Značilnosti in prednosti magnetnega vzmetenja

Vsak sodoben, tudi najbolj proračunski avtomobil bo opremljen z vzmetenjem. Ta sistem je sposoben zagotoviti udobno vožnjo po cestah z različnimi vrstami površin. Vendar je poleg tega udobje namen tega dela stroja tudi spodbujanje varne vožnje. Za podrobnosti o suspenziji preberite v ločenem pregledu.

Kot kateri koli drug sistem za samodejno vzmetenje se nadgrajuje. Zahvaljujoč prizadevanjem inženirjev iz različnih avtomobilskih koncernov poleg klasičnih mehanskih sprememb že obstaja tudi pnevmatika (podrobneje preberite o tem) tukaj), hidravlično in magnetno vzmetenje ter njihove sorte.

Poglejmo, kako deluje magnetni tip obeskov, njihove modifikacije in tudi prednosti pred klasičnimi mehanskimi strukturami.

Kaj je magnetna suspenzija

Kljub temu, da se sistem blaženja avtomobila nenehno izboljšuje in se v njegovi zasnovi pojavljajo novi elementi ali spreminja geometrija različnih delov, njegovo delovanje ostaja v bistvu enako. Blažilec blaži sunke, ki se s cestišča prenašajo s kolesa na karoserijo (podrobnosti o napravi, modifikacije in okvare blažilnikov so opisane ločeno). Vzmet vrne kolo v prvotni položaj. Zahvaljujoč tej shemi dela gibanje avtomobila spremlja nenehno oprijem koles na površino ceste.

Način vzmetenja lahko radikalno spremenite tako, da na platformo stroja namestite prilagodljivo napravo, ki se bo prilagodila cestnim razmeram in izboljšala vodljivost vozila, ne glede na to, kako dobra ali slaba je cesta. Primer takšnih struktur je prilagodljivo vzmetenje, ki je v različnih različicah že nameščeno na serijskih modelih (za več podrobnosti o tovrstni napravi preberite tukaj).

Kot ena izmed različic prilagodljivih mehanizmov je bil razvit elektromagnetni tip vzmetenja. Če primerjamo ta razvoj s hidravličnim analogom, je v drugi modifikaciji v pogonih posebna tekočina. Elektronika spreminja tlak v rezervoarjih, tako da vsak dušilni element spremeni svojo togost. Načelo je podobno pri pnevmatskem tipu. Pomanjkljivost takšnih sistemov je, da se delovni krog ne more hitro prilagoditi cestnim razmeram, saj ga je treba napolniti z dodatno količino delovnega medija, kar v najboljšem primeru traja nekaj sekund.

Najhitrejši način za spopadanje s tem delom so lahko mehanizmi, ki delujejo na podlagi elektromagnetne interakcije izvršilnih elementov. Na ukaz so bolj odzivni, saj za spreminjanje načina dušenja ni treba črpati ali odvajati delovnega medija iz rezervoarja. Elektronika v magnetnem vzmetenju izda ukaz in naprava se takoj odzove na te signale.

Povečano udobje med vožnjo, varnost pri visokih hitrostih in nestabilne podlage na cesti ter enostavnost upravljanja so glavni razlogi, zakaj skušajo razvijalci vgraditi magnetno vzmetenje v serijske avtomobile, saj klasični modeli v tem pogledu ne morejo doseči idealnih parametrov.

Sama ideja o ustvarjanju lebdečega vozila ni nova. Pogosto jo najdemo na straneh fantastičnih del s spektakularnimi leti gravikarjev. Do prvih let 80. let prejšnjega stoletja je ta ideja ostala na stopnji fantazije in le nekateri raziskovalci so menili, da je to mogoče, vendar v daljni prihodnosti.

