Особенности и преимущества магнитной подвески

Как работает

Наглядно проиллюстрировать, как функционирует электромагнитная подвеска автомобиля, хорошо на примере одного из самых удачных её образцов – подвески марки Bose. В ней главная функция возложена на шток, оснащенный магнитным «сердечком». Он находится в создаваемом при помощи линейного электродвигателя магнитном поле. За счёт изменений его характеристик обеспечивается быстрое изменение параметров упругости самой подвески и кузова автомашины. Всё это достигается с огромной скоростью реакции на внешние обстоятельства. Всю нужную информацию водитель постоянно считывает с разных датчиков, вмонтированных в разные места машины.

Сведенное к минимуму количество компонентов механического рода обеспечивает всей конструкции высокие ресурсные данные. Плавность движения автомобиля при этом гораздо выше, чем в традиционном варианте.

Плюсы и минусы магнитных подвесок


Как и любое другое изделие, ЭМ подвеска обладает своими характеристиками и качествами. При установке подобной конструкции на свою машину вы получаете достаточно внушительный прирост, в плане ее управляемости. Также стоит отметить такие преимущества:

  • Более мягкий, плавный ход.
  • Высокая скорость отклика бортового компьютера, что также повышает уровень управляемости.
  • Экономия потребляемой энергии.
  • Многофункциональность – есть возможность выбрать между автоматическим и механическим режимом работы.

Основной негативный фактор, о котором стоит упомянуть, заключается в наличии и установке на автомобиль программного обеспечения. Ставить дополнительное ПО придется отдельно. На данный момент малое количество машин, вышедших из-под конвейера, обладают подобной конструкцией, включающей магнитную подвеску автомобиля. Также в качестве минуса стоит упомянуть высокую стоимость подобного «апгрейда» ходовой части.

Производители

Как и любые другие изделия автомобильной промышленности, электромагнитные амортизаторы производятся несколькими разными концернами. Помимо маркетингового названия, в основе устройств от различных производителей лежит разная технология. Существуют три лидирующие компании, производящие электро подвески, каждая из которых выпускает изделия, работающие по отличному от других принципу. Мы подробно остановимся на всех трех компаниях и рассмотрим каждый продукт.

Электромагнитная подвеска Bose.

История данной технологии начинается в далеком 1980 году. Именно в начале 80-ых годов прошлого века, выдающийся профессор Амар Боуз, преподающий в университете на кафедре электромагнитных явлений, создал свое первое изделие. Им было проведено бесчисленное количество расчетов, и, после систематического анализа данных, получена оптимальная форма и характеристики автомобильной подвески. Так как профессор Амар Боуз по совместительству являлся главой компании Bose, его исследования позволили создать новый тип подвесок, эксплуатирующих принципы электромагнетизма

Опыты выдающегося ученого привлекли широкое внимание общественности и прямым образом повлияли на весь рынок автомобильной промышленности

Подвеска Bose, доукомплектованная и усовершенствованная компанией, считается эталоном magnetic-подвески. Они, согласно проведенным испытаниям, практически на сто процентов справляются с возложенными задачами – нивелируют уровень любых возникающих колебаний. Основным компонентом продукта от организации Bose стал линейный электродвигатель, осуществляющий работу в двух режимах:

  • В качестве упругой составляющей.
  • В качестве демпфирующей составляющей.

Постоянные магниты, входящие в конструкцию, обеспечивают произведение возвратно-поступательных движений по всей длине обмотки статора. Такая технология не только надежно защищает автомобиль от колебаний в плоскости, но и позволяет повысить его управляемость до невообразимого уровня.

«SKF» на электромагнитных амортизаторах.

Данное изделие, обладающее высокими показателями простоты и надежности, впервые увидело свет в Швеции. В качестве основного элемента конструкции SKF используется особая капсула, составляющие которой – это особые электромагниты, магнитные амортизаторы.

