Funksjoner og fordeler med magnetisk oppheng

Enhver moderne, til og med den mest budsjettmessige bilen, vil være utstyrt med en fjæring. Dette systemet er i stand til å gi en behagelig kjøretur på veier med forskjellige typer underlag. I tillegg til komfort, er formålet med denne delen av maskinen også å fremme sikker kjøring. For detaljer om hva en suspensjon er, les i en egen gjennomgang.

Som alle andre bilsystemer blir opphenget oppgradert. Takket være innsatsen fra ingeniører fra forskjellige bilproblemer, i tillegg til klassiske mekaniske modifikasjoner, eksisterer det allerede en pneumatisk design (les om den i detalj her), hydraulisk og magnetisk oppheng og deres varianter.

La oss vurdere hvordan den magnetiske typen anheng fungerer, deres modifikasjoner, og også fordelene i forhold til klassiske mekaniske strukturer.

Hva er magnetisk suspensjon

Til tross for at bilens dempingssystem stadig forbedres, og nye elementer dukker opp i designen eller geometrien til forskjellige deler endres, forblir dens funksjon i utgangspunktet den samme. Støtdemperen myker støtene som overføres fra veien gjennom hjulet til kroppen (detaljer om enheten, endringer og feil hos støtdempere er beskrevet separat). Fjæren returnerer hjulet til sin opprinnelige posisjon. Takket være denne arbeidsplanen blir bilens bevegelse ledsaget av konstant grep på hjulene med veidekke.

Du kan endre opphengsmodellen radikalt ved å installere en adaptiv enhet på maskinplattformen som vil tilpasse seg veisituasjonen og forbedre kjøretøyets håndtering, uansett hvor god eller dårlig veien er. Et eksempel på slike strukturer er en adaptiv oppheng, som i forskjellige versjoner allerede er installert på seriemodeller (for mer informasjon om denne typen enhet, les her).

Som en av variantene av adaptive mekanismer ble det utviklet en elektromagnetisk type suspensjon. Hvis vi sammenligner denne utviklingen med en hydraulisk analog, er det i den andre modifikasjonen en spesiell væske i aktuatorene. Elektronikken endrer trykket i tankene, slik at hvert dempingselement endrer stivhet. Prinsippet er likt for den pneumatiske typen. Ulempen med slike systemer er at arbeidskretsen ikke er i stand til raskt å tilpasse seg veisituasjonen, siden den må fylles med en ekstra mengde arbeidsmedium, som i beste fall tar et par sekunder.

Den raskeste måten å takle dette arbeidet på, er mekanismer som fungerer på grunnlag av den elektromagnetiske interaksjonen mellom de utøvende elementene. De er mer lydhøre over for kommandoen, siden det er ikke nødvendig å pumpe eller tømme arbeidsmediet fra tanken for å endre dempingsmodus. Elektronikken i den magnetiske fjæringen gir kommandoen, og enheten reagerer øyeblikkelig på disse signalene.

Økt kjørekomfort, sikkerhet ved høye hastigheter og ustabile veibaner, samt enkel håndtering er hovedårsakene til at utviklere prøver å implementere magnetisk fjæring i produksjonsbiler, siden klassisk design ikke er i stand til å oppnå ideelle parametere i denne forbindelse.

Selve ideen om å lage et "svevende" kjøretøy er ikke nytt. Hun blir ofte funnet på sidene til fantastiske verk med spektakulære fly av gravikar. Frem til de første årene på 80-tallet i forrige århundre, forble denne ideen på fantasifasen, og bare noen forskere anså det som mulig, men i en fjern fremtid.

I 1982 dukket imidlertid verdens første utvikling av et tog som beveger seg på en magnetisk fjæring. Dette kjøretøyet ble kalt en magnetoplane. Sammenlignet med klassiske analoger utviklet dette toget en enestående hastighet på den tiden - mer enn 500 km / t, og når det gjelder mykheten til "fly" og lydløshet i arbeidet, var det bare fugler som kunne skape reell konkurranse. Den eneste ulempen som implementeringen av denne utviklingen er langsom på, er ikke bare de høye kostnadene for selve toget. For at han skal kunne bevege seg, trenger han et spesielt spor som gir riktig magnetfelt.

Selv om denne utviklingen ennå ikke er brukt i bilindustrien, lar ikke forskere dette prosjektet "samle støv på hyllen." Årsaken er at det elektromagnetiske driftsprinsippet helt eliminerer friksjonen på drivhjulene på veibanen, og etterlater bare luftmotstand. Siden det er umulig å overføre alle hjulbiler til en lignende type chassis (det vil være nødvendig å bygge tilsvarende veier rundt om i verden), fokuserte ingeniører på å introdusere denne utviklingen i fjæring av biler.