Vendar se je leta 1982 pojavil prvi razvoj vlaka na svetu, ki se je premikal z magnetnim vzmetenjem. To vozilo se je imenovalo magnetoplane. Ta vlak je v primerjavi s klasičnimi analogi takrat razvil izjemno hitrost - več kot 500 km / h, glede na svojo mehkobo "letenja" in neslišnost dela pa so lahko resnično tekmovale le ptice. Edina pomanjkljivost, zaradi katere je izvajanje tega razvoja počasna, niso le visoki stroški samega vlaka. Da se lahko premika, potrebuje poseben tir, ki zagotavlja pravilno magnetno polje.

Čeprav ta razvoj še ni bil uporabljen v avtomobilski industriji, znanstveniki tega projekta ne puščajo "zbiranja prahu na polici". Razlog je v tem, da elektromagnetni princip delovanja popolnoma odpravlja trenje pogonskih koles na površini ceste in ostane le zračni upor. Ker je nemogoče v celoti prenesti vsa kolesna vozila na podoben tip podvozja (treba bo zgraditi ustrezne ceste po vsem svetu), so se inženirji osredotočili na to, da bi ta razvoj uvedli v vzmetenje avtomobilov.

Zahvaljujoč namestitvi elektromagnetnih elementov na testne vzorce so znanstveniki lahko konceptnim avtomobilom zagotovili boljšo dinamiko in vodljivost. Zasnova magnetnega vzmetenja je precej zapletena. Gre za stojalo, ki je nameščeno na vsa kolesa po enakem principu kot MacPhersonovo stojalo (podrobneje preberite o njem) v drugem članku). Ti elementi ne potrebujejo dušilnega mehanizma (blažilnika) ali vzmeti.

Popravek delovanja tega sistema se izvaja prek elektronske krmilne enote (ločeno, saj mora mikroprocesor obdelati veliko podatkov in aktivirati veliko število algoritmov). Druga značilnost tega vzmetenja je, da v nasprotju s klasičnimi različicami ne potrebuje torzijskih palic, stabilizatorjev in drugih delov, da bi zagotovil stabilnost vozila pri ovinkih in visokih hitrostih. Namesto tega lahko uporabimo posebno magnetno tekočino, ki združuje lastnosti tekočine in namagnetenega materiala ali magnetnih ventilov.

Nekateri sodobni avtomobili namesto olja uporabljajo blažilnike s podobno snovjo. Ker obstaja velika verjetnost okvare sistema (navsezadnje je to še vedno nov razvoj, ki še ni povsem premišljen), so lahko v njegovi napravi prisotne vzmeti.

Princip delovanja

Za delovanje magnetnega vzmetenja je vzet princip interakcije elektromagnetov (v hidravliki je tekočina, v pnevmatiki zrak - zrak, v mehaniki pa elastični deli ali vzmeti). Delovanje tega sistema ima naslednje načelo.

Iz šolskega tečaja vsi vedo, da se isti polovi magnetov medsebojno odbijajo. Če želite povezati magnetizirane elemente, boste morali vložiti dovolj napora (ta parameter je odvisen od velikosti elementov, ki jih želite povezati, in jakosti magnetnega polja). Stalne magnete s tako močnim poljem, da bi zdržali težo avtomobila, je težko najti, mere takšnih elementov pa ne bodo omogočale njihove uporabe v avtomobilih, kaj šele, da bi se prilagodili cestnim razmeram.

Magnet lahko ustvarite tudi z elektriko. V tem primeru bo delovalo le, če je pogon pod napetostjo. Jakost magnetnega polja lahko v tem primeru uravnavamo s povečanjem toka na medsebojno delujočih delih. S tem postopkom je mogoče povečati ali zmanjšati odbojno silo in s tem tudi togost vzmetenja.

Takšne lastnosti elektromagnetov omogočajo njihovo uporabo kot vzmeti in blažilnikov. Za to mora imeti struktura nujno vsaj dva elektromagneta. Nezmožnost stiskanja delov ima enak učinek kot klasični blažilnik, odbojna sila magnetov pa je primerljiva s silo vzmeti ali vzmeti. Zaradi kombinacije teh lastnosti se elektromagnetna vzmet odziva veliko hitreje kot mehanski kolegi, odzivni čas na krmilne signale pa je veliko krajši, tako kot pri hidravliki ali pnevmatiki.

