Vlastnosti a výhody magnetického zavěšení

Jakékoli moderní, i to nejlevnější auto, bude vybaveno odpružením. Tento systém je schopen zajistit pohodlnou jízdu na silnicích s různými typy povrchů. Účelem této části stroje je však kromě pohodlí také podpora bezpečné jízdy. Podrobnosti o pozastavení naleznete v části v samostatné recenzi.

Stejně jako jakýkoli jiný automatický systém se zavěšení upgraduje. Díky úsilí inženýrů z různých automobilových koncernů kromě klasických mechanických úprav již existuje pneumatická konstrukce (přečtěte si o ní podrobně zde), hydraulické a magnetické zavěšení a jejich varianty.

Uvažujme, jak funguje magnetický typ přívěsků, jejich modifikace a také výhody oproti klasickým mechanickým strukturám.

Co je magnetické zavěšení

Navzdory skutečnosti, že tlumicí systém vozu se neustále zdokonaluje a objevují se nové prvky v jeho designu nebo se mění geometrie různých dílů, jeho provoz zůstává v zásadě stejný. Tlumič zmírňuje rázy, které jsou přenášeny ze silnice přes kolo na tělo (podrobnosti o zařízení, úpravách a poruchách tlumičů jsou popsány odděleně). Pružina vrací kolo do původní polohy. Díky tomuto schématu práce je pohyb automobilu doprovázen neustálým přilnutím kol k povrchu vozovky.

Režim odpružení můžete radikálně změnit instalací adaptivního zařízení na platformu stroje, které by se přizpůsobilo situaci na silnici a zlepšilo ovladatelnost vozidla, bez ohledu na to, jak dobrá nebo špatná je silnice. Příkladem takových struktur je adaptivní zavěšení, které je v různých verzích již nainstalováno na sériových modelech (další podrobnosti o tomto typu zařízení najdete v zde).

Jako jedna z variant adaptivních mechanismů byl vyvinut elektromagnetický typ zavěšení. Pokud porovnáme tento vývoj s hydraulickým analogem, pak ve druhé modifikaci je v akčních členech speciální tekutina. Elektronika mění tlak v zásobnících, takže každý tlumicí prvek mění svou tuhost. Princip je obdobný pro pneumatický typ. Nevýhodou takových systémů je, že se pracovní obvod nedokáže rychle přizpůsobit situaci na silnici, protože je třeba jej naplnit dalším množstvím pracovního média, což v nejlepším případě trvá několik sekund.

Nejrychlejším způsobem, jak se s touto prací vyrovnat, mohou být mechanismy, které fungují na základě elektromagnetické interakce výkonných prvků. Reagují lépe na povel, protože pro změnu režimu tlumení není nutné čerpadlo nebo odčerpávání pracovního média z nádrže. Příkaz vydává elektronika v magnetickém závěsu a zařízení na tyto signály okamžitě reaguje.

Zvýšený jízdní komfort, bezpečnost při vysokých rychlostech a nestabilní povrch vozovky, stejně jako snadná ovladatelnost, jsou hlavními důvody, proč se vývojáři snaží implementovat magnetické odpružení do sériových automobilů, protože klasické konstrukce nejsou v tomto ohledu schopny dosáhnout ideálních parametrů.

Samotná myšlenka vytvoření „vznášejícího se“ vozidla není nová. Často se vyskytuje na stránkách fantastických děl s velkolepými lety gravikarů. Až do prvních let 80. let minulého století zůstala tato myšlenka ve fázi fantazie a pouze někteří badatelé ji považovali za možnou, ale ve vzdálené budoucnosti.

V roce 1982 se však objevil první vývoj vlaku pohybujícího se na magnetickém závěsu na světě. Tomuto vozidlu se říkalo magnetoplane. Ve srovnání s klasickými analogy vyvinul tento vlak v té době nevídanou rychlost - více než 500 km / h, a vzhledem k jeho měkkosti „letu“ a bezhlučnosti práce mohli skutečnou konkurenci čelit pouze ptáci. Jedinou nevýhodou, kvůli které je realizace tohoto vývoje pomalá, jsou nejen vysoké náklady na samotný vlak. Aby se mohl pohybovat, potřebuje speciální stopu, která poskytuje správné magnetické pole.

Ačkoli tento vývoj dosud nebyl uplatněn v automobilovém průmyslu, vědci nenechávají tento projekt „sbírat prach na polici“. Důvodem je to, že elektromagnetický princip činnosti zcela eliminuje tření hnacích kol na povrchu vozovky a ponechává pouze odpor vzduchu. Jelikož není možné úplně převést všechna kolová vozidla na podobný typ podvozku (bude nutné vybudovat odpovídající silnice po celém světě), inženýři se zaměřili na zavedení tohoto vývoje do zavěšení automobilů.

