Funktioner och fördelar med magnetisk upphängning

Alla moderna, även de mest budgetmässiga bilarna kommer att vara utrustade med en upphängning. Detta system kan ge en bekväm åktur på vägar med olika typer av ytor. Förutom komfort är syftet med denna del av maskinen också att främja säker körning. För information om vad en suspension är, läs i en separat granskning.

Liksom alla andra bilsystem uppgraderas upphängningen. Tack vare ingenjörernas ansträngningar från olika bilproblem finns, förutom klassiska mekaniska modifieringar, redan en pneumatisk design (läs om den i detalj här), hydraulisk och magnetisk upphängning och deras sorter.

Låt oss överväga hur den magnetiska typen av hängen fungerar, deras modifieringar och även fördelarna jämfört med klassiska mekaniska strukturer.

Vad är magnetisk upphängning

Trots att bilens dämpningssystem ständigt förbättras och nya element dyker upp i dess design eller geometrin hos olika delar förändras, förblir dess funktion i princip densamma. Stötdämparen mjukar upp de stötar som överförs från vägen genom hjulet till kroppen (detaljer om enheten, modifieringar och fel hos stötdämpare beskrivs separat). Fjädern återställer hjulet till sitt ursprungliga läge. Tack vare detta arbetsschema åtföljs bilens rörelse av konstant vidhäftning av hjulen till vägytan.

Du kan radikalt ändra upphängningsläget genom att installera en anpassningsenhet på maskinplattformen som skulle anpassa sig till vägsituationen och förbättra fordonets hantering, oavsett hur bra eller dålig vägen är. Ett exempel på sådana strukturer är en adaptiv fjädring, som i olika versioner redan är installerad på seriemodeller (för mer information om denna typ av enhet, läs här).

Som en av varianterna av adaptiva mekanismer utvecklades en elektromagnetisk typ av suspension. Om vi ​​jämför denna utveckling med en hydraulisk analog, finns det i den andra modifieringen en speciell vätska i ställdonen. Elektroniken ändrar trycket i behållarna så att varje dämpande element ändrar sin styvhet. Principen är liknande för den pneumatiska typen. Nackdelen med sådana system är att arbetskretsen inte kan anpassa sig snabbt till vägsituationen, eftersom den behöver fyllas med ytterligare en mängd arbetsmedium, vilket i bästa fall tar några sekunder.

Det snabbaste sättet att hantera detta arbete kan vara mekanismer som fungerar på grundval av den elektromagnetiska interaktionen mellan de verkställande elementen. De är mer lyhörda för kommandot, för att ändra dämpningsläget är det inte nödvändigt att pumpa eller tömma arbetsmediet från tanken. Elektroniken i den magnetiska upphängningen ger kommandot och enheten svarar direkt på dessa signaler.

Ökad körkomfort, säkerhet vid höga hastigheter och instabila vägytor samt enkel hantering är de främsta anledningarna till att utvecklare försöker implementera magnetfjädring i produktionsbilar, eftersom klassiska konstruktioner inte kan uppnå perfekta parametrar i detta avseende.

Själva idén att skapa ett "svävande" fordon är inte nytt. Hon finns ofta på sidorna i fantastiska verk med spektakulära gravikarflygningar. Fram till de första åren på 80-talet under förra seklet förblev denna idé på fantasifasen, och endast vissa forskare ansåg det som möjligt, men i en avlägsen framtid.

1982 uppstod dock världens första utveckling av ett tåg som rör sig på en magnetisk upphängning. Detta fordon kallades en magnetoplane. Jämfört med klassiska analoger utvecklade detta tåg en oöverträffad hastighet vid den tiden - mer än 500 km / h, och när det gäller mjukheten för "flygning" och ljudlöshet i arbetet kunde bara fåglar göra verklig konkurrens. Den enda nackdelen på grund av vilken genomförandet av denna utveckling är långsam är inte bara de höga kostnaderna för själva tåget. För att han ska kunna röra sig behöver han ett speciellt spår som ger rätt magnetfält.

Även om denna utveckling ännu inte har tillämpats inom fordonsindustrin lämnar forskare inte projektet "samlar damm på hyllan." Anledningen är att den elektromagnetiska funktionsprincipen helt eliminerar friktionen på drivhjulen på vägytan och lämnar endast luftmotstånd. Eftersom det är omöjligt att helt överföra alla hjulfordon till en liknande typ av chassi (det kommer att vara nödvändigt att bygga motsvarande vägar runt om i världen) fokuserade ingenjörer på att introducera denna utveckling i upphängningen av bilar.

