Электромагнитная подвеска: Феномен Bose: почему лучшая в мире подвеска до сих пор не стала серийной

Содержание

Феномен Bose: почему лучшая в мире подвеска до сих пор не стала серийной

Bose – не бренд, но человек

Как 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.

Если вы считаете что-то невозможным, не мешайте человеку, который над этим работает.

Амар Боуз (Amar Bose), 1929-2013

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.

Фото: www.edmunds.com

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.

Фото: www.extremetech.com

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.

Впервые подвеска может быть одинаковой и для спортивного, и для люксового автомобиля.

Амар Боуз (Amar Bose), 1929-2013

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.

Амар Боуз (Amar Bose), 1929-2013

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.</strong></p>
<p><strong>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.

Джон ДиПьетро

Edmunds.com

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.

Амар Боуз (Amar Bose), 1929-2013

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.

ClearMotion

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 Bose — устройство и принцип работы

Видео, недавно опубликованное на страничке Carakoom в ВК вызвало у многих неподдельный интерес и к моему счастью, никто так и не смог привести достаточно информации, чтобы утолить голод знаний у страждующих умов. Так что лавры и звёздочки рассказичка заберу я. Итак, для тех, кто не знаком с электромагнитной подвеской вообще, рекомендую ознакомиться с ней в этом видео:

Доктор Amar Bose – крупный специалист и новатор, и работает не только над совершенствованием аудио-систем. Его профессиональный интерес уже давно (с четверть века назад) привлекла автомобильная техника – в первую очередь ходовая. Со свойственным ему нестандартным подходом он бросил на устройство подвески, как говорится, свежий взгляд – и увидел, как надо делать.

Упаковка

Слишком много в подвеске современной легковушки разнообразных деталей. Не говоря уже о направляющем аппарате (рычаги и шарниры), – упругие элементы, амортизаторы, поперечные стабилизаторы… На взгляд д-ра Bose, пришло время собрать все в единый узел, – что он и сделал.

В основе принципиально новой подвески – линейный электродвигатель. Ведь э-моторы делают не только на вращательное движение, но и на поступательное – для обрабатывающих станков с ЧПУ, для перспективных ж/д поездов на э-магнитной «подушке». В общем, ничего особенного; прикол в приложении линейного э-двигателя (ЛЭ) к автомобильному шасси. И получилось неслабо.

Мощный ЛЭ удачно вписывается на место телескопического амортизатора и заменяет собой и его, и пружину, и поперечный стабилизатор. Под контролем ЦПУ на э-двигатель подается напряжение, и на его штоке возникает выталкивающее усилие. Скажем, 375 кг; на 4-х штоках – 1500 кг; то есть, вес легковушки «гольф»-класса с нормальной нагрузкой [Без так называемых неподрессоренных частей подвески, которые для «гольф»-класса всяко тянут на 150 кг.]. Понятно, что ЛЭ поддерживают заданную высоту шасси – независимо от нагрузки. Как с нормальной (гидро)пневматической подвеской; так называемая статическая компенсация.

Кроме того, быстродействующие ЛЭ берут на себя и динамическую компенсацию: ограничивают боковой крен автомобиля [Поперечные стабилизаторы отпадают – за ненадобностью.], а также устраняют продольные «клевки» при разгоне и торможении. Они способны срабатывать хоть 100 раз в секунду – только подавай напряжение на обмотки статора. А ЦПУ контролирует каждый из 4-х ЛЭ индивидуально, и тут открываются удивительные возможности. Например, игра угловой жесткостью передней и задней подвески – по раздельности. Скажем, при входе в вираж ЛЭ запитываются так, что машина опирается по преимуществу на внешнее заднее колесо – и приобретает легкую избыточную поворачиваемость. Охотно заруливаем в поворот, и упор мягко переносится на внешнее переднее колесо. Выходим из виража с чуть-чуть недостаточной поворачиваемостью. Или еще как-то; вопрос настройки «софта».


Демпфер

Особенно ценно, что ЛЭ не только берут на себя функции упругих элементов подвески, но и гасят, демпфируют колебания [Забавно: здесь как бы возврат в прошлое, когда многолистовые рессоры выполняли роль упругих элементов подвески – и демпфировали ее колебания (как фрикционные амортизаторы). Как бы возврат, – но на насколько ином уровне техники!]. То есть, работают (под контролем того же ЦПУ) как амортизаторы – только электрические. При ходе колеса на неровностях ЛЭ действует уже не как э-двигатель, а в роли линейного альтернатора: поглощает кинетическую энергию, преобразует ее в электрическую – и закачивает бортовую э-сеть.

Совсем иной принцип гашения колебаний: вместо рассеивания их энергии в атмосфере через сильно греющиеся гидроамортизаторы – рекуперирование ее и запасание (в аккумуляторах). Причем ЦПУ может молниеносно изменять характеристики э-амортизаторов – каждого по отдельности и всех 4-х вместе. Достигается фантастическая плавность хода на покрытиях самого разного качества – при великолепном держании дороги и управляемости автомобиля. Тут на передний план выступает программное обеспечение ЦПУ: степеней свободы множество, возможности необозримы, но чтобы взять хоть часть их, нужно тонко настраивать управляющую электронику.
Схема системы Bose «квадро»


Что-то вроде пружинно-гидравлической системы ABC (Active Body Control – активное