При движении транспортного средства, главный компьютер получает данные с датчиков, установленных на колесах, считывая их характеристики в режиме реального времени. Тот же компьютер отвечает за передачу сигналов, изменяющих текучесть демпфирующей конструкции. Также изделие SKF подразумевает наличие пружин, внесенных в конструкцию для того, чтобы нивелировать колебания в случае отключения главного компьютера.

«Delphi» с однотрубным магнитным амортизатором.

Основным компонентом продукта компании Delphi стал однотрубный электромагнитный амортизатор. Его внутренняя часть состоит из специального магнитного вещества (suspension), размеры которого колеблются в периоде от 3 до 12 микрон. Таких деталей в изделии примерно 30%, остальную часть занимает электромагнит в виде головки поршня и специальное покрытие, препятствующее выливанию вещества наружу. Управление электромагнитом также осуществляется с электронного узла, автоматическим образом.
В момент задействования магнитного поля на вещество, находящееся внутри амортизатора, происходит следующее: частицы субстанции принимают особую, упорядоченную структуру. Благодаря этому повышается показатель вязкости субстанции, с помощью чего и переключается режим работы.

Что надо знать об электромагнитной подвеске

Быстрее всего работают узлы и элементы, использующие электромагнитное взаимодействие между составными частями.

Такие устройства способны максимально оперативно реагировать на внешние воздействия, получая команды от электронного контроллера.

Принцип работы

Известно, что одноимённые полюса магнитов отталкиваются. Если магниты выполнены с электрической активацией, то такое устройство называется электромагнитом. Изменяя величину тока, проходящего по обмоткам электромагнитов можно регулировать силу их отталкивания.

Всё это позволяет использовать конструкцию из двух и более магнитов, как эффективную и быстродействующую пружину, поскольку внешний эффект совершенно идентичен стальной рессоре или её спиральному аналогу – пружине.

Получившаяся электромагнитная пружина обладает чрезвычайно полезным свойством мгновенной реакции на управляющее воздействие. Никаким другим способом добиться такой скорости невозможно, гидравлика и пневматика имеют задержки, измеряемые секундами, что для быстрого изменения мгновенной жёсткости неприемлемо.

Имея такой мощный инструмент в подвеске конструкторам остаётся только построить электронный блок управления, снабдить его нужным набором датчиков и разработать соответствующее программное обеспечение управляющего микрокомпьютера.

Теоретически такая задача легко выполнима, хотя на практике и выявляются определённые сложности. Как обычно, всё упирается в цену вопроса. Особенно если это касается крупносерийного производства. Можно создать идеально работающую систему, но в массовом выпуске она не будет обладать нужной конкурентоспособностью.

Ещё один путь внедрения электротехники в подвеску – это применение её в демпфирующих элементах более традиционной гидравлической конструкции.

Здесь можно поступить двумя способами:

  • управлять электрогидравлическими клапанами, через которые перетекает рабочая жидкость амортизатора, уменьшение сечения переходного отверстия ведёт к повышению эффективной жёсткости узла и наоборот, амортизатор работает мягче, если масло в нём перетекает свободно;
  • тот же эффект даст изменение свойств самой жидкости под воздействием внешнего электромагнитного поля, такие смеси существуют, в них используется принцип пространственной ориентации ферромагнитных частиц.

Второй способ даёт большее быстродействие, но и стоит дороже, поскольку подобные жидкости высокотехнологичны и сложны в производстве.

Что надо знать об электромагнитной подвеске

Быстрее всего работают узлы и элементы, использующие электромагнитное взаимодействие между составными частями.

Такие устройства способны максимально оперативно реагировать на внешние воздействия, получая команды от электронного контроллера.

Принцип работы

Известно, что одноимённые полюса магнитов отталкиваются. Если магниты выполнены с электрической активацией, то такое устройство называется электромагнитом. Изменяя величину тока, проходящего по обмоткам электромагнитов можно регулировать силу их отталкивания.

Всё это позволяет использовать конструкцию из двух и более магнитов, как эффективную и быстродействующую пружину, поскольку внешний эффект совершенно идентичен стальной рессоре или её спиральному аналогу – пружине.