Takket være installasjonen av elektromagnetiske elementer på testprøver, var forskere i stand til å gi konseptbilene bedre dynamikk og kontrollerbarhet. Utformingen av den magnetiske fjæringen er ganske kompleks. Det er et stativ som er installert på alle hjul i henhold til samme prinsipp som et MacPherson-stativ (les om det i detalj i en annen artikkel). Disse elementene trenger ikke en spjeldmekanisme (støtdemper) eller en fjær.

Korrigering av driften av dette systemet utføres gjennom den elektroniske kontrollenheten (separat, siden mikroprosessoren trenger å behandle mye data og aktivere et stort antall algoritmer). Et annet trekk ved denne fjæringen er at den, i motsetning til de klassiske versjonene, ikke trenger torsjonsstenger, stabilisatorer og andre deler for å sikre kjøretøyets stabilitet i svinger og høye hastigheter. I stedet kan en spesiell magnetisk væske brukes, som kombinerer egenskapene til en væske og et magnetisert materiale, eller magnetventiler.

Noen moderne biler bruker støtdempere med et lignende stoff i stedet for olje. Siden det er stor sannsynlighet for svikt i systemet (tross alt er dette fortsatt en ny utvikling, som ennå ikke er fullstendig tenkt ut), kan det være fjærer i enheten.

Prinsippet om drift

Prinsippet for interaksjon av elektromagneter er tatt som grunnlag for funksjonen til den magnetiske suspensjonen (i hydraulikk er det flytende, i pneumatisk luft - luft og i mekanikk - elastiske deler eller fjærer). Driften av dette systemet har følgende prinsipp.

Fra skolekurset vet alle at de samme magnetstolpene gjensidig frastøter. For å koble til de magnetiserte elementene, må du bruke nok innsats (denne parameteren avhenger av størrelsen på elementene som skal kobles til og styrken til magnetfeltet). Permanente magneter med et så sterkt felt for å tåle vekten til en bil er vanskelig å finne, og dimensjonene til slike elementer vil ikke tillate at de brukes i biler, enn si å tilpasse seg veisituasjonen.

Du kan også lage en magnet med strøm. I dette tilfellet vil det bare fungere når aktuatoren er aktivert. Styrken til magnetfeltet kan i dette tilfellet justeres ved å øke strømmen på de samvirkende delene. Gjennom denne prosessen er det mulig å øke eller redusere frastøtende kraft, og med den stivheten til suspensjonen.

Slike egenskaper ved elektromagneter gjør det mulig å bruke dem som fjærer og dempere. For dette må strukturen nødvendigvis ha minst to elektromagneter. Manglende evne til å komprimere deler har samme effekt som en klassisk støtdemper, og magnetenes frastøtende kraft er sammenlignbar med en fjær eller fjær. På grunn av kombinasjonen av disse egenskapene reagerer den elektromagnetiske fjæren mye raskere enn mekaniske kolleger, og responstiden på styresignaler er mye kortere, som i tilfelle hydraulikk eller pneumatikk.

I arsenal av utviklere er det allerede et tilstrekkelig antall arbeidselektromagneter med forskjellige modifikasjoner. Alt som gjenstår er å lage en effektiv fjæring-ECU som vil motta signaler fra chassiset og posisjonssensorer og finjustere fjæringen. I teorien er denne ideen ganske realistisk å implementere, men praksis viser at denne utviklingen har flere "fallgruver".

For det første vil kostnadene for en slik installasjon være for høye for en bilist med gjennomsnittlig materialinntekt. Og ikke alle rike mennesker hadde råd til å kjøpe en bil med en fullverdig magnetfjæring. For det andre vil vedlikeholdet av et slikt system være forbundet med ytterligere vanskeligheter, for eksempel reparasjonens kompleksitet og et lite antall spesialister som forstår systemets komplikasjoner.

En fullverdig magnetisk fjæring kan utvikles, men den vil ikke kunne skape verdig konkurranse, siden få mennesker vil ønske å punge ut en formue bare for responshastigheten til den adaptive fjæringen. Mye billigere, og med god suksess, kan elektrisk kontrollerte magnetiske elementer introduseres i utformingen av klassiske støtdempere.

