Электромагнитная подвеска автомобиля: разновидности, устройство и принцип работы

Электромагнитная подвеска — это реальность, или выдумка?

Автомобильная подвеска – один из главных компонентов любого транспортного средства. Для чего же нужна подвеска? Она выполняет очень много задач, среди которых контроль за авто при передвижениях, обеспечения комфортных условий для водителя и его пассажиров. Подвески бывают разными: механическими, гидравлическими, пневматическими и т. д. Одним из современных видов автомобильных подвесок является, так называемая, электромагнитная подвеска. Но пока что подобные подвески не очень распространены.

• 1. В чем уникальность электромагнитной подвески.
• 2. Как работает электромагнитная подвеска.
• 3. Виды электромагнитных подвесок.

Ещё со времён Максвелла и Фарадея, основоположников теории применения электромагнитного поля в практических целях, конструкторы и инженеры постоянно пытаются расширить границы использования таких явлений как сверхпроводимость и магнитная индукция. Ведь это открывает широчайшие возможности перед человечеством.

Но только в 80-х годах 20 века явление электромагнетизма начали применять с практическими целями. В 1982 году был построен первый поезд, который передвигался на магнитной подушке и достигал скорости 501 км/час. Это и положило начало новых разработок, в том числе и в автомобилестроении.

1. В чем уникальность электромагнитной подвески.

Автомобильная подвеска – это совокупность компонентов и механизмов, которые выполняют роль связующего звена между дорогой и кузовом. Автомобильная подвеска входит в состав шасси.

Электромагнитная подвеска, как и любая другая, выполняет такие функции:

1. Соединение колёс или мостов автомобиля с его кузовом или рамой.

2. Передача на несущую систему (кузов, рама) моментов и сил, которые возникают при взаимодействии колёс с дорогой.

3. Обеспечение нужного характера перемещений колёс относительно автомобильного кузова или рамы.

4. Обеспечение плавности хода автомобильного средства.

Автомобильные подвески состоят из таких основных компонентов:

1. Упругие составляющие, которые способны принимать и передавать силы в вертикальной плоскости.

2. Направляющие составляющие, которые формируют особенности перемещения автомобильных колёс, их связи между собой, а также воспринимают и передают боковые и продольные силы.

3. Амортизаторы, которые предназначаются для гашения колебаний несущей системы во время передвижения по дороге.

В обычных подвесках один элемент может выполнять сразу несколько функций. Но большинство современных подвесок – это крайне сложные конструкции, состоящие из множества элементов, каждый из которых имеет свой назначение. Такой подход помогает обеспечить очень хорошие параметры управляемости, комфортабельности, устойчивости автомобиля, его безопасности В электромагнитных подвесках подобные составляющие также присутствуют, но они усовершенствованы и модифицированы.

В чём же особенности конструкции таких подвесок? Электромагнитная подвеска автомобиля представляет собой конструкцию, в основе которой лежит электродвигатель. Этот двигатель имеет два режима работы: как демпфирующий элемент и как упругий элемент. Режим работы определяет микроконтроллер. Таким образом, этот электродвигатель заменяет стандартный автомобильный амортизатор.

Уникальность электромагнитной подвески состоит в том, что она работает безотказно и имеет очень высокий уровень безопасности. В случае прекращения подачи электроэнергии в систему подвески, она способна переключиться в механический режим работы посредством системы электромагнитов. То есть, становиться обычной механической подвеской. При всём этом электромагнитные подвески очень экономичны с точки зрения потребления электроэнергии. Такая экономичность становиться возможной из-за того, что на обратном ходе электромагнита происходит выработка электроэнергии.

2. Как работает электромагнитная подвеска.

Многим, наверное, уже стало интересно, как работает электромагнитная подвеска. В основе работы электромагнитной подвески лежит принцип электромагнетизма, то есть зависимости электрического и магнитного полей.

Обычные механические подвески работают благодаря наличию пружин или упругих элементов. Гидравлические подвески используют в качестве рабочего элемента жидкость. Что касается электромагнитных подвесок, то в их конструкции используются электромагниты, от которых и произошло название подвески. Вся система управляется при помощи бортового компьютера (электронного узла), который в режиме реального времени снимает показатели с колёс и по всему периметру автомобильного кузова и посылает соответствующие команды на подвеску. Управлять электромагнитами намного проще, чем управлять жидкостью, пружинами и другими механическими элементами.

3. Виды электромагнитных подвесок.

