Электромагнитная подвеска автомобиля

Виды зависимых подвесок

В зависимости от применяемых упругих элементов меняется вся схема подвески. Дополнительное усложнение начинается, когда конструкторы стремятся максимально уменьшить влияние врождённых недостатков зависимой подвески или увеличить её прочность и грузоподъёмность.

На продольных рессорах

Самая распространённая схема для грузовиков и прочих автомобилей середины 20 века. Обычно применяются рессоры полуэллиптического типа, сменившие ранее использовавшиеся полные рессорные эллипсы на каретах и первых автомобилях.

Рессора представляет собой дугообразный набор из листов рессорной стали, собранных в пакет с помощью хомутов. Иногда между листами находятся пластиковые противоскрипные шайбы. Они же уменьшают нежелательное трение между листами, которое снижает комфорт на мелких неровностях. Рессора крепится к балке моста с помощью U-образных стремянок, стянутых гайками.

На автомобилях высокой проходимости с целью максимального поднятия кузова над дорогой рессоры могут быть расположены поверх балки, но типичной стала конструкция, где они находятся под ней. Так автомобиль более устойчив за счёт снижения центра тяжести.

Тянущее и толкающее усилие от моста на кузов передаётся через те же рессоры, обладающие высокой прочностью. На концах рессор расположены кронштейны с резиновыми втулками, которые могут перемещаться, компенсируя изменение длины рессоры при сжатии.

Других тяг и рычагов в подвеске нет. Амортизаторы закреплены через сайлентблоки между балкой и кузовом автомобиля или рамой.

На поперечных рессорах

Расположение одиночной рессоры для всей оси поперёк кузова применялось очень давно и сейчас уже не встречается. Такая схема не имеет достаточной жёсткости в продольном направлении, поэтому исчезла с появлением на автомобилях мощных двигателей и эффективных тормозов.

Поперечная рессора не выдерживала никакой критики с точки зрения компоновки и не давала никаких преимуществ. Чисто музейная конструкция.

С направляющими рычагами

Несмотря на рекордную простоту и дешевизну конструктива, использование рессор не могло обеспечивать нужный комфорт. Если на грузовиках или армейских джипах это не было приоритетным, к тому же их большая масса уменьшала недостатки, то для лёгких пассажирских машин требования плавности хода во всех условиях вызвали необходимость применения спиральных пружин.

Они обладают гораздо меньшим внутренним трением, а с задачами демпфирования гораздо лучше справляются гидравлические амортизаторы.

Но пружина не имеет продольной и поперечной жёсткости, поэтому балку пришлось подвешивать на системе тяг и рычагов. Чаще всего применяется пятирычажная конструкция.

В ней имеются четыре продольные и одна поперечная тяги. Внешне это отдалённо напоминает полуэллиптические рессоры, но тут их способности упруго отрабатывать вертикальные нагрузки, жёстко сдерживая продольные, поперечные и скручивающие, разделены между пружинами и тягами. Тяга, удерживающая мост от поперечного смещения, была названа тягой Панара.

Именно в тяге Панара скрывается один из самых существенных недостатков этой схемы. Работая под переменным углом, она вызывала смещение моста в поперечном направлении при вертикальных колебаниях подвески.

Проявлялось это в забросах кузова в стороны, что могло привести к потере управляемости на большой скорости. Поэтому иногда в систему тяг вводят дополнительные конструкции вроде параллелограмма Уатта, компенсирующие этот эффект.

Балансирная подвеска

В многоосных грузовых автомобилях с целью упрощения конструкции при одновременном повышении плавности хода используется подвеска, в которой на каждую пару близко расположенных колёс одной стороны приходится одна продольная рессора.

Каждый её конец соединён с балкой соответствующей оси, а скручивающие усилия воспринимают на себя расположенные ниже мостов балансирные рычаги.

Подвеска получается достаточно компактной и прочной, сочетая относительную плавность хода с большой грузоподъёмностью.

