Магнитная подвеска: Преимущество и недостатки, Виды магнитных подвесок
Чуть более четверти века назад мир был потрясен созданием поезда, парящим в воздухе и способным развить скорость до 500 км/ч. Применение эффекта парения стало возможным благодаря теории электромагнитных полей. Создание подобных транспортных средств несет большие расходы не только в их непосредственном производстве, но и в оформлении дорог в виде магнитного полотна. Это сделало изобретение экономически невыгодным и непригодным для класса универсального транспорта.
Однако, ключевые моменты в принципе работы электромагнитных полей нашли свое применение в автомобилестроении. «Парящий» транспорт получил научно обоснованное и подтвержденное право на реализацию. М агнитная подвеска автомобиля стала настоящим прорывом и переходом на новый уровень комфортного и безопасного вождения.
Электромагнитная подвеска — что за зверь, и с чем его едят
Главное отличие данной подвески от ее сестер — отсутствие вспомогательных элементов: торсионов, пружин, амортизаторов, стабилизаторов. Она представляет собой индивидуальную стойку на каждое колесо, управляемую электронным блоком и позволяющую контролировать состояние колес и кузова в режиме онлайн. Некоторые модели имеют стандартный комплект пружин и амортизаторов на случай неисправности автоматической системы. При отсутствии подачи электроэнергии, система автоматически переключается на механический режим через электромагниты.
Вместо привычных деталей магнитная подвеска оснащена электромагнитными клапанами или магнитно-реологической жидкостью. Основными ее компонентами являются:
- упругие детали, способные проводить силы, возникающие в вертикальной плоскости;
- элементы, отвечающие за перемещение колесной базы, взаимодействия колес и проводимость боковых и продольных сил;
- составляющие, направленные на гашение колебаний (амортизаторы).
В своей работе она отвечает за те же опции, что и ее вариации:
- обеспечивает гармоничную связь колес с кузовом;
- передает моменты и силы во время движения;
- гарантирует комфортное вращение колес относительно кузова;
- способствует плавности хода.
Чем проще подвеска, тем больше функций берет на себя каждый элемент. В современных конструкциях система распределения достаточно сложная и индивидуальная. Это обеспечивает более эффективное обеспечение безопасности, устойчивости, плавности хода и управляемости автомобилем.
Принцип работы электромагнитной подвески заключается во взаимодействии магнитного и электрического полей. Если механические конструкции осуществляют предназначение за счет пружин и других элементов, гидравлика — за счет рабочей жидкости, то здесь главную роль играют электромагниты. Управление ими происходит посредством электронного узла (через бортовой компьютер). Он снимает все данные со всего кузова, а затем направляет необходимые команды системе. Программа позволит анализировать не только состояние колес относительно кузова и дороги, но и характер дорожного полотна, а также уровень воздействия на автомобиль. Этот тип работы намного легче его механических и гидравлических вариаций.
Процесс протекает в дуэте с электродвижком, заменяющим обыкновенный амортизатор. Вопреки ожиданиям уровень электропотребления низкий из-за выработки электроэнергии во время обратного движения электромагнитов. Это делает подвеску экономичной.
Преимущества и недостатки
- Скорость реакции превышает ответность даже самой прокачанной гидравлики.
- Достигается максимально возможная плавность хода, позволяющая «не замечать» даже внушительные неровности дороги и в прямом смысле пролетать над ними.
- За счет вышеописанного повышается уровень безопасности вождения на любой скорости, в любую погоду и на любой трассе.
Единственным, пожалуй, недостатком является стоимость данной разработки. Цена удовольствия будет колебаться в пределах 200 тыс. рублей.
Виды магнитных подвесок
В настоящее время идет производство и разработка в трех ведущих направлениях:
Корпорация Bose под непосредственным руководством ее совладельца Амара Боуза, являющегося профессором американского университета, запатентовала производство электромагнитных подвесок в 1980 году. Благодаря расчетам и многочисленным испытаниям Амар смог вывести оптимальные параметры для данного устройства.
