Características e benefícios da suspensão magnética

Qualquer carro moderno, mesmo o mais econômico, será equipado com uma suspensão. Este sistema é capaz de proporcionar uma viagem confortável em estradas com diferentes tipos de superfícies. No entanto, além do conforto, o objetivo desta parte da máquina também é promover uma direção segura. Para obter detalhes sobre o que é uma suspensão, leia em uma revisão separada.

Como qualquer outro sistema automático, a suspensão está sendo atualizada. Graças aos esforços de engenheiros de vários setores automotivos, além das modificações mecânicas clássicas, já existe um projeto pneumático (leia sobre ele em detalhes aqui), suspensão hidráulica e magnética e suas variedades.

Vamos considerar como funciona o tipo de pingente magnético, suas modificações e também as vantagens sobre as estruturas mecânicas clássicas.

O que é suspensão magnética

Apesar de o sistema de amortecimento do automóvel ser constantemente melhorado e de novos elementos aparecerem no seu design ou da geometria de diferentes peças se alterar, o seu funcionamento permanece basicamente o mesmo. O amortecedor suaviza os choques que são transmitidos da estrada através da roda para o corpo (detalhes sobre o dispositivo, modificações e falhas dos amortecedores são descritos separadamente) A mola retorna a roda à sua posição original. Graças a este esquema de trabalho, o movimento do carro é acompanhado por uma aderência constante das rodas à superfície da estrada.

Você pode mudar radicalmente o modo de suspensão instalando um dispositivo adaptativo na plataforma da máquina que se adapte à situação da estrada e melhore o manuseio do veículo, não importa se a estrada está boa ou ruim. Um exemplo de tais estruturas é uma suspensão adaptativa, que em várias versões já vem instalada em modelos de série (para mais detalhes sobre este tipo de dispositivo, leia aqui).

Como uma das variantes dos mecanismos adaptativos, foi desenvolvido um tipo de suspensão eletromagnética. Se compararmos este desenvolvimento com um análogo hidráulico, então na segunda modificação há um fluido especial nos atuadores. A eletrônica altera a pressão nos reservatórios, de modo que cada elemento de amortecimento altera sua rigidez. O princípio é semelhante para o tipo pneumático. A desvantagem de tais sistemas é que o circuito de trabalho não é capaz de se adaptar rapidamente à situação da estrada, uma vez que precisa ser preenchido com uma quantidade adicional de meio de trabalho, que na melhor das hipóteses leva alguns segundos.

A maneira mais rápida de lidar com este trabalho podem ser mecanismos que funcionem com base na interação eletromagnética dos elementos executivos. São mais responsivos ao comando, pois para alterar o modo de amortecimento não é necessário bombear ou drenar o meio de trabalho do tanque. Os componentes eletrônicos da suspensão magnética emitem o comando e o dispositivo responde instantaneamente a esses sinais.

Maior conforto de direção, segurança em altas velocidades e superfícies de estrada instáveis, bem como facilidade de manuseio são as principais razões pelas quais os desenvolvedores estão tentando implementar a suspensão magnética em carros de produção, uma vez que os designs clássicos não são capazes de atingir os parâmetros ideais a esse respeito.

A própria ideia de criar um veículo "flutuante" não é nova. Ela é freqüentemente encontrada nas páginas de obras fantásticas com voos espetaculares de gravikars. Até os primeiros anos da década de 80 do século passado, essa ideia permanecia no estágio da fantasia, e apenas alguns pesquisadores a consideravam possível, mas em um futuro distante.

No entanto, em 1982, apareceu o primeiro desenvolvimento mundial de um trem movendo-se em uma suspensão magnética. Este veículo foi chamado de magnetoplano. Comparado aos análogos clássicos, este trem desenvolveu uma velocidade sem precedentes na época - mais de 500 km / h, e no que diz respeito à sua suavidade de "vôo" e silêncio de trabalho, apenas pássaros poderiam fazer uma competição real. A única desvantagem pela qual a implantação desse desenvolvimento é lenta não é apenas o alto custo do trem em si. Para que ele seja capaz de se mover, ele precisa de uma trilha especial que forneça o campo magnético adequado.

Embora esse desenvolvimento ainda não tenha sido aplicado na indústria automotiva, os cientistas não deixam esse projeto "juntando poeira na prateleira". A razão é que o princípio eletromagnético de funcionamento elimina completamente o atrito das rodas motrizes na superfície da estrada, deixando apenas a resistência do ar. Como é impossível transferir completamente todos os veículos com rodas para um tipo de chassi semelhante (será necessário construir estradas correspondentes em todo o mundo), os engenheiros se concentraram em introduzir esse desenvolvimento na suspensão de carros.