Tack vare installationen av elektromagnetiska element på testprover kunde forskare ge konceptbilarna bättre dynamik och kontrollerbarhet. Utformningen av den magnetiska upphängningen är ganska komplex. Det är ett rack som installeras på alla hjul enligt samma princip som ett MacPherson-rack (läs mer om det i detalj i en annan artikel). Dessa element behöver inte en spjällmekanism (stötdämpare) eller en fjäder.

Korrigering av driften av detta system utförs via den elektroniska styrenheten (separat, eftersom mikroprocessorn behöver bearbeta mycket data och aktivera ett stort antal algoritmer). Ett annat inslag i denna upphängning är att den, till skillnad från de klassiska versionerna, inte behöver vridstänger, stabilisatorer och andra delar för att säkerställa fordonets stabilitet vid böjningar och höga hastigheter. Istället kan en speciell magnetisk vätska användas som kombinerar egenskaperna hos en vätska och ett magnetiserat material, eller magnetventiler.

Vissa moderna bilar använder stötdämpare med en liknande substans istället för olja. Eftersom det finns stor sannolikhet för att systemet misslyckas (trots allt är detta fortfarande en ny utveckling, som ännu inte har genomtänkt helt), kan fjädrar finnas i dess enhet.

Funktionsprincip

Principen för interaktion mellan elektromagneter tas som grund för den magnetiska upphängningens funktion (i hydraulik är den flytande, i pneumatisk luft - luft och i mekanik - elastiska delar eller fjädrar). Driften av detta system baseras på följande princip.

Från skolkursen vet alla att samma stolpar av magneter ömsesidigt stöter bort. För att ansluta de magnetiserade elementen måste du anstränga tillräckligt mycket (denna parameter beror på storleken på elementen som ska anslutas och magnetfältets styrka). Permanenta magneter med ett så starkt fält för att klara bilens vikt är svåra att hitta, och dimensionerna på sådana element tillåter inte att de används i bilar, än mindre anpassa sig till vägsituationen.

Du kan också skapa en magnet med elektricitet. I det här fallet fungerar det bara när ställdonet är strömförande. Styrkan hos magnetfältet kan i detta fall regleras genom att öka strömmen på de interagerande delarna. Genom denna process är det möjligt att öka eller minska den frånstötande kraften och därmed suspensionens styvhet.

Sådana egenskaper hos elektromagneter gör det möjligt att använda dem som fjädrar och dämpare. För detta måste strukturen nödvändigtvis ha minst två elektromagneter. Oförmågan att komprimera delar har samma effekt som en klassisk stötdämpare, och magnetenas motståndskraft är jämförbar med en fjäder eller fjäder. På grund av kombinationen av dessa egenskaper svarar den elektromagnetiska fjädern mycket snabbare än mekaniska motsvarigheter, och svarstiden på styrsignaler är mycket kortare, som i fallet med hydraulik eller pneumatik.

I arsenalen för utvecklare finns det redan ett tillräckligt antal arbetselektromagneter med olika modifieringar. Allt som återstår är att skapa en effektiv fjädrings-ECU som tar emot signaler från chassit och positionssensorer och finjusterar upphängningen. I teorin är denna idé ganska realistisk att implementera, men praktiken visar att denna utveckling har flera "fallgropar".

För det första kommer kostnaden för en sådan installation att vara för hög för en bilist med en genomsnittlig materialinkomst. Och inte alla rika personer hade råd att köpa en bil med en fullfjädrad magnetfjädring. För det andra skulle underhållet av ett sådant system förknippas med ytterligare svårigheter, till exempel komplexiteten i reparationen och ett litet antal specialister som förstår systemets invecklade saker.

En fullfjädrad magnetisk upphängning kan utvecklas, men den kommer inte att kunna skapa en värdig konkurrens, eftersom få människor skulle vilja ta fram en förmögenhet bara för den snabba responsen hos den adaptiva suspensionen. Mycket billigare och med god framgång kan elektriskt styrda magnetiska element introduceras i designen av klassiska stötdämpare.