Продукция данной компании считается лучшей в своей области: они практически полностью устраняют любые колебания, возникающие при взаимодействии с дорогой. Принцип работы лежит в использовании упругого и демпфирующего элементов. Эта идея уже существовала, однако, успешное применение на практике ей смогли найти лишь в Bose.
Сама конструкция является штоком с закрепленными на нем магнитами. Поступательно-возвратные движения по всему статору, которые способны совершать данные элементы, не только нейтрализуют воздействие неровностей дорожного полотна на кузов, но и позволяют по-новому взглянуть на управление авто в принципе. Через бортовой компьютер можно задать настройку на определенную схему выполнения того или иного маневра и привязать к нему нужное колесо.
Еще одним ноу-хау данной продукции является выработка электроэнергии. По сути, подвеска является заодно и электрогенератором, преобразующим колебания в полезную силу. Сбор энергии производится в аккумуляторные батареи для последующего использования.
Отсутствие грамотного программного обеспечения — главный фактор, тормозящий широкое производство Bose.
Delphi
Решение от производителя Delphi заключается в однотрубном амортизаторе. На 1/3 его заправляют смесью с магнитными частицами и электромагнитом в виде головки поршня. Чтобы избежать слив магнитной смеси весь амортизатор покрыт слоем специального покрытия. Управление все также возлагается на электронный узел.
Работает эта подвеска через воздействие магнитного поля на амортизатор. В процессе происходит создание упорядоченной цепочки из магнитных частиц. Это увеличивает вязкость самой жидкости, и за счет этого амортизатор переключается на следующий режим работы.
Главные достоинства этого типа — реакция на запрос бортового узла в одну миллисекунду и малое потребление в 20 Вт, а также переход на гидравлику в случае поломки.
Швейцарская разработка SKF является капсулой, состоящей из 2-х электромагнитов. При движении авто компьютер собирает информацию со всех колес с помощью установленных датчиков и направляет сигналы для изменения текучести демпфирующего элемента. Помимо него в подвеске имеются упругие части — пружинки, гарантирующие упругость и подвижность даже при поломке управляющего центра.
Благодаря подпитке подвески через аккумулятор даже в режиме офлайн, автомобиль не будет проседать во время длительной стоянки. Наличие упругих элементов позволяет минимизировать ущерб в случае неисправностей системы.
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.
Феномен Bose: почему лучшая в мире подвеска до сих пор не стала серийной
Предназначение автомобильной подвески – обеспечивать комфорт и постоянное сцепление с дорогой. Предназначение выдающейся автомобильной подвески – обеспечивать беспрецедентный комфорт, полностью изолируя кузов от того, что находится под колесами. Кто мог бы создать такую подвеску? Немцы? Японцы? Нет, ее создали американцы – причем не из Ford или GM, а из компании, которая вообще производит не автомобили, а аудиотехнику – Bose.
Bose – не бренд, но человек
К ак и многое революционное в мире, технология принципиально новой автомобильной подвески обязана своим появлением человеку, который был достаточно решителен, чтобы отрицать невозможное. Его имя — Амар Боуз.
Американец индийского происхождения, он и сам нес в себе немало революционного: его отец в юности был на острие борьбы индийских революционеров с английскими колонизаторами. Амару повезло больше: он родился уже после переезда отца в США, но дух новаторства и стремление расширять границы возможного передались ему по наследству, воплотившись в его самореализации в технике.
Будучи страстным увлеченным меломаном, он посвятил себя акустике и аудиотехнике. Но как и любой разносторонне развитый человек, он не ограничил себя только ей: еще одним увлечением Амара были автомобили. Однако в отличие от большинства, которое привлекали мощность, скорость и дизайн, Боуз ценил в них другое: комфорт. Еще за шесть лет до основания собственной компании, которой суждено было стать в ряд лучших производителей топовой акустики, Амар приобрел Pontiac Bonneville с подвеской Ever-Level Air Ride, где вместо пружин были применены пневмобаллоны. Был ли он удовлетворен ей? Ответом может послужить то, что спустя 10 лет он сменил Pontiac на Citroen DS, чья гидропневматическая подвеска была настоящим произведением искусства. Но судя по тому, что произошло дальше, Боуз имел на этот счет свое мнение.