Получившаяся электромагнитная пружина обладает чрезвычайно полезным свойством мгновенной реакции на управляющее воздействие. Никаким другим способом добиться такой скорости невозможно, гидравлика и пневматика имеют задержки, измеряемые секундами, что для быстрого изменения мгновенной жёсткости неприемлемо.

Имея такой мощный инструмент в подвеске конструкторам остаётся только построить электронный блок управления, снабдить его нужным набором датчиков и разработать соответствующее программное обеспечение управляющего микрокомпьютера.

Теоретически такая задача легко выполнима, хотя на практике и выявляются определённые сложности. Как обычно, всё упирается в цену вопроса. Особенно если это касается крупносерийного производства. Можно создать идеально работающую систему, но в массовом выпуске она не будет обладать нужной конкурентоспособностью.

Ещё один путь внедрения электротехники в подвеску – это применение её в демпфирующих элементах более традиционной гидравлической конструкции.

Здесь можно поступить двумя способами:

  • управлять электрогидравлическими клапанами, через которые перетекает рабочая жидкость амортизатора, уменьшение сечения переходного отверстия ведёт к повышению эффективной жёсткости узла и наоборот, амортизатор работает мягче, если масло в нём перетекает свободно;
  • тот же эффект даст изменение свойств самой жидкости под воздействием внешнего электромагнитного поля, такие смеси существуют, в них используется принцип пространственной ориентации ферромагнитных частиц.

Второй способ даёт большее быстродействие, но и стоит дороже, поскольку подобные жидкости высокотехнологичны и сложны в производстве.

Из каких элементов состоит?

На сегодняшний день, на рынке главенствуют три компании:

Естественно, устройство каждой упомянутой подвески будет отличаться.

Электромагнитная подвеска от Delphi представляет собой амортизатор, состоящий из одной трубки, заполненной веществом с включением магнитных составляющих. Они составляют 30% от всего объема необходимой жидкости, а чтобы она не выливалась, в шасси присутствует специальное покрытие.

Это интересно:  Tiger Moon

В роли электромагнита выступает поршневая головка, управляемая компьютеризированной системой бортового типа.
Электромагнитная подвеска от SKF – это капсула с двумя электромагнитами.

Когда машина находится в движении, система начинает анализировать информацию и, при необходимости, может менять жидкость демпферного элемента, в зависимости от информации, поступающей от колесных датчиков.

Подвеска от Bose считается лучшей конструкцией данного типа. Она представляет собой электродвигатель линейного типа с несколькими режимами:

  • демпфирующий элемент;
  • упругий элемент.

Это шток, на котором расположены магниты. Когда автомобиль движется, шток выполняет двигательные манипуляции по всей длине статора. Данное обстоятельство позволяет очень уверенно чувствовать себя даже на достаточно неровной дороге.

  Причины остановки транспортного средства сотрудниками дпс

Помимо уверенной езды по неровной дороге, такая подвеска позволяет выбирать определенный режим работы компьютера. В частности, если выполняется вираж, то можно сделать так, чтобы рабочим было именно заднее внешнее колесо.

История создания электромагнитной подвески

Одним из примеров применения энергии электромагнитного поля является электромагнитная подвеска, которая является одним из видов подвесок автомобиля и нашла активное применение в наши дни.

Мало кто знает, но первые научные труды, объясняющие принцип действия магнитного поля, пришли к нам еще раньше, чем был применен двигатель внутреннего сгорания.

Первое упоминания о диковинном приспособлении использующее физические законы, ранее неподвластные человек, принадлежат теоретическим трудам английского физика и изобретателя Майкла Фарадея.

Этот легендарный ученный еще в 1862 году первый объяснил и заложил будущий фундамент для размышлений многих умов по всему земному шару.

Вторым прародителем создания электромагнитной теории является еще один британский ученный Джеймс Клерк Максвелл. Хотя основной его пласт лишь косвенно объяснил принцип воздействия электромагнитного поля в природе, его работы во многом предопределят развитие этого течения, а также всей физики в частности.

Однако первых практических успехов в конструировании автомобилестроения на основе электромагнитного воздействия удалось добиться лишь в 1982 году. Тогда был построен первый прототип поезда, использующий магнитную подушку.

