Характеристики и предимства на магнитното окачване

Всяка модерна, дори и най-бюджетната кола, ще бъде оборудвана с окачване. Тази система е в състояние да осигури комфортно пътуване по пътища с различни видове повърхности. Освен комфорта, целта на тази част от машината е и да насърчава безопасното шофиране. За подробности какво е суспензия, прочетете в отделен преглед.

Както всяка друга автоматична система, окачването се надгражда. Благодарение на усилията на инженери от различни автомобилни концерни, в допълнение към класическите механични модификации, вече съществува и пневматичен дизайн (прочетете подробно за него тук), хидравлично и магнитно окачване и техните разновидности.

Нека разгледаме как работи магнитният тип висулки, техните модификации, както и предимствата пред класическите механични конструкции.

Какво е магнитно окачване

Въпреки факта, че амортисьорната система на автомобила непрекъснато се усъвършенства и в дизайна му се появяват нови елементи или се променя геометрията на различните части, работата му по същество остава същата. Амортисьорът омекотява ударите, които се предават от пътя през колелото към тялото (подробности за устройството, модификации и неизправности на амортисьорите са описани отделно). Пружината връща колелото в първоначалното му положение. Благодарение на тази схема на работа, движението на автомобила е придружено от постоянно прилепване на колелата към пътната настилка.

Можете радикално да промените режима на окачване, като инсталирате адаптивно устройство на платформата на машината, което ще се адаптира към пътната обстановка и ще подобри управлението на превозното средство, независимо колко добър или лош е пътят. Пример за такива конструкции е адаптивно окачване, което в различни версии вече е инсталирано на серийни модели (за повече подробности за този тип устройства прочетете тук).

Като един от вариантите на адаптивни механизми е разработен електромагнитен тип окачване. Ако сравним това развитие с хидравличен аналог, тогава във втората модификация има специална течност в задвижващите механизми. Електрониката променя налягането в резервоарите, така че всеки амортисьорен елемент променя твърдостта си. Принципът е подобен за пневматичния тип. Недостатъкът на такива системи е, че работната верига не може бързо да се адаптира към пътната обстановка, тъй като трябва да се напълни с допълнително количество работна среда, което в най-добрия случай отнема няколко секунди.

Най-бързият начин за справяне с тази работа могат да бъдат механизмите, които функционират въз основа на електромагнитното взаимодействие на изпълнителните елементи. Те са по-отзивчиви към командата, тъй като за промяна на режима на затихване не е необходимо да се изпомпва или източва работната среда от резервоара. Електрониката в магнитното окачване издава командата и устройството незабавно реагира на тези сигнали.

Повишеният комфорт при пътуване, безопасността при високи скорости и нестабилната пътна настилка, както и лекотата на управление са основните причини, поради които разработчиците се опитват да внедрят магнитно окачване в серийните автомобили, тъй като класическите дизайни не са в състояние да постигнат идеални параметри в това отношение.

Самата идея за създаване на "висящо" превозно средство не е нова. Тя често се среща на страниците на фантастични произведения със зрелищни полети на гравикари. До първите години на 80-те години на миналия век тази идея остава на етапа на художествената литература и само някои изследователи я считат за възможна, но в далечното бъдеще.

През 1982 г. обаче се появява първата в света разработка на влак, движещ се с магнитно окачване. Това превозно средство се наричаше магнитоплан. В сравнение с класическите аналози, този влак развива безпрецедентна по това време скорост - повече от 500 км / ч, а по отношение на своята мекота на "полет" и безшумност на работа, само птиците могат да направят истинска конкуренция. Единственият недостатък, поради който изпълнението на това развитие е бавно, е не само високата цена на самия влак. За да може да се движи, той се нуждае от специална писта, която осигурява правилното магнитно поле.

Въпреки че това развитие все още не е приложено в автомобилната индустрия, учените не оставят този проект да „събира прах на рафта“. Причината е, че електромагнитният принцип на действие напълно елиминира триенето на задвижващите колела върху пътната настилка, оставяйки само въздушно съпротивление. Тъй като е невъзможно напълно да се прехвърлят всички колесни превозни средства на подобен тип шаси (ще е необходимо да се построят съответни пътища по целия свят), инженерите се фокусираха върху въвеждането на това развитие в окачването на автомобилите.

