Электромагнитная подвеска автомобиля: описание, принцип действия, достоинства

В отзывах автолюбителей об эксплуатационных качествах разных моделей особое место отводится подвеске. Она оказывает незначительное влияние на динамику машины и практически не отражается на способностях раскрытия ее силового потенциала. Однако с точки зрения управления и комфорта этот компонент очень важен. Жесткость или мягкость посадки напрямую зависят от того, каким образом была реализована связка ходовой части и кузова. Совсем недавно появилась новая концепция решения данной задачи – это электромагнитная подвеска, конструкционные особенности которой обусловили немало достоинств с точки зрения эксплуатации машины.

Общие сведения об электромагнитной подвеске

Для начала следует вспомнить, какие функции должна выполнять традиционная подвеска. В сущности, это переходное звено между колесами и кузовом автомобиля. Данный компонент обеспечивает надежное скрепление мостов с рамой и другими узлами. В процессе эксплуатации именно подвеска транслирует несущей конструкции крутящий момент и усилия, возникающие в процессе взаимодействия колесной базы с дорожным покрытием. В результате отдельные части автомобиля в области кузова и рамы обеспечивают необходимый характер перемещений колес. Теперь можно перейти к электромагнитной подвеске. Главной особенностью, которая отличает эту разновидность от классических агрегатов, является полное или частичное избавление от пружин, торсионов и других вспомогательных деталей обычной подвески. Во многом функции традиционных компонентов этого узла в электромагнитной системе занимает двигатель.

Принцип работы

Функция механических систем обеспечивается группой упругих деталей, а в гидравлических аналогах задачи рабочего компонента выполняет жидкость. В свою очередь, электромагнитная подвеска предполагает наличие силовой установки, управление которой происходит через компьютер. Функциональным элементом в данном случае выступают электромагниты. На практике это означает, что водитель может в режиме реального времени отслеживать показатели колес и агрегатов, которые охватывают весь периметр кузова. На основе передаваемых показателей система может самостоятельно принимать решения о выполнении необходимых корректировок, посылая соответствующие сигналы.

Преимущества

Сравнивать эффективность новой системы с традиционными гидравлическими и пружинными аналогами нет смысла, поскольку это совершенно разные устройства. И все же с точки зрения водителя разница довольно существенная. В первую очередь, отмечается мягкость ходовой части автомобиля, которая вовсе не противоречит высоким показателям стабильности и устойчивости. Есть и преимущества в плане управления. Наличие электроники, контролирующей подвеску, давно не является чем-то эксклюзивным. Однако электромагнитные системы обеспечивают более высокую скорость реакций на команды бортового компьютера.

Кроме того, есть преимущество у подвесок такого типа в плане экономии энергопотребления. Стандартная мощность составляет лишь 20 Вт, что позволяет рациональнее использовать энергетические ресурсы машины. В то же время электромагнитная подвеска достаточно универсальна и даже многофункциональна. Сохраняя примерно схожие функции, этот комплекс может переходить из автоматизированного режима в механический. Это комбинированные системы, в составе которых предусматриваются и амортизаторы в качестве запасных элементов для обеспечения рабочего усилия. В совокупности перечисленные достоинства обуславливают высокую надежность ходовой части и безопасность автомобиля в целом.

Электромагнитная подвеска Bose

Одной из самых популярных систем этого класса является разработка ученого Арама Боуза. В его интерпретации этот комплекс представляется линейным электродвигателем, который может работать как демпфирующий или упругий компонент в зависимости от условий движения. Амортизационный шток с наличием в конструкции постоянных магнитов выполняет возвратно-поступательные действия по длине статорной обмотки, которая расположена в корпусе.

В процессе движения устройство эффективно сглаживает колебания, которые возникают на неровных участках. При этом электромагнитная подвеска Bose предполагает широкий спектр различных настроек. Например, в процессе преодоления виража автомобилист сможет так настроить схему сигналов, что опорным выступит внешнее заднее колесо. И напротив, в повороте подвеска переключит основную нагрузку на переднюю часть. В итоге обеспечивается повышенный контроль над машиной в процессе управления.

