Электромагнитная подвеска автомобиля: виды, устройство, принцип работы, фото, видео

Подвеска автомобиля достаточно консервативна. Несмотря на совершенствование отдельных её составляющих, общий принцип построения не меняется. Упругие элементы и демпферы на гидравлических и пневматических элементах, сложная механика направляющего аппарата. Радикально улучшить работу тут можно только применив активное управление характеристиками, с большой скоростью отслеживая изменение профиля дороги и нагрузки.

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.

Датчики

Это устройства, предназначенные для измерения и сбора данных, которые необходимы на бортовом компьютере для изменения настроек и параметров подвески при необходимости.

Мы надеемся, что нам удалось внести немного больше ясности в вопрос о том, что такое активная подвеска, но давайте разберемся, как эта подвеска работает в целом.

Представьте себе, что вы едете по шоссе, и ваша поездка проходит относительно гладко (настолько же плавно, насколько это возможно на обычных трассах). Однако в один прекрасный момент вы решаете съехать с шоссе и поехать по дороге третьего класса, усеянной выбоинами.

Если у вас стандартная подвеска, у вас нет другого выбора, кроме как увидеть, что вибрации в салоне увеличиваются, и ваш автомобиль будет подпрыгивать чаще и неприятнее. Вы также должны быть осторожны при вождении и двигаться медленнее и осторожнее, так как существует опасность потери контроля над автомобилем при любых неровностях.

Однако, если у вас активная подвеска, это изменение типа дорожного покрытия, по которому вы едете, никак не повлияет на вас, потому что, как только вы выезжаете с шоссе, вы можете просто перенастроить амортизаторы, и они станут «тверже». или наоборот — если вы едете по ухабистой дороге на шоссе, вы можете перенастроить подвеску так, чтобы она стала «более мягкой».

Все это возможно благодаря активной подвеске, которая может автоматически адаптироваться к вашей дороге и стилю вождения.

Конечно, как мы упоминали в начале, то, насколько подвеска сможет адаптироваться, зависит от того, является ли она активной или адаптивной. В первом случае вы сможете отрегулировать всю подвеску, а во втором — только амортизаторы.

Основные элементы магнитной подвески.

Каждая электромагнитная подвеска состоит из определенного набора компонентов, обеспечивающих выполнение главной ее задачи:

• Упругие конструкции, обладающие возможностью приема и передачи приложенных по вертикали сил.
• Направляющие конструкции, формирующие схему движения колес транспорта, а также обеспечивающие связь колесного ряда между собой. Направляющие также отвечают за прием и передачу сил, приложенных по горизонтали.
• Амортизирующие элементы, основная задача которых заключается в понижении силы колебаний кузова при перемещении на плоскости дороги.

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.

Плюсы и минусы

Электромагнитная подвеска является абсолютно новым словом в автомобилестроении. Именно поэтому, сравнение со стандартными подвесками является, по меньшей мере, некорректным.

Если говорить о ее преимуществах, то для водителя они более чем очевидны:

1. Мягкость ходовой части автомобиля.
2. Управление осуществляется с помощью компьютера бортового типа, что само по себе не ново. Однако, многие водители отмечают более высокую скорость отклика автоматизированной системы, что улучшает управление.
3. Определенный плюс есть и в экономии потребления энергии.
4. Многофункциональность – она может работать на автомате, а затем переходить на механический режим. Подобная многозадачность позволяет существенно повысить надежность ходовой части машины, а также безопасность вождения в целом.

На нашем сайте Вы можете почитать про пневмоподвеску, которая также имеет много достоинств, одним из которых является возможность регулировать дорожный просвет.

Если говорить о минусах данного типа подвески, то можно назвать один — это наличие программного обеспечения, для управления этой системой. Но прогресс не стоит на месте, а работа в данном направлении идет полным ходом. Следовательно, можно ожидать уже в скором времени массовый выпуск данной детали подвески.

Это интересно: Эмуляторы мочевины Adblue для грузовиков

Также хотелось бы отметить и достаточно высокую стоимость такой ходовой части. Она не запущена еще в серийное производство, но уже можно назвать примерный ценник – порядка 250 000 рублей. В принципе, за эти деньги можно купить довольно неплохую подержанную иномарку, но никто и не говорил, что современная подвеска предназначена для автомобилей эконом-класса.

Это достаточно новая технология в автомобильной сфере, которая будет использоваться в дорогостоящих автомобилях, поэтому такая высокая стоимость вполне оправдана.

Уже сейчас можно сказать, что появление электромагнитной подвески стало новой вехой в улучшении ходовых характеристик автомобиля. Данная система пока что предназначена для передней подвески, но технические возможности позволяют существенно расширить возможную реализацию данной системы в устройстве авто.