Díky instalaci elektromagnetických prvků na zkušební vzorky byli vědci schopni poskytnout koncepčním vozům lepší dynamiku a ovladatelnost. Konstrukce magnetického odpružení je poměrně složitá. Jedná se o stojan, který je instalován na všechna kola podle stejného principu jako stojan MacPherson (přečtěte si o něm podrobně v jiném článku). Tyto prvky nepotřebují tlumicí mechanismus (tlumič) ani pružinu.

Oprava provozu tohoto systému se provádí pomocí elektronické řídicí jednotky (samostatná, protože mikroprocesor potřebuje zpracovat velké množství dat a aktivovat velké množství algoritmů). Další vlastností tohoto odpružení je, že na rozdíl od klasických verzí nepotřebuje torzní tyče, stabilizátory a další součásti, aby byla zajištěna stabilita vozidla v zatáčkách a při vysokých rychlostech. Místo toho lze použít speciální magnetickou tekutinu, která kombinuje vlastnosti kapaliny a magnetizovaného materiálu nebo solenoidové ventily.

Některá moderní auta používají místo oleje tlumiče podobné látky. Jelikož existuje vysoká pravděpodobnost selhání systému (koneckonců, stále jde o nový vývoj, který dosud nebyl plně promyšlen), mohou být v jeho zařízení přítomny pružiny.

Princip činnosti

Princip interakce elektromagnetů se bere jako základ pro fungování magnetického odpružení (v hydraulice je kapalina, v pneumatickém vzduchu - vzduchu a v mechanice - pružných částech nebo pružinách). Fungování tohoto systému je založeno na následujícím principu.

Ze školního kurzu každý ví, že stejné póly magnetů se vzájemně odpuzují. K připojení magnetizovaných prvků budete muset vynaložit dostatečné úsilí (tento parametr závisí na velikosti připojovaných prvků a síle magnetického pole). Trvalé magnety s tak silným polem, aby odolaly hmotnosti automobilu, je obtížné najít a rozměry těchto prvků jim neumožní použití v automobilech, natož aby se přizpůsobily situaci na silnici.

Můžete také vytvořit magnet s elektřinou. V takovém případě bude fungovat, pouze když je pohon pod napětím. Intenzitu magnetického pole v tomto případě lze regulovat zvýšením proudu na interagujících částech. Tímto procesem můžete zvýšit nebo snížit odpudivou sílu a tím i tuhost zavěšení.

Takové vlastnosti elektromagnetů umožňují jejich použití jako pružin a tlumičů. K tomu musí mít struktura nutně alespoň dva elektromagnety. Neschopnost stlačit součásti má stejný účinek jako klasický tlumič nárazů a odpudivá síla magnetů je srovnatelná s silou pružiny nebo pružiny. Díky kombinaci těchto vlastností reaguje elektromagnetická pružina ve srovnání s mechanickými protějšky mnohem rychleji a doba odezvy na řídicí signály je mnohem kratší, jako v případě hydrauliky nebo pneumatiky.

V arzenálu vývojářů již existuje dostatečný počet funkčních elektromagnetů různých modifikací. Zbývá jen vytvořit efektivní odpruženou ECU, která bude přijímat signály ze snímačů polohy podvozku a těla a doladit odpružení. Teoreticky je tato myšlenka docela realistická, ale praxe ukazuje, že tento vývoj má několik „úskalí“.

Zaprvé budou náklady na takovou instalaci příliš vysoké pro motoristy s průměrným hmotným příjmem. A ne každý bohatý člověk si mohl dovolit koupit auto s plnohodnotným magnetickým odpružením. Zadruhé, údržba takového systému by byla spojena s dalšími obtížemi, například se složitostí opravy a malým počtem odborníků, kteří rozumí složitosti systému.

Lze vyvinout plnohodnotné magnetické odpružení, ale nebude schopné vytvořit hodnotnou konkurenci, protože jen málo lidí bude chtít vydělat jmění jen kvůli rychlosti odezvy adaptivního odpružení. Mnohem levnější as dobrým úspěchem lze do konstrukce klasických tlumičů zavést elektricky ovládané magnetické prvky.

