Ещё со времён Максвелла и Фарадея, основоположников теории применения электромагнитного поля в практических целях, конструкторы и инженеры постоянно пытаются расширить границы использования таких явлений как сверхпроводимость и магнитная индукция. Ведь это открывает широчайшие возможности перед человечеством.
Но только в 80-х годах 20 века явление электромагнетизма начали применять с практическими целями. В 1982 году был построен первый поезд, который передвигался на магнитной подушке и достигал скорости 501 км/час. Это и положило начало новых разработок, в том числе и в автомобилестроении.
1. В чем уникальность электромагнитной подвески. Автомобильная подвеска – это совокупность компонентов и механизмов, которые выполняют роль связующего звена между дорогой и кузовом. Автомобильная подвеска входит в состав шасси.
Электромагнитная подвеска, как и любая другая, выполняет такие функции:
1. Соединение колёс или мостов автомобиля с его кузовом или рамой.
2. Передача на несущую систему (кузов, рама) моментов и сил, которые возникают при взаимодействии колёс с дорогой.
3. Обеспечение нужного характера перемещений колёс относительно автомобильного кузова или рамы.
4. Обеспечение плавности хода автомобильного средства.
Автомобильные подвески состоят из таких основных компонентов:
1. Упругие составляющие, которые способны принимать и передавать силы в вертикальной плоскости.
2. Направляющие составляющие, которые формируют особенности перемещения автомобильных колёс, их связи между собой, а также воспринимают и передают боковые и продольные силы.
3. Амортизаторы, которые предназначаются для гашения колебаний несущей системы во время передвижения по дороге.
В обычных подвесках один элемент может выполнять сразу несколько функций. Но большинство современных подвесок – это крайне сложные конструкции, состоящие из множества элементов, каждый из которых имеет свой назначение. Такой подход помогает обеспечить очень хорошие параметры управляемости, комфортабельности, устойчивости автомобиля, его безопасности В электромагнитных подвесках подобные составляющие также присутствуют, но они усовершенствованы и модифицированы. В чём же особенности конструкции таких подвесок? Электромагнитная подвеска автомобиля представляет собой конструкцию, в основе которой лежит электродвигатель. Этот двигатель имеет два режима работы: как демпфирующий элемент и как упругий элемент. Режим работы определяет микроконтроллер. Таким образом, этот электродвигатель заменяет стандартный автомобильный амортизатор.
Уникальность электромагнитной подвески состоит в том, что она работает безотказно и имеет очень высокий уровень безопасности. В случае прекращения подачи электроэнергии в систему подвески, она способна переключиться в механический режим работы посредством системы электромагнитов. То есть, становиться обычной механической подвеской. При всём этом электромагнитные подвески очень экономичны с точки зрения потребления электроэнергии. Такая экономичность становиться возможной из-за того, что на обратном ходе электромагнита происходит выработка электроэнергии.
2. Как работает электромагнитная подвеска.
Многим, наверное, уже стало интересно, как работает электромагнитная подвеска. В основе работы электромагнитной подвески лежит принцип электромагнетизма, то есть зависимости электрического и магнитного полей.
Обычные механические подвески работают благодаря наличию пружин или упругих элементов. Гидравлические подвески используют в качестве рабочего элемента жидкость. Что касается электромагнитных подвесок, то в их конструкции используются электромагниты, от которых и произошло название подвески. Вся система управляется при помощи бортового компьютера (электронного узла), который в режиме реального времени снимает показатели с колёс и по всему периметру автомобильного кузова и посылает соответствующие команды на подвеску. Управлять электромагнитами намного проще, чем управлять жидкостью, пружинами и другими механическими элементами.
3. Виды электромагнитных подвесок.
Различают такие виды электромагнитных подвесок в зависимости от производителя:
1. SKF.
2. Delphi.
3. Bose.
Электромагнитные подвески SKF были разработаны в Швеции. В их основе лежит принцип простоты и надёжности. По конструкции подвеска SKF – это капсула, состоящая из двух электромагнитов. Когда транспортное средство находиться в движении, встроенный автомобильный бортовой компьютер анализирует датчики на колёсах и подаёт сигналы, изменяющие текучесть демпфирующего компонента подвески и создавая оптимальные условия для работы. В конструкции также присутствуют упругие элементы – пружины, которые обеспечиваю подвижность даже, если бортовой компьютер перестанет подавать сигналы.
