Особенности и устройство электромагнитной подвески

Электромагнитные, иногда называемые просто магнитными, подвески занимают своё, совершенно отдельное место в ряду разнообразных технических решений элементов автомобильного шасси. Такое возможно благодаря использованию самого быстродействующего способа управления силовыми характеристиками подвески – непосредственно с помощью магнитного поля. Это не гидравлика, где давление жидкости ещё надо повысить насосом и инертными клапанами, или пневматика, где всё определяется движением воздушных масс. Это мгновенная реакция со скоростью света, где всё определяется исключительно темпом управляющего компьютера и его датчиков. А упругие и демпфирующие элементы отреагируют моментально. Подобный принцип придаёт подвескам принципиально новые качества.

Что такое магнитная подвеска

Это не совсем парящие в пространстве, ни с чем не связанные предметы, но нечто подобное здесь происходит. Активный узел, работающий на взаимодействии магнитов, напоминает обычную стойку с пружиной и амортизатором, но принципиально во всём от неё отличается. Отталкивание одноимённых полюсов электромагнитов работает как упругий элемент, а быстрое управление путём изменения протекающего по обмоткам электрического тока позволяет с большой скоростью изменять силу этого отталкивания.

Подвески, разработанные разными компаниями, построены различными способами. Некоторые из них представляет собой полноценные, но работающие на иных принципах сочетания упругого элемента и демпфера, другие способны изменять лишь характеристики амортизатора, чего в большинстве случаев оказывается достаточно. Всё решает быстродействие.

Варианты исполнения

Существует три известные и проработанные реальные системы на взаимодействии электромагнитов в стойках подвески. Предложены они компаниями Delphi, SKF и Bose.

Система Delphi

Наиболее простая реализация, здесь стойка содержит обычную цилиндрическую пружину и электроуправляемый амортизатор. Компания совершенно справедливо выделила именно его, как самую важную часть управляемой подвески. Статическая жёсткость не так важна, гораздо полезнее управлять свойствами в динамике.

Для этого амортизатор классического типа заполняется специальной ферромагнитной жидкостью, способной поляризоваться в магнитном поле. Таким образом стало возможно с большой скоростью менять характеристику вязкости амортизаторного масла. При прохождении через калиброванные жиклёры и клапаны она будет оказывать различное сопротивление поршню и штоку амортизатора.

Компьютер, управляющий подвеской, собирает сигналы от многочисленных датчиков автомобиля и регулирует ток в обмотке электромагнита. Амортизатор реагирует на любое изменение режима работы, например, может быстро и плавно отработать неровность, удержать автомобиль от крена в повороте или предотвратить клевок на торможении. Жёсткость подвески можно выбирать по своему усмотрению из имеющихся фиксированных настроек различной степени спортивности или комфорта.

Магнитный упругий элемент SKF

Здесь подход полностью иной, управление основано на принципе изменения упругости. Основная классическая пружина отсутствует, вместо него капсула SKF содержит два электромагнита, отталкивающихся друг от друга в зависимости от силы поданного в их обмотки тока. Поскольку процесс происходит очень быстро, то такая система может работать как упругий элемент или как амортизатор, подавая нужное усилие в верном направлении для гашения колебаний.

Дополнительная пружина в стойке имеется, но используется она лишь в качестве страховки при отказах электроники. Недостатком выступает очень высокая потребляемая электромагнитами мощность, нужная для создания усилия того порядка, что обычно проявляется в автомобильных подвесках. Но с этим справились, а рост нагрузки на бортовую электросеть давно стал общей тенденцией в автомобилестроении.

Магнитная подвеска от Bose

Профессор Bose всю жизнь занимался динамиками для акустических систем, поэтому в активном элементе подвески использовал тот же принцип, что и там – перемещение проводника с током в магнитном поле. Подобное устройство, где внутри набора кольцевых электромагнитов движется многополюсный магнит штока стойки обычно называют линейным электродвигателем, поскольку это примерно то же самое, только система ротора и статора развёрнута в линию.

Многополюсный двигатель работает эффективней, чем двухполюсная система SKF, поэтому потребляемая мощность заметно меньше. Много и других достоинств. Быстродействие таково, что система может снять сигнал с датчика, перевернуть его фазу, усилить и таким образом полностью скомпенсировать подвеской неровности дороги. Нечто подобное происходит в активных системах шумоподавления при помощи автомобильных акустических установок.

Работает система настолько эффективно, что её первые тесты показали качественное превосходство даже над штатными подвесками автомобилей премиум-класса. При этом длина линейных электромагнитов обеспечивала значительный ход подвесок и хорошую энергоёмкость. А дополнительным бонусом оказалась возможность не рассеивать поглощённую в процессе демпфирования энергию, а преобразовывать её с помощью реверса электромагнитов и отправлять в накопитель для последующего использования.

Управление подвеской и реализация предоставленных преимуществ

Возможности магнитных механизмов в подвеске полностью раскрываются при организации системы датчиков, быстродействующем компьютере и хорошо проработанных программных принципах. Результаты просто поражают:

• плавность хода выше всяческих ожиданий;
• сложные реакции подвесок в поворотах, выделение загруженных и начавших приподниматься колёс;
• парирование клевков и подхватов кузова;
• полное гашение кренов;
• раскрепощение подвесок на сложном рельефе;
• решение проблемы неподрессоренных масс;
• совместная работа со сканирующими дорогу перед автомобилем камерами и радарами для упреждающих действий;
• возможность отработки навигационных карт, куда предварительно записан рельеф поверхности.

Ничего лучше магнитных подвесок пока не придумано. Процессы дальнейшей проработки и создание алгоритмов продолжаются, развитие идёт даже на автомобилях высших классов, где цена подобных устройств оправдывается. До применения на массовых шасси дело пока не дошло, но уже совершенно ясно, что будущее именно за такими системами.