На фото: Pontiac Bonneville ‘1962 и Citroen DS ‘1968–76
В 1980 году, уже будучи владельцем собственной компании, профессор в одиночку начал разработку совершенно нового типа автомобильной подвески, используя свой опыт и знания в совершенно несопоставимой на первый взгляд сфере аудиотехники. Но если приглядеться, можно увидеть кое-что общее: колебания, волны, передача энергии… Проецировав и масштабировав их от динамического излучателя на подвеску, Боуз создал конструкцию, которая предвосхитила появление систем шупомодавления – только в автомобильном понимании.
Технологическая магия
Подвеска, спроектированная профессором, буквально «подавляла» колебания, поступающие извне. Убедившись, что идея жизнеспособна, через три года после начала своих изысканий Боуз привлек к работе над ней отдельную команду, но тщательно засекретил разработку. Подразделение, занятое ей, получило имя «Project Sound», чтобы не распространять информацию не только вовне, но и внутри самой компании. Что же представляет собой изобретение Bose, и что в нем революционного?
Основой конструкции является линейный электромотор, питаемый усилителями и управляемый системой на основе микропроцессора. Электромотор выполняет функции амортизационной стойки: он «сжимается» и «разжимается», но делает это в разы быстрее обычного амортизатора с пружиной, изменяя свою длину за миллисекунды. Именно этот «лаг» у традиционной подвески не позволяет ей обеспечить абсолютный покой кузова: ее ходы и скорость отклика ограничены физикой, и в определенный момент сжатие или разжатие подвески не позволяет компенсировать размеры преодолеваемой неровности, передавая остаточные колебания дальше, на кузов. Линейные электромоторы с молниеносным откликом полностью решали эту проблему, прецизионно повторяя неровности поверхности и не передавая дальше абсолютно ничего. Диапазон перемещения электромоторов составлял 20 сантиметров – это и был предел полного комфорта, в пределах которого кузов оставался неподвижным.
И это было не единственным преимуществом электромоторов. Разумеется, столь сложная и мощная электронная система, несущая большую нагрузку в виде автомобиля, требовала соответствующего питания. Однако эта особенность во многом компенсировалась схемой работы моторов: они имели рекуперативную функцию, возвращая обратно на усилители часть затраченной энергии в циклах сжатия. По данным Bose, такая схема позволяла обеспечить потребляемую мощность на уровне втрое меньшем, чем у штатной системы кондиционирования автомобиля.
Но и это еще не все! Во-первых, конструкция подвески предусматривала гашение не только крупных, но и мельчайших неровностей, проявляющих себя на уровне вибраций. Для этого ступичные узлы имели собственные встроенные демпферы, подавляющие микроколебания. Ну а во-вторых, программный комплекс обеспечивал идеально стабильное положение кузова автомобиля не только на неровностях, но и при маневрировании, полностью исключая поперечную раскачку в поворотах и продольную при разгонах и торможениях. «Железную» же основу подвески составляли торсионы, которые, впрочем, выполняли фактически лишь несущую функцию для кузова, оставляя всю настоящую работу системе от Bose.
Работа над революционной подвеской продолжалась долгие 24 года: Боуз рассекретил свое детище только в 2004-м, представив его широкой публике, но так, впрочем, и не разрешив даже журналистам опробовать его в деле. Но и без этого презентация произвела ошеломляющий эффект: это была настоящая технологическая магия, все отзывы и рассказы о которой сводились к главному – тому, что «кузов невероятным образом оставался абсолютно неподвижным, пока колеса отрабатывали все неровности». Тестовыми прототипами стали два седана Lexus LS 400, один из которых был оставлен в заводском исполнении, а другой оснащен комплексом от Bose. И этот комплекс, управляемый тогда, в 2004-м, 750-мегагерцовым Pentium-III, работающим на четверть своей производительности, был настоящей квинтэссенцией сути автомобильной подвески.