Подвеска SKF

Это менее распространенная, но перспективная конструкция от шведских разработчиков из компании SKF. В данном случае речь идет о комбинации электромагнитов и традиционных элементов, обеспечивающих механическую упругость. Устройство по внешнему виду напоминает капсулу, в составе которой присутствуют электромагниты. Борт-компьютер машины обрабатывает информацию от датчиков, размещенных на колесах, и моментально корректирует показатели жесткости магнитно-демпферного компонента. Поскольку шведская электромагнитная подвеска предполагает использование в конструкции несущих упругих элементов, то даже при условии отсутствия сигнала от компьютера система продолжит выполнять свои основные функции.

Подвеска марки Delphi

Компания Delphi предлагает систему с однотрубным амортизатором с наполнением в виде магнито-реологического состава. Это особая комбинация жидкости и магнитных элементов, которые в ней содержатся. Благодаря использованию специальных покрытий мелкие частицы не слипаются и занимают примерно одну треть от всего объема жидкости. Поршневая головка представлена электромагнитом, который управляется командами борт-компьютера. Под воздействием магнитного поля магнитные элементы меняют конфигурацию расположения, в результате чего подвеска Delphi корректирует настройки амортизатора. К достоинствам такой конструкции следует отнести скорость реакции, которая не превышает 1 м/с. Именно в таком исполнении электромагнитная система обеспечивает наиболее экономный расход энергоресурсов.

Стоимость подвески

Рынок подвесок пока еще только осваивает новую разработку, но впечатляющие результаты испытаний уже привлекают немало заинтересованных автомобилистов. На данный момент для покупки доступна электромагнитная подвеска, цена которой составляет в среднем 200-250 тыс. руб. Для сравнения, за аналогичную стоимость можно обзавестись высококачественной пневматической системой, но, конечно, результат будет не столь чувствителен в плане комфорта и управляемости.

Заключение

Концепция электромагнитной системы обусловила появление целого направления в автомобильной отрасли, специалисты которой занимаются улучшением ходовой части. Основной площадкой для работ в этой сфере является передняя подвеска автомобиля, хотя возможности новой конструкции позволяют ориентироваться на более широкий простор в плане технической реализации. Также развиваются и сторонние направления. К примеру, некоторые из последних модификаций электромагнитной подвески дополняются и полноценной функцией электрогенератора. Это значит, что все неровности покрытия, преодолеваемые машиной, трансформируются в электрическую энергию.

Материалы: http://fb.ru/article/238660/elektromagnitnaya-podveska-avtomobilya-opisanie-printsip-deystviya-dostoinstva

Подвеска – важнейший элемент любого автомобиля. Именно этот узел обеспечивает связь между кузовом машины и дорогой. Подвеска обеспечивает много задач. Это не только обеспечение комфортных условий для передвижения водителя и пассажиров. От ее типа и состояния зависит манёвренность автомобиля, управляемость и безопасность в целом. Сейчас существует множество разновидностей ходовых частей. Обычно на легковых автомобилях используют независимую подвеску с гидравлическими амортизаторами и винтовыми пружинами. Количество и форма рычагов могут меняться (а иногда сзади стоит цельная балка). Но сегодня мы поговорим о совершенно другой, инновационной электромагнитной подвеске автомобиля. Стоит отметить, что явление электромагнитного поля было изучено еще со времен Фарадея и Максвелла. Однако в автомобилестроении его начали осваивать лишь в 80-х годах прошлого века.

Какие функции выполняет электромагнитная подвеска? В первую очередь это соединение несущего элемента автомобиля (кузова) с колесами и дорогой. Следующая функция – это восприятие и передача на несущую систему сил, возникающих при взаимодействии колёс с дорожным покрытием. Таким образом, она обеспечивает плавность хода автомобилю. Специалисты отмечают, что в отличие от классической подвески, электромагнитная более качественно поглощает неровности.

Она состоит из двух компонентов:

• Упругие составляющие. Их задача – воспринимать ударные нагрузки в вертикальной плоскости и передавать их далее на гасящие элементы.
• Направляющие. Они служат для восприятия продольных и боковых ударов.
• Амортизаторы. Являются неким демпфером, который сглаживает все удары от подвески. На обычных подвесках может идти в сборе с упругой пружиной (так называемая стойка МакФерсона).