Различают такие виды электромагнитных подвесок в зависимости от производителя:

1. SKF.

2. Delphi.

3. Bose.

Электромагнитные подвески SKF были разработаны в Швеции. В их основе лежит принцип простоты и надёжности. По конструкции подвеска SKF – это капсула, состоящая из двух электромагнитов. Когда транспортное средство находиться в движении, встроенный автомобильный бортовой компьютер анализирует датчики на колёсах и подаёт сигналы, изменяющие текучесть демпфирующего компонента подвески и создавая оптимальные условия для работы. В конструкции также присутствуют упругие элементы – пружины, которые обеспечиваю подвижность даже, если бортовой компьютер перестанет подавать сигналы.

Преимущества электромагнитных подвесок SKF:

1. При использовании подвесок этого вида, на автомобиле полностью отсутствует эффект, так называемого, «проседания» даже при длительной стоянке транспортного средства. Это достигается благодаря тому, что даже в неактивном состоянии аккумулятор продолжает питать элементы подвески.

2. Даже при отсутствии команд от бортового компьютера (к примеру, произошёл сбой в работе) подвеска сохраняет подвижность благодаря встроенным пружинам.

Электромагнитная подвеска от компании Delphi по своему внешнему виду – это однотрубный амортизатор. Этот амортизатор заполняется специальным веществом с магнитными частями размером от 5 до 10 микрон и электромагнитом. Вещество заполняет треть всего объёма амортизатора. Кстати, в амортизаторе присутствует спецпокрытие, препятствующее сливу магнитного вещества. В качестве электромагнита выступает головка поршня. А управляет этим поршнем бортовой компьютер.

Принцип работы такой подвески состоит в следующем. Когда магнитное поле воздействует на амортизатор, магнитные частицы вещества выстраивают упорядоченную структуру, что способствует увеличению степени вязкости жидкости и переходу амортизатора на другой режим работы.

Преимущества электромагнитных подвесок Delphi:

1. Такие подвески в десять раз быстрее реагируют на запрос от компьютера, чем системы с электромагнитными клапанами (скорость реакции – одна миллисекунда).

2. Невысокая потребляемая мощность (всего 20 Вт).

3. Подвески очень универсальны. Если электромагнит выйдет из строя и управляющий сигнал будет отсутствовать, то подвеска автоматически перейдёт на режим обычного амортизатора, который использует гидравлику.

В 1980 году профессор одного из американских университетов Амар Боуз, являющийся ещё и совладельцем корпорации Bose провёл расчёты и определил оптимальные параметры для автомобильной подвески. После длительных исследований получилось разработать новый тип подвесок – электромагнитные подвески Bose. Это изобретение считается настоящим прорывом в отрасли автомобилестроения.

Электромагнитная подвеска компании Bose считается лучшим решением, что касается всех электромагнитных подвесок. Как показали пробные испытания такие подвески почти идеально устраняют все возникающие колебания. Подвеска Bose – это линейный электродвигатель, который способен работать в двух режимах:

1. Как упругий элемент.

2. Как демпфирующий элемент.

Подобная идея не нова. Но именно в компании Bose её смогли реализовать лучшим образом и добиться подобного быстродействия и подобных характеристик. В конструкции подвески Bose предусмотрен шток, на котором закрепляются постоянные магниты. Эти магниты способны выполнять возвратно-поступательные движения по всей длине обмотки статора.

Подобное решение не только гасит все колебания при движениях на неровной дороге, а также открывает новые горизонты для управления автомобилем. Например, можно запрограммировать бортовой компьютер так, чтобы на момент выполнения какого-то виража было задействовано соответствующее колесо.

Электромагнитная подвеска Bose ещё и способна выступать в роли электрогенератора. Когда транспортное средство движется по некоторому участку пути, все колебания из-за неровностей дороги конвертируются в электрическую энергию. Эта энергия собирается в аккумуляторных батареях и может использоваться в будущем. Что касается недостатков, то подвеска Bose – крайне сложный механизм. И для его управления необходимо специальное программное обеспечение, которое всё ещё разрабатывается. Из-за этого обстоятельства в серийном производстве подвески Bose пока что не реализованы.

Электромагнитная подвеска автомобиля: Bose suspension system и Magnetic Ride Control

Автомобильная подвеска обеспечивает комфортное вождение и постоянное сцепление колес с дорогой. В современных транспортных средствах используются различные варианты зависимых, независимых, пневматических и активных подвесных систем. В 1980 году профессор А. Боуз, числящийся соучредителем компании Bose, начал разрабатывать электромагнитную подвеску автомобиля.