Och den här tekniken har redan två applikationer:

1. Installera en elektromekanisk ventil i stötdämparen som ändrar sektionen av kanalen genom vilken oljan rör sig från ett hålrum till ett annat. I det här fallet kan du snabbt ändra upphängningens styvhet: ju bredare bypassöppningen är, desto mjukare fungerar stötdämparen och vice versa.
2. Injicera en magnetisk reologisk vätska i stötdämparen, vilket ändrar dess egenskaper på grund av effekten av ett magnetfält på den. Kärnan i en sådan modifiering är identisk med den tidigare - arbetsämnet flyter snabbare eller långsammare från en kammare till en annan.

Båda alternativen används redan i vissa produktionsfordon. Den första utvecklingen är inte så snabb, men den är billigare jämfört med stötdämpare fyllda med magnetvätska.

Typer av magnetiska upphängningar

Eftersom en fullfjädrad magnetisk upphängning fortfarande är under utveckling implementerar biltillverkarna delvis detta schema i sina bilmodeller, enligt en av de två vägarna som nämns ovan.

Bland alla utvecklingen av magnetiska suspensioner i världen finns det tre sorter som förtjänar uppmärksamhet. Trots skillnaden i principen för drift, design och användning av olika ställdon har alla dessa ändringar flera likheter. Listan innehåller:

• Hävarmar och andra delar av bilens gång, som bestämmer hjulens rörelseriktning under upphängningen;
• Sensorer för hjulenas position i förhållande till karossen, deras rotationshastighet och vägens tillstånd framför bilen Denna lista innehåller också sensorer för allmänna ändamål - krafterna för att trycka på gas- / bromspedalen, motorbelastning, motorvarvtal etc.
• En separat styrenhet där signaler från alla sensorer i systemet samlas in och behandlas. Mikroprocessorn genererar styrpulser i enlighet med algoritmerna som har sys under produktionen;
• Elektromagneter, där, under påverkan av elektricitet, bildas ett magnetfält med motsvarande polaritet;
• Ett kraftverk som genererar en ström som kan aktivera kraftfulla magneter.

Låt oss överväga vad som är särdrag hos var och en av dem, och sedan kommer vi att diskutera fördelarna och nackdelarna med den magnetiska versionen av bilens spjällsystem. Innan vi börjar är det värt att klargöra att inget av systemen är en produkt av företagsspionage. Var och en av utvecklingen är ett individuellt utvecklat koncept som har rätt att existera i bilindustrins värld.

SKF magnetisk upphängning

SKF är en svensk tillverkare av bildelar för professionella reparationer av fordon. Designen av de magnetiska stötdämparna från detta märke är så enkel som möjligt. Anordningen för dessa fjädrande och dämpande delar innehåller följande element:

• Kapsel;
• Två elektromagneter;
• Spjällstam;
• Vår.

Principen för ett sådant systems funktion är följande. När bilens elektriska system startas aktiveras elektromagneterna i kapseln. På grund av samma poler i magnetfältet avvisas dessa element från varandra. I det här läget fungerar enheten som en fjäder - den tillåter inte att karossen ligger på hjulen.

När bilen kör på vägen skickar sensorer på varje hjul signaler till styrenheten. Baserat på dessa data ändrar styrenheten styrkan hos magnetfältet och ökar därmed fjäderbenets rörelse och upphängningen blir klassisk mjuk från en sportig. Styrenheten styr också fjäderbensstångens vertikala rörelse, vilket inte ger intryck av att maskinen körs enbart på fjädrar.

Fjädereffekten tillhandahålls inte bara av magneternas motbjudande egenskaper utan av fjädern, som är installerad på stativet vid strömavbrott. Dessutom låter detta element dig stänga av magneterna när fordonet parkeras med ett inaktivt system ombord.

Nackdelen med denna typ av upphängning är att den förbrukar mycket energi eftersom ECU ständigt ändrar spänningen i magnetspolarna så att systemet snabbt anpassar sig till situationen på vägen. Men om vi jämför "gluttony" av denna upphängning med vissa tillbehör (till exempel med en luftkonditionering och en fungerande inre uppvärmning), förbrukar den inte en kritiskt stor mängd el. Det viktigaste är att en generator med lämplig effekt installeras i maskinen (vilken funktion denna mekanism utför beskrivs här).

Delphi Suspension

Nya dämpningsegenskaper erbjuds av den upphängning som utvecklats av det amerikanska företaget Delphi. Utåt liknar den den klassiska McPherson-hållningen. Inverkan av elektromagneter utförs endast på egenskaperna hos den magnetiska reologiska vätskan i stötdämparens hålrum. Trots denna enkla design visar denna typ av upphängning en utmärkt anpassning av spjällens styvhet beroende på signalerna från styrenheten.

