con rigidità variabile, questa modifica risponde molto più velocemente. Il lavoro dei magneti cambia solo la viscosità della sostanza di lavoro. Per quanto riguarda l'elemento elastico, non è necessario modificarne la rigidità. Il suo compito è riportare la ruota sulla strada il più rapidamente possibile durante la guida veloce su superfici irregolari. A seconda di come funziona l'elettronica, il sistema è in grado di rendere istantaneamente più fluido il fluido negli ammortizzatori in modo che l'asta dell'ammortizzatore si muova più velocemente.

Queste proprietà di sospensione sono di poca praticità per il trasporto civile. Le frazioni di secondo giocano un ruolo importante nel motorsport. Il sistema stesso non richiede tanta energia come nel caso del precedente tipo di serrande. Tale sistema è controllato anche sulla base dei dati provenienti da vari sensori posti sulle ruote e dagli elementi della struttura delle sospensioni.

Questo sviluppo è già attivamente utilizzato nelle sospensioni adattive di marchi come Audi e GM (alcuni modelli Cadillac e Chevrolet).

Sospensione elettromagnetica Bose

Il marchio Bose è noto a molti automobilisti per i suoi sistemi di altoparlanti premium. Ma oltre alla preparazione audio di alta qualità, l'azienda sta anche lavorando allo sviluppo di uno dei tipi più spettacolari di sospensione magnetica. Entro la fine del ventesimo secolo, un professore che crea un'acustica spettacolare, anche "contagiato" con l'idea di creare una sospensione magnetica a tutti gli effetti.

Il design del suo sviluppo ricorda lo stesso ammortizzatore a barra e gli elettromagneti nel dispositivo sono installati secondo il principio, come nella modifica SKF. Solo che non si respingono a vicenda, come nella prima versione. Gli elettromagneti stessi si trovano lungo l'intera lunghezza dell'asta e del corpo, all'interno del quale si muove, e il campo magnetico viene massimizzato e il numero dei plus aumenta.

La particolarità di una tale installazione è che non richiede molta più energia. Svolge anche contemporaneamente la funzione di ammortizzatore e molla, e funziona sia in modalità statica (l'auto è ferma) che in modalità dinamica (l'auto si muove su una strada sconnessa).

Il sistema stesso fornisce il controllo di un numero maggiore di processi che si verificano durante la guida dell'auto. Lo smorzamento delle oscillazioni si verifica a causa di un brusco cambiamento nei poli del campo magnetico. Il sistema Bose è considerato il punto di riferimento di tutti questi progetti di sospensioni. È in grado di fornire una corsa efficace della canna fino a venti centimetri, stabilizzare perfettamente il corpo, eliminando anche il minimo rollio durante le curve ad alta velocità, oltre che "beccare" in frenata.

Questa sospensione magnetica è stata testata sul modello di punta della casa automobilistica giapponese Lexus LS, che, tra l'altro, è stato recentemente rinnovato (è stato presentato un test drive di una delle versioni precedenti della berlina premium in un altro articolo). Nonostante questo modello abbia già ricevuto una sospensione di alta qualità, caratterizzata da un funzionamento regolare, durante la presentazione del sistema magnetico è stato impossibile non notare l'ammirazione dei giornalisti automobilistici.

Il produttore ha dotato questo sistema di diverse modalità operative e un gran numero di impostazioni diverse. Ad esempio, quando un'auto procede in curva ad alta velocità, l'ECU delle sospensioni registra la velocità del veicolo, l'inizio del rollio. A seconda dei segnali provenienti dai sensori, l'elettricità viene fornita in misura maggiore alla cremagliera di una delle ruote più caricate (più spesso è quella anteriore, posta sulla traiettoria esterna del semicerchio di rotazione). Grazie a ciò, la ruota posteriore esterna diventa anche la ruota di supporto e l'auto mantiene l'aderenza sul fondo stradale.

Un'altra caratteristica della sospensione magnetica di Bose è che può anche fungere da generatore secondario. Quando l'asta dell'ammortizzatore si muove, il corrispondente sistema di recupero raccoglie l'energia rilasciata nell'accumulatore. È possibile che questo sviluppo continui a essere modernizzato. Nonostante questo tipo di sospensione sia in teoria il più efficiente, di gran lunga il più difficile è programmare la centralina in modo che il meccanismo possa realizzare tutte le potenzialità del sistema descritto nei disegni.

Prospettive per la comparsa di sospensioni magnetiche

Nonostante la sua ovvia efficacia, una sospensione magnetica a tutti gli effetti non è ancora entrata nella produzione di massa. Al momento, l'ostacolo principale a questo è l'aspetto dei costi e la complessità della programmazione. La rivoluzionaria sospensione magnetica è troppo costosa e non è stata ancora completamente sviluppata (è difficile creare un software adeguato, poiché un gran numero di algoritmi deve essere attivato nel microprocessore per realizzare il suo pieno potenziale). Ma già ora c'è una tendenza positiva verso l'applicazione dell'idea nei veicoli moderni.