Все исследования велись в рамках засекреченного проекта. Многие детали изобретатель сделал своими руками. В дальнейшем к работе профессора присоединилась команда сотрудников фирмы Bose. Исследования проводились на протяжении 24 лет. В 2004 году Амар Боуз представил общественности оригинальную подвесную систему (Bose suspension system). Инновационная подвеска стала настоящим прорывом в автомобилестроении.

Технические особенности

Базовым компонентом электромагнитной подвески Bose является электрический мотор, который управляется с помощью компьютерного процессора и специализированного программного обеспечения. Электродвигатель фактически заменяет собой амортизационную стойку и исполняет роль демпфирующего элемента.

Конструкцией подвесной системы предусмотрено наличие штока, на котором крепятся мощные магниты. Эти элементы могут совершать возвратно-поступательные колебания по обмотке статора. Торсионы магнитной подвески служат опорой для кузова транспортного средства. Передний угловой модуль сделан в виде соединительной распорки. Вес автомобиля поддерживается благодаря особому расположению торсионного вала, который присоединяется к одному из нижних рычагов.

Линейные электрические моторы устанавливаются на каждом колесе. Электромагнитные амортизаторы снабжаются силовыми и управляющими кабелями. Передние колеса могут работать в автономном режиме. Нижняя тяга подвески и шестерня рулевого управления монтируются непосредственно на корпусе транспортного средства.

Преимущества подвесной системы нового типа

Установка электромагнитной подвески на авто позволяет полностью погасить колебания, возникающие во время езды по неровной дороге. Кроме того, во время резких поворотов и торможения не происходит поперечных и продольных отклонений кузова транспортного средства (соответствующие кадры можно увидеть в рекламном видео компании Bose).

Диапазон перемещения линейных электромоторов составляет десятки сантиметров. Пассажиры, сидящие в салоне автомобиля с электромагнитной подвеской, совершенно не ощущают толчков во время езды по пересеченной местности. Электрический мотор, используемый в качестве амортизирующего элемента, обладает способностью к рекуперации. Это значит, что часть потраченной энергии возвращается на усилители. Для эксплуатации электромагнитной подвески требуется мощность, которой хватит для питания трех автомобильных кондиционеров.

Наличие специального программного обеспечения открывает широкие возможности для профессиональных водителей. Автовладелец может запрограммировать работу колес машины с целью безопасного исполнения сложных маневров. Созданные алгоритмы можно сохранить в памяти бортового компьютера.

Специальный алгоритм мог заставить автомобиль даже перепрыгнуть через препятствие

Недостатки системы и сложности серийного производства

Электромагнитная подвеска имеет ряд серьезных недостатков, которые ограничивают ее применение в массовом автомобилестроении. Установка подвесной системы Bose увеличивает массу машины примерно на 100 кг. Усложнение конструкции приводит к повышенному расходу бензина и росту стоимости автомобиля с электромагнитной подвеской. Для управления электродвигателями необходимо нестандартное ПО, разработка и поддержка которого требует значительных капиталовложений.

В конце 2017 года корпорация Bose продала технологии производства электромагнитной подвески фирме ClearMotion. Новый владелец технических патентов значительно модифицировал конструкцию подвески и снабдил ее привычными упругими пружинами и амортизаторами. Единственным отличием от классической подвесной системы стал электрогидравлический элемент Activalve, который ускоряет отклик амортизатора на неровности дороги.

Подвеска ClearMotion

В настоящий момент технические разработки компании Амара Боуза применяются при серийном производстве кресел для грузовых автомобилей. Сиденья, оснащенные амортизационной системой Bose Ride, пользуются большой популярностью у профессиональных водителей. Некоторые идеи корпорации Боуза применяются американской компанией Cadillac, разработавшей подвесную систему Magnetic Ride Control. Устройства адаптивной подвески снабжаются двойными электромагнитными катушками, которые способны быстро изменять вязкость магнитореологического состава.