Og denne teknologien har allerede to applikasjoner:

1. Installer en elektromekanisk ventil i støtdemperen som endrer delen av kanalen som oljen beveger seg gjennom fra et hulrom til et annet. I dette tilfellet kan du raskt endre stivheten til fjæringen: jo bredere bypass-åpningen, jo mykere fungerer støtdemperen og omvendt.
2. Injiser en magnetisk reologisk væske i støtdemperhulen, som endrer egenskapene på grunn av effekten av et magnetfelt på den. Essensen av en slik modifikasjon er identisk med den forrige - arbeidsstoffet flyter raskere eller langsommere fra et kammer til et annet.

Begge alternativene er allerede brukt i noen produksjonsbiler. Den første utviklingen er ikke så rask, men den er billigere sammenlignet med støtdempere fylt med magnetisk væske.

Typer av magnetiske suspensjoner

Siden en fullverdig magnetisk fjæring fortsatt er under utvikling, implementerer bilprodusenter delvis denne ordningen i sine bilmodeller, og følger en av de to stiene som er nevnt ovenfor.

I verden, blant alle utviklingen av magnetiske suspensjoner, er det tre varianter som fortjener oppmerksomhet. Til tross for forskjellen i prinsippet om drift, design og bruk av forskjellige aktuatorer, har alle disse modifikasjonene flere likheter. Listen inneholder:

• Spaker og andre elementer i bilen som går, som bestemmer hjulenes bevegelsesretning under fjæringens drift;
• Sensorer for posisjonen til hjulene i forhold til karosseriet, deres rotasjonshastighet og tilstanden til veien foran bilen Denne listen inkluderer også sensorer til generelle formål - kreftene ved å trykke på gass / bremsepedalen, motorbelastning, motorhastighet osv.
• En egen kontrollenhet der signaler fra alle sensorer i systemet samles og behandles. Mikroprosessoren genererer kontrollpulser i samsvar med algoritmene som er sydd under produksjonen;
• Elektromagneter, der det under påvirkning av elektrisitet dannes et magnetfelt med tilsvarende polaritet;
• Et kraftverk som genererer en strøm som er i stand til å aktivere kraftige magneter.

La oss vurdere hva som er særegent for hver av dem, og så vil vi diskutere fordelene og ulempene med den magnetiske versjonen av spjeldsystemet til bilen. Før vi setter i gang, er det verdt å avklare at ingen av systemene er et produkt av bedriftsspionasje. Hver av utviklingen er et individuelt utviklet konsept som har rett til å eksistere i bilindustriens verden.

SKF magnetisk oppheng

SKF er en svensk produsent av bildeler for profesjonelle bilreparasjoner. Designet av magnetiske støtdempere fra dette merket er så enkelt som mulig. Enheten til disse fjærende og dempende delene inneholder følgende elementer:

• Kapsel;
• To elektromagneter;
• Spjeldstamme;
• Vår.

Prinsippet for drift av et slikt system er som følger. Når bilens elektriske system startes, aktiveres elektromagnetene i kapselen. På grunn av de samme polene i magnetfeltet frastøtes disse elementene fra hverandre. I denne modusen fungerer enheten som en fjær - den lar ikke karosseriet ligge på hjulene.

Når bilen kjører på veien, sender sensorer på hvert hjul signaler til ECU. Basert på disse dataene endrer kontrollenheten styrken til magnetfeltet, og øker dermed stagets bevegelse, og fjæringen blir klassisk myk fra en sporty. Kontrollenheten styrer også den vertikale bevegelsen til stagstangen, noe som ikke gir inntrykk av at maskinen går på fjærer alene.

Fjæringseffekten tilveiebringes ikke bare av magnetenes frastøtende egenskaper, men av fjæren, som er installert på stativet i tilfelle strømbrudd. I tillegg lar dette elementet deg slå av magneter når bilen er parkert med et inaktivt innebygd system.

Ulempen med denne typen oppheng er at den bruker mye energi, siden ECU kontinuerlig endrer spenningen i magnetspolene slik at systemet raskt tilpasser seg situasjonen på veien. Men hvis vi sammenligner "gluttony" til denne suspensjonen med noen vedlegg (for eksempel med et klimaanlegg og en fungerende innvendig oppvarming), bruker den ikke en kritisk stor mengde strøm. Det viktigste er at en generator med passende effekt er installert i maskinen (hvilken funksjon denne mekanismen utfører er beskrevet her).

Delphi Suspensjon

Nye dempningsegenskaper tilbys av suspensjonen utviklet av det amerikanske selskapet Delphi. Utad ligner det den klassiske McPherson-holdningen. Påvirkningen av elektromagneter utføres bare på egenskapene til den magnetiske reologiske væsken i hulrommene til støtdemperen. Til tross for denne enkle utformingen, viser denne typen fjæring en utmerket tilpasning av dempens stivhet avhengig av signalene fra kontrollenheten.