Graças à instalação de elementos eletromagnéticos em amostras de teste, os cientistas foram capazes de fornecer aos carros-conceito melhor dinâmica e controlabilidade. O design da suspensão magnética é bastante complexo. É um rack que é instalado sobre todas as rodas de acordo com o mesmo princípio de um rack MacPherson (leia sobre ele em detalhes em outro artigo) Esses elementos não precisam de mecanismo amortecedor (amortecedor) ou mola.

A correção do funcionamento deste sistema é realizada através da unidade de controle eletrônico (separada, pois o microprocessador precisa processar uma grande quantidade de dados e ativar um grande número de algoritmos). Outra característica dessa suspensão é que, ao contrário das versões clássicas, não necessita de barras de torção, estabilizadores e outras peças para garantir a estabilidade do veículo em curvas e altas velocidades. Em vez disso, pode ser usado um fluido magnético especial, que combina as propriedades de um fluido e um material magnetizado, ou válvulas solenóides.

Alguns carros modernos usam amortecedores com uma substância semelhante em vez de óleo. Como a probabilidade de falha do sistema é alta (afinal, trata-se de um desenvolvimento ainda novo, que ainda não foi totalmente pensado), podem ocorrer molas em seu dispositivo.

Como funciona

O princípio da interação dos eletroímãs é tomado como base para o funcionamento da suspensão magnética (na hidráulica é fluido, na pneumática ar - ar e na mecânica - peças elásticas ou molas). A operação deste sistema segue o seguinte princípio.

Desde o curso escolar, todos sabem que os mesmos pólos de imãs se repelem mutuamente. Para conectar os elementos magnetizados, você precisará aplicar esforço suficiente (este parâmetro depende do tamanho dos elementos a serem conectados e da força do campo magnético). Ímãs permanentes com um campo tão forte para suportar o peso de um carro são difíceis de encontrar, e as dimensões de tais elementos não permitem que sejam usados ​​em carros, muito menos se adaptem à situação da estrada.

Você também pode criar um ímã com eletricidade. Neste caso, só funcionará quando o atuador estiver energizado. A intensidade do campo magnético, neste caso, pode ser ajustada aumentando a corrente nas partes interagentes. Por meio desse processo, é possível aumentar ou diminuir a força repulsiva e, com ela, a rigidez da suspensão.

Essas características dos eletroímãs tornam possível utilizá-los como molas e amortecedores. Para isso, a estrutura deve obrigatoriamente ter pelo menos dois eletroímãs. A incapacidade de comprimir peças tem o mesmo efeito de um amortecedor clássico, e a força repulsiva dos ímãs é comparável à de uma mola ou mola. Devido à combinação dessas propriedades, a mola eletromagnética responde muito mais rápido em comparação às contrapartes mecânicas, e o tempo de resposta aos sinais de controle é muito mais curto, como no caso da hidráulica ou pneumática.

No arsenal de desenvolvedores, já existe um número suficiente de eletroímãs funcionando de várias modificações. Tudo o que resta é criar uma ECU de suspensão eficiente que receberá sinais do chassi e dos sensores de posição e fará o ajuste fino da suspensão. Em teoria, essa ideia é bastante realista de implementar, mas a prática mostra que esse desenvolvimento tem várias "armadilhas".

Em primeiro lugar, o custo de tal instalação será muito alto para um motorista com uma renda média de material. E nem todo rico tinha dinheiro para comprar um carro com suspensão magnética completa. Em segundo lugar, a manutenção de tal sistema estaria associada a dificuldades adicionais, por exemplo, a complexidade do reparo e um pequeno número de especialistas que entendem os meandros do sistema.

Uma suspensão magnética completa pode ser desenvolvida, mas não será capaz de criar uma competição digna, já que poucas pessoas vão querer desembolsar uma fortuna apenas pela velocidade de resposta da suspensão adaptativa. Muito mais barato e com bom sucesso, elementos magnéticos controlados eletricamente podem ser introduzidos no design de amortecedores clássicos.