Магнитоплан M-Bahn был поистине уникальным отображением идей великих умов, однако применение его в широкой области было невозможным из-за несовершенности.

Немецкий поезд на магнитной подушке — магнитоплан M-Bahn

Обратив внимание общественности на реализм подобного изобретения, многие инженеры, осознав, что полноценный «парящий» транспорт пока лишь остается мечтой, сконцентрировались на создании менее значимых, но практичных автомобильных конструкций. Как результат, в 1980-ых годах, компания Bose первая произвела электромагнитную подвеску автомобиля, применив необходимые расчёты и вычисления

В отличие от стандартной механической подвески, электромагнитная подвеска не может применяться отдельно на разные мосты, а работает в слаженной системе одновременно на двух.

Виды электромагнитных подвесок

С тех пор, как стало возможным использование электроники в использовании управления подвеской, конструкторы многих фирм стали заниматься разработкой уникальных систем в этом направлении и на сегодняшний день наиболее преуспели три:

  • Bose;
  • SKF;
  • Delphi.

Bose электромагнитная подвеска

Изобретатель системы Bose известный математик и разработчик акустических систем, доктор Amar Bose. Еще 30 лет назад он начал разработку системы электронной подвески, а в настоящее время такие подвески уже реальность.

На серийных автомобилях они не используются ввиду их дороговизны, но на спортивных и VIP автомобилях довольно популярны.

Bose электромагнитная подвеска профессора Боуза работает как линейный электродвигатель, шток которого выполняет роль якоря. Якорь совершает возвратно-поступательные движения возле статора, расположенного в корпусе амортизатора.

Управление подвеской полностью осуществляет Электронный блок управления.

Амортизационный узел bose электромагнитной подвески позволил исключить упругий элемент, жидкостный амортизатор и поперечный стабилизатор. Все эти функции стал выполнять один элемент.

Блок управления подает напряжение на линейный электродвигатель, на штоке появляется сила, которая выталкивает шток с усилием до 380 кг. На четыре колеса в сумме приходится более 1,5 т., а это вес средней малолитражки.

С такой подвеской автомобиль выдерживает постоянный клиренс (высота автомобиля над дорогой), не зависимо от нагрузки.

Bose электромагнитная подвеска выполняет и роль пружины и роль амортизатора, то есть берет на себя нагрузку и демпфирующую отдачу. А также исключает по определению стабилизатор, потому что механически выравнивать левое с правым колесом нет необходимости, делает это электроника.

ЦПУ (центральный пульт управления) посылает на каждое колесо то напряжение, которое нужно в той или иной дорожной обстановке.

Автомобиль не делает продольных «клевков» при торможении и при разгоне. Не дает боковой крен. Благодаря идеальному распределению опорных сил, автомобиль становится максимально послушным и удивительно комфортным.

Проходя по неровностям дороги, этот линейный электродвигатель выполняет обратную функцию, то есть работает не как электродвигатель, а как генератор. Он преобразует возвратно-поступательные движения в электрическую и подает её обратно в электрическую сеть автомобиля.

Система SKF

Конструкция шведской компании SKF несколько иная. Они создали капсулу в которой расположены два электромагнита один против другого.По сути дела, это такая же стойка МакФерсон, только вместо гидравлического амортизатора установлена капсула с электромагнитами, управляющими из ЦПУ электронными мозгами.

Ток подается на магниты подается от ЦПУ исходя из дорожных условий и мгновенно изменяет его силу в зависимости от изменяющихся условий. Колесные датчики анализируют каждый бугорок и подают сигнал на центральный блок управления.

Конечно подвеска имеет классический вид, имеет пружину в подвеске, что явилось подстраховкой, когда вдруг электронная система выйдет из строя или по каким-то другим причинам будет отключена. Так же, автомобиль не будет проседать при длительной стоянке с отключенным аккумулятором.

Система Delphi

Компания Delphi придумала систему, которая напоминает обычный однотрубный амортизатор, только наполненный необычной жидкостью. Эта жидкость магнито-реологическая, то есть жидкость с магнитными частицами, размер которых составляет десять микрон и меньше.