На фото: Lexus LS 400 ‘1989–94
В современных автомобилях всегда существует компромисс между мягкостью на неровностях и раскачкой при маневрировании. Эта система обеспечивает управляемость лучшую, чем у любого спорткара, и самую высокую плавность хода, которую только можно представить.
К слову, будучи управляемой программно, подвеска от Bose позволяла вносить изменения в алгоритмы ее работы и создавать алгоритмы различных режимов движения. В Bose, к примеру, отказались от того, к чему в наши дни пришел Mercedes-Benz со своей подвеской Magic Body Control — наклона кузова автомобиля в поворотах, хотя подобные алгоритмы были разработаны и протестированы. Испытания, проведенные к тому моменту, показали, что подобное «мотоциклетное» поведение было слишком непривычным и неожиданным для пассажиров, а некоторые водители в скоростных поворотах, напротив, переоценивали возможности автомобиля, провоцируя опасные ситуации.
Один из журналистов, побывавших на презентации подвески Bose, так описал свои первые впечатления от этой технологии.
Сначала нас привели ангар, где два автомобиля были установлены бок о бок на вибростендах с четырьмя отдельными опорами, по одной на колесо. Каждая из опор могла подниматься и опускаться в различных диапазонах перемещения и скорости, имитируя неровности дороги. Но, не удовлетворившись имеющейся программной технологией имитации дороги, в Bose разработали свою собственную. Проехав круг по настоящей дороге, изобилующей кочками, выбоинами и ямами, инженеры программно перенесли ее на стенды. Кроме того, они разработали для машины, оборудованной подвеской Bose, режим, имитирующий заводскую подвеску, с возможностью переключаться между ним и фирменным режимом Bose по нажатию кнопки.
Двое из нас сели в машины, и инженеры запустили вибростенды. Сначала автомобиль с подвеской Bose был переведен в режим заводской подвески, и мы ощущали колебания, хоть и несильные, и раскачку машины можно было наблюдать в зеркала, расположенные снаружи автомобиля для наглядности. Другой LS 400, без подвески Bose, колебался абсолютно так же – мы «двигались» по одной и той же дороге. Затем инженер нажатием кнопки перевел подвеску Bose в ее нормальный режим – разница была ошеломляющей. В зеркала снаружи было хорошо видно, что колеса продолжают перемещаться вверх и вниз в такт колесам стандартного автомобиля рядом с нами, но кузов оставался настолько неподвижным, что в салоне можно было пить кофе, не пролив ни капли.
Остальную часть презентации, тщательно составленной специалистами Bose, можно и нужно видеть своими глазами. Автомобиль преодолевает неровности, входит в повороты, разгоняется и тормозит – и все это без малейшего колебания кузова. Финальным аккордом в этом шоу был трюк, в котором автомобиль с подвеской Bose легко и плавно перепрыгивает деревянную планку, имитирующую препятствие, а затем «кланяется» вместе с водителем, вышедшим из машины. Эта часть, конечно была просто демонстрацией возможностей: инженеры не планировали подобную опцию в серийной реализации. Но впечатление на зрителей этот прыжок производил исправно, начиная с 2004 года – ведь подобные презентации в Bose проводили не только для журналистов, но и для потенциальных партнеров, которые могли бы заинтересоваться их технологией.
Слишком смело для рынка
Но вот как раз с потенциальными партнерами ситуация складывалась не так ярко, как с разработкой и практической реализацией. Разумеется, главными целевыми потребителями своей технологии в Bose видели крупных производителей люксовых автомобилей – как спортивных, так и представительских. Ferrari, Jaguar, Mercedes, Honda и другие были заинтересованы в том, чтобы применять новую подвеску в своих автомобилях. Каждый, кто испытывал лично изобретение Bose, неизменно говорил, что это лучшая подвеска, которую он когда-либо видел. Но когда дело доходило до цифр, все с миной сожаления закрывали свои папки и отправлялись домой, чтобы «обдумать» предложение, которое не решился принять никто.