V arzenalu razvijalcev je že zadostno število delujočih elektromagnetov različnih sprememb. Preostane le še ustvariti učinkovit ECU vzmetenja, ki bo sprejemal signale iz podvozja in senzorjev položaja ter natančno prilagodil vzmetenje. Teoretično je to zamisel povsem realno uresničiti, vendar praksa kaže, da ima ta razvoj več "pasti".

Prvič, stroški takšne naprave bodo previsoki za voznike s povprečnim materialnim dohodkom. In vsaka bogata oseba si ni mogla privoščiti nakupa avtomobila s polnopravnim magnetnim vzmetenjem. Drugič, vzdrževanje takega sistema bi bilo povezano z dodatnimi težavami, na primer z zapletenostjo popravila in majhnim številom strokovnjakov, ki razumejo zapletenost sistema.

Polnopravno magnetno vzmetenje je mogoče razviti, vendar ne bo moglo ustvariti vredne konkurence, saj bo le malo ljudi hotelo izkoristiti bogastvo samo zaradi hitrosti odziva prilagodljivega vzmetenja. Veliko ceneje in z dobrim uspehom lahko v zasnovo klasičnih blažilnikov vstavimo električno krmiljene magnetne elemente.

In ta tehnologija ima že dve aplikaciji:

1. V amortizer namestite elektromehanski ventil, ki spremeni odsek kanala, skozi katerega se olje premika iz ene votline v drugo. V tem primeru lahko hitro spremenite togost vzmetenja: širša je obodna odprtina, mehkejši deluje amortizer in obratno.
2. V vdolbino amortizerja vbrizgajte magnetno reološko tekočino, ki zaradi vpliva magnetnega polja nanjo spremeni svoje lastnosti. Bistvo takšne modifikacije je enako prejšnji - delovna snov teče hitreje ali počasneje iz ene komore v drugo.

Obe možnosti se že uporabljajo v nekaterih serijskih vozilih. Prvi razvoj sicer ni tako hiter, je pa cenejši v primerjavi z blažilniki, napolnjenimi z magnetno tekočino.

Vrste magnetnih suspenzij

Ker je polnopravno magnetno vzmetenje še v fazi razvoja, proizvajalci avtomobilov to shemo delno uporabljajo v svojih modelih avtomobilov po eni od zgoraj omenjenih poti.

Na svetu med vsem razvojem magnetnih suspenzij obstajajo tri sorte, ki si zaslužijo pozornost. Kljub razliki v principu delovanja, zasnovi in ​​uporabi različnih aktuatorjev imajo vse te modifikacije več podobnosti. Seznam vključuje:

• Ročice in drugi elementi hoje avtomobila, ki določajo smer gibanja koles med delovanjem vzmetenja;
• Senzorji za položaj koles glede na karoserijo, njihovo hitrost vrtenja in stanje ceste pred avtomobilom. Ta seznam vključuje tudi senzorje za splošno uporabo - sile pritiska na stopalko za plin / zavoro, obremenitev motorja, število vrtljajev itd .;
• Ločena krmilna enota, v kateri se zbirajo in obdelujejo signali vseh senzorjev v sistemu. Mikroprocesor generira krmilne impulze v skladu z algoritmi, ki so bili šivani med proizvodnjo;
• Elektromagneti, v katerih pod vplivom električne energije nastane magnetno polje z ustrezno polarnostjo;
• Elektrarna, ki ustvarja tok, ki lahko aktivira močne magnete.

Poglejmo, v čem je posebnost vsakega od njih, nato pa bomo razpravljali o prednostih in slabostih magnetne različice dušilnega sistema avtomobila. Preden začnemo, je vredno pojasniti, da noben od sistemov ni plod vohunskega poslovanja. Vsak razvoj je individualno razvit koncept, ki ima pravico obstajati v svetu avtomobilske industrije.