E essa tecnologia já tem duas aplicações:

1. Instale uma válvula eletromecânica no amortecedor que muda a seção do canal através do qual o óleo se move de uma cavidade para outra. Neste caso, pode alterar rapidamente a rigidez da suspensão: quanto mais larga for a abertura do bypass, mais macio será o amortecedor e vice-versa.
2. Injete um fluido reológico magnético na cavidade do amortecedor, que muda suas propriedades devido ao efeito de um campo magnético sobre ele. A essência de tal modificação é idêntica à anterior - a substância ativa flui mais rápido ou mais devagar de uma câmara para outra.

Ambas as opções já são utilizadas em alguns veículos de produção. O primeiro desenvolvimento não é tão rápido, mas é mais barato em comparação com amortecedores preenchidos com fluido magnético.

Tipos de suspensões magnéticas

Como uma suspensão magnética completa ainda está em desenvolvimento, as montadoras estão implementando parcialmente esse esquema em seus modelos de carro, seguindo um dos dois caminhos mencionados acima.

No mundo, entre todos os desenvolvimentos de suspensões magnéticas, existem três variedades que merecem atenção. Apesar da diferença no princípio de operação, design e uso de diferentes atuadores, todas essas modificações têm várias semelhanças. A lista inclui:

• Alavancas e outros elementos da marcha do carro, que determinam a direção do movimento das rodas durante o funcionamento da suspensão;
• Sensores para a posição das rodas em relação à carroceria, sua velocidade de rotação e o estado da estrada à frente do carro. Esta lista também inclui sensores de uso geral - as forças de pressionar o pedal do acelerador / freio, carga do motor, velocidade do motor, etc.;
• Uma unidade de controle separada na qual os sinais de todos os sensores no sistema são coletados e processados. O microprocessador gera pulsos de controle de acordo com os algoritmos que foram costurados durante a produção;
• Eletroímãs, nos quais, sob a influência da eletricidade, se forma um campo magnético com a polaridade correspondente;
• Uma usina que gera uma corrente capaz de ativar poderosos ímãs.

Vamos considerar qual é a peculiaridade de cada um deles, e então discutiremos as vantagens e desvantagens da versão magnética do sistema de amortecimento do carro. Antes de começarmos, vale esclarecer que nenhum dos sistemas é produto de espionagem corporativa. Cada um dos desenvolvimentos é um conceito desenvolvido individualmente que tem o direito de existir no mundo da indústria automotiva.

Suspensão magnética SKF

A SKF é um fabricante sueco de peças automotivas para reparos de veículos profissionais. O design dos amortecedores magnéticos desta marca é o mais simples possível. O dispositivo dessas peças elásticas e amortecedoras inclui os seguintes elementos:

• Cápsula;
• Dois eletroímãs;
• Haste mais úmida;
• Primavera.

O princípio de operação de tal sistema é o seguinte. Quando o sistema elétrico do carro é ligado, os eletroímãs localizados na cápsula são ativados. Devido aos mesmos pólos do campo magnético, esses elementos são repelidos entre si. Neste modo, o dispositivo funciona como uma mola - não permite que a carroceria do carro fique sobre as rodas.

Quando o carro está dirigindo na estrada, os sensores em cada roda enviam sinais para a ECU. Com base nesses dados, a unidade de controle altera a força do campo magnético, aumentando assim o curso do strut, e a suspensão torna-se clássica macia de uma esportiva. A unidade de controle também controla o movimento vertical da haste do amortecedor, o que não dá a impressão de que a máquina está funcionando apenas com molas.

O efeito de mola é proporcionado não apenas pelas propriedades repulsivas dos imãs, mas pela mola, que é instalada no rack em caso de queda de energia. Além disso, este elemento permite desligar os ímãs quando o veículo está estacionado com um sistema de bordo inativo.

A desvantagem deste tipo de suspensão é que consome muita energia, uma vez que a ECU muda constantemente a tensão nas bobinas magnéticas para que o sistema se adapte rapidamente à situação da estrada. Mas se compararmos a "gula" desta suspensão com alguns acessórios (por exemplo, com um ar condicionado e um aquecimento interno funcionando), então ela não consome uma quantidade criticamente grande de eletricidade. O principal é que se instale na máquina um gerador com potência adequada (descreve-se qual a função que este mecanismo desempenha aqui).

Suspensão Delphi

Novas características de amortecimento são oferecidas pela suspensão desenvolvida pela empresa americana Delphi. Exteriormente, lembra a postura clássica de McPherson. A influência dos eletroímãs é realizada apenas nas propriedades do fluido reológico magnético localizado nas cavidades do amortecedor. Apesar de seu design simples, este tipo de suspensão demonstra uma excelente adaptação da rigidez de amortecimento em função dos sinais da unidade de controle.