Jämfört med hydrauliska motsvarigheter med varierande styvhet svarar denna modifiering mycket snabbare. Magneternas arbete ändrar endast arbetssubstansens viskositet. När det gäller fjäderelementet behöver dess styvhet inte ändras. Dess uppgift är att sätta tillbaka hjulet så snabbt som möjligt när du kör snabbt på ojämna underlag. Beroende på hur elektroniken fungerar kan systemet omedelbart göra vätskan i stötdämparna mer vätska så att spjällstången rör sig snabbare.

Dessa upphängningsegenskaper är lite praktiska för civila transporter. Bråkdelar av en sekund spelar en viktig roll i motorsporten. Själva systemet kräver inte lika mycket energi som i fallet med den tidigare typen av spjäll. Ett sådant system styrs också på grundval av data som kommer från olika sensorer placerade på hjulen och upphängningsstrukturen.

Denna utveckling används redan aktivt i adaptiva fjädringsmärken som Audi och GM (vissa Cadillac- och Chevrolet -modeller).

Bose elektromagnetisk suspension

Märket Bose är känt för många bilister för sina högtalarsystem av högsta kvalitet. Men förutom högkvalitativ ljudförberedelse arbetar företaget också med att utveckla en av de mest spektakulära typerna av magnetisk upphängning. I slutet av XNUMX-talet "infekterade" professorn som skapade spektakulär akustik också med tanken på att skapa en fullfjädrad magnetisk suspension.

Utformningen av dess utveckling liknar samma stötdämpare, och elektromagneterna i enheten installeras enligt principen, som i SKF-modifieringen. Bara de stöter inte bort varandra, som i den första versionen. Elektromagneterna själva är placerade längs hela stångens och kroppens längd, inuti vilken den rör sig, och magnetfältet maximeras och antalet plus ökas.

Det särdraget med en sådan installation är att den inte kräver mycket mer energi. Det utför också samtidigt både en spjäll och en fjäder, och den fungerar både i statisk läge (bilen står) och i ett dynamiskt läge (bilen rör sig längs en ojämn väg).

Systemet i sig ger kontroll över ett större antal processer som inträffar när bilen kör. Dämpning av svängningar sker på grund av en kraftig förändring i magnetfältets poler. Bose-systemet anses vara riktmärket för alla sådana fjädringskonstruktioner. Det kan ge ett effektivt slag av stången med så mycket som tjugo centimeter, perfekt stabilisera kroppen, vilket eliminerar till och med den minsta rullningen under höghastighets kurvtagning, såväl som "hakar" under bromsning.

Denna magnetiska upphängning testades på flaggskeppsmodellen för den japanska biltillverkaren Lexus LS, som förresten nyligen omformades (en testkörning av en av de tidigare versionerna av premiumsedan presenterades i en annan artikel). Trots det faktum att denna modell redan fick en högkvalitativ fjädring, som kännetecknas av smidig drift, under presentationen av det magnetiska systemet var det omöjligt att inte märka beundran från autojournalisterna.

Tillverkaren har utrustat detta system med flera driftlägen och ett stort antal olika inställningar. Till exempel, när en bil kör i hög hastighet, registrerar fjädrings-styrenheten fordonets hastighet, början på karossrullen. Beroende på signalerna från sensorerna levereras el i större utsträckning till racket på ett av de mer belastade hjulen (oftare är det det främre, som ligger på den yttre banan för rotationscirkeln). Tack vare detta blir det yttre bakhjulet också stödhjulet och bilen behåller greppet på vägytan.

Ett annat inslag i Boses magnetiska upphängning är att den också kan fungera som en sekundärgenerator. När stötdämparstången rör sig samlar tillhörande återhämtningssystem ut den frigjorda energin i ackumulatorn. Det är möjligt att denna utveckling kommer att fortsätta att moderniseras. Trots det faktum att denna typ av upphängning i teorin är den mest effektiva, är det i särklass svåraste att programmera styrenheten så att mekanismen kan realisera den fulla potentialen hos systemet som beskrivs i ritningarna.