SKF magnetno vzmetenje

SKF je švedski proizvajalec avtomobilskih delov za profesionalna popravila vozil. Zasnova magnetnih blažilnikov te znamke je kar se da enostavna. Naprava teh vzmetnih in blažilnih delov vključuje naslednje elemente:

• Kapsula;
• Dva elektromagneta;
• Damper steblo;
• Pomlad.

Načelo delovanja takega sistema je naslednje. Ko se zažene električni sistem avtomobila, se aktivirajo elektromagneti v kapsuli. Zaradi istih polov magnetnega polja se ti elementi med seboj odbijajo. V tem načinu naprava deluje kot vzmet - ne dovoljuje, da karoserija leži na kolesih.

Ko avto vozi po cesti, senzorji na vsakem kolesu pošiljajo signale na ECU. Na podlagi teh podatkov krmilna enota spremeni jakost magnetnega polja, s čimer poveča gibanje podpornika, vzmetenje pa postane klasično mehko od športnega. Krmilna enota nadzira tudi navpično gibanje droga podpornika, kar ne daje vtisa, da stroj deluje samo na vzmeti.

Vzmetnega učinka ne zagotavljajo le odbojne lastnosti magnetov, temveč vzmet, ki je nameščena na stojalu v primeru izpada električne energije. Poleg tega ta element omogoča izklop magnetov, ko je vozilo parkirano z neaktivnim sistemom na vozilu.

Pomanjkljivost te vrste vzmetenja je, da porabi veliko energije, saj ECU nenehno spreminja napetost v magnetnih tuljavah, tako da se sistem hitro prilagodi stanju na cesti. Če pa primerjamo "požrešnost" tega vzmetenja z nekaterimi nastavki (na primer s klimatsko napravo in delujočim ogrevanjem notranjosti), potem ne porabi kritično velike količine električne energije. Glavna stvar je, da je v stroj vgrajen generator z ustrezno močjo (opisano je, kakšno funkcijo ta mehanizem opravlja tukaj).

Vzmetenje Delphi

Nove blažilne lastnosti ponuja vzmetenje, ki ga je razvilo ameriško podjetje Delphi. Navzven je podoben klasični McPhersonovi drži. Vpliv elektromagnetov se izvaja samo na lastnosti magnetne reološke tekočine v votlinah blažilnika. Kljub tej preprosti zasnovi ta vrsta vzmetenja kaže odlično prilagoditev togosti blažilnikov glede na signale krmilne enote.

V primerjavi s hidravličnimi kolegi s spremenljivo togostjo se ta sprememba odziva veliko hitreje. Delo magnetov samo spremeni viskoznost delovne snovi. Kar zadeva vzmetni element, njegove togosti ni treba spreminjati. Njegova naloga je, da pri hitri vožnji po neravnih površinah čim hitreje vrne kolo na cesto. Odvisno od tega, kako deluje elektronika, lahko sistem v trenutku naredi tekočino v blažilcih več tekočine, tako da se blažilna palica hitreje premika.

Te lastnosti vzmetenja so malo uporabne za civilni prevoz. Ulomki sekunde igrajo pomembno vlogo v motošportu. Sam sistem ne zahteva toliko energije kot pri prejšnjih tipih loput. Tak sistem se nadzoruje tudi na podlagi podatkov, ki prihajajo iz različnih senzorjev, nameščenih na kolesih in elementih vzmetenja.

Ta razvoj se že aktivno uporablja pri znamkah prilagodljivega vzmetenja, kot sta Audi in GM (nekateri modeli Cadillac in Chevrolet).

Elektromagnetna suspenzija Bose

Znamka Bose je mnogim avtomobilistom znana po svojih vrhunskih zvočniških sistemih. Toda poleg visokokakovostne avdio priprave si podjetje prizadeva tudi za razvoj ene najspektakularnejših vrst magnetnega vzmetenja. Do konca dvajsetega stoletja se je profesor, ki ustvarja spektakularno akustiko, "okužil" tudi z idejo, da bi ustvaril polnopravno magnetno suspenzijo.