Преимущества электромагнитных подвесок SKF:
1. При использовании подвесок этого вида, на автомобиле полностью отсутствует эффект, так называемого, «проседания» даже при длительной стоянке транспортного средства. Это достигается благодаря тому, что даже в неактивном состоянии аккумулятор продолжает питать элементы подвески.
2. Даже при отсутствии команд от бортового компьютера (к примеру, произошёл сбой в работе) подвеска сохраняет подвижность благодаря встроенным пружинам.
Электромагнитная подвеска от компании Delphi по своему внешнему виду – это однотрубный амортизатор. Этот амортизатор заполняется специальным веществом с магнитными частями размером от 5 до 10 микрон и электромагнитом. Вещество заполняет треть всего объёма амортизатора. Кстати, в амортизаторе присутствует спецпокрытие, препятствующее сливу магнитного вещества. В качестве электромагнита выступает головка поршня. А управляет этим поршнем бортовой компьютер.
Принцип работы такой подвески состоит в следующем. Когда магнитное поле воздействует на амортизатор, магнитные частицы вещества выстраивают упорядоченную структуру, что способствует увеличению степени вязкости жидкости и переходу амортизатора на другой режим работы.
Преимущества электромагнитных подвесок Delphi:
1. Такие подвески в десять раз быстрее реагируют на запрос от компьютера, чем системы с электромагнитными клапанами (скорость реакции – одна миллисекунда).
2. Невысокая потребляемая мощность (всего 20 Вт).
3. Подвески очень универсальны. Если электромагнит выйдет из строя и управляющий сигнал будет отсутствовать, то подвеска автоматически перейдёт на режим обычного амортизатора, который использует гидравлику.
В 1980 году профессор одного из американских университетов Амар Боуз, являющийся ещё и совладельцем корпорации Bose провёл расчёты и определил оптимальные параметры для автомобильной подвески. После длительных исследований получилось разработать новый тип подвесок – электромагнитные подвески Bose. Это изобретение считается настоящим прорывом в отрасли автомобилестроения.
Электромагнитная подвеска компании Bose считается лучшим решением, что касается всех электромагнитных подвесок. Как показали пробные испытания такие подвески почти идеально устраняют все возникающие колебания. Подвеска Bose – это линейный электродвигатель, который способен работать в двух режимах:
1. Как упругий элемент.
2. Как демпфирующий элемент.
Подобная идея не нова. Но именно в компании Bose её смогли реализовать лучшим образом и добиться подобного быстродействия и подобных характеристик. В конструкции подвески Bose предусмотрен шток, на котором закрепляются постоянные магниты. Эти магниты способны выполнять возвратно-поступательные движения по всей длине обмотки статора. Подобное решение не только гасит все колебания при движениях на неровной дороге, а также открывает новые горизонты для управления автомобилем. Например, можно запрограммировать бортовой компьютер так, чтобы на момент выполнения какого-то виража было задействовано соответствующее колесо.
Электромагнитная подвеска Bose ещё и способна выступать в роли электрогенератора. Когда транспортное средство движется по некоторому участку пути, все колебания из-за неровностей дороги конвертируются в электрическую энергию. Эта энергия собирается в аккумуляторных батареях и может использоваться в будущем. Что касается недостатков, то подвеска Bose – крайне сложный механизм. И для его управления необходимо специальное программное обеспечение, которое всё ещё разрабатывается. Из-за этого обстоятельства в серийном производстве подвески Bose пока что не реализованы.
В процессе постоянного усовершенствования ходовой части автомобиля ученые и инженеры разработали уникальную магнитную подвеску. Некоторые ее варианты уже устанавливаются на автомобилях премиум-класса, остальные пока нашли применение лишь на опытных образцах. Из статьи узнаем, что такое магнитная подвеска: ее виды, характеристики, преимущества и недостатки, отличия от других типов подвесок.
Все, что нужно знать о магнитной подвеске
Электромагнитная подвеска — это довольно сложное устройство в виде стойки на каждое колесо, заменяющее пружину и амортизатор. Управляется она электронным блоком и предназначена для обеспечения более высокой плавности хода автомобиля.
Общий вид электромагнитной подвески
Отличие магнитной подвески от классических ее предшественниц заключается в возможности работы при полном отсутствии пружин, торсионов, стабилизаторов, амортизаторов и других вспомогательных элементов. Здесь функции этих компонентов выполняют электромагнитные клапаны или магнитно-реологическая жидкость. Хотя некоторые подвески оснащены пружинами и амортизаторами на случай, если выйдет из строя автоматическая система управления.