Немного о создателе магнитной подвески

Амар Гопал Боуз

Амар Гопал Боуз — американский ученый и предприниматель, основавший корпорацию Bose. Компания производит и реализует профессиональную аудиотехнику (наушники, громкоговорители, колонки и пр.). Продукция американской корпорации используется во всем мире для проведения концертов, театральных представлений, богослужений и иных мероприятий. В 1956 году ученый получил звание профессора Массачусетского технологического института. В этом учебном заведении Боуз проработал более 45 лет. В 2007 году талантливый предприниматель попал в список Forbes с состоянием в 2 млрд долларов. Амар Боуз умер в 2013 году.

Содержание

• Технические особенности
• Преимущества
• Недостатки системы
• О создателе подвески Bose

Bose продает свою революционную электромагнитную подвеску

Этот сайт может получать партнерские комиссионные от ссылок на этой странице. Условия эксплуатации.

Спустя тридцать семь лет после того, как доктору Амару Бозе пришла в голову идея усилить электромагнитный драйвер громкоговорителя для адаптивной автомобильной подвески, Бозе продает технологию ClearMotion, другой технологической компании из Бостона, основанной выпускниками Массачусетского технологического института. Bose дошла до разработки прототипов автомобилей, которые были представлены на выставке в 2004 году, хотя и выпустила на рынок ответвление — сиденья с электромагнитной подвеской для водителей-дальнобойщиков.

Немодифицированная подвеска Lexus LS400 и Bose на ухабистой дороге, 2004 г.

Генезис электромагнитной подвески

система подвески одинакова как для спортивного автомобиля, так и для роскошного автомобиля». Он был привлечен к разработке альтернатив традиционным подвескам с пружинами и амортизаторами после опыта владения Pontiac 1957 года с молодой пневматической подвеской и 19-дюймовым двигателем.67 Citroën с постоянно протекающей гидравлической подвеской.

Бозе полагал, что привод громкоговорителя, состоящий из магнита и электромагнитной катушки, которая толкает конус динамика внутрь и наружу, может быть серьезно увеличен для перемещения не только бумажного конуса, но и 1000 фунтов автомобиля на каждом углу. Бозе создал математическую модель подвески. Требовались лучшие и более мощные электромагнитные двигатели, усилители мощности, алгоритмы управления и мощность микропроцессора — все, что, по его мнению, со временем станет доступным.

В 1980 году Bose запустил проект skunkworks и назвал его Project Sound, чтобы скрыть истинную природу от бухгалтерии Bose. Двадцать четыре года спустя компания чувствовала себя достаточно комфортно с Project Sound, чтобы продемонстрировать его средствам массовой информации и аналитикам.

Подвеска Bose в Lexus LS400 1994 года выпуска.

Дневная и ночная разница в качестве езды

Линейный мотор на каждом повороте заменил традиционные пружины-амортизаторы.

На открытии летом 2004 г. компания Bose продемонстрировала модифицированный и немодифицированный 1994 Lexus LS400 и Porsche 911. Их жестко гоняли по поворотам и по ухабам, которые ударяли по передней, а затем по задней оси, и еще по ряду неровностей, из-за которых поднималось левое колесо, но не правое переднее, затем заднее.

Удары спереди и сзади были неудобны на короткой дороге в стандартном Lexus и, что удивительно, почти незаметны с подвеской Bose. Project Sound не просто гасил дорожные неровности, но и активно противодействовал им.

Чередующиеся удары влево-вправо со стандартной подвеской были настолько ужасны в Porsche, что водителю-испытателю пришлось надеть шлем, чтобы избежать сотрясения головы, когда он неоднократно ударялся о боковое стекло.

Повторный посетитель Bose знает, что у компании всегда найдется момент, когда посетители могут «выйти наверх». В этом случае было сказано, что Lexus ехал на скорости по шпалам. Машинист подъехал к шпале на скорости, вагон пригнулся (ход подвески был 8 дюймов), затем линейные двигатели перешли в режим полного раскрытия, и вагон оторвался от земли и проплыл над шпалой с запасом в дюймах. . После этого водитель вышел, поклонился толпе, указал на машину, нажал кнопку, и передняя подвеска тоже опустилась вниз и поклонилась под мигание фар.

В конце демонстрации представители Bose объяснили, что необходимо для вывода подвески на рынок серийного автомобиля к концу десятилетия: стоимость должна быть снижена до разумного уровня для автомобиля высокого класса, и вес должен был бы снизиться не более чем на 50 фунтов на угол больше, чем у существующей подвески. Это означает, что серийный автомобиль будет весить на 200 фунтов больше.

Многие ведущие мировые автопроизводители встречались с Bose, но ни один автомобиль с подвеской Bose так и не появился на рынке. Также поговаривали об адаптации подвески для машин скорой помощи или роскошных туристических автобусов.