Zasnova njegovega razvoja je podobna istemu blažilniku palic, elektromagneti v napravi pa so nameščeni po principu, kot pri modifikaciji SKF. Le da se med seboj ne odbijajo, kot v prvi različici. Sami elektromagneti so nameščeni po celotni dolžini palice in telesa, znotraj katerega se premika, magnetno polje pa je maksimalizirano in število plusev povečano.

Posebnost takšne instalacije je, da ne zahteva veliko več energije. Hkrati opravlja tudi funkcijo blažilnika in vzmeti, deluje pa tako v statičnem (avto stoji) kot v dinamičnem (avto se premika po neravni cesti).

Sam sistem zagotavlja nadzor nad večjim številom procesov, ki se zgodijo med vožnjo avtomobila. Dušenje nihanj nastane zaradi ostre spremembe polov magnetnega polja. Sistem Bose velja za merilo vseh takšnih modelov vzmetenja. Zmožen je zagotoviti učinkovit hod palice za kar dvajset centimetrov, popolnoma stabilizirati telo, odpraviti tudi najmanjši zvitek med hitrimi ovinki, pa tudi "kljuvati" med zaviranjem.

To magnetno vzmetenje je bilo preizkušeno na vodilnem modelu japonskega proizvajalca avtomobilov Lexus LS, ki je bil mimogrede pred kratkim obnovljen (predstavljena je bila testna vožnja ene od prejšnjih različic premium limuzine v drugem članku). Kljub temu, da je ta model že prejel visokokakovostno vzmetenje, za katerega je značilno nemoteno delovanje, med predstavitvijo magnetnega sistema ni bilo mogoče ne opaziti občudovanja avtomobilskih novinarjev.

Proizvajalec je ta sistem opremil z več načini delovanja in velikim številom različnih nastavitev. Na primer, ko avto z veliko hitrostjo zavija, ECU vzmetenja zabeleži hitrost vozila, začetek nagibanja karoserije. Glede na signale senzorjev se elektrika v večji meri dovaja na stojalo enega bolj obremenjenih koles (pogosteje je to sprednje kolo, ki se nahaja na zunanji poti polkroga vrtenja). Zahvaljujoč temu postane tudi zunanje zadnje kolo podporno kolo, avto pa ohranja oprijem na površini ceste.

Druga značilnost Bosejeve magnetne suspenzije je, da lahko deluje tudi kot sekundarni generator. Ko se palica amortizerja premakne, povezani rekuperacijski sistem zbira sproščeno energijo v akumulator. Možno je, da se bo ta razvoj še posodobil. Kljub temu, da je ta vrsta vzmetenja v teoriji najučinkovitejša, je daleč najtežje programirati krmilno enoto, tako da mehanizem lahko uresniči ves potencial sistema, opisanega na risbah.

Možnosti za pojav magnetnih suspenzij

Kljub očitni učinkovitosti polnopravno magnetno vzmetenje še ni vstopilo v množično proizvodnjo. Trenutno sta ključna ovira pri tem stroškovni vidik in zapletenost programiranja. Revolucionarno magnetno vzmetenje je predrago in še ni v celoti razvito (težko je ustvariti ustrezno programsko opremo, saj je treba v mikroprocesorju aktivirati veliko število algoritmov, da uresniči ves svoj potencial). Toda že zdaj obstaja pozitiven trend k uporabi ideje v sodobnih vozilih.

Vsaka nova tehnologija potrebuje financiranje. Novosti je nemogoče razviti in jo takoj dati v proizvodnjo brez predhodnih preizkusov, poleg dela inženirjev in programerjev pa ta postopek zahteva tudi ogromne naložbe. Toda takoj, ko je razvoj postavljen na tekoči trak, se bo njegova zasnova postopoma poenostavila, tako da bo takšno napravo mogoče videti ne le v premium avtomobilih, temveč tudi v modelih srednjega cenovnega segmenta.