Utsikter för uppkomsten av magnetiska suspensioner

Trots sin uppenbara effektivitet har en fullfjädrad magnetisk upphängning ännu inte gått in i massproduktion. För närvarande är det viktigaste hindret för detta kostnadsaspekten och komplexiteten i programmeringen. Den revolutionerande magnetiska upphängningen är för dyr och den har ännu inte utvecklats helt (det är svårt att skapa adekvat programvara, eftersom ett stort antal algoritmer måste aktiveras i mikroprocessorn för att förverkliga sin fulla potential). Men redan nu finns det en positiv trend mot idéens tillämpning i moderna fordon.

Ny teknik behöver finansiering. Det är omöjligt att utveckla en nyhet och omedelbart sätta den i produktion utan preliminära tester, och förutom arbetet med ingenjörer och programmerare kräver denna process också enorma investeringar. Men så snart utvecklingen läggs på transportbandet kommer dess design gradvis att förenklas, vilket gör det ganska möjligt att se en sådan anordning inte bara i premiumbilar utan också i modeller för medelprissegmentet.

Det är möjligt att systemen med tiden kommer att förbättras, vilket gör hjulfordon bekvämare och säkrare. Mekanismer baserade på interaktionen mellan elektromagneter kan också användas i andra fordonskonstruktioner. För att till exempel öka komforten när du kör en lastbil kan förarsätet inte baseras på pneumatisk utan på en magnetkudde.

När det gäller utvecklingen av elektromagnetiska suspensioner behöver följande relaterade system idag förbättras:

• Navigationssystem. Elektroniken måste i förväg bestämma vägytans tillstånd. Det är bäst att göra detta baserat på GPS-navigatörens data (läs om funktionerna i enhetsfunktionen här). Den adaptiva upphängningen förbereds i förväg för svåra vägytor (vissa navigationssystem ger information om vägytans tillstånd) eller för ett stort antal varv.
• Visionssystem framför fordonet. Baserat på infraröda sensorer och analys av den grafiska bilden som kommer från den främre videokameran, måste systemet i förväg bestämma karaktären av förändringar i vägytan och anpassa sig till den mottagna informationen.

Vissa företag implementerar redan liknande system i sina modeller, så det finns förtroende för den överhängande utvecklingen av magnetiska upphängningar för bilar.

Fördelar och nackdelar

Liksom alla andra nya mekanismer som planeras införas i designen av bilar (eller som redan används i motorfordon) har alla typer av elektromagnetisk upphängning fördelar och nackdelar.

Låt oss prata om proffsen först. Denna lista innehåller sådana faktorer:

• Systemets dämpningsegenskaper är oöverträffade när det gäller smidig drift;
• Genom att finjustera dämpningslägena blir bilens hantering nästan idealisk utan rullar som är karakteristiska för enklare konstruktioner. Samma effekt säkerställer maximalt grepp på vägen, oavsett dess kvalitet;
• Under acceleration och hård bromsning "biter" inte bilen på näsan och sitter inte på bakaxeln, vilket i vanliga bilar allvarligt påverkar greppet.
• Däckens slitage är jämnare. Självklart, om spakens geometri och andra delar av upphängningen och chassit är ordentligt inställda (för mer information om camber, läs separat);
• Bilens aerodynamik förbättras eftersom karossen alltid är parallell med körbanan.
• Ojämnt slitage på strukturelement elimineras genom att fördela krafter mellan lastade / avlastade hjul.

I princip avser alla positiva punkter huvudsyftet med eventuell upphävning. Varje biltillverkare strävar efter att förbättra de befintliga typerna av dämpningssystem för att få sina produkter så nära det ovannämnda idealet som möjligt.

När det gäller nackdelarna har den magnetiska upphängningen en. Detta är dess värde. Om du installerar en fullfjädrad utveckling från Bose, kommer bilen ändå att kosta för mycket även med interiörens låga kvalitet och den minimala konfigurationen av det elektroniska systemet. Inte en enda biltillverkare är ännu redo att placera sådana modeller i en serie (till och med en begränsad), i hopp om att de rika omedelbart kommer att köpa upp en ny produkt, och det är ingen mening att investera en förmögenhet i en bil som kommer att finnas i lager . Det enda alternativet är att tillverka sådana bilar i en enskild beställning, men även i det här fallet finns det få företag som är redo att tillhandahålla en sådan tjänst.

Sammanfattningsvis föreslår vi att du tittar på en kort video om hur Bose magnetiska upphängning fungerar jämfört med klassiska motsvarigheter:

Uppfinningen är INTE för vanliga dödliga. ALLA SKULLE se den här tekniken i sin bil