В чем отличие электромагнитной подвески от обычной? Главный фактор – это электродвигатель. Он может выступать в роли демпфирующего и упругого элемента одновременно. В случае же с классической подвеской каждый элемент отвечает за свою функцию – рычаги перемещают колесо в вертикальном направлении, амортизатор гасит колебания, а пружина поддерживает необходимый клиренс и упругость ходовой части. На электромагнитной подвеске вместо амортизатора предусмотрен тот самый электродвигатель, управляющийся микроконтроллером. Такая схема устройства позволяет обеспечить автомобилю высокий уровень управляемости, устойчивости и комфортабельности.

Принцип работы электромагнитной подвески заключается в зависимости магнитного и электрического поля (то есть используется принцип электромагнетизма). Вся система управляется при помощи бортового компьютера, который ежесекундно считывает показания с колес и на каждое посылает соответствующий сигнал. Демпфирующие свойства обеспечиваются благодаря маленькому двигателю, который размещен на каждом из колес автомобиля. Специалисты говорят, что устройство электромагнитной подвески значительно проще классической. Ведь здесь нет рабочих жидкостей, лишних сайлентблоков и пружин. Однако установка электромагнитной подвески – дорогое удовольствие. Ведь идея реализована не до конца и практиковалась только на испытательных полигонах.

Специалисты отмечают целый ряд преимуществ данной подвески:

• Надежность. В конструкции нет лишних элементов – гашение колебаний производится за счет электромагнитной индукции, без каких-либо пружин и гидравлических амортизаторов.
• Безопасность. «Лексус ЛС», который был взят в качестве опытного образца, практически не кренился в поворотах. Более того, при резком торможении передние подушки автоматически выравнивали кузов в горизонтальном положении. Это исключает возможность заноса и аварийной ситуации.
• Комфорт. За счет применения умного компьютера машина могла заранее предугадывать неровности. Таким образом, ход подвески был максимальным, а кузов оставался в горизонтальном положении. Машина не раскачивалась на ямах и сохраняла свою траекторию движения.
• Экономичность. В любой момент водитель может перевести подвеску в механический режим работы. Таким образом, при обратном ходе электромагнита будет вырабатываться электроэнергия.

Существует всего три компании, которые занимаются производством электромагнитных подвесок:

Об особенностях каждой из них – далее в нашей статье.

Эта подвеска разработана в Швеции. Отличается простой конструкцией и надежностью. Система состоит из двух электромагнитов. Когда машина двигается на скорости, блок управления анализирует показания с датчиков колес и изменяет текучесть демпфирующего компонента. Таким образом обеспечивается высокая плавность хода подвески. Кстати, в ходовой части SKF имеются и пружины – на случай если блок управления перестанет подавать сигналы на электродвигатель. Также винтовые пружины способствуют защите от проседания кузова при длительной стоянке автомобиля.

Эта ходовая часть состоит из однотрубных амортизаторов. Каждый из них установлен на своем колесе. Амортизатор заполнен рабочим веществом с магнитными составляющими и самим электромагнитом. Вещество заполняет около 30 процентов всего объема амортизатора. Магнитные части имеют размер до 10 микрон. Для исключения риска слива магнитного вещества в конструкции имеется специальное покрытие. Головка поршня – это электромагнит. Он соединен с бортовым компьютером, который подает сигналы после сбора данных с датчиков. Как работает подвеска «Дэлфи»? Принцип работы основан на упорядочении магнитных частиц вещества. Они выстраиваются в определённом порядке, благодаря чему меняется вязкость всей жидкости. Так обеспечивается ход амортизатора при наезде на неровность.

Основной плюс подвески «Дэлфи» - отзывчивость. Система реагирует на запрос от компьютера в 10 раз быстрее, чем аналоги с электромагнитными клапанами. Также «Дэлфи» отличается низким энергопотреблением благодаря 20-ваттной мощности. Подвеска универсальна и может ставиться на разную платформу автомобиля. В случае если прекратится подача сигнала на компьютер, система перейдет в режим гидравлики и будет работать как классический амортизатор.

