Особенности и устройство электромагнитной подвески

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

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.

Управление подвеской и реализация предоставленных преимуществ

Возможности магнитных механизмов в подвеске полностью раскрываются при организации системы датчиков, быстродействующем компьютере и хорошо проработанных программных принципах. Результаты просто поражают:

• плавность хода выше всяческих ожиданий;
• сложные реакции подвесок в поворотах, выделение загруженных и начавших приподниматься колёс;
• парирование клевков и подхватов кузова;
• полное гашение кренов;
• раскрепощение подвесок на сложном рельефе;
• решение проблемы неподрессоренных масс;
• совместная работа со сканирующими дорогу перед автомобилем камерами и радарами для упреждающих действий;
• возможность отработки навигационных карт, куда предварительно записан рельеф поверхности.

Ничего лучше магнитных подвесок пока не придумано. Процессы дальнейшей проработки и создание алгоритмов продолжаются, развитие идёт даже на автомобилях высших классов, где цена подобных устройств оправдывается. До применения на массовых шасси дело пока не дошло, но уже совершенно ясно, что будущее именно за такими системами.

Уникальность электромагнитной подвески

По смелости и оригинальности своего конструкторского решения магнитные подвески, несомненно, поражают. Электромагнитная подвеска – это хитроумное устройство, имеющее внешне вид стойки для каждого колеса, которое функционально призвано заменить традиционные, привычные для нас пружины, амортизаторы и прочие вспомогательные детали. Управление такими необычными подвесками осуществляется с помощью электронного блока.

Как показывают испытания, такие новинки, как правило, сполна выполняют свою основную задачу – обеспечить автомобилю максимально плавный ход. Достигается это за счёт электромагнитных приспособлений – разных электромагнитных клапанов или особенной магнитно-реологической жидкости. То есть, если в подвеске гидравлического вида используют специальную жидкость, в пневматической подвеске – воздух, а механической – разные упругие пружины и прочие элементы, то здесь эту роль отведено электромагниту. Причём водитель имеет возможность постоянно контролировать, как они работают. Хотя, правду говоря, некоторые новшества всё же оснащены на всякий случай обычными амортизаторами и пружинами – для тех непредвиденных ситуаций, когда новая автоматическая технология по тем или иным причинам внезапно откажет.

Виды электромагнитных подвесок

С тех пор, как стало возможным использование электроники в использовании управления подвеской, конструкторы многих фирм стали заниматься разработкой уникальных систем в этом направлении и на сегодняшний день наиболее преуспели три:

• Bose;
• SKF;
• Delphi.

Bose электромагнитная подвеска

Изобретатель системы Bose известный математик и разработчик акустических систем, доктор Amar Bose. Еще 30 лет назад он начал разработку системы электронной подвески, а в настоящее время такие подвески уже реальность.

На серийных автомобилях они не используются ввиду их дороговизны, но на спортивных и VIP автомобилях довольно популярны.

Bose электромагнитная подвеска профессора Боуза работает как линейный электродвигатель, шток которого выполняет роль якоря. Якорь совершает возвратно-поступательные движения возле статора, расположенного в корпусе амортизатора.

Управление подвеской полностью осуществляет Электронный блок управления.

Амортизационный узел bose электромагнитной подвески позволил исключить упругий элемент, жидкостный амортизатор и поперечный стабилизатор. Все эти функции стал выполнять один элемент.

Блок управления подает напряжение на линейный электродвигатель, на штоке появляется сила, которая выталкивает шток с усилием до 380 кг. На четыре колеса в сумме приходится более 1,5 т., а это вес средней малолитражки.

С такой подвеской автомобиль выдерживает постоянный клиренс (высота автомобиля над дорогой), не зависимо от нагрузки.

Bose электромагнитная подвеска выполняет и роль пружины и роль амортизатора, то есть берет на себя нагрузку и демпфирующую отдачу. А также исключает по определению стабилизатор, потому что механически выравнивать левое с правым колесом нет необходимости, делает это электроника.

ЦПУ (центральный пульт управления) посылает на каждое колесо то напряжение, которое нужно в той или иной дорожной обстановке.

Автомобиль не делает продольных «клевков» при торможении и при разгоне. Не дает боковой крен. Благодаря идеальному распределению опорных сил, автомобиль становится максимально послушным и удивительно комфортным.