Отличительная её черта – наличие продольной связи между колёсами. У прочих зависимых схем связь исключительно поперечная.

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.

Назначение элементов

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

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

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

Подвески грузовиков

Как правило, в грузовиках применяется зависимая конструкция подвески с поперечными или продольными рессорами, а также амортизаторами гидравлического типа. Благодаря своей простоте такая подвеска до настоящего времени широко используется в производстве.

Кроме того, данный вариант является и наиболее простым. Это значит, что продольные рессоры фиксируются в кронштейнах кузова, а к ним подвешивается мост. Что касается амортизаторов, то они крепятся прямиком к балке заднего моста. При такой конструкции главная роль отводится рессорам, которые не только выдерживают мост, но и связывают кузов и колесо, а также выступают в качестве направляющих элементов.

Однако такая простота является определяющей лишь в производстве, тогда как водителю приходится бороться с плохой управляемостью автомобиля на высоких скоростях. Дело в том, что рессоры далеко не идеальны в роли направляющих элементов. Следовательно, сцепление колес с дорогой значительно ухудшается.

Подводя итог отметим, что рассмотренные типы подвесок автомобилей не являются исчерпывающим списком, но в наши дни они наиболее популярны, как в отечественном, так и в мировом автомобилестроении.

Способы практического применения

Однако применить эти технологии в автомобилестроении очень сложно, ведь обычный седан ездит по городу на колесах, и скорость в полтысячи километров ему явно ни к чему. Ведь если начать применять магнитные подушки повсеместно, то это мы увидим два основных минуса:

• Необходимость возведения специальных дорог.
• Убивает в корне многозадачность автомобилей.

И действительно, невозможно себе представить уже будет внедорожник или 18-ти колесник, т.к. как минимум нужно будет строить специальные дороги по всему миру, а это триллионы триллионов долларов. Однако сейчас конструкторы решили проводить опыты по внедрению эффекта магнитного поля в автомобилестроение. Тут и появилась магнитная подвеска. По расчетам инженеров подвеска находится под управлением бортового компьютера машины и должна на основе эффекта левитации обеспечивать плавность хода, которую невозможно достичь механическими способами. Также такая подвеска автомобиля должна обеспечивать более стабильную управляемость.

Почему подвеска называется зависимой

В определении термина заключена основная особенность механизма – жёсткая связь между колёсами одной оси. Любое изменение пространственного положения одного из них обязательно повлияет на второе. То есть колёса зависимы, что несколько упрощает конструкцию, но не всегда благотворно влияет на характеристики подвески.

Принцип работы

Как и любой другой тип подвески, зависимая включает в себя:

• упругие элементы в виде спиральных пружин, листовых рессор, или более экзотических устройств, встречающихся на легковых автомобилях довольно редко;
• демпферы колебаний, обычно это гидравлические амортизаторы телескопического типа;
• направляющий аппарат, поддерживающий более-менее неизменными углы установки колёс при рабочих ходах подвески на сжатие и отбой.

При наезде на препятствие одним из колёс, второе, расположенное на той же оси, по причине своей связи с первым через жёсткую балку начинает изменять свой угол развала, сохраняя схождение.

При этом смещается пятно контакта, изменяется его форма и площадь, что с точки зрения управляемости на большой скорости очень нежелательно. Для ослабления данного эффекта применяются разные технические ухищрения, но полностью избежать этого невозможно.

Устройство и схема зависимой подвески

Различаются схемы зависимой подвески для ведущих и свободных мостов автомобиля. При этом любой мост может быть управляемым, но рулевой привод не оказывает влияния на работу подвески и не относится к её узлам.

Наиболее просто выглядит зависимая подвеска неведущего моста. Чаще всего такое встречается на грузовых автомобилях, поскольку подобные конструкции на легковых давно ушли в прошлое, а у автомобилей повышенной проходимости, за которыми закрепилось фольклорное название джипов, все мосты являются ведущими.

Свободный мост представляет собой довольно мощную кованую профилированную балку, на концах которой смонтированы ступичные узлы колёс с подшипниками и тормозными механизмами.