Благодарение на инсталирането на електромагнитни елементи върху тестови проби, учените успяха да осигурят на концептуалните автомобили по-добра динамика и управляемост. Дизайнът на магнитното окачване е доста сложен. Това е стелаж, който е инсталиран на всички колела по същия принцип като багажник на MacPherson (прочетете подробно за него в друга статия). Тези елементи не се нуждаят от амортисьорен механизъм (амортисьор) или пружина.

Корекцията на работата на тази система се извършва чрез електронния блок за управление (отделно, тъй като микропроцесорът трябва да обработи много данни и да активира голям брой алгоритми). Друга характеристика на това окачване е, че за разлика от класическите версии, той не се нуждае от торсионни щанги, стабилизатори и други части, за да осигури стабилността на автомобила при завои и високи скорости. Вместо това може да се използва специална магнитна течност, която съчетава свойствата на флуид и магнетизиран материал или соленоидни клапани.

Някои съвременни автомобили използват амортисьори с подобно вещество вместо масло. Тъй като има голяма вероятност за повреда на системата (в края на краищата това все още е ново развитие, което все още не е напълно обмислено), в устройството може да присъстват пружини.

Принцип на действие

Принципът на взаимодействие на електромагнитите се приема като основа за функционирането на магнитното окачване (в хидравликата е течно, в пневматичния въздух - въздух, а в механиката - еластични части или пружини). Работата на тази система има следния принцип.

От училищния курс всички знаят, че едни и същи полюси на магнити взаимно се отблъскват. За да свържете магнетизираните елементи, ще трябва да положите достатъчно усилия (този параметър зависи от размера на елементите, които ще се свържат, и силата на магнитното поле). Постоянните магнити с толкова силно поле, за да издържат на теглото на автомобила, са трудни за намиране и размерите на такива елементи няма да позволят да се използват в автомобилите, камо ли да се адаптират към пътната обстановка.

Можете също да създадете магнит с електричество. В този случай тя ще работи само когато задвижването е под напрежение. Силата на магнитното поле в този случай може да се регулира чрез увеличаване на тока върху взаимодействащите части. Чрез този процес е възможно да се увеличи или намали силата на отблъскване, а заедно с това и твърдостта на окачването.

Такива характеристики на електромагнитите правят възможно използването им като пружини и амортисьори. За това структурата задължително трябва да има поне два електромагнита. Невъзможността за компресиране на части има същия ефект като класическия амортисьор, а отблъскващата сила на магнитите е сравнима с тази на пружина или пружина. Поради комбинацията от тези свойства, електромагнитната пружина реагира много по-бързо от механичните аналози и времето за реакция на управляващите сигнали е много по-кратко, както в случая на хидравликата или пневматиката.

В арсенала на разработчиците вече има достатъчен брой работещи електромагнити с различни модификации. Остава само да се създаде ефективно ECU окачване, което да приема сигнали от шасито и сензорите за положение на каросерията и да фино настройва окачването. На теория тази идея е съвсем реалистична за изпълнение, но практиката показва, че това развитие има няколко „клопки“.

Първо, цената на такава инсталация ще бъде твърде висока за автомобилист със среден материален доход. И не всеки богат човек би могъл да си позволи да си купи кола с пълноценно магнитно окачване. На второ място, поддръжката на такава система би била свързана с допълнителни трудности, например сложността на ремонта и малък брой специалисти, които разбират тънкостите на системата.

Може да бъде разработено пълноценно магнитно окачване, но то няма да може да създаде достойна конкуренция, тъй като малко хора ще искат да платят цяло състояние само заради скоростта на реакция на адаптивното окачване. Много по-евтино и с добър успех, магнитните елементи с електрическо управление могат да бъдат въведени в дизайна на класическите амортисьори.

И тази технология вече има две приложения:

1. Инсталирайте електромеханичен клапан в амортисьора, който променя участъка на канала, през който маслото се премества от една кухина в друга. В този случай можете бързо да промените твърдостта на окачването: колкото по-широк е отворът на байпаса, толкова по-мек работи амортисьорът и обратно.
2. Инжектирайте магнитна реологична течност в кухината на амортисьора, която променя свойствата си поради ефекта на магнитно поле върху нея. Същността на такава модификация е идентична с предишната - работното вещество тече по-бързо или по-бавно от една камера в друга.

И двете опции вече се използват в някои производствени превозни средства. Първата разработка не е толкова бърза, но е по-евтина в сравнение с амортисьорите, пълни с магнитна течност.

Видове магнитни окачвания

Тъй като пълноценното магнитно окачване все още е в процес на разработка, автомобилните производители частично прилагат тази схема в своите модели автомобили, като преминават по един от двата посочени по-горе пътя.

Сред всички разработки на магнитни окачвания в света има три разновидности, които заслужават внимание. Въпреки разликата в принципа на действие, проектиране и използване на различни изпълнителни механизми, всички тези модификации имат няколко прилики. Списъкът включва:

• Лостове и други елементи на ходенето на автомобила, които определят посоката на движение на колелата по време на работа на окачването;
• Сензори за положението на колелата спрямо каросерията, тяхната скорост на въртене и състоянието на пътя пред автомобила. Този списък включва и сензори с общо предназначение - силите на натискане на педала за газ / спирачка, натоварването на двигателя, оборотите на двигателя и др .;
• Отделен контролен блок, в който се събират и обработват сигнали от всички сензори в системата. Микропроцесорът генерира контролни импулси в съответствие с алгоритмите, които са зашити по време на производството;
• Електромагнити, при които под въздействието на електричество се образува магнитно поле със съответната полярност;
• Електроцентрала, която генерира ток, способен да активира мощни магнити.

Нека разгледаме каква е особеността на всеки от тях и след това ще обсъдим предимствата и недостатъците на магнитната версия на амортисьорната система на автомобила. Преди да започнем, струва си да изясним, че никоя от системите не е продукт на корпоративен шпионаж. Всяка от разработките е индивидуално разработена концепция, която има право да съществува в света на автомобилната индустрия.

SKF магнитно окачване

SKF е шведски производител на авточасти за професионален ремонт на превозни средства. Дизайнът на магнитните амортисьори на тази марка е възможно най-опростен. Устройството на тези пружиниращи и амортисьорни части включва следните елементи:

• капсула;
• Два електромагнита;
• Демпферно стъбло;
• Пролет.

Принципът на действие на такава система е следният. При стартиране на електрическата система на автомобила се активират електромагнитите, разположени в капсулата. Поради същите полюси на магнитното поле тези елементи се отблъскват един от друг. В този режим устройството работи като пружина - не позволява каросерията на автомобила да лежи на колелата.

Когато автомобилът се движи по пътя, сензорите на всяко колело изпращат сигнали към ECU. Въз основа на тези данни управляващият блок променя силата на магнитното поле, като по този начин увеличава хода на подпората и окачването става класически меко от спортно. Блокът за управление контролира и вертикалното движение на амортисьорния прът, което не създава впечатление, че машината работи само на пружини.

Ефектът на пружиниране се осигурява не само от отблъскващите свойства на магнитите, но и от пружината, която е монтирана на стелажа в случай на прекъсване на електрозахранването. Освен това този елемент ви позволява да изключвате магнитите, когато автомобилът е паркиран с неактивна бордова система.

Недостатъкът на този тип окачване е, че консумира много енергия, тъй като ECU постоянно променя напрежението в магнитните бобини, така че системата бързо да се адаптира към ситуацията на пътя. Но ако сравним "лакомията" на това окачване с някои приставки (например с климатик и работещо вътрешно отопление), тогава то не консумира критично голямо количество електроенергия. Основното е, че в машината е инсталиран генератор с подходяща мощност (функцията на този механизъм е описана в тук).

Делфи окачване

Нови амортизационни характеристики предлага окачването, разработено от американската компания Delphi. Външно прилича на класическата стойка на Макферсън. Влиянието на електромагнитите се извършва само върху свойствата на магнитната реологична течност в кухините на амортисьора. Въпреки този опростен дизайн, този тип окачване показва отлична адаптация на твърдостта на амортисьорите в зависимост от сигналите от контролния блок.

В сравнение с хидравличните аналози с променлива твърдост, тази модификация реагира много по-бързо. Работата на магнитите само променя вискозитета на работното вещество. Що се отнася до пружинния елемент, неговата твърдост не трябва да се променя. Неговата задача е да върне колелото на пътя възможно най-бързо при бързо шофиране по неравни повърхности. В зависимост от това как работи електрониката, системата е в състояние незабавно да направи течността в амортисьорите по-течна, така че амортисьорният прът да се движи по-бързо.

Тези свойства на окачването са малко практични за гражданския транспорт. Фракциите от секундата играят важна роля в автомобилния спорт. Самата система не изисква толкова енергия, колкото в случая на предходния тип амортисьори. Такава система също се контролира въз основа на данни, идващи от различни сензори, разположени на колелата и елементите на структурата на окачването.

Тази разработка вече се използва активно в адаптивните окачвания на марки като Audi и GM (някои модели Cadillac и Chevrolet).

Електромагнитно окачване на Bose

Марката Bose е известна на много автомобилисти със своите първокласни системи за високоговорители. Но в допълнение към висококачествената аудио подготовка, компанията работи и върху разработването на един от най-зрелищните видове магнитно окачване. В края на ХХ век професорът, създаващ грандиозна акустика, също се „зарази“ с идеята да създаде пълноценно магнитно окачване.

Дизайнът на разработката му прилича на същия амортисьор с пръчка, а електромагнитите в устройството са инсталирани според принципа, както при модификацията SKF. Само че те не се отблъскват, както в първата версия. Самите електромагнити са разположени по цялата дължина на пръта и тялото, вътре в което той се движи, а магнитното поле е максимизирано и броят на плюсовете е увеличен.

Особеността на такава инсталация е, че не изисква много повече енергия. Той също така изпълнява едновременно функцията както на амортисьор, така и на пружина и работи както в статичен (колата стои), така и в динамичен (колата се движи по неравен път) режим.

Самата система осигурява контрол на по-голям брой процеси, протичащи по време на движение на автомобила. Затихването на трептенията възниква поради рязка промяна в полюсите на магнитното поле. Системата Bose се счита за еталон за всички подобни конструкции на окачването. Той е в състояние да осигури ефективен ход на пръта с цели двадесет сантиметра, перфектно стабилизира тялото, като елиминира дори и най-малкото търкаляне по време на високоскоростни завои, както и „кълване“ по време на спиране.

Това магнитно окачване беше тествано на водещия модел на японския автомобилен производител Lexus LS, който между другото беше наскоро рестайлиран (беше представено тестово шофиране на една от предишните версии на премиум седана в друга статия). Въпреки факта, че този модел вече получи висококачествено окачване, което се характеризира с плавна работа, по време на представянето на магнитната система беше невъзможно да не се забележи възхищението на автожурналистите.

Производителят е оборудвал тази система с няколко режима на работа и голям брой различни настройки. Например, когато автомобил завива с висока скорост, ECU на окачването записва скоростта на автомобила, началото на търкалянето на каросерията. В зависимост от сигналите от сензорите, електричеството се подава в по-голяма степен към багажника на едно от по-натоварените колела (по-често това е предното, разположено по външната траектория на полукръга на въртене). Благодарение на това външното задно колело също се превръща в опорно колело и автомобилът запазва сцепление с пътната настилка.

Друга характеристика на магнитното окачване на Bose е, че тя може да действа и като вторичен генератор. Когато прътът на амортисьора се движи, свързаната рекуперационна система събира освободената енергия в акумулатора. Възможно е това развитие да бъде допълнително модернизирано. Въпреки факта, че този тип окачване на теория е най-ефективно, досега най-трудно е да се програмира управляващият блок, така че механизмът да може да реализира пълния потенциал на системата, описана на чертежите.

Перспективи за появата на магнитни суспензии

Въпреки очевидната си ефективност, пълноценното магнитно окачване все още не е влязло в масово производство. В момента основната пречка за това е аспектът на разходите и сложността на програмирането. Революционното магнитно окачване е твърде скъпо и все още не е напълно разработено (трудно е да се създаде адекватен софтуер, тъй като в микропроцесора трябва да се активират голям брой алгоритми, за да се реализира пълният му потенциал). Но вече има положителна тенденция към приложението на идеята в съвременните превозни средства.

Всяка нова технология се нуждае от финансиране. Невъзможно е да се разработи новост и веднага да се пусне в серия без предварителни тестове, а освен работата на инженери и програмисти, този процес изисква и огромни инвестиции. Но веднага щом разработката бъде поставена на конвейера, нейният дизайн постепенно ще бъде опростен, което прави напълно възможно да се види такова устройство не само в премиум автомобили, но и в модели от средния ценови сегмент.

Възможно е с течение на времето системите да се подобрят, което ще направи колесните превозни средства по-удобни и безопасни. Механизми, базирани на взаимодействието на електромагнитите, могат да се използват и в други конструкции на превозни средства. Например, за да се увеличи комфорта по време на шофиране на камион, седалката на водача може да се основава не на пневматична, а на магнитна възглавница.

Що се отнася до разработването на електромагнитни окачвания, днес следните свързани системи се нуждаят от подобрение:

• Навигационна система. Електрониката трябва предварително да определи състоянието на пътната настилка. Най-добре е да направите това въз основа на данните на GPS навигатора (прочетете за характеристиките на работата на устройството тук). Адаптивното окачване е подготвено предварително за трудни пътни настилки (някои навигационни системи предоставят информация за състоянието на пътната настилка) или за голям брой завои.
• Система за зрение пред превозното средство. Въз основа на инфрачервени сензори и анализ на графичното изображение, което идва от предната видеокамера, системата трябва предварително да определи естеството на промените в пътната настилка и да се адаптира към получената информация.

Някои компании вече прилагат подобни системи в своите модели, така че има увереност в предстоящото развитие на магнитни окачвания за автомобили.

Предимства и недостатъци

Както всеки друг нов механизъм, който се планира да бъде въведен в дизайна на автомобилите (или вече се използва в моторните превозни средства), всички видове електромагнитни окачвания имат предимства и недостатъци.

Нека първо да поговорим за плюсовете. Този списък включва такива фактори:

• Демпфиращите свойства на системата са несравними по отношение на безпроблемната работа;
• Чрез фина настройка на амортисьорните режими управлението на автомобила става почти идеално, без ролките, характерни за по-опростения дизайн. Същият ефект осигурява максимално сцепление с пътя, независимо от качеството му;
• По време на ускорение и силно спиране автомобилът не „захапва“ носа си и не седи на задния мост, което при обикновените автомобили се отразява сериозно на сцеплението на пътя;
• Износването на гумите е по-равномерно. Разбира се, ако геометрията на лостовете и другите елементи на окачването и шасито е правилно настроена (за повече подробности относно извивка, прочетете отделно);
• Подобрена е аеродинамиката на автомобила, тъй като каросерията му винаги е успоредна на пътното платно;
• Неравномерното износване на конструктивните елементи се елиминира чрез разпределяне на силите между натоварени / разтоварени колела.

По принцип всички положителни точки се отнасят до основната цел на всяко спиране. Всеки автомобилен производител се стреми да подобри съществуващите видове амортисьорни системи, за да доближи продуктите си възможно най-близо до споменатия идеал.

Що се отнася до недостатъците, магнитното окачване има само един. Това е неговата стойност. Ако инсталирате пълноценна разработка от Bose, дори при ниско качество на интериора и минимална конфигурация на електронната система, колата все пак ще струва твърде много. Нито един автомобилен производител все още не е готов да постави подобни модели в серия (дори ограничена), надявайки се, че богатите веднага ще купят нов продукт и няма смисъл да инвестират цяло състояние в автомобил, който ще бъде в складовете . Единственият вариант е да се произвеждат такива автомобили по индивидуална поръчка, но дори и в този случай има малко компании, които са готови да предоставят подобна услуга.

В заключение предлагаме да гледате кратко видео за това как работи магнитното окачване Bose в сравнение с класическите аналози:

Изобретението НЕ е за обикновени смъртни. ВСЕКИ ЩЕ ИСКАТ да види тази технология в колата си