Ogni nuova tecnologia necessita di finanziamenti. È impossibile sviluppare una novità e metterla subito in produzione senza test preliminari, e oltre al lavoro di ingegneri e programmatori, questo processo richiede anche ingenti investimenti. Ma non appena lo sviluppo viene messo sul nastro trasportatore, il suo design verrà gradualmente semplificato, rendendo del tutto possibile vedere un dispositivo del genere non solo nelle auto premium, ma anche nei modelli del segmento di prezzo medio.

È possibile che nel tempo i sistemi miglioreranno, il che renderà i veicoli su ruote più confortevoli e sicuri. I meccanismi basati sull'interazione di elettromagneti possono essere utilizzati anche in altri progetti di veicoli. Ad esempio, per aumentare il comfort durante la guida di un camion, il sedile del conducente può essere basato non su un cuscino pneumatico, ma su un cuscino magnetico.

Per quanto riguarda lo sviluppo delle sospensioni elettromagnetiche, oggi i seguenti sistemi correlati necessitano di miglioramento:

• Sistema di navigazione. L'elettronica deve determinare in anticipo le condizioni del manto stradale. È meglio farlo in base ai dati del navigatore GPS (leggi le caratteristiche del funzionamento del dispositivo qui). La sospensione adattiva è predisposta in anticipo per superfici stradali difficili (alcuni sistemi di navigazione forniscono informazioni sulle condizioni del fondo stradale) o per un gran numero di curve.
• Sistema di visione davanti al veicolo. Sulla base dei sensori a infrarossi e dell'analisi dell'immagine grafica che proviene dalla videocamera frontale, il sistema deve determinare in anticipo la natura dei cambiamenti nel manto stradale e adattarsi alle informazioni ricevute.

Alcune aziende stanno già implementando sistemi simili nei loro modelli, quindi c'è fiducia nell'imminente sviluppo di sospensioni magnetiche per auto.

Vantaggi e svantaggi

Come ogni altro nuovo meccanismo che si prevede di introdurre nella progettazione delle automobili (o è già utilizzato nei veicoli a motore), tutti i tipi di sospensioni elettromagnetiche presentano vantaggi e svantaggi.

Parliamo prima dei professionisti. Questo elenco include tali fattori:

• Le proprietà di smorzamento del sistema sono ineguagliabili in termini di funzionamento regolare;
• Mettendo a punto le modalità di smorzamento, la manovrabilità dell'auto diventa quasi perfetta senza i rulli caratteristici dei design più semplici. Lo stesso effetto garantisce la massima aderenza su strada, qualunque sia la sua qualità;
• Durante l'accelerazione e le frenate brusche, l'auto non si "morde" il muso e non si siede sull'asse posteriore, che nelle vetture normali influisce seriamente sull'aderenza;
• L'usura degli pneumatici è più uniforme. Ovviamente, se la geometria delle leve e di altri elementi della sospensione e del telaio è adeguatamente regolata (per maggiori dettagli sul camber, leggi separatamente);
• L'aerodinamica dell'auto è migliorata, poiché la sua carrozzeria è sempre parallela alla carreggiata;
• L'usura irregolare degli elementi strutturali viene eliminata distribuendo le forze tra le ruote caricate / scariche.

In linea di principio, tutti i punti positivi si riferiscono allo scopo principale di qualsiasi sospensione. Ogni casa automobilistica si impegna a migliorare i tipi esistenti di sistemi di smorzamento al fine di portare i propri prodotti il ​​più vicino possibile all'ideale menzionato.

Per quanto riguarda gli svantaggi, la sospensione magnetica ne ha solo uno. Questo è il suo valore. Se installi uno sviluppo a tutti gli effetti da Bose, anche con la bassa qualità degli interni e la configurazione minima del sistema elettronico, l'auto costerà comunque troppo. Non una singola casa automobilistica è ancora pronta a mettere tali modelli in una serie (anche limitata), sperando che i ricchi acquisteranno immediatamente un nuovo prodotto, e non ha senso investire una fortuna in un'auto che sarà nei magazzini . L'unica opzione è produrre tali auto su un singolo ordine, ma in questo caso ci sono poche aziende pronte a fornire tale servizio.

In conclusione, ti suggeriamo di guardare un breve video su come funziona la sospensione magnetica Bose rispetto alle controparti classiche:

L'invenzione NON è per i comuni mortali. TUTTI VORREBBERO vedere questa tecnologia nella sua macchina