Проходя по неровностям дороги, этот линейный электродвигатель выполняет обратную функцию, то есть работает не как электродвигатель, а как генератор. Он преобразует возвратно-поступательные движения в электрическую и подает её обратно в электрическую сеть автомобиля.

Система SKF

Конструкция шведской компании SKF несколько иная. Они создали капсулу в которой расположены два электромагнита один против другого.По сути дела, это такая же стойка МакФерсон, только вместо гидравлического амортизатора установлена капсула с электромагнитами, управляющими из ЦПУ электронными мозгами.

Ток подается на магниты подается от ЦПУ исходя из дорожных условий и мгновенно изменяет его силу в зависимости от изменяющихся условий. Колесные датчики анализируют каждый бугорок и подают сигнал на центральный блок управления.

Конечно подвеска имеет классический вид, имеет пружину в подвеске, что явилось подстраховкой, когда вдруг электронная система выйдет из строя или по каким-то другим причинам будет отключена. Так же, автомобиль не будет проседать при длительной стоянке с отключенным аккумулятором.

Система Delphi

Компания Delphi придумала систему, которая напоминает обычный однотрубный амортизатор, только наполненный необычной жидкостью. Эта жидкость магнито-реологическая, то есть жидкость с магнитными частицами, размер которых составляет десять микрон и меньше.

Жидкость эта составляет одну треть от основного объема. Электромагнит расположен в головке поршня амортизатора и управляется ЦПУ.

Когда подается соответствующее напряжение на электромагнит, магнитные частицы активизируются и собираются, под воздействием магнитных полей, в структуры, которые меняют вязкость жидкости, соответственно меняя режим работы амортизаторов.

Также, как и в системе SKF, и в отличии от системы Bose, вид подвески напоминает классический вид и имеет упругий элемент.

Вот как продвинулась наука, мои дорогие читатели, и как фантастично работают новые изобретения. Вопрос другой, когда мы сможем ездить на автомобилях с такой подвеской.

Главное это скоро будет! Я верю в это и не перестаю удивляться гениальности человеческой мысли.

До встречи на блоге! Делитесь знаниями с близкими и удачи на дорогах!

Кстате, очень интересные статьи: Адаптивная подвеска, Пневматическая подвеска, Торсионная подвеска.

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

Шведская компания SKFпошла несколько иным путем, нежели наш предыдущий вариант. Они решили, что главное для автомобиля — это надежность конструкции и простота обслуживания. Амортизирующие элементы этого типа выполнены в несколько иной форме и сильно отличаются от обычного амортизаторы. Демпфирующий элемент выполнен в виде капсулы состоящую из двух электромагнитов. Бортовой компьютер автомобиля реагирует на показания особых колесных датчиков и изменяет мощность магнитов в режиме реального времени. Тем самым моментально изменяется жесткость смягчающего элемента. Также как и в прошлом варианте универсальность автомобиля полностью сохраняется — роль упругого элемента выполняет обычная пружина, так что при отсутствии питания или поломке машина остается полностью работоспособной. Даже при очень долго стоянке кузов машины не проседает, так как аккумуляторная батарея не истощается.

Сферические колеса на магнитной подвеске

Компания Goodyear, которая является производителем автомобильных покрышек с мировым именем, разработала дизайн сферической автомобильной покрышки, которая позволит автоматическим транспортным средствам перемещаться боком так же легко, как нынешние автомобили могут перемешаться вперед или назад. Применение подвески со сферическими колесами позволит избавиться от ограничений возможного направления движения, накладываемых традиционной конструкцией ось-колесо, которая остается практически неизменной уже почти 4 тысячи лет.

Концепт сферической подвески, получившей название Eagle-360, был продемонстрирован компанией Goodyear Tire & Rubber Company в рамках 86-го Международного Автосалона, который проходил в Женеве, Швейцария. К сожалению, представители компании Goodyear не предоставили никаких технических деталей, касательно конструкции подвески и трансмиссии автомобиля со сферическими колесами. Единственной доступной информацией является то, что для этого используется бесконтактная подвеска, использующая эффект магнитной левитации. И, судя по приведенным изображениям, сферические колеса полностью скрыты под элементами кузова автомобиля.

