Электромагнитная подвеска
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.
Подвеска на авто на магнитных амортизаторах Bose и других фирм
Ни для кого не является секретом тот факт, что подвеска – это одна из самых важных деталей любого автомобиля. Эта конструкция подразумевает выполнение широкого ряда задач, связанных с контролем движения, а также обеспечения комфортабельного перемещения, как транспорта, так и водителя. Существует большое количество различных видов автомобильных подвесок, среди которых различаются механические, пневматические, гидравлические и пр. конструкции. На данный момент все более широкое распространение получает так называемая электромагнитная подвеска. Это современное устройство, созданное по последним технологиям, все чаще встречается в автомобильном обиходе. В статье мы расскажем обо всех плюсах и минусах ЭМ-подвески, а также о перспективах развития подобных технологий.
Что такое электромагнитная подвеска автомобиля.
Автомобильная подвеска – это особая конструкция, состоящая из компонентов и механизмов, основная роль которых заключается в связи транспортного средства с плоскостью дороги, по которой происходит движение. Проще говоря, подвеска исполняет роль связующего звена между кузовом и плоскостью, по которой передвигается машина.
Основные элементы магнитной подвески.
Каждая электромагнитная подвеска состоит из определенного набора компонентов, обеспечивающих выполнение главной ее задачи:
Обычные представители современных подвесок состоят из множества элементов, каждый из которых может выполнять широкий ряд задач. Но в то же время это поразительно сложные механизмы, каждая составляющая которого обладает уникальными свойствами. Такой подход к технологиям производства подвесок обеспечивает хороший прирост в показателях управляемости, комфортабельности и устойчивости транспортного средства.
ЭМ-подвески также обладают всеми вышеперечисленными компонентами, только в более совершенном, технологически улучшенном их варианте. Магнитная подвеска – это особый механизм, основой которого является электрический двигатель. Двигатель обладает двумя режимами хода, обеспечивающихся наличием упругого и демпфирующего элемента. За переключение между ними отвечает особый микроконтроллер. За счет подобной конструкции ЭМ-подвеска способна исполнять роль обычного автомобильного амортизатора.
Как работает магнитная подвеска
Современные механизмы, называемые магнитными подвесками, эксплуатируют принцип работы, в основе которого лежит явление электромагнетизма. Этот эффект описывает зависимость между двумя видами поля: электрического и магнитного.
Стандартные продукты, устанавливаемые на автомобилях, исполняют свою основную задачу благодаря таким элементам конструкции как пружины и упругие детали. Электромагнитные подвески, в качестве основных элементов, используют электромагниты. Именно из-за такого механического состава современные подвески и получили свое название.
Схема работы устройства заключается в создании особой системы управления (control system) путем установки на транспортное средство бортового компьютера. Данный компьютер, также именуемый электронным узлом, в real-time режиме снимает характеристики колесного ряда, и, в зависимости от них, посылает соответствующие команды. Управление осуществляется достаточно простым образом: схема намного проще по своей сути, чем те же пружины или гидравлические конструкции или маховик.
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:
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.
Можно ли установить электромагнитную подвеску своими руками.
Однозначно – нет. Такая технология предполагает использование достаточно внушительного количества производственных сил и техник. В устройстве всех деталей расположены особо чувствительные компоненты, установка и настройка которых является нетривиальной задачей. За подобный продукт и его установку придется отдать достаточное количество денег, но технология однозначно того стоит. Изделие изначально предусматривалось для работы с сегментом машин более высокого класса, чем эконом.
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:
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.
Перспективы появления магнитных подвесок на серийных авто и развития технологии.
На данный момент времени появление такого элемента конструкции как ЭМ подвеска позволило всей автомобильной промышленности совершить огромный рывок. Подобные устройства гарантируют новую эру повышенных ходовых характеристик машин. Несмотря на то, что такие изделия пока еще не применяются в качестве конструкции передней подвески, уже можно с уверенностью сказать, что с их помощью можно расширить возможности автомобилей.
Заключение
С созданием ЭМ-амортизатора повысился интерес ко всем технологиям, в основе которых лежит принцип электромагнетизма. Некоторые модели изделия также способны исполнять роль генератора, позволяющего преобразить все неровности дорог в настоящую и полноценную энергию. Сложно представить, но каждая кочка, яма или выбоина позволит машине пополнять запасы энергии и, к примеру, увеличивать продолжительность хода. Смотря на подобные технологии, можно с уверенностью сказать, что будущее действительно уже не за горами!
Магнитная подвеска: Преимущество и недостатки, Виды магнитных подвесок
Чуть более четверти века назад мир был потрясен созданием поезда, парящим в воздухе и способным развить скорость до 500 км/ч. Применение эффекта парения стало возможным благодаря теории электромагнитных полей. Создание подобных транспортных средств несет большие расходы не только в их непосредственном производстве, но и в оформлении дорог в виде магнитного полотна. Это сделало изобретение экономически невыгодным и непригодным для класса универсального транспорта.
Однако, ключевые моменты в принципе работы электромагнитных полей нашли свое применение в автомобилестроении. «Парящий» транспорт получил научно обоснованное и подтвержденное право на реализацию. М агнитная подвеска автомобиля стала настоящим прорывом и переходом на новый уровень комфортного и безопасного вождения.
Электромагнитная подвеска — что за зверь, и с чем его едят
Главное отличие данной подвески от ее сестер — отсутствие вспомогательных элементов: торсионов, пружин, амортизаторов, стабилизаторов. Она представляет собой индивидуальную стойку на каждое колесо, управляемую электронным блоком и позволяющую контролировать состояние колес и кузова в режиме онлайн. Некоторые модели имеют стандартный комплект пружин и амортизаторов на случай неисправности автоматической системы. При отсутствии подачи электроэнергии, система автоматически переключается на механический режим через электромагниты.