Разработана в 80 году американским профессором Амаром Боузом. Именно он производил расчеты и определял наилучшие параметры для инновационной автомобильной подвески. Корпорация «Боуз» стала лидером в разработке электромагнитных подвесок. Система в ходе испытаний показала наилучшие результаты, которые не сравнить с конкурентами. Так, линейный электродвигатель мог работать не только как упругий, но и как демпфирующий элемент. Постоянные магниты закреплены на штоке. Они производят возвратно-поступательные движения по всей длине статора. Это позволяет не только мягко поглощать неровности, но и улучшить управление автомобилем. Именно подвеска «Боуз» могла программироваться так, чтобы на момент выполнения маневра задействовалось соответствующее колесо. Также эта ходовая часть могла работать в качестве электрогенератора. Так, во время движения автомобиля по неровностям все колебания конвертировались в электроэнергию. Она собиралась в аккумуляторных батареях и могла использоваться для дальнейшей работы подвески.

Среди недостатков стоит отметить высокую сложность системы. Для ее качественной работы нужно специальное программное обеспечение. Оно до сих пор находится в стадии разработки.

Установить себе на автомобиль такую систему хотят многие автомобилисты. Но проблема в том, что разработка изучена не до конца. За годы работ так и не удалось воплотить эту подвеску в жизнь и запустить масштабное серийное производство. Многие говорят о высокой себестоимости, которая бы значительно отразилась на общей ценовой политике. Возможно, в будущем такая система все-таки будет практиковаться на автомобилях. Ведь электромагнитная подвеска Bose и ее аналоги обеспечивает наилучшую плавность хода при использовании силы индукции. Здесь нет сложных рычагов и сайлентблоков, которые нужно постоянно менять и следить за их состоянием.

Электромагнитная подвеска – настоящий прорыв в области автомобилестроения. В системе используется совершенно иной, несвойственный обычным подвескам принцип работы. Конструкция отличается высокой надежностью и устойчивостью к нагрузкам. До сих пор не удалось сделать подвеску, которая бы гасила колебания лучше, чем электромагнитная.

Материалы: http://www.syl.ru/article/331843/elektromagnitnaya-podveska-avtomobilya-ustroystvo-printsip-rabotyi-ustanovka

В своё время пионеры научной мысли Фарадей и Максвелл заложили основы современного электротехнического мира. Именно благодаря их открытиям мы можем пользоваться смартфонами, телевизорами, утюгами и автомобилями с магнитными подвесками.

С каждым годом современные ученые дорабатывают и расширяют возможности применения электрического тока и магнитного поля. Результатом их многолетних трудов стала магнитная подвеска.

Сама возможность левитации приводит в восторг миллионы учёных по всему миру, и если поездами на магнитной подвеске уже никого не удивишь, то в автомобильном мире всё куда более консервативно.

Исторический аспект

До начала 80-х годов технология магнитной подвески была лишь теорией. Но в 1982 году произошёл настоящий прорыв, положивший начало новой эре. Именно в этом году началась постройка первого в мире поезда, двигающегося на основе магнитной подвески.

Устройство получило название магнитоплан. Результаты первых тестов превзошли все ожидания, скорость, которую показал аппарат, превысила 500 километров в час. К сожалению, эти наработки были совершенно непригодны для использования в автомобилях.

Тем не менее ученые и инженеры со всего мира не могли так просто отказаться от тех преимуществ, которые давала магнитная подвеска поезда. Самым главным из всех было отсутствие трения.

Не имея возможности модернизировать все дороги, ученые сосредоточили своё внимание на работе над ходовой. Путём введения электромагнитных управляющих элементов, они смогли добиться серьёзного роста динамических характеристик и управляемости. Это стало началом внедрения магнитной подвески в современное производство.

Магнитная подвеска управляется при помощи бортового компьютера. Как результат процесс вождения приобретает небывалую мягкость. Автомобиль хорошо держится на дороге. Это, в свою очередь, значительно повышает комфорт внутри салона.

Какими бывают электромагнитные подвески

Многолетние исследования привели к тому, что множество ведущих компаний взялись за разработку магнитных подвесок. Каждому бренду хотелось добиться значительного улучшения ходовых качеств. Но удалось это немногим. Сейчас в мире выделяют три компании, создавшие рабочие концепции магнитной подвески:

Каждая технология является уникальной.

Магнитная подвеска Delphi

В основе конструкции лежит однотрубный амортизатор. Он заполняется магнитно-реологическим раствором. При этом максимальный размер магнитных частичек в веществе составляет не более десяти микрон.