Будущее электромагнитной подвески

С каждым днём, инженеры из представленных выше компаний дорабатывают свои продукты, доводя их качество выполнения до серийного/совершенного уровня. Проводятся активные работы по обеспечению и оптимизации программного кода, с помощью которого осуществляется процесс управления электромагнитами. Пытаются работать с конструкцией установки, активно применяя новые материалы и производя прототипы намного легче предыдущих вариантов.

Некоторые эксперты подозревают активные работы по созданию рабочих прототипов в закрытых установках. Не исключено, что продвигать электромагнитную подвеску в скором времени будут и сами крупные производители автомобилей в лице Volkswagen, General Motors, Hyundai и других. Полезность и преимущества использования подобной системы видна невооруженным глазом, а потому осознанно никто не будет отказываться от подобной системы.

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.

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.

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: Системы контроля давления в шинах – коротко о главном

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

Наши дни

Смена руководства в 2013 году не повлияла на стратегию и форму компании — Bose по сей день продолжает оставаться частным предприятием с собственным офисами и заводами.

SoundLink

В 2014 году производитель сформировал отдельную линейку Bluetooth-колонок SoundLink. Новые версии этой портативной продолжают выпускаться. В том же году на рынке появилась музыкальная система SoundTouch с модулем Wi-Fi.

Panaray

Автомобильные системы также не были оставлены в стороне. В 2015 году была представлена первая версия премиальной музыкальной системы Panaray.

Lifestyle 650

В 2016 году компания запустила в серию новые ДК-комплекты Lifestyle формата 5.1 и саундбар SoundTouch 300. Эти продукты сама Bose считает новой вехой в истории компании.

QC35 II

Начиная с 2017 года, Bose вошла в партнерство с Google, вместе с разработчиками которого были созданы заточенные под Google Assistant наушники QC35 II.

Home 500

В тот же период Bose начала работу над созданием умных колонок Home. На сегодняшний в каталоге компании насчитывается несколько таких устройств. В 2019 году Bose начала продажи очков дополненной реальности.

По состоянию на конец 2019 года, в Bose Corporation работает более 9 000 сотрудников. Годовой доход составляет 4 млрд долларов США. Продукция компании производится в США, Мексике, Китае и Малайзии. Центральный офис расположен в Фрамингеме (Массачусетс).

В начале 2020 года Bose заявила о планах закрыть фирменные розничные магазины и перейти на продажи через интернет.

Источники

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Bose_Corporation

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Bose_home_audio_products

3. https://www.bose.com/en_us/about_bose/innovations_achievements.html

Динамическая стабилизация подвески Active Curve

Любой мотоциклист скажет вам, что заваливать байк в скоростной поворот- это естественная реакция, обусловленная физикой движущегося двухколесного тела. Мы же добавим, нам хотелось бы чтоб и автомобили так могли. Могут, уже могут! 2015 Mercedes-Benz S65 AMG Coupe обзавелся такой фантастической системой.

Суть работы системы крена Mercedes-Benz проста и сложна одновременно. При помощи датчика бокового ускорения, совмещенного с передней видеокамерой, S65 следит за поворотами и в нужный момент подключает свою пневмоподвеску наклоняя кузов в сторону апекса поворота (к вершине траектории поворота). Автомобиль проходит вираж стабильнее и без сильных кренов. Правда основной целью является не повышение скорости прохождения изгиба дороги, а, скорее, повышение комфорта, так как пассажиры испытывают меньшие боковые нагрузки на скорости. Возможно в будущем похожие технологии появятся и на бюджетных автомобилях.

P.S. Эта же система может отлично подойти и для работы на бездорожье. Разработки уже ведутся.

История создателя подвески Босе

Индиец по происхождению, Амар Боуз родился в США в 1929 году, и с детства проявлял интерес к аудиотехнике. Будучи от природы человеком любознательным, Боуз интересовался разными сферами жизни, а не только музыкой. Ещё одним его увлечением были автомобили. В отличие от автолюбителей того времени, ставивших на первое место скоростные характеристики и мощность двигателя, Боуз ценил комфорт. В 1964 году мужчина основал компанию по изготовлению наушников и акустики, а за 6 лет до этого события приобрел Pontiac с пневмобаллонной подвеской. Неизвестно, был ли он полностью удовлетворен ею, но, если судить по тому обстоятельству, что в 1980 году Боуз начал разрабатывать новый тип автомобильной подвески, претензии к ней у него были.