Сиденье Bose Ride System для водителей магистральных грузовиков использует аналогичную электромагнитную подвеску.

Подвеска Bose Trucker Seats

Пытаясь вывести на рынок пневматическую подвеску, Bose пришла в голову идея установить электронику и механику внутри сидений, используемых водителями дальнемагистральных грузовиков. Предыдущий уровень развития техники заключался в сиденьях с пневматической подвеской, которые смягчали езду, но этого было недостаточно для многих дальнобойщиков с проблемами спины.

В кресле Bose Ride прецизионные датчики обнаруживают движения вверх и вниз. Собственные алгоритмы Bose рассчитывают, как отрегулировать сиденье, а электромагнитный двигатель в основании противодействует ударам. Место стоит 3700 долларов, меньше в количестве. При опросе дальнобойщиков, которые сообщили о проблемах со спиной, влияющих на их способность управлять тягачами с жесткой подвеской, 97% заявили, что сиденье Bose значительно уменьшило дискомфорт.

ClearMotion приобретает проект Bose

Приобретение компанией ClearMotion подвески Bose и технологии сиденья Bose Ride может помочь ClearMotion разработать то, что она называет цифровым шасси. Не вдаваясь в подробности, ClearMotion заявляет, что она выйдет за рамки нынешних адаптивных подвесок, использующих воздушное демпфирование или магнитореологические адаптивные амортизаторы (с использованием магнитных частиц в амортизирующей жидкости, обычно называемой технологией MagneRide).

Компания ClearMotion заявила, что пополнив портфолио Bose, она «на шаг приблизилась к выполнению своей миссии — стать ведущей компанией по управлению движением в области мобильных устройств».

Шакил Авадхани, генеральный директор и соучредитель ClearMotion. заявила, что будет масштабировать свои собственные технологии и технологии Bose на беспилотных платформах, потребительских внедорожниках и пикапах, коммерческих грузовиках, автобусах, сельскохозяйственных и внедорожных транспортных средствах. Он сказал, что пассажиры беспилотных автомобилей будут искать плавную езду, чтобы они могли работать на ноутбуке, планшете или традиционном бумажном блокноте в пути.

Автомобильная подвеска Bose «Ковер-самолет» наконец запущена в производство

Прошли десятилетия с тех пор, как аудиофилы из Bose (да, тот самый Bose) впервые начали работать над новым типом электромагнитной подвески автомобиля, которая могла чувствовать дорогу, удерживать автомобиль идеально ровно и обеспечивать сверхплавную езду. Какими бы невероятными ни выглядели ранние демоверсии, «Project Sound» был сочтен слишком тяжелым и дорогостоящим для использования на реальных серийных автомобилях. То есть до сих пор.

В конечном итоге Bose продала технологию компании ClearMotion, занимающейся активной подвеской, чей генеральный директор недавно сообщил Autocar   , что не менее пяти крупных автопроизводителей выразили заинтересованность в выпуске его новой версии на рынок. На самом деле, плавная технология, получившая название «цифровая система шасси», в 2019 году станет «автомобилем малого объема», а в 2020 году будет запущена в массовое производство.

Звук выглядел, когда он был официально представлен в середине 2000-х после более чем двух десятилетий исследований. Это была дерзкая идея, зародившаяся в уме основателя Амара Бозе, который был известен как своей любовью к малоизвестным увлеченным проектам, так и своей ненавистью к выбоинам, в которой традиционные амортизаторы были заменены линейными электродвигателями. Двигатели выдвигались и втягивались в зависимости от данных дорожных датчиков, и все они должны были обрабатываться и действовать за миллисекунды.

Системы активной подвески довольно распространены в наши дни, но этот план вывел их на новый уровень контроля. В результате автомобиль мог оставаться идеально ровным в поворотах, делать неровности дороги совершенно незаметными для водителя и фактически «поднимать» колесо, чтобы проехать через выбоину. Лучше всего то, что он действительно мог прыгать через препятствия. Это кажется невероятным, но к 2005 году у компании был рабочий прототип, установленный под старым Lexus LS 400. Если вы не видели его в действии, он выглядит почти как подделка.

К сожалению, Bose так и не удалось вывести Project Sound из стадии хлама, а глобальный финансовый кризис, наступивший несколько лет спустя, забил последний гвоздь в крышку гроба.