Možno je, da se bodo sčasoma sistemi izboljšali, zaradi česar bodo vozila na kolesih bolj udobna in varna. Mehanizme, ki temeljijo na medsebojnem delovanju elektromagnetov, lahko uporabimo tudi pri drugih izvedbah vozil. Na primer, za večje udobje med vožnjo tovornjaka lahko voznikov sedež ne temelji na pnevmatiki, temveč na magnetni blazini.

Kar zadeva razvoj elektromagnetnih suspenzij, je danes treba izboljšati naslednje povezane sisteme:

• Navigacijski sistem. Elektronika mora vnaprej določiti stanje površine ceste. Najbolje je, da to storite na podlagi podatkov GPS navigatorja (preberite o značilnostih delovanja naprave tukaj). Prilagodljivo vzmetenje je vnaprej pripravljeno za zahtevne cestne površine (nekateri navigacijski sistemi zagotavljajo informacije o stanju cestne površine) ali za večje število zavojev.
• Sistem za vid pred vozilom. Na podlagi infrardečih senzorjev in analize grafične slike, ki prihaja iz prednje video kamere, mora sistem vnaprej določiti naravo sprememb na površini ceste in se prilagoditi prejetim informacijam.

Nekatera podjetja v svoje modele že uvajajo podobne sisteme, zato obstaja zaupanje v skorajšnji razvoj magnetnih vzmetenj za avtomobile.

Prednosti in slabosti

Kot vsi drugi novi mehanizmi, ki jih nameravamo uvesti v zasnovo avtomobilov (ali se že uporabljajo v motornih vozilih), imajo tudi vse vrste elektromagnetnih vzmetenj prednosti in slabosti.

Najprej se pogovorimo o prednostih. Ta seznam vključuje naslednje dejavnike:

• Blažilne lastnosti sistema so neprimerljive v smislu nemotenega delovanja;
• S finim uravnavanjem načinov blaženja postane upravljanje avtomobila skoraj popolno brez zvitkov, značilnih za preprostejše zasnove. Enak učinek zagotavlja maksimalen oprijem na cesti, ne glede na njeno kakovost;
• Med pospeševanjem in močnim zaviranjem avtomobil ne "grize" nosu in ne sedi na zadnji osi, kar pri običajnih avtomobilih resno vpliva na oprijem;
• Obraba pnevmatik je bolj enakomerna. Seveda, če je geometrija vzvodov in drugih elementov vzmetenja in podvozja pravilno nastavljena (za več podrobnosti o pregibu preberite ločeno);
• Izboljšana je aerodinamika avtomobila, saj je njegovo telo vedno vzporedno s cestiščem;
• Neenakomerna obraba konstrukcijskih elementov se odpravi s porazdelitvijo sil med obremenjenimi / neobremenjenimi kolesi.

Načeloma se vse pozitivne točke nanašajo na glavni namen kakršne koli opustitve. Vsak proizvajalec avtomobilov si prizadeva izboljšati obstoječe tipe dušilnih sistemov, da bi svoje izdelke čim bolj približal omenjenemu idealu.

Kar se tiče pomanjkljivosti, ima magnetno vzmetenje samo eno. To je njegova vrednost. Če namestite polnopravni razvoj podjetja Bose, bo avto kljub nizki kakovosti notranjosti in minimalni konfiguraciji elektronskega sistema še vedno stal preveč. Niti en proizvajalec avtomobilov še ni pripravljen uvrstiti takšnih modelov v serijo (tudi omejeno), v upanju, da bodo bogati takoj kupili nov izdelek, in nima smisla vlagati bogastva v avto, ki bo v skladiščih . Edina možnost je izdelava takšnih avtomobilov po individualnem naročilu, vendar je v tem primeru malo podjetij, ki so pripravljena takšno storitev ponuditi.

Na koncu predlagamo, da si ogledate kratek video o tem, kako deluje magnetno vzmetenje Bose v primerjavi s klasičnimi kolegi:

Izum NI za navadne smrtnike. VSAKO BI RAD VOZIL to tehnologijo v svojem avtomobilu