Sammenlignet med hydrauliske kolleger med variabel stivhet, reagerer denne modifikasjonen mye raskere. Magnetenes arbeid endrer bare viskositeten til arbeidsstoffet. Når det gjelder fjærelementet, trenger ikke stivheten å endres. Dens oppgave er å føre hjulet tilbake til veien så raskt som mulig når du kjører fort på ujevne underlag. Avhengig av hvordan elektronikken fungerer, er systemet i stand til å umiddelbart gjøre væsken i støtdemperne mer væske slik at spjeldstangen beveger seg raskere.

Disse suspensjonsegenskapene er lite praktiske for sivil transport. Brøkdeler av et sekund spiller en viktig rolle i motorsporten. Selve systemet krever ikke så mye energi som i tilfelle den forrige typen spjeld. Et slikt system styres også på grunnlag av data som kommer fra forskjellige sensorer plassert på hjulene og fjæringsstrukturelementene.

Denne utviklingen brukes allerede aktivt i adaptive suspensjoner av merker som Audi og GM (noen Cadillac- og Chevrolet -modeller).

Bose elektromagnetisk suspensjon

Bose-merket er kjent for mange bilister for sine førsteklasses høyttalersystemer. Men i tillegg til høykvalitets lydforberedelse, jobber selskapet også med utviklingen av en av de mest spektakulære typene magnetisk suspensjon. Ved slutten av det tjuende århundre, en professor som skaper spektakulær akustikk, også "smittet" med ideen om å lage en fullverdig magnetisk suspensjon.

Utformingen av dens utvikling ligner den samme stangdemperen, og elektromagnetene i enheten er installert i henhold til prinsippet, som i SKF-modifikasjonen. Bare de frastøter ikke hverandre, som i den første versjonen. Selve elektromagnetene er plassert over hele stangens og kroppens lengde, der den beveger seg, og magnetfeltet maksimeres og antall plusser økes.

Det særegne ved en slik installasjon er at den ikke krever mye mer energi. Den utfører samtidig funksjonen til både en demper og en fjær, og den fungerer både statisk (bilen står) og i en dynamisk (bilen beveger seg langs en ujevn vei) -modus.

Selve systemet gir kontroll over et større antall prosesser som oppstår mens bilen kjører. Demping av svingninger skjer på grunn av en kraftig endring i magnetfeltets poler. Bose-systemet betraktes som referanseindeksen for alle slike fjæringsdesign. Det er i stand til å gi et effektivt slag av stangen med så mye som tjue centimeter, perfekt stabiliserer kroppen, og eliminerer selv den minste rull under høyhastighets sving, så vel som "hakke" under oppbremsing.

Denne magnetiske fjæringen ble testet på flaggskipmodellen til den japanske bilprodusenten Lexus LS, som for øvrig nylig ble omformet (en testkjøring av en av de tidligere versjonene av premium sedan ble presentert i en annen artikkel). Til tross for at denne modellen allerede mottok en suspensjon av høy kvalitet, som er preget av jevn drift, var det umulig å ikke legge merke til beundringen fra biljournalistene under presentasjonen av det magnetiske systemet.

Produsenten har utstyrt dette systemet med flere driftsmodi og et stort antall forskjellige innstillinger. For eksempel når bilen svinger i høy hastighet, registrerer fjærings-ECU-en hastigheten på kjøretøyet, begynnelsen på karosserirullen. Avhengig av signalene fra sensorene, tilføres strøm i større grad til stativet til et av de mer belastede hjulene (oftere er det forhjulet, plassert på den ytre banen til rotasjonssirkelen). Takket være dette blir også det ytre bakhjulet støttehjulet, og bilen holder grepet på veibanen.

Et annet trekk ved Boses magnetiske suspensjon er at den også kan fungere som en sekundærgenerator. Når støtdemperstangen beveger seg, samler det tilhørende rekreasjonssystemet den frigitte energien i akkumulatoren. Det er mulig at denne utviklingen vil bli ytterligere modernisert. Til tross for at denne typen suspensjon i teorien er den mest effektive, er det desidert vanskeligste å programmere styreenheten slik at mekanismen kan realisere det fulle potensialet i systemet beskrevet på tegningene.

