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.
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.
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.
Многим, наверное, уже стало интересно, как работает электромагнитная подвеска. В основе работы электромагнитной подвески лежит принцип электромагнетизма, то есть зависимости электрического и магнитного полей.
- Электромагнитная подвеска — как она устроена?
- 1. В чем уникальность электромагнитной подвески.
- 2. Как работает электромагнитная подвеска.
- 3. Виды электромагнитных подвесок.
- 1. В чем уникальность электромагнитной подвески.
- 2. Как работает электромагнитная подвеска.
- 3. Виды электромагнитных подвесок.
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.
В чем уникальность электромагнитной подвески.
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.
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.
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.
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.
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.
Исторический аспект
Рено Логан Передняя Подвеска Ремонт Своими РукамиРено логан передняя подвеска ремонт своими руками
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
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.
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:
- Более мягкий, плавный ход.
- Высокая скорость отклика бортового компьютера, что также повышает уровень управляемости.
- Экономия потребляемой энергии.
- Многофункциональность – есть возможность выбрать между автоматическим и механическим режимом работы.
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.
Реакция рынка
В качестве потребителей своей продукции в компании Bose рассматривали крупных автопроизводителей спортивных и представительских машин класса люкс. Подвеску тестировали компании Honda, Ferrari и другие, и каждый из этих известных производителей отметил существенное преимущество разработки перед ныне существующими конструкциями. Однако когда дело доходило до расчётов затрат, руководство компаний брало паузу на обдумывание, и в итоге никто так и не решился на реализацию проекта.
Внедрение новой подвески требовало разработки и реализации сложной системы электропитания авто, что в конечном счёте влияло на значительное повышение стоимости конечного продукта. К примеру, помимо процессора, для работы требовалась магнитная система с применением неодимовых магнитов большой мощности, цена которых высока. Впрочем, Боуз, уверенный, что в недалеком будущем стоимость необходимых для создания конструкции компонентов снизится до приемлемой, видел главное препятствие не в этом.
Куда более серьезными ему казались две другие проблемы:
- Большая масса конструкции подвески (разработка Bose весила на 90 кг больше обычной). Это напрямую влияло на ухудшение динамических показателей и увеличение расхода топлива, что на фоне ужесточаемых экологических требований превращалось в абсолютно нерешаемый вопрос.
- Необходимость обширных дорогостоящих испытаний и, как следствие, инвестиций. В случае успеха это могло принести огромную прибыль, но при провале исследований столь серьезные финансовые вложения сделали бы Боуза банкротом.
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.
Преимущества подвесной системы нового типа
Установка электромагнитной подвески на авто позволяет полностью погасить колебания, возникающие во время езды по неровной дороге. Кроме того, во время резких поворотов и торможения не происходит поперечных и продольных отклонений кузова транспортного средства (соответствующие кадры можно увидеть в рекламном видео компании Bose).
Диапазон перемещения линейных электромоторов составляет десятки сантиметров. Пассажиры, сидящие в салоне автомобиля с электромагнитной подвеской, совершенно не ощущают толчков во время езды по пересеченной местности. Электрический мотор, используемый в качестве амортизирующего элемента, обладает способностью к рекуперации. Это значит, что часть потраченной энергии возвращается на усилители. Для эксплуатации электромагнитной подвески требуется мощность, которой хватит для питания трех автомобильных кондиционеров.
Наличие специального программного обеспечения открывает широкие возможности для профессиональных водителей. Автовладелец может запрограммировать работу колес машины с целью безопасного исполнения сложных маневров. Созданные алгоритмы можно сохранить в памяти бортового компьютера.
Специальный алгоритм мог заставить автомобиль даже перепрыгнуть через препятствие
История появления
Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.
Зависимая подвеска с поперечным расположением рессоры
Первым способом создать упругую «прослойку» между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.
Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.
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.
Читать далее: Система изменения геометрии впускного коллектора принцип работы
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.
Технические особенности
Конструкцией подвесной системы предусмотрено наличие штока, на котором крепятся мощные магниты. Эти элементы могут совершать возвратно-поступательные колебания по обмотке статора. Торсионы магнитной подвески служат опорой для кузова транспортного средства. Передний угловой модуль сделан в виде соединительной распорки. Вес автомобиля поддерживается благодаря особому расположению торсионного вала, который присоединяется к одному из нижних рычагов.
Линейные электрические моторы устанавливаются на каждом колесе. Электромагнитные амортизаторы снабжаются силовыми и управляющими кабелями. Передние колеса могут работать в автономном режиме. Нижняя тяга подвески и шестерня рулевого управления монтируются непосредственно на корпусе транспортного средства.
Применение
При езде кузов машины получает волны колебания, вызванные ухабами, выступами или другими неровностями, встречаемыми на дорогах. Подвеска машины гасит или смягчает возникающие колебания, предотвращая деформацию железного коня. Назначение подвески заключается в обеспечении связи между колесами и кузовом.
Благодаря деталям подвеска колеса перемещаются отдельно от кузова, из-за чего и изменяется направление движения машины. Также посредством подвески удается правильно организовать ходовую часть авто. Что касается строения, то в конструкцию входят:
- Упругие элементы. Изготавливаются как из металла, так и из других материалов. Упругие характеристики способствуют изменению и перераспределению получаемых колебаний на кузов.
- Гасящие устройства. С их помощью удается добиться нивелирования колебательных волн.
- Направляющие. Представляют собой набор различных деталей, имеющих строение рычага. За счет них обеспечивается соединение подвески с кузовом, а также определяется движение колес относительно кузовной оси и плоскости.
- Стабилизатор поперечной плоскости. Выглядит как штанга. Выполняется из металла. Стабилизатор используют для соединения подвески с кузовом. Таким образом, крен транспортного средства при движении минимален.
- Опоры. Их называют поворотными кулаками. На них передается нагрузка от колес, а они ее уже потом распределяют на систему.
Также в конструкцию входят крепежные элементы. С их помощью осуществляется соединение деталей и устройств. Зачастую как элементы крепления используются болты, шарниры.