Также развиваются и другие направления электромагнитной системы. В частности, некоторые модели выполняют роль электрогенератора, что позволяет преобразить все неровности дороги в полноценную энергию. Иными словами, машина проезжает по дороге, а каждая кочка или выбоина на этом покрытии является источником электрической энергии.

Это кажется фантастикой, но сейчас можно смело сказать, что будущее наступило уже сегодня.

tweet

назад Пневматическая подвеска принцип работы плюсы и минусы

Вперед Улучшить управляемость и внешность автомобиля за счет занижения

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.

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.

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.

Принцип работы

Мы уже сказали о том, что в устройстве детали отсутствуют упругие пружины, поэтому их заменяет система, состоящая из электромагнитов. Управление осуществляется с помощью компьютеризированной системы бортового типа.

Если говорить проще, то водитель может в процессе вождения автомобиля оценивать показатели агрегатов и колес. Система является усовершенствованной и автоматизированной в сравнении с обычными подвесками, ведь она может самостоятельно подавать сигналы о выполнении определенных корректировок в показателях.

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.

Виды магнитных подвесок

Разные компании в разработке пошли по своим направлением, руководствуясь внутренними программами и конечными целями.

Принято выделять концепции подвесок от американской компании Delphi Corporation, известной шведской фирмы SKF и идею профессора Bose, чьё имя в названии компании стало синонимом особо качественных акустических систем для автомобилей.

Delphi

Относительная простота этой системы не означает её примитивность или плохую эффективность.

Несмотря на то, что электромагниты здесь управляют только свойствами амортизаторной жидкости, точное воздействие на мгновенную жёсткость демпфера даёт подвеске совершенно новые свойства. Скорость изменения характеристик амортизатора здесь многократно выше, чем у традиционных активных гидравлических демпферов.

Это достигается специальной жидкостью, которая настолько точно и эффективно меняет свою вязкость под воздействием управляющего тока электромагнита, что особой надобности в изменении жёсткости упругого элемента не возникает.

Сильная зависимость работы подвески именно от свойств амортизатора известна давно, их подбору уделяется особое внимание в автоспорте, а там каждая секунда пребывания автомобиля на трассе имеет решающее значение. Характеристики пружин не так важны.

В амортизаторах электронной подвески Delphi использована разработанная компанией жидкость с микрочастицами, которые могут выстраиваться вдоль линий магнитного поля, резко меняя характер перетекания её через калиброванные отверстия.

Измеряемые микронами габариты частиц позволяют добиться большого быстродействия за счёт минимальной инерции. То же качество обеспечивает и минимальное потребление тока обмотками магнитов, что очень важно для общей экономичности автомобиля и упрощения силовой электроники.

Нужная информация снимается с датчиков подвески и других систем автомобиля, обрабатываясь в электронном блоке управления подвеской.

SKF

Шведская компания пошла другим путём. Не касаясь гидравлических амортизаторов, всё внимание было уделено скорости изменения характеристик упругого элемента.

Для этого в него была интегрирована специальная капсула, содержащая два мощных электромагнита. Меняя их поле взаимодействия можно настолько быстро реагировать на ситуацию, что данное устройство способно выступать в роли как упругого, так и демпфирующего элементов.

Ведь суть демпфирования состоит в динамическом изменении жёсткости, вплоть до смены знака вектора силы с отталкивания на притяжение. Таким способом компьютер может погасить любые колебания, лишь бы хватило быстродействия и диапазона изменения силы взаимодействия электромагнитов. А это уже вопросы технологического исполнения.

Потребляемая мощность здесь значительно выше, чем у чисто статического режима работы электромагнитов гидравлических активных амортизаторов.

Но до неприемлемых величин она не возрастает, реально сравниваясь с более традиционными потребителями вроде климатической системы или электрического отопителя, а чтобы избежать полного отказа подвески в случае поломок электрооборудования в подвеске сохранены традиционные пружины, частично резервирующие электромагнитное оборудование.

Bose

Много занимавшийся акустикой профессор Bose ближе к концу 20 века увлёкся идеей создания идеальной автомобильной подвески. Неудивительно что исполнительный элемент немного напоминает сильно увеличенную электромагнитную систему большого динамического громкоговорителя.

Но реально общего тут лишь применение устройства, теоретически представляющего собой линейный электродвигатель. То есть если сравнить это с разработкой SKF, то количество полюсов электромагнитов увеличено во много раз. Они расположены на штоке и статоре устройства, напоминающего телескопический амортизатор.

Магнитная отдача узла достаточно велика, это позволило отделаться приемлемой мощностью управления, зато быстродействие таково, что получившийся «динамик» способен гасить любые процессы, от стационарных до колебательных, работая как пружина и как амортизатор.