A tato technologie již má dvě aplikace:

1. Namontujte elektromechanický ventil do tlumiče nárazů, který mění část kanálu, kterým se olej pohybuje z jedné dutiny do druhé. V tomto případě můžete rychle změnit tuhost odpružení: čím širší je obtokový otvor, tím měkčí tlumič funguje a naopak.
2. Vstříkněte magnetickou reologickou tekutinu do dutiny tlumiče, která změní své vlastnosti vlivem magnetického pole na ni. Podstata takové úpravy je totožná s předchozí - pracovní látka proudí z jedné komory do druhé rychleji nebo pomaleji.

Obě možnosti se již používají u některých sériových vozidel. První vývoj není tak rychlý, ale je levnější ve srovnání s tlumiči naplněnými magnetickou tekutinou.

Druhy magnetických suspenzí

Vzhledem k tomu, že plnohodnotné magnetické odpružení je stále ve vývoji, automobilky toto schéma částečně implementují do svých modelů automobilů, přičemž se řídí jednou ze dvou výše zmíněných cest.

Mezi veškerým vývojem magnetických suspenzí na světě existují tři odrůdy, které si zaslouží pozornost. Navzdory rozdílům v principu fungování, designu a použití různých pohonů mají všechny tyto úpravy několik podobností. Seznam obsahuje:

• Páky a další prvky chůze automobilu, které určují směr pohybu kol během provozu odpružení;
• Senzory polohy kol vzhledem k tělu, jejich rychlosti otáčení a stavu vozovky před vozem. Tento seznam obsahuje také univerzální senzory - síly sešlápnutí plynového / brzdového pedálu, zatížení motoru, otáčky motoru atd .;
• Samostatná řídicí jednotka, ve které jsou shromažďovány a zpracovávány signály ze všech senzorů v systému. Mikroprocesor generuje řídicí pulsy v souladu s algoritmy, které byly během výroby spojeny;
• Elektromagnety, ve kterých se pod vlivem elektřiny vytváří magnetické pole s odpovídající polaritou;
• Elektrárna, která generuje proud schopný aktivovat silné magnety.

Zvažme, co je zvláštností každého z nich, a poté probereme výhody a nevýhody magnetické verze tlumicího systému automobilu. Než začneme, je třeba si ujasnit, že žádný ze systémů není produktem podnikové špionáže. Každý z těchto vývojů je individuálně vyvinutým konceptem, který má právo na existenci ve světě automobilového průmyslu.

Magnetické zavěšení SKF

SKF je švédský výrobce autodílů pro profesionální opravy vozidel. Konstrukce magnetických tlumičů této značky je co nejjednodušší. Zařízení těchto pružných a tlumících částí zahrnuje následující prvky:

• Kapsle;
• Dva elektromagnety;
• Dřík tlumiče;
• Jaro.

Princip fungování takového systému je následující. Při spuštění elektrického systému vozidla se aktivují elektromagnety umístěné v kapsli. Díky identickým pólům magnetického pole jsou tyto prvky navzájem odpuzovány. V tomto režimu zařízení funguje jako pružina - neumožňuje tělu vozu ležet na kolech.

Když auto jede po silnici, senzory na každém kole vysílají signály do ECU. Na základě těchto údajů mění řídicí jednotka sílu magnetického pole, čímž zvyšuje pojezdovou vzpěru a odpružení se stává měkkým od sportovního. Řídicí jednotka také řídí svislý pohyb vzpěry, což nevyvolává dojem, že stroj běží pouze na pružinách.

Pružný efekt zajišťují nejen odpudivé vlastnosti magnetů, ale také pružina, která je instalována na stojanu v případě výpadku proudu. Tento prvek navíc umožňuje vypnout magnety, když je vozidlo zaparkováno s neaktivním palubním systémem.

Nevýhodou tohoto typu zavěšení je to, že spotřebovává hodně energie, protože ECU neustále mění napětí v magnetických cívkách, takže se systém rychle přizpůsobuje situaci na silnici. Pokud ale porovnáme „nenasytnost“ tohoto zavěšení s některými doplňky (například s klimatizací a fungujícím vnitřním vytápěním), pak nespotřebuje kriticky velké množství elektřiny. Hlavní věc je, že ve stroji je nainstalován generátor s vhodným výkonem (je popsána funkce, kterou tento mechanismus plní zde).

Pozastavení Delphi

Nové charakteristiky tlumení nabízí odpružení vyvinuté americkou společností Delphi. Navenek to připomíná klasický McPhersonův postoj. Vliv elektromagnetů se provádí pouze na vlastnosti magnetické reologické tekutiny v dutinách tlumiče nárazů. Navzdory této jednoduché konstrukci tento typ zavěšení vykazuje vynikající přizpůsobení tuhosti tlumení v závislosti na signálech z řídicí jednotky.