Em comparação com contrapartes hidráulicas com rigidez variável, esta modificação responde muito mais rápido. O trabalho dos ímãs apenas altera a viscosidade da substância de trabalho. No que diz respeito ao elemento de mola, sua rigidez não precisa ser alterada. Sua tarefa é colocar o volante na estrada o mais rápido possível ao dirigir rápido em superfícies irregulares. Dependendo de como a eletrônica funciona, o sistema é capaz de tornar instantaneamente o fluido nos amortecedores mais fluido para que a haste do amortecedor se mova mais rápido.

Essas propriedades de suspensão são de pouca praticidade para o transporte civil. Frações de segundo desempenham um papel importante no automobilismo. O próprio sistema não requer tanta energia como no caso do tipo anterior de amortecedores. Esse sistema também é controlado com base em dados provenientes de vários sensores localizados nas rodas e nos elementos da estrutura da suspensão.

Este desenvolvimento já está sendo usado ativamente em suspensões adaptativas de marcas como Audi e GM (alguns modelos Cadillac e Chevrolet).

Suspensão eletromagnética Bose

A marca Bose é conhecida por muitos motoristas por seus sistemas de alto-falantes premium. Mas além da preparação de áudio de alta qualidade, a empresa também está trabalhando no desenvolvimento de um dos mais espetaculares tipos de suspensão magnética. No final do século XX, um professor criador de acústicas espetaculares, também "infectado" com a ideia de criar uma suspensão magnética completa.

O design de seu desenvolvimento assemelha-se ao mesmo absorvedor de choque de haste, e os eletroímãs no dispositivo são instalados de acordo com o princípio, como na modificação SKF. Só que não se repelem, como na primeira versão. Os próprios eletroímãs estão localizados ao longo de todo o comprimento da haste e do corpo, dentro do qual se move, e o campo magnético é maximizado e o número de sinais de adição é aumentado.

A peculiaridade de tal instalação é que não requer muito mais energia. Ele também desempenha simultaneamente a função de amortecedor e mola, e funciona tanto no modo estático (o carro está em pé) quanto no dinâmico (o carro está se movendo em uma estrada acidentada).

O próprio sistema fornece controle de um grande número de processos que ocorrem enquanto o carro está dirigindo. O amortecimento das oscilações ocorre devido a uma mudança brusca nos pólos do campo magnético. O sistema Bose é considerado a referência de todos esses projetos de suspensão. É capaz de proporcionar um curso efetivo da haste em até vinte centímetros, estabilizar perfeitamente a carroceria, eliminando até o mais leve tombamento em curvas em alta velocidade, bem como "bicadas" na frenagem.

Esta suspensão magnética foi testada no modelo carro-chefe da montadora japonesa Lexus LS, que, aliás, foi recentemente reestilizada (um test drive de uma das versões anteriores do sedan premium foi apresentado em outro artigo) Apesar de este modelo já ter recebido uma suspensão de elevada qualidade, que se caracteriza pelo bom funcionamento, durante a apresentação do sistema magnético foi impossível não notar a admiração dos jornalistas automóveis.

O fabricante equipou este sistema com vários modos de operação e um grande número de configurações diferentes. Por exemplo, quando o carro está fazendo uma curva em alta velocidade, a ECU da suspensão registra a velocidade do veículo, o início da rotação da carroceria. Dependendo dos sinais dos sensores, a eletricidade é fornecida em maior extensão ao rack de uma das rodas mais carregadas (mais frequentemente é a roda dianteira, localizada na trajetória externa do semicírculo de rotação). Graças a isso, a roda traseira externa também se torna a roda de suporte e o carro mantém a tração.

Outra característica da suspensão magnética de Bose é que ela também pode atuar como um gerador adicional. Quando a haste do amortecedor se move, o sistema de recuperação associado coleta a energia liberada para o acumulador. É possível que este desenvolvimento seja ainda mais modernizado. Apesar de este tipo de suspensão ser, em teoria, o mais eficiente, de longe o mais difícil é programar a unidade de controle para que o mecanismo possa realizar todo o potencial do sistema descrito nos desenhos.