Жидкость эта составляет одну треть от основного объема. Электромагнит расположен в головке поршня амортизатора и управляется ЦПУ.

Когда подается соответствующее напряжение на электромагнит, магнитные частицы активизируются и собираются, под воздействием магнитных полей, в структуры, которые меняют вязкость жидкости, соответственно меняя режим работы амортизаторов.

Также, как и в системе SKF, и в отличии от системы Bose, вид подвески напоминает классический вид и имеет упругий элемент.

Вот как продвинулась наука, мои дорогие читатели, и как фантастично работают новые изобретения. Вопрос другой, когда мы сможем ездить на автомобилях с такой подвеской.

Главное это скоро будет! Я верю в это и не перестаю удивляться гениальности человеческой мысли.

До встречи на блоге! Делитесь знаниями с близкими и удачи на дорогах!

Кстате, очень интересные статьи: Адаптивная подвеска, Пневматическая подвеска, Торсионная подвеска.

Автомобили с электромагнитной подвеской

Несмотря на то, что разработку системы ведут еще с незапамятных времен (в следующем году, первому прототипу исполнится более 35 лет), на серийном уровне такой тип подвески не прижился. Все дело в том, что оснащение современных серийных автомобилей подобной технологией не целесообразно по высокой себестоимости подобного оборудования. Кроме того, автопроизводители прекрасно понимают, что обслуживания подобной установки потребует, как минимум специального оборудования, а также знаний по профессиональному ремонту электромагнитных систем. Проблема состоит в том, что подобных салонов, которые имеют такие возможности во всем мире найдется только десяток.

Другой стороной медали является факт большой массы используемого оборудования. Для примера, электромагнитная подвеска типа Боуза весит в более полтора раза больше чем аналог в виде подвески McPherson’a. В современном мире, где производители тщательно подходят к экономии массы автомобиля путем добавления соединений на основе карбона и магния, решение по обустройству спортивного автомобиля такой подвеской кажется слишком фантастичным. Другое дело представительские дорогостоящие седаны топ-класса, которые могли бы заиметь первые прототипы в обозримом будущем.

В процессе создания инженеры многих компаний пытались оснастить автомобили подобными системами. Например, для демонстрации возможностей очередной версии электромагнитной подвески инженеры из Bose переоборудовали седан 1999 года Lexus LS.

Плюсы и минусы магнитных подвесок


Как и любое другое изделие, ЭМ подвеска обладает своими характеристиками и качествами. При установке подобной конструкции на свою машину вы получаете достаточно внушительный прирост, в плане ее управляемости. Также стоит отметить такие преимущества:

  • Более мягкий, плавный ход.
  • Высокая скорость отклика бортового компьютера, что также повышает уровень управляемости.
  • Экономия потребляемой энергии.
  • Многофункциональность – есть возможность выбрать между автоматическим и механическим режимом работы.

Основной негативный фактор, о котором стоит упомянуть, заключается в наличии и установке на автомобиль программного обеспечения. Ставить дополнительное ПО придется отдельно. На данный момент малое количество машин, вышедших из-под конвейера, обладают подобной конструкцией, включающей магнитную подвеску автомобиля. Также в качестве минуса стоит упомянуть высокую стоимость подобного «апгрейда» ходовой части.

Независимая подвеска

Независимая подвеска отличается тем, что колеса одной оси между собой не связаны и движение одного из них не оказывает никакого влияния на другое. По сути, в этом типе для каждого колеса предусмотрен свой комплект составляющих частей – упругой, демпфирующей, направляющей. Между собой эти два комплекта практически не взаимодействуют.

Стойки Макферсона

Разработано было несколько типов независимой подвески. Одним из самых популярных видов является подвеска МакФерсона (она же – «качающаяся свеча»).

Особенность этого вида заключена в использовании так называемой амортизационной стойки, которая выполняет одновременно три функции. В состав стойки входит и амортизатор, и пружина. В нижней части этот составной элемент подвески крепиться к ступице колеса, а вверху посредством опор – к кузову, поэтому он помимо принятия и гашения колебаний еще и обеспечивает крепление колеса.