У меня нет сомнений в том, что эта технология может стать успешной на рынке. Но для этого требуется компания, которая интересуется чем-то большим, чем дизайн и лошадиные силы.
Помимо усложняющей автомобиль электрической обвязки на момент разработки стоимость некоторых компонентов была весьма высока, усложняя серийное производство и удорожая конечный продукт. К примеру, помимо микропроцессора «узким местом» были мощные неодимовые магниты, материал для производства которых был дорог. Но это было не главной проблемой: профессор Боуз был совершенно прав, предсказав, что в будущем стоимость этих компонентов снизится до приемлемой.
Но вот избавить систему от двух других недостатков оказалось не так легко, и первым из них стала масса конструкции. Целевой показатель увеличения веса автомобиля, по расчетам инженеров, составлял 90 килограммов – именно столько, почти центнер, должна была прибавить подвеска автомобиля с системой Bose по сравнению с обычной. Конечно, здесь рост неподрессоренной массы не оказывал никакого негативного влияния на плавность хода и устойчивость автомобиля – напротив, эти показатели вырастали до небывалых высот. Но вот ухудшение динамики и повышение расхода топлива исключить из уравнения не удавалось никак – а на фоне ужесточающихся уже тогда экологических норм и требований к снижению расхода топлива это было довольно важно. Ну а еще внедрение подвески от стороннего производителя без обширных испытаний, в том числе ресурсных, ни один автобренд, разумеется, позволить себе не мог. Интеграция системы Bose означала довольно серьезные инвестиции, которые в случае успеха оборачивались уникальным конкурентным преимуществом, но в случае неудачи не могли окупиться никоим образом.
Время шло, а уникальная технология так и оставалась в статусе «перспективной, но сложной в реализации». Эксперты сулили ей рыночный успех то в новом флагманском Cadillac, то в Audi A8, а некоторые даже полагали, что смелые французы увидят в ней будущее, сменив свой Hydractive на принципиально новую и более эффективную схему. Однако и по сей день ни одного соглашения с автопроизводителями заключено не было. Наработки Bose нашли свое серийное воплощение в другом продукте – сиденьях с системой амортизации Bose Ride, адресованных профессиональным водителям грузовых автомобилей. Но вот подвеска дальше «обкаточных» Lexus LS 400 не пошла…
От революции к эволюции
В 2013 году умер отец идеи электромагнитной подвески, профессор Амар Боуз, который больше всех верил в успех своего детища. Но успех к нему так и не пришел, и в конце 2017 года в Bose объявили о продаже своих наработок молодой компании ClearMotion. Но продажа не обозначила возрождения технологии под новым именем: текущий курс ClearMorion предполагает разработку подвески, сохраняющей классическую конструкцию с упругими элементами в виде пружин и амортизаторов. Упор в ней сделан на электрогидравлический модуль Activalve с электронным управлением, который является внешним элементом амортизатора и позволяет ускорить отклик гидравлической системы на дефекты дорожного полотна: амортизатор с ним сжимается и разжимается быстрее.
Дальнейшее развитие системы предполагает сбор и анализ данных о рельефе дорожного полотна, их глобальное аккумулирование в облачных хранилищах и дальнейшее использование для «предугадывания» поведения подвески. Звучит революционно – но революционно по-современному, с привкусом стартапов, краудфандинга и Кремниевой долины. Да и конструкция получается куда сложнее, чем то, что предложил почти 30 лет назад профессор Амар Боуз.
Электромагнитная подвеска автомобиля
Одним из главных узлов любого автомобиля является подвеска, контролирующая машину во время движения, а также обеспечивающая комфорт водителя и пассажиров. Разные модели авто подразумевают и различные конструкции подвесок: механическая, гидравлическая и пневматическая. Но на сегодняшний день есть одна уникальная разработка – электромагнитная подвеска автомобиля.