Вместо привычных деталей магнитная подвеска оснащена электромагнитными клапанами или магнитно-реологической жидкостью. Основными ее компонентами являются:
В своей работе она отвечает за те же опции, что и ее вариации:
Чем проще подвеска, тем больше функций берет на себя каждый элемент. В современных конструкциях система распределения достаточно сложная и индивидуальная. Это обеспечивает более эффективное обеспечение безопасности, устойчивости, плавности хода и управляемости автомобилем.
Принцип работы электромагнитной подвески заключается во взаимодействии магнитного и электрического полей. Если механические конструкции осуществляют предназначение за счет пружин и других элементов, гидравлика — за счет рабочей жидкости, то здесь главную роль играют электромагниты. Управление ими происходит посредством электронного узла (через бортовой компьютер). Он снимает все данные со всего кузова, а затем направляет необходимые команды системе. Программа позволит анализировать не только состояние колес относительно кузова и дороги, но и характер дорожного полотна, а также уровень воздействия на автомобиль. Этот тип работы намного легче его механических и гидравлических вариаций.
Процесс протекает в дуэте с электродвижком, заменяющим обыкновенный амортизатор. Вопреки ожиданиям уровень электропотребления низкий из-за выработки электроэнергии во время обратного движения электромагнитов. Это делает подвеску экономичной.
Преимущества и недостатки
Единственным, пожалуй, недостатком является стоимость данной разработки. Цена удовольствия будет колебаться в пределах 200 тыс. рублей.
Виды магнитных подвесок
В настоящее время идет производство и разработка в трех ведущих направлениях:
Корпорация Bose под непосредственным руководством ее совладельца Амара Боуза, являющегося профессором американского университета, запатентовала производство электромагнитных подвесок в 1980 году. Благодаря расчетам и многочисленным испытаниям Амар смог вывести оптимальные параметры для данного устройства.
Продукция данной компании считается лучшей в своей области: они практически полностью устраняют любые колебания, возникающие при взаимодействии с дорогой. Принцип работы лежит в использовании упругого и демпфирующего элементов. Эта идея уже существовала, однако, успешное применение на практике ей смогли найти лишь в Bose.
Сама конструкция является штоком с закрепленными на нем магнитами. Поступательно-возвратные движения по всему статору, которые способны совершать данные элементы, не только нейтрализуют воздействие неровностей дорожного полотна на кузов, но и позволяют по-новому взглянуть на управление авто в принципе. Через бортовой компьютер можно задать настройку на определенную схему выполнения того или иного маневра и привязать к нему нужное колесо.
Еще одним ноу-хау данной продукции является выработка электроэнергии. По сути, подвеска является заодно и электрогенератором, преобразующим колебания в полезную силу. Сбор энергии производится в аккумуляторные батареи для последующего использования.
Отсутствие грамотного программного обеспечения — главный фактор, тормозящий широкое производство Bose.
Delphi
Решение от производителя Delphi заключается в однотрубном амортизаторе. На 1/3 его заправляют смесью с магнитными частицами и электромагнитом в виде головки поршня. Чтобы избежать слив магнитной смеси весь амортизатор покрыт слоем специального покрытия. Управление все также возлагается на электронный узел.
Работает эта подвеска через воздействие магнитного поля на амортизатор. В процессе происходит создание упорядоченной цепочки из магнитных частиц. Это увеличивает вязкость самой жидкости, и за счет этого амортизатор переключается на следующий режим работы.
Главные достоинства этого типа — реакция на запрос бортового узла в одну миллисекунду и малое потребление в 20 Вт, а также переход на гидравлику в случае поломки.
Швейцарская разработка SKF является капсулой, состоящей из 2-х электромагнитов. При движении авто компьютер собирает информацию со всех колес с помощью установленных датчиков и направляет сигналы для изменения текучести демпфирующего элемента. Помимо него в подвеске имеются упругие части — пружинки, гарантирующие упругость и подвижность даже при поломке управляющего центра.
Благодаря подпитке подвески через аккумулятор даже в режиме офлайн, автомобиль не будет проседать во время длительной стоянки. Наличие упругих элементов позволяет минимизировать ущерб в случае неисправностей системы.
Перспективы производства
К сожалению, помимо несомненных преимуществ магнитная подвеска имеет основательные подводные камни. Самое проблематичное в постановке на широкое производство — его стоимость и цена установки на автомобиль. Даже ведущие автомобильные концерны не могут оснащать свои модели, резко не изменив при этом их ценник.
К тому же внедрение данной системы потребует наличия специального программного обеспечения, отдельного оборудования и специалистов по обслуживанию. Сервисы, которые могут решить ремонт такого характера, имеются, но не больше двух десятков в мире.
Еще один важный момент — вес конструкции. Подвеска Bose весит больше аналогичной McPherson в полтора раза. В наше время производители стараются сделать массу автомобиля ниже, потому этот аспект требует компромиссного решения.
В данный момент разработки и поиски решения ключевых моментов продолжаются. Инженеры тестируют экспериментальные образцы, используя различные материалы для изготовления элементов. Так, был переоборудован седан Lexus ls 99-го года для испытания новой версии электромагнитной подвески Bose. Активно ведется работа по совершенствованию программного кода и его обеспечению.
Несомненная выгода от внедрения данной системы очевидна, так что в обозримом будущем автолюбителей ждут радужные перспективы. Помимо безопасности и комфорта существенно снизится риск аварийных повреждений машины, а значит ремонт авто будет менее существенным для кармана. Это будет достаточно приемлемо по затратам и полностью оправдает их в дальнейшем.