Ve srovnání s hydraulickými protějšky s proměnnou tuhostí reaguje tato modifikace mnohem rychleji. Práce magnetů mění pouze viskozitu pracovní látky. Pokud jde o pružinový prvek, jeho tuhost není třeba měnit. Jeho úkolem je při rychlé jízdě na nerovném povrchu co nejrychleji vrátit kolo na silnici. V závislosti na tom, jak funguje elektronika, je systém schopen okamžitě zvýšit tekutost tlumičů, aby se tyč tlumiče pohybovala rychleji.

Tyto vlastnosti odpružení jsou pro civilní dopravu málo praktické. Zlomky sekundy hrají v motoristickém sportu důležitou roli. Samotný systém nevyžaduje tolik energie jako v případě předchozího typu tlumičů. Takový systém je také řízen na základě dat pocházejících z různých senzorů umístěných na kolech a prvcích konstrukce zavěšení.

Tento vývoj se již aktivně využívá v adaptivních závěsech značek jako Audi a GM (některé modely Cadillac a Chevrolet).

Bose elektromagnetické zavěšení

Značka Bose je známá mnoha motoristy pro své prémiové reproduktorové systémy. Kromě vysoce kvalitní zvukové přípravy však společnost také pracuje na vývoji jednoho z nejpozoruhodnějších typů magnetického odpružení. Na konci dvacátého století byl profesor, který vytváří úžasnou akustiku, také „nakažen“ myšlenkou vytvoření plnohodnotné magnetické suspenze.

Konstrukce jeho vývoje se podobá stejnému tlumiči tyčí a elektromagnety v zařízení jsou instalovány podle principu, jako v modifikaci SKF. Pouze se navzájem neodpuzují, jako v první verzi. Samotné elektromagnety jsou umístěny po celé délce tyče a těla, uvnitř kterého se pohybuje, a magnetické pole je maximalizováno a počet plusů je zvýšen.

Zvláštností takové instalace je, že nevyžaduje mnohem více energie. Současně také plní funkci tlumiče a pružiny a funguje jak ve statickém režimu (auto stojí), tak v dynamickém režimu (auto se pohybuje po hrbolaté silnici).

Samotný systém poskytuje kontrolu nad větším počtem procesů probíhajících za jízdy. K tlumení oscilací dochází v důsledku prudké změny pólů magnetického pole. Systém Bose je považován za měřítko všech takových konstrukcí zavěšení. Je schopen zajistit efektivní zdvih prutu až o dvacet centimetrů, dokonale stabilizovat tělo, eliminovat i sebemenší převrácení při vysokorychlostním zatáčení a „klovat“ při brzdění.

Toto magnetické zavěšení bylo testováno na vlajkové lodi japonského výrobce automobilů Lexus LS, který byl mimochodem nedávno přepracován (byla představena zkušební jízda jedné z předchozích verzí prémiového sedanu) v jiném článku). Navzdory skutečnosti, že tento model již dostal vysoce kvalitní odpružení, které se vyznačuje hladkým chodem, během prezentace magnetického systému nebylo možné si nevšimnout obdivu automobilových novinářů.

Výrobce vybavil tento systém několika provozními režimy a velkým množstvím různých nastavení. Například když auto zatáčí vysokou rychlostí, ECU odpružení zaznamenává rychlost vozidla, začátek náklonu karoserie. V závislosti na signálech ze senzorů je elektřina dodávána ve větší míře do stojanu jednoho z více zatížených kol (častěji je to přední, umístěné na vnější trajektorii půlkruhu otáčení). Díky tomu se vnější zadní kolo stává také opěrným kolem a vůz udržuje přilnavost k povrchu vozovky.

Další vlastností magnetického odpružení Bose je, že může fungovat také jako další generátor. Když se tyč tlumiče pohne, odpovídající rekuperační systém shromažďuje uvolněnou energii do akumulátoru. Je možné, že tento vývoj bude dále modernizován. Navzdory skutečnosti, že tento typ zavěšení je teoreticky nejúčinnější, zdaleka nejobtížnější je naprogramovat řídicí jednotku tak, aby mechanismus mohl plně využít potenciál systému popsaného na výkresech.