Что такое электромагнитная подвеска
Электромагнитная подвеска представляет собой комплекс узлов и механизмов, выполняющих функцию связующего элемента между кузовом автомобиля и дорогой. В отличие от классических подвесок, у нее есть возможность функционирования при полном отсутствии таких элементов, как торсионы, пружины, стабилизаторы, амортизаторы и других вспомогательных узлов. Электромагнитная подвеска автомобиля работает посредством функционирования магнитных клапанов или магнитно-реологической жидкости. Она представляет собой особую конструкцию, основополагающим элементом которой является электродвигатель. При этом режим работы формируется и выбирается микроконтроллером. Условно говоря, все это становится альтернативой обычному стандартному амортизатору. Другими словами, если механическая подвеска зависит от пружин, гидравлическая – от жидкости, а пневматическая – от воздуха, то электромагнитная подвеска напрямую зависит от магнитов и электронного блока, посредством которого она управляется. Водитель может контролировать положение кузова и колес в режиме реального времени.
Достоинства электромагнитной подвески
Электромагнитная подвеска, как последнее ноу-хау, имеет ряд преимуществ, которые выражаются в:
- высокой плавности хода автомобиля;
- устойчивости машины во время движения на большой скорости;
- высоком уровне безопасности;
- рациональном использовании энергетических запасов.
Отдельно стоит отметить комфорт водителя и пассажиров, который они испытывают во время движения. Полностью отсутствует жесткость, характерная для механических подвесок при движении по неровному дорожному покрытию.
Электромагнитная подвеска обладает еще одним уникальным свойством. Она способна перейти в механический режим работы, если подача электроэнергии по каким-либо причинам была прекращена.
Единственным недостатком на сегодняшний день является лишь достаточно высокая стоимость изделия. Цена на электромагнитную подвеску превышает стоимость механических и гидравлических подвесок в десятки раз.
Типы электромагнитных подвесок
В зависимости от бренда, разрабатывающего и выпускающего такое новшество, как электромагнитная подвеска, различают следующие виды.
Подвеска фирмы SKF
SKF – шведская разработка, представляющая собой капсулу, состоящую из двух электромагнитов. Характерной чертой является отсутствие эффекта «проседания» даже при длительном нахождении автомобиля в нерабочем состоянии. Дело в том, что в конструкции предусмотрено наличие пружин, обеспечивающих подвижность всех элементов даже при отключенном бортовом компьютере.
Подвеска фирмы Delphi
Delphi – такая электромагнитная подвеска напоминает конструкцию однотрубного амортизатора, залитым специальным магнитным веществом. в роли электромагнита – поршень, управляемый бортовым компьютером.
Подвеска фирмы Bose
Bose – признана лучшей разработкой в сфере автомобилестроения за последние годы. Она «мягкая», так как идеально устраняет все колебания, возникающие во время движения, особенно по неровной поверхности. Выступает в качестве упругого и демпфирующего элемента. Конечно, данная идея не является открытием. Но именно жесткая конкурентная борьба среди разработчиков, стимулировала инженеров компании Bose воплотить эту идею лучше всех. Электромагнитная подвеска Bose имеет еще одну отличительную от всех других особенность. Колебания, вызванные неровностью дорожного покрытия, в режиме функционирования «электрогенератор» при движении трансформируются в электроэнергию, которая не исчезает просто так, а накапливается в аккумуляторе с целью дальнейшего использования.
Применение электромагнитной подвески в автомобиле
Несомненно, электромагнитная подвеска для автомобиля – это прорыв разработчиков автомобилестроения, который дает возможность повысить качество управления. Многорычажная система постепенно остается в прошлом, ее должны заменить электромагниты, ведь прогресс не стоит на месте. Планируется, в скором будущем электромагнитная подвеска из разряда «ноу-хау» плавно перетечет в обычный элемент любого автомобиля. Остается надеяться, что и стоимость разработки будет более доступной, а быть может, настанут времена, когда такой узел машины можно будет собрать своими руками.
Источник https://promercedes.ru/remont/podveska/magnitnaya-podveska
Источник https://www.kolesa.ru/article/fenomen-bose-pochemu-luchshaya-v-mire-podveska-do-sih-por-ne-stala-serijnoj
Источник https://avtofun.ru/art_electromagnitnaya_podveska_auto.php