Perspectivas para o aparecimento de suspensões magnéticas

Apesar de sua óbvia eficácia, uma suspensão magnética completa ainda não entrou em produção em massa. No momento, o principal obstáculo para isso é o aspecto do custo e a complexidade da programação. A revolucionária suspensão magnética é muito cara e ainda não foi totalmente desenvolvida (é difícil criar um software adequado, uma vez que um grande número de algoritmos deve ser ativado no microprocessador para realizar todo o seu potencial). Mas já agora há uma tendência positiva para a aplicação da ideia em veículos modernos.

Qualquer nova tecnologia precisa de financiamento. É impossível desenvolver uma novidade e colocá-la em produção imediatamente sem testes preliminares e, além do trabalho de engenheiros e programadores, esse processo também exige grandes investimentos. Mas assim que o desenvolvimento for colocado na esteira, seu design será gradualmente simplificado, tornando possível ver tal dispositivo não só em carros premium, mas também em modelos do segmento de preço médio.

É possível que com o tempo os sistemas melhorem, o que tornará os veículos com rodas mais confortáveis ​​e seguros. Mecanismos baseados na interação de eletroímãs também podem ser usados ​​em outros projetos de veículos. Por exemplo, para aumentar o conforto ao dirigir um caminhão, o assento do motorista pode ser baseado não em um pneumático, mas em uma almofada magnética.

Quanto ao desenvolvimento de suspensões eletromagnéticas, hoje os seguintes sistemas relacionados precisam ser melhorados:

• Sistema de navegação. A eletrônica deve determinar a condição da superfície da estrada com antecedência. É melhor fazer isso com base nos dados do navegador GPS (leia sobre os recursos de operação do dispositivo aqui) A suspensão adaptativa é preparada com antecedência para estradas difíceis (alguns sistemas de navegação fornecem informações sobre as condições da superfície da estrada) ou para um grande número de curvas.
• Sistema de visão à frente do veículo. Com base em sensores infravermelhos e na análise da imagem gráfica que sai da câmera de vídeo frontal, o sistema deve determinar com antecedência a natureza das mudanças na superfície da estrada e se adaptar às informações recebidas.

Algumas empresas já estão implantando sistemas semelhantes em seus modelos, por isso há confiança no desenvolvimento iminente de suspensões magnéticas para automóveis.

Vantagens e desvantagens

Como qualquer outro novo mecanismo planejado para ser introduzido no design de carros (ou já usado em veículos motorizados), todos os tipos de suspensão eletromagnética têm vantagens e desvantagens.

Vamos falar sobre os profissionais primeiro. Esta lista inclui os seguintes fatores:

• As propriedades de amortecimento do sistema são incomparáveis ​​em termos de operação suave;
• Ao ajustar os modos de amortecimento, o manuseio do carro torna-se quase perfeito sem os rolos característicos de designs mais simples. O mesmo efeito garante a máxima aderência na estrada, qualquer que seja a sua qualidade;
• Durante a aceleração e frenagem brusca, o carro não "morde" o nariz e não se senta no eixo traseiro, o que em carros comuns afeta seriamente a aderência;
• O desgaste dos pneus é mais uniforme. Claro, se a geometria das alavancas e outros elementos da suspensão e do chassi estiverem devidamente ajustados (para mais detalhes sobre a curvatura, leia separadamente);
• A aerodinâmica do carro é aprimorada, já que sua carroceria está sempre paralela à estrada;
• O desgaste irregular dos elementos estruturais é eliminado pela distribuição de forças entre as rodas carregadas / descarregadas.

Em princípio, todos os pontos positivos estão relacionados ao objetivo principal de qualquer suspensão. Cada montadora se esforça para melhorar os tipos de sistemas de amortecimento existentes, a fim de aproximar seus produtos o máximo possível do ideal mencionado.

Quanto às desvantagens, a suspensão magnética tem uma. Este é o seu valor. Se você instalar um desenvolvimento completo da Bose, mesmo com a baixa qualidade do interior e a configuração mínima do sistema eletrônico, o carro ainda vai custar muito caro. Nenhum fabricante de automóveis ainda está pronto para colocar tais modelos em uma série (mesmo que limitada), esperando que os ricos comprem imediatamente o novo produto, e não há sentido em investir uma fortuna em um carro que ficará em depósitos . A única opção é fabricar esses carros por encomenda individual, mas neste caso são poucas as empresas que estão preparadas para prestar esse serviço.

Em conclusão, sugerimos assistir a um breve vídeo sobre como a suspensão magnética Bose funciona em comparação com suas contrapartes clássicas:

A invenção NÃO é para mortais comuns. TODO MUNDO GOSTARIA de ver essa tecnologia em seu carro