Vyhlídky na výskyt magnetických suspenzí

Navzdory své zjevné účinnosti plnohodnotné magnetické odpružení dosud nevstoupilo do sériové výroby. V tuto chvíli je hlavní překážkou nákladový aspekt a složitost programování. Revoluční magnetické odpružení je příliš drahé a dosud nebylo plně vyvinuto (je obtížné vytvořit adekvátní software, protože v mikroprocesoru musí být aktivován velký počet algoritmů, aby se využil jeho plný potenciál). Již nyní však existuje pozitivní trend směrem k uplatňování této myšlenky v moderních vozidlech.

Jakákoli nová technologie vyžaduje financování. Je nemožné vyvinout novinku a okamžitě ji uvést do výroby bez předběžných zkoušek a kromě práce inženýrů a programátorů vyžaduje tento proces také obrovské investice. Ale jakmile se vývoj nasadí na dopravník, jeho design se postupně zjednoduší, takže je docela možné vidět takové zařízení nejen v prémiových automobilech, ale také v modelech středního cenového segmentu.

Je možné, že se systémy časem zlepší, díky čemuž budou kolová vozidla pohodlnější a bezpečnější. Mechanismy založené na interakci elektromagnetů lze použít i v jiných konstrukcích vozidel. Například pro zvýšení pohodlí při řízení nákladního vozidla může být sedadlo řidiče založeno nikoli na pneumatice, ale na magnetickém polštáři.

Pokud jde o vývoj elektromagnetických suspenzí, dnes je třeba vylepšit následující související systémy:

• Navigační systém. Elektronika musí předem určit stav povrchu vozovky. Nejlepší je to udělat na základě údajů navigátoru GPS (přečtěte si o funkcích provozu zařízení zde). Adaptivní odpružení je připraveno předem pro obtížný povrch vozovky (některé navigační systémy poskytují informace o stavu povrchu vozovky) nebo pro velký počet zatáček.
• Kamerový systém před vozidlem. Na základě infračervených senzorů a analýzy grafického obrazu pocházejícího z přední videokamery musí systém předem určit povahu změn na povrchu vozovky a přizpůsobit se přijímaným informacím.

Některé společnosti již zavádějí podobné systémy do svých modelů, takže existuje důvěra v bezprostřední vývoj magnetických suspenzí pro automobily.

Výhody a nevýhody

Stejně jako jakýkoli jiný nový mechanismus, který má být zaveden do konstrukce automobilů (nebo se již používá v motorových vozidlech), mají všechny typy elektromagnetického odpružení výhody i nevýhody.

Nejprve si promluvme o kladech. Tento seznam zahrnuje tyto faktory:

• Tlumicí vlastnosti systému nemají z hlediska hladkého provozu obdoby;
• Jemným doladěním režimů tlumení se ovládání vozu stane téměř dokonalým, aniž by se projevovaly vlastnosti charakteristické pro jednodušší design. Stejný efekt zajišťuje maximální přilnavost na silnici bez ohledu na její kvalitu;
• Během akcelerace a prudkého brzdění auto „nekouše“ nos a nesedí na zadní nápravě, což u běžných automobilů vážně ovlivňuje přilnavost;
• Opotřebení pneumatik je rovnoměrnější. Samozřejmě, pokud je geometrie pák a dalších prvků zavěšení a podvozku správně naladěna (další informace o odklonu naleznete v odděleně);
• Aerodynamika vozu je vylepšena, protože jeho tělo je vždy rovnoběžné s vozovkou;
• Nerovnoměrné opotřebení konstrukčních prvků je eliminováno rozložením sil mezi naloženými / nezatíženými koly.

Všechny kladné body se v zásadě týkají hlavního účelu jakéhokoli pozastavení. Každá automobilka usiluje o zdokonalení stávajících typů tlumicích systémů, aby své výrobky co nejvíce přiblížila zmíněnému ideálu.

Pokud jde o nevýhody, magnetické zavěšení má jednu. To je jeho hodnota. Pokud nainstalujete plnohodnotný vývoj od společnosti Bose, pak i při nízké kvalitě interiéru a minimální konfiguraci elektronického systému bude auto stále stát příliš mnoho. Ani jeden výrobce automobilů ještě není připraven zařadit takové modely do série (i omezené) v naději, že bohatí si okamžitě koupí nový produkt, a nemá smysl investovat jmění do automobilu, který bude ve skladech . Jedinou možností je vyrábět taková auta na individuální objednávku, ale v tomto případě existuje jen málo společností, které jsou připraveny takovou službu poskytovat.

Na závěr doporučujeme sledovat krátké video o tom, jak funguje magnetické zavěšení Bose ve srovnání s klasickými protějšky:

Vynález NENÍ pro obyčejné smrtelníky. Kdokoli by rád viděl tuto technologii ve svém autě