В качестве упругого элемента могут быть применены рессоры или пружины. В первом случае достаточная прочность и жёсткость пакетов листовых рессор в продольном и поперечном направлении позволяет обойтись без прочих деталей направляющего аппарата, так как в вертикальном рессора обладает нужной упругостью.

Примерно так же устроен и ведущий мост с зависимой подвеской. Иногда его ещё называют неразрезным. Он представляет собой уже не швеллер, а полую трубу с картером (часто именуемым «яблоком») редуктора.

От редуктора по трубам балки (чулкам) к ступицам колёс идут жёсткие полуоси. Если мост является одновременно управляемым, то полуоси соединяются со ступицами через ШРУСы – шарниры равных угловых скоростей, что позволяет колёсам изменять положение своей плоскости вращения в повороте.

К яблоку моста подходит карданный вал. Подвеска всей балки с редуктором и колёсными узлами аналогична неведущему мосту. Те же рессоры, пружины и амортизаторы.

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.

Виды магнитных подвесок

Современная автомобильная промышленность дала миру три основных бренда, продукция которых – электромагнитная автомобильная подвеска высокого класса. Это такие фирменные марки:

• SKF;
• Delphi;
• Bose.

Каждый из них, базируясь на фундаментальном принципе работы, имеет свои отличия и изюминки, ряд преимуществ и недостатков. Объединяет их то, что каждая из них обеспечивает не только отличную плавность движения автомобиля, но и его отменную устойчивость при передвижении на большой скорости.

В плане комфортности и безопасности водителя и пассажиров такие магнитные подвески не имеют себе равных. Помимо того, они позволяют рационально использовать энергетический потенциал авто.

Магнитная подвеска SKF

Этот вариант сконструирован в формате капсулы, которую составляют два электромагнита. Бортовой компьютер сверхбыстро собирает информацию с всевозможных датчиков и с её учетом делает коррекцию жесткости демпфирующих элементов, определяя оптимальный режим передвижения машины. Ещё одним однозначным «плюсом» такой модели является то, что здесь сохранена возможность перейти от автоматического формата к механическому.

Подвеска Delphi

Такой вариант отличается особенным конструированием подвески — это однотрубный амортизатор, внутри которого находится магнитно-реологическая жидкость. Магнитные частицы в ней микроскопические, не более 10 микрон. Кроме того, в раствор добавляется определенная пропорция специального покрытия, чтобы частицы друг с другом не слипались. В поршне амортизатора, которым руководят с помощью электронного блока, содержится электромагнит. Когда подается управляющий сигнал, создается поле магнитного характера и частицы располагаются в упорядоченной структуре.

Такая подвеска отличается скоростью реакции и возможностью применять, при поломке, гидравлический амортизатор.

Гидравлический амортизатор

Электромагнитная подвеска Bose

Мало кто знает, что её создал известный изобретатель Арам Боуз, производящий классные музыкальные приспособления. В настоящее время такие модели являются, пожалуй, самыми популярными, показывая необыкновенную быстроту операций, которую обеспечивает магнитный шток.

Модель демонстрирует линейный электродвигатель. Зависимо от того, какой режим езды, такой двигатель функционирует в роли упругого или демпфирующего элемента. Кроме того, такая модель даёт возможность широко варьировать всевозможные настройки. Другой изюминкой считается «режим электрогенератора». Так, колебания машины превращаются в электроэнергию, которая концентрируется в аккумуляторах.

Подвеска марки Delphi

Компания Delphi предлагает систему с однотрубным амортизатором с наполнением в виде магнито-реологического состава. Это особая комбинация жидкости и магнитных элементов, которые в ней содержатся. Благодаря использованию специальных покрытий мелкие частицы не слипаются и занимают примерно одну треть от всего объема жидкости. Поршневая головка представлена электромагнитом, который управляется командами борт-компьютера. Под воздействием магнитного поля магнитные элементы меняют конфигурацию расположения, в результате чего подвеска Delphi корректирует настройки амортизатора. К достоинствам такой конструкции следует отнести скорость реакции, которая не превышает 1 м/с. Именно в таком исполнении электромагнитная система обеспечивает наиболее экономный расход энергоресурсов.