Устройство газомасляной стойки MacPherson

Также в конструкции имеется еще одни компоненты направляющей системы – поперечные рычаги, в задачу которых входит помимо обеспечения подвижного соединения колеса с кузовом еще и предотвращение его продольного перемещения.

Для борьбы с кренами кузова во время движения в конструкции подвески используется еще один элемент – стабилизатор поперечной устойчивости, который является единственным связующим звеном между подвесками двух колес одной оси. По сути, этот элемент является торсионом и принцип его работы основан на возникновении противодействующей силы при скручивании.

Подвеска со стойками МакФерсона является одной из самых распространенных и может использоваться как на передней, так и задней оси.

Она отличается сравнительно компактными размерами, простотой конструкции и надежностью, за что и получила популярность. Недостатком же ее является изменение угла развала при значительном ходе колеса относительно кузова.

Рычажный тип

Рычажные независимые подвески – тоже достаточно распространенный вариант, применяемые на автомобилях. Этот тип делится на два вида – двухрычажную и многорычажную подвески.

Конструкция двухрычажной подвески сделана так, что амортизационная стойка выполняет только свои прямые задачи – гасит колебания. Крепление же колеса полностью лежит на управляющей системе, состоящей из двух поперечных рычагов (верхнего и нижнего).

Двухрычажная подвеска

Используемые рычаги имеют А-образную форму, что обеспечивает надежное удержание колеса от продольного перемещения. К тому же они разной длины (верхний – короче), благодаря чему даже при значительных передвижениях колеса относительно кузова, угол развала не меняется.

В отличии от «МакФерсона» двухрычажная подвеска более габаритна и металлоемка, хотя чуть большее количество составных частей на надежности не сказывается, но она несколько сложнее в обслуживании.

Многорычажный тип, по сути, является доработанной двухрычажной подвеской. Вместо двух А-образных в ее конструкции используется до 10 поперечных и продольных рычагов.

Многорычажная подвеска

Такое конструктивное решение оказывает положительное влияние на плавность хода и управляемость авто, сохранности углов положения колеса во время работы подвески, но при этом она более дорогостоящая и сложная в обслуживании. Из-за этого по применяемости она уступает стойкам МакФерсона и двухрычажному типу. Ее можно встретить на более дорогостоящих авто.

Преимущества электромагнитной подвески

Хоть и основное назначение электромагнитной подвески схоже с классической, сравнивать их было бы по меньшей мере не корректно, так как это разные устройства. Однако, преимущество электромагнитной ощущается после нескольких метров езды, особенно если речь идет о российских дорогах, где, как нигде в мире, удобно проверять комфортность подвески и автомобиля в целом. Сразу что бросается в глаза, а вернее чувствуется пятой точкой — плавность хода и колебаний автомобиля и что самое интересное, это не влияет на устойчивость и управляемость машиной. Если взять к примеру два противоречащих друг другу показателя любой подвески — контроль за поведением авто и комфорт пассажира и водителя, то в электромагнитной подвески такой проблемы не существует. В данной системе гармонирует отличная управляемость и устойчивость к кренам и комфорт для всех пассажиров автомобиля. Плюс высокая скорость реакции на изменившиеся дорожное полотно или режим езды.

Недостатки электромагнитной подвески

Основных недостатков электромагнитной подвески два, причем один вытекает из другого и цепляет за собой еще один фактор. Самый главный минус такой подвески — это цена (примерно 200-250 тысяч рублей) и отсутствие серийного производства. Серийно не производится, потому что низкий уровень спроса из-за высокой цены, а цена высокая из-за штучного производства (можно сказать эксклюзив). Такой вот замкнутый круг. Эксперты утверждают, что снижению стоимости может способствовать появление новых технологий производства или внедрение более дешевых, но не менее эффективных материалов для изготовления подвески. Так или иначе, жаждущим поменять свою подвеску на электромагнитную, придется ждать или копить.