Головка поршня управляется посредством бортового компьютера. Она представляет собой электромагнит. Когда начинает работать магнитное поле подвески, частицы упорядочиваются. В результате образуются чёткие структуры. Как результат вязкость жидкости сильно увеличивается. Это меняет режим работы всей системы.

Скорость реакции составляет одну миллисекунду. Если сравнить этот показатель с показателем работы электромагнитных клапанов, скорость будет один к десяти. Магнитная подвеска потребляет 20 Вт.

Когда бортовой компьютер замечает, что магнитная подвеска работает нестабильно, система начинает работать за счёт гидравлического амортизатора. Подобный подход позволяет предоставить максимальную безопасность водителю при вождении.

Интересно, что первый эксперимент с данным составом было проведён в далёком 1940 году учёным Яковом Рабиновичем. За свою жизнь этот человек смог запатентовать более 300 изобретений. Мало того, именно он создал прообраз современного дискового накопителя.

В шведской компании при создании магнитной подвески пошли путём, совершенно отличным от пути, выбранного инженерами Delphi, решив сделать основной упор на простоту и надёжность.

Магнитная подвеска от инженеров SKF представляет собой капсулу. Конструкция состоит из двух электрических магнитов. Бортовой компьютер фиксирует показания всех датчиков. На основе собранных данных изменяется жесткость демпферного элемента. В результате выбирается оптимальный режим езды.

В случае если возникает какая-либо неисправность с капсулой или бортовым компьютером, магнитная подвеска начинает работать за счёт обычной пружины. Мало того, подобная простота в конструкции позволяет избежать эффекта проседания при длительной стоянке транспортного средства.

Разработка профессора Боуза

Когда речь заходит о магнитных подвесках нельзя не вспомнить наработки Омара Боуза. В свое время он выложил в интернет результаты лабораторных испытаний его магнитной подвески. Видео впечатлило всю автомобильную общественность.

Конструкция боузовской магнитной подвески представляет собой линейный электродвигатель. Он работает в зависимости от выбранного компьютером режима. За упругость отвечает демпфирующий элемент.

Быстродействие этой магнитной подвески невероятное. Подобных результатов удалось добиться за счёт работы штока. Она совершает возвратно-поступательные движения. При этом на нём закреплена пара магнитов.

Магнитная подвеска Боуза позволяет добиться максимально эффективного гашения колебаний. За счёт этого водитель может с большей эффективностью управлять транспортным средством.

Когда машина заходит в вираж, бортовой компьютер подбирает правильную систему сигналов для магнитной подвески. В результате его действий опорным становится заднее колесо, которое находится извне траектории.

Если же вы заезжаете в поворот, то всё происходит с точностью до наоборот. Магнитная подвеска переносит нагрузку базы на переднее внешнее колесо. Данная технология позволяет добиться невероятного контроля транспортным средством. При этом тип покрытия неважен.

Магнитная подвеска Боуза позволяет не только добиться высокой управляемости, но и имеет такой полезный режим, как «электрогенератор». Когда транспортное средство движется по прямой — каждое колебание, вызванное неровностями покрытия, превращается в электроэнергию.

Проще говоря, открытие Боуза позволяет совсем по-новому подойти к вопросу энергоэффективности. Автомобиль, заряжающийся за счёт магнитной подвески во время движения — это не фантастика, а реальность.

К сожалению, не всё так просто. Автомобиль будущего на магнитной подвеске — пока что только концепт. До серийного производства далеко. Всё дело в разработке программного обеспечения, которое должно полностью раскрыть потенциал технологии.

Главное достижение Боуза заключается не в создании принципиально новой технологии. Он просто взял старые наработки и вывел их на качественно новый уровень. Результатом его трудов стало создание собственной компании, которая получила название BOSE.

Итоги

Безусловно, магнитная подвеска позволяет добиться нового качества управления. Особенного внимания заслуживают наработки профессора из MIT Омара Боуза. Его многолетний труд позволил добиться феноменальных результатов.

На данный момент в мире есть всего две компании, которые в промышленных масштабах занимаются выпуском магнитных подвесок. Это Delphi и SKF. Здесь нужно сделать одно важное уточнение. Они не дублируют технологии друг друга, а создают совершенно разные технологические концепты.

Материалы: http://mashintop.ru/articles.php?id=2474