Utsiktene for utseendet på magnetiske suspensjoner

Til tross for sin åpenbare effektivitet har en fullverdig magnetisk suspensjon ennå ikke kommet inn i masseproduksjon. For øyeblikket er det viktigste hinderet for dette kostnadsaspektet og kompleksiteten i programmeringen. Den revolusjonerende magnetiske suspensjonen er for dyr, og den er ennå ikke fullt utviklet (det er vanskelig å lage tilstrekkelig programvare, siden et stort antall algoritmer må aktiveres i mikroprosessoren for å realisere sitt fulle potensial). Men allerede nå er det en positiv trend mot ideens anvendelse i moderne kjøretøy.

Enhver ny teknologi trenger finansiering. Det er umulig å utvikle en nyhet og umiddelbart sette den i produksjon uten innledende tester, og i tillegg til arbeidet til ingeniører og programmerere, krever denne prosessen også enorme investeringer. Men så snart utviklingen er satt på transportøren, vil designen gradvis bli forenklet, noe som gjør det ganske mulig å se en slik enhet ikke bare i premiumbiler, men også i modeller av det midterste prissegmentet.

Det er mulig at systemene over tid vil bli bedre, noe som vil gjøre hjulbiler mer komfortable og trygge. Mekanismer basert på samspillet mellom elektromagneter kan også brukes i andre kjøretøykonstruksjoner. For å øke komforten når du kjører lastebil, kan førersetet for eksempel ikke være basert på en pneumatisk, men på en magnetisk pute.

Når det gjelder utviklingen av elektromagnetiske suspensjoner, må følgende relaterte systemer i dag forbedres:

• Navigasjonssystem. Elektronikken må bestemme tilstanden til veidekket på forhånd. Det er best å gjøre dette basert på dataene til GPS-navigatoren (les om funksjonene til enhetsdriften her). Den adaptive fjæringen er klargjort på forhånd for vanskelige veibaner (noen navigasjonssystemer gir informasjon om veibanen) eller for et stort antall svinger.
• Visjonssystem foran kjøretøyet. Basert på infrarøde sensorer og analyse av det grafiske bildet som kommer fra det fremre videokameraet, må systemet på forhånd bestemme arten av endringer i veibanen og tilpasse seg mottatt informasjon.

Noen selskaper implementerer allerede lignende systemer i modellene sine, så det er tillit til den forestående utviklingen av magnetiske suspensjoner for biler.

Fordeler og ulemper

Som alle andre nye mekanismer som er planlagt introdusert i utformingen av biler (eller som allerede er brukt i motorkjøretøyer), har alle typer elektromagnetisk fjæring fordeler og ulemper.

La oss snakke om proffene først. Denne listen inneholder slike faktorer:

• Dempingsegenskapene til systemet er uten sidestykke når det gjelder jevn drift;
• Ved å finjustere dempingsmodusene blir bilens håndtering nesten perfekt uten rullene som er karakteristiske for enklere design. Den samme effekten sørger for maksimalt grep på veien, uansett kvalitet;
• Under akselerasjon og hard oppbremsing "biter" ikke bilen på nesen og sitter ikke på bakakselen, som i vanlige biler påvirker grepet alvorlig;
• Dekkslitasje er jevnere. Selvfølgelig, hvis spakenes geometri og andre elementer i fjæringen og chassiset er riktig innstilt (for mer informasjon om camber, les separat);
• Bilens aerodynamikk forbedres, siden kroppen alltid er parallell med veibanen.
• Ujevn slitasje på konstruksjonselementer elimineres ved å fordele krefter mellom lastede / ulastede hjul.

I prinsippet er alle positive poeng knyttet til hovedformålet med enhver suspensjon. Hver bilprodusent strever for å forbedre eksisterende typer dempingsystemer for å bringe produktene sine så nær som mulig til det nevnte idealet.

Når det gjelder ulempene, har den magnetiske suspensjonen en. Dette er verdien. Hvis du installerer en fullverdig utvikling fra Bose, selv med den lave kvaliteten på interiøret og den minimale konfigurasjonen av det elektroniske systemet, vil bilen fortsatt koste for mye. Ikke en eneste bilprodusent er ennå klar til å sette slike modeller i en serie (til og med en begrenset), og håper at de rike umiddelbart vil kjøpe opp det nye produktet, og det nytter ikke å investere en formue i en bil som skal være i lager . Det eneste alternativet er å produsere slike biler i en individuell bestilling, men selv i dette tilfellet er det få selskaper som er klare til å tilby en slik tjeneste.

Avslutningsvis foreslår vi å se en kort video om hvordan Bose magnetiske suspensjon fungerer i sammenligning med klassiske kolleger:

Oppfinnelsen er IKKE for vanlige dødelige. ALLE VIL LIKE å se denne teknologien i bilen sin