Лучшие современные системы подвесок машин

В автомобиле нет лишних частей, все важно, вплоть до самого небольшого и ненужного на первый взгляд болтика

Однако есть в машинах одна система, которая редко получает должное внимание, но ее правильная работа- это залог нормальной управляемости и каждодневной безопасности. Мы говорим о системе подвески

Конструкторы автомобилей находятся в перманентных поисках ее идеальной настройки и в процессе непрерывного усовершенствования конструкции. Идеальное сочетание комфортной езды и спортивной управляемости вещь очень сложно достижимая. Тем не мене современные технологии позволяют приблизится к мечте и некоторые из них неплохо с этим справляются.

Представляем вашему вниманию три новинки в мире подвесок. Где используются, как появились, в чем их отличия? Краткий обзор.

Виды электромагнитных подвесок

Среди представленных ныне на рынке вариантов действительно работающих типов электромагнитных подвесок основными можно выделить следующую группу:

1. Электромагнитная подвеска Bose – исторически первая электромагнитная подвеска в мире удерживает пальму первенства. За основу успеха в компании взята самая упрощенная идея с электродвигателем, выполняющим сразу два элементных образа, однако работу линейной установки довели до предельного совершенства. Быстродействие достигается благодаря использованию в конструкции штока, к которому прикреплены магниты различной силы и действия. Кроме того, сменное выполнение возвратно-поступательной активности магнитов позволяет использовать определенное колеса под определенный вираж, что значительно повышает маневренность.
2. Подвеска шведской компании SKF – казалось бы куда уж проще может быть конструкция в сравнении с подвеской Боуза. Однако шведы, из конструкторной компании SKF решились на эксперимент: они создали устройство, которое представляет из себя капсулу, заполненную двумя электромагнитами. В отличии от предыдущего варианта, SKF подвеска использует пружину в роли элемента опоры. По сути, это механическая подвеска, которая может выполнять свои функции и на электромагнитной основе, в отличии от Bose подвески, где это роли взаимообратные. Такое исполнение позволяет эффективно использовать подвеску даже после истощения заряда батареи электродвигателя, что не позволяет проседать подвеске даже после длительного простоя.
3. Магнитная подвеска Delphi – в этой конструкции использует элемент амортизатора, в виде трубы, заполненной электромагнитом и жидкостью с магнитными частицами. Частицы небольшого размера (от 5 до 10 микрон), не сливаются благодаря нанесению спец.покрытия. В такой подвеске управление системой на себя берет головка поршня. Частицы реагируют на действия быстрее аналогов, а потому и отклик подвески намного быстрее остальных. Кроме того, несомненным плюсом такой подвески является использование гидравлики, в случае поломок электромагнитной системы управления частицами. Это возможно, благодаря наличии в конструкции стандартного амортизатора.

Автомобиль на электромагнитной подвеске «защищен» от проседаний, клинов и кренов во время совершения маневра поворота.

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.

Как работает

Наглядно проиллюстрировать, как функционирует электромагнитная подвеска автомобиля, хорошо на примере одного из самых удачных её образцов – подвески марки Bose. В ней главная функция возложена на шток, оснащенный магнитным «сердечком». Он находится в создаваемом при помощи линейного электродвигателя магнитном поле. За счёт изменений его характеристик обеспечивается быстрое изменение параметров упругости самой подвески и кузова автомашины. Всё это достигается с огромной скоростью реакции на внешние обстоятельства. Всю нужную информацию водитель постоянно считывает с разных датчиков, вмонтированных в разные места машины.

Сведенное к минимуму количество компонентов механического рода обеспечивает всей конструкции высокие ресурсные данные. Плавность движения автомобиля при этом гораздо выше, чем в традиционном варианте.

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.

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.