Виды электромагнитных подвесок

Исследования и разработки по улучшению ходовых качеств, сосредоточенные на системе подвески автомобиля, продвигаются по трем, отличным друг от друга, направлениям.

1. Подвеска Delphi;
2. Решение от компании SKF;
3. Электромагнитная подвеска  Боуза.

Магнитная подвеска от Delphi

Электромагнитная подвеска, разработанная компанией Delphi, представляет собой однотрубный амортизатор, заполненный магнито-реологическим составом, жидкостью с включением магнитных частиц, размером от трех до десяти микрон.

Специальное покрытие препятствует их слипанию, а количество равно одной третьей от требуемого объема жидкости. Головка поршня амортизатора представляет собой электромагнит, управляемый сигналами бортового компьютера. Под действием наведенного магнитного поля, частицы выстраиваются в пространстве в упорядоченные структуры, тем самым увеличивая вязкость жидкости и изменяя режим работы амортизатора.

Электромагнитная подвеска Delphi в действии – видео, наглядно иллюстрирующее конструкцию и полученный результат.

А так же видео полевых испытаний Corvette C5

Скорость реакции такой системы составляет 1 мс, что в десять раз меньше, чем в системах с электромагнитными клапанами. Потребляемая мощность составляет порядка 20 Вт. При неисправности электромагнита или в отсутствии управляющих сигналов, подвеска компании Delphi работает в режиме обычного гидравлического амортизатора.

Историческая справка. Первые эксперименты с магнито-реологическим составом в 1940 году провел Яков Рабинович. Родившийся на заре двадцатого столетия, в украинском городе Харькове, в 1935 году эмигрировал в США, где работал в Национальном бюро стандартов.

Будучи талантливым инженером, запатентовал более 300 изобретений. Среди них присутствует патент на дисковый магнитный накопитель, прообраз современных винчестеров. Скончался осенью 1999 года.

Шведская магнитная подвеска

Другим путем решили пойти конструкторы шведской компании SKF, решив, что простота – залог успеха и надежности. Подвеска в их исполнении представляет собой капсулу, состоящую из двух электромагнитов. Бортовой компьютер автомобиля анализирует данные колесных датчиков и «на лету» изменяет жесткость магнитного демпферного элемента, выбирая наиболее оптимальный режим работы.

Роль упругого элемента выполняет обычная пружина, что позволяет транспортному средству сохранять подвижность при отсутствии управляющих сигналов. Кроме того, даже при длительной стоянке автомобиля, отсутствует эффект «проседания», причиной которого является истощение аккумуляторных батарей, питающих элементы подвески.

Электромагнитная подвеска профессора Боуза

Но истинный прорыв в данной области совершил Амар Боуз, профессор Массачусетского технологического университета, основатель и владелец компании BOSE. Выложенное в Интернет видео испытаний его изобретения глубоко потрясло автомобильную общественность.

Идея, безусловно, не нова. Но никому еще не удавалось добиться хотя бы схожего быстродействия. Шток амортизатора, с закрепленными на нем постоянными магнитами, совершает возвратно-поступательные движения по длине обмотки статора, расположенного в корпусе узла.

Такая конструкция не только обеспечивает эффективное гашение колебаний, возникающих из-за неровности дороги, но и открывает новые возможности для управления транспортным средствам.

Заводя машину в вираж, можно подобрать такую схему сигналов бортового компьютера автомобиля, что опорным будет заднее внешнее колесо. Заехав в поворот, электромагнитная система перенесет нагрузку на внешнее переднее колесо. Как результат – полный контроль автомобиля на дорожном покрытии любого качества.

рекуперации

Но довольно слов! Видео демонстрации ходовых качеств новой подвески говорит само за себя.

Основная сложность на данный момент связана с разработкой программного обеспечения, способного реализовать весь потенциал подвески Боуза. Но есть надежда, что в ближайшее время проблема будет решена, и удивительная подвеска пойдет в серийное производство.

Мне нравится1Не нравится