Достаточно сформировать и подать на обмотки управляющий сигнал, например, аналогичный внешнему воздействию, но с повёрнутой на 180 градусов фазой. То есть полностью погасить нежелательные колебания, наложив на них такие же, но в противоположном направлении в каждый отдельно взятый момент времени.

Такая подвеска настолько эффективна, что её можно считать эталоном среди всех электромагнитных устройств. Подвеска может обеспечить уникально большой рабочий ход, порядка 20 сантиметров, что для гражданских автомобилей чрезвычайно много, отличную стабильность положения кузова, чёткие реакции на любой профиль на любой скорости, отсутствие клевков и кренов.

Первые же презентации системы на тестовых автомобилях Lexus буквально ошеломили автомобильных журналистов, хотя эти машины и в стандартном исполнении обладают высочайшей плавностью хода.

Состав системы

В комплекс входят устройства, обеспечивающие работу по регулированию демпфирующих свойств и динамической жёсткости, а также минимизирующие крены кузова:

• контроллер подвески с микропроцессором, памятью и схемами ввода-вывода;
• активные механизмы парирования крена (управляемые стабилизаторы поперечной устойчивости);
• комплекс датчиков;
• амортизаторы, допускающие электронное управление жёсткостью.

Органами управления приборной панели, чаще всего это бортовой интерактивный дисплей, водитель может задать один из режимов работы по своим предпочтениям. Допускается преобладание комфорта, спортивности или внедорожных способностей, а также более продвинутая индивидуальная настройка функций с запоминанием режима. Накопленная адаптация может быть оперативно сброшена на исходные настройки.

Требования к поперечным стабилизаторам всегда отличаются противоречивостью. С одной стороны, их назначение состоит в обеспечении минимальных кренов кузова. Но так подвеска приобретает характер зависимости, а значит снижается комфорт. При движении по плохим дорогам более ценным свойством будет ещё большая свобода отдельных колёс для достижения максимальной артикуляции осей. Только так для обеспечения постоянного контакта шин с покрытием будут полностью использованы все запасы ходов подвески. Стабилизатор с постоянной жёсткостью, который обычно представляет собой простой пруток из пружинной стали, работающий по принципу торсиона, одинаково хорошо служить во всех условиях не сможет.

В активных подвесках стабилизатор выполняется разрезным, с возможностью электронного регулирования. Для управления приведённой жёсткостью можно использовать разные принципы. Одни производители применяют преднатяг на закручивание электродвигателем с редуктором, другие гидравлический способ, устанавливая гидроцилиндры на стабилизатор или его крепление к кузову. Возможна и полная имитация штанги стабилизатора индивидуальными гидроцилиндрами, работающими параллельно с упругими элементами.

Регулируемые амортизаторы

Обычный амортизатор имеет свойство изменения своей динамической жёсткости в зависимости от скорости и ускорения движения штока. Достигается это системой дросселирующих клапанов, через которые перетекает амортизационная жидкость.

Для оперативного контроля перепускных дросселей возможны два пути – установка электромагнитных клапанов золотникового типа или изменение свойств жидкости в магнитном поле. Производители применяют оба способа, второй реже, поскольку для него потребуется специальная жидкость, изменяющая свою вязкость в магнитном поле.

Назначение элементов

Несмотря на глубокие различия в принципе действия, у всех электромагнитных подвесок много общих элементов:

• система датчиков, фиксирующих перемещение колёс относительно кузова, а также следящих за состоянием дороги на участках, которые колесу только предстоит преодолеть для заблаговременной реакции на неровности;
• датчики общего назначения, собирающие информацию о текущих параметрах движения, скорости, реакциях водителя и прочем;
• электронный блок управления с микрокомпьютером, собирающий, анализирующий и перерабатывающий информацию в сигналы управления;
• силовая электроника, формирующая мощные токи в обмотках электромагнитов;
• линейные электрические магниты, создающие необходимые механические усилия на штоки элементов подвески;
• исполнительные и направляющие узлы ходовой части.

Помимо видимых узлов в системе присутствует не менее технологичный программный продукт, под управлением которого всё и работает. Его роль в общем комплексе ничуть не меньше, чем у элементов подвески.

Общие сведения

Что из себя представляет подвеска в устройстве автомобиля?

Это некое промежуточное звено между кузовом и его колесной базой. Ходовая обеспечивает соединение моста с рамой, а также с прочими узлами автомобиля.

В устройстве машины подвеска играет важнейшую роль, ведь именно она передает крутящий момент от колесной базы. В результате элементы автомобиля передают необходимый вектор движения колесам.

Что же касается электромагнитной подвески, то одной из характерных особенностей ее устройства, отличающей ее от стандартных подвесок, является тот факт, что в ней могут полностью или частично отсутствовать торсионы, пружины и прочие атрибуты обычного шасси.