Если в гидравлических подвесках функциональным элементом служит специальная жидкость, в механических – упругие элементы (пружины), в пневматических – воздух, то в случае магнитного аналога эта роль отводится электромагнитам. Фактически это позволяет автолюбителю отслеживать все показатели положения кузова и колес в режиме реального времени.
Преимущества и недостатки магнитной подвески
Достоинства магнитной подвески исходят из самого ее предназначения. К ним относятся:
- высокая плавность хода автомобиля;
- устойчивость автомобиля при движении на больших скоростях;
- высокий уровень комфорта и безопасности при движении по различным поверхностям;
- рациональное использование энергетических ресурсов машины.
На сегодняшний день главным недостатком такого вида подвески является лишь ее высокая стоимость.
Виды магнитных подвесок
В настоящее время известны три крупных мировых бренда, выпускающие магнитные подвески:
Остановимся на каждом из них более подробно.
Магнитная подвеска SKF
Электромагнитная подвеска, созданная шведской компанией, представлена в виде капсулы. Капсула состоит из двух электромагнитов. На основе данных со всех датчиков, собранных бортовым компьютером, корректируется жесткость демпфирующего элемента. Это позволяет выбрать оптимальный режим движения автомобиля.
Ключевой задачей, которая была поставлена перед шведскими специалистами при разработке своего варианта магнитной подвески, являлось достижение простоты и надежности конструкции.
В случае неисправности системы управления подвеска продолжает функционирование за счет пружины. Возможность перехода из автоматического режима в механический является главным преимуществом подвески SKF. Кроме того, устройство подвески позволяет избежать эффекта проседания при длительной стоянке машины.
Подвеска Delphi
В варианте от Delphi подвеска представлена в виде однотрубного амортизатора, заполненного магнитно-реологической жидкостью. Размер магнитных частиц в составе не превышает десяти микрон. Особое покрытие, добавленное в раствор в пропорции «один к трем», препятствует слипанию частиц между собой.
Поршень амортизатора, управляемый электронным блоком, содержит в себе электромагнит. При подаче управляющего сигнала образуется магнитное поле и частицы принимают упорядоченную структуру. Вязкость жидкости увеличивается. Режим работы амортизатора меняется — он становится более жестким.
Главным преимуществом подвески является скорость реакции, не превышающая 1 м/с. Помимо этого при неисправности системы управления подвеска будет функционировать за счет гидравлического амортизатора. Это обеспечивает безопасность при управлении транспортным средством.
Электромагнитная подвеска Bose
Магнитная подвеска, разработанная ученым Арамом Боузом (да-да, именно тем, кто также производит премиальное музыкальное оборудование), является одной из самых популярных и обсуждаемых. В его трактовке устройство представлено линейным электродвигателем, который, в зависимости от режима движения, работает как упругий или демпфирующий элемент.
Отличительная особенность этой подвески – быстрота действия за счет работы магнитного штока. Амортизационный шток с установленными на нем постоянными магнитами совершает возвратно-поступательные движения по длине обмотки статора, расположенного в корпусе. Устройство сглаживает колебания при движении на неровных участках дороги. Это обеспечивает повышение эффективности управления транспортным средством.
Стойки от Bose
Подвеска Bose предусматривает большой диапазон различных настроек:
- в процессе прохождения виража водитель может подобрать схему сигналов бортового компьютера таким образом, что опорным выступит заднее внешнее колесо;
- в повороте подвеска перенесет нагрузку на переднее внешнее колесо.
Это обеспечивает повышенный контроль над управлением транспортным средством независимо от типа покрытия дороги.
Еще одной особенностью подвески Bose является режим «электрогенератор». При движении автомобиля по прямой колебания, вызванные неровностью дороги, превращаются в электрическую энергию. При этом электроэнергия не рассеивается в пространстве, а концентрируется в аккумуляторных батареях для дальнейшего применения.
К сожалению, не весь потенциал подвески Bose реализован до конца. Процесс тормозит разработка программного обеспечения.
Заключение
Магнитная подвеска, безусловно, позволяет добиться нового качества управления автомобилем. Она обеспечивает комфорт, хорошую управляемость и безопасность на дороге. В промышленных масштабах только очень крупные компании устанавливают на свои автомобили адаптивную электромагнитную подвеску. Например, магнитно-реологическая жидкость (как в подвеске Delphi) применяется в следующих адаптивных подвесках:
- MagneRide от General Motors (Cadillac, Chevrolet).
- Magnetic Ride от Audi.
Но прогресс движется очень стремительно. Технологии развиваются так быстро, что совсем скоро можно будет увидеть данное ноу-хау и на доступных бюджетных моделях, распространенных по всему миру.
- Изучаем устройство магнитных амортизаторов
- 1. Как устроен магнитный амортизатор?
- 2. Принцип работы магнитного амортизатора
- 3. Преимущества и недостатки магнитного амортизатора
Развитие технологий в области машиностроения привело ко многим полезным открытиям, позволившим усовершенствовать транспортное средство. Возможно, изначально некоторые из них покажутся странными и ненужными, но, в конечном счете, их все равно начнут использовать в широкой практике. Именно таким новшеством является магнитный амортизатор, хотя первые разработки устройства появились еще в СССР . Давайте же ближе познакомимся с этим весьма любопытным вариантом автомобильного амортизатора.
1. Как устроен магнитный амортизатор?
Конструкция магнитного амортизатора включает в себя цилиндрический корпус, закрытый крышками с двух сторон. И корпус, и крышки изготовлены из немагнитного материала, причем одна из крышек дополнена специальной головкой крепления, а в отверстие второй вставлен шток, на конце которого находится головка крепления. Особенность амортизатора заключается в наличии внутри корпуса поршня, соединенного со штоком и изготовленного в форме магнитной шайбы с присутствующими в ней калиброванными каналами. Продольная ось каждого из этих каналов располагается параллельно продольной оси поршня.
Также в цилиндрический корпус заключена круглая неподвижная магнитная шайба, прикрученная с помощью болтов к крышке с головкой крепления, и несколько подвижных магнитных шайб с одинаковой конструкцией (установлены между поршнем и неподвижной магнитной шайбой). Каждая из подвижных шайб обладает калиброванными сквозными каналами, а их оси располагаются параллельно продольной оси амортизатора. Кроме того, с этой осью совпадает и вектор магнитной индукции, присутствующий у каждой круглой шайбы.
Все пары размещенных рядом круглых магнитных шайб повернуты друг к другу одноименными полюсами, за счет чего удается достичь возможности демпфирования больших по величине сил и обеспечить повышенную надежность и долговечность всей конструкции.
2. Принцип работы магнитного амортизатора
Как только на шток и на поршень начинает воздействовать нагрузка, последний несколько смещается влево и в ту же сторону, посредством магнитных полей смещая подвижные круглые магнитные шайбы. Соответственно, расстояние между ними тоже уменьшается, а силы магнитных полей, действующие между всеми шайбами, наоборот, возрастают.
Чем больше будет нагрузка на шток, тем дальше вглубь цилиндрического корпуса сместится поршень. Естественно, расстояние между всеми круглыми магнитными шайбами будет уменьшаться, а силы, мешающие передвижению поршня, наоборот, станут возрастать. Когда нагрузка на шток спадает, то, благодаря воздействию магнитных полей соответствующих шайб, все детали устройства магнитного амортизатора возвращаются на исходные позиции.
Исходя из этого, процесс демпфирования реализовывается посредством трения подвижных магнитных шайб о цилиндрический корпус, а также путем пропускания воздуха сквозь калиброванные каналы, и за счет создаваемых магнитных полей, сила воздействия которых возрастает при снижении расстояния между всеми шайбами.
3. Преимущества и недостатки магнитного амортизатора
Как и любое другое устройство, магнитный амортизатор имеет свои преимущества и недостатки. Прежде всего, к первой группе следует отнести простоту конструкции механизма (особенно заметно в сравнении с классическими устройствами), повышенный уровень надежности и долговечности всех деталей механизма, увеличение плавности демпфирования больших по величине сил, причем, регулируя количество подвижных магнитных шайб, есть возможность демпфирования больших или меньших величин. Кроме того, за счет упрощения конструкции подвески, потребность в стабилизаторах поперечной устойчивости отпадает сама собой, а качество контроля жесткости подвески возрастает в несколько раз.
Главным минусом новинки является ее цена, которая существенным образом влияет на возможность массового распространения устройства. Основным виновником такой ситуации является слишком высокая стоимость магнитореологических жидкостей, которые обладают устойчивостью к расслоению и довольно широким диапазоном рабочих температур.
Однако, несмотря на этот нюанс, многие специалисты из области машиностроения просто уверены, что будущее именно за этой конструкцией, так как ее преимущества в значительной мере превосходят указанный недостаток. Да и развитие технологий не стоит на месте, и кто знает, возможно, светилам науки удастся заменить слишком дорогие составляющие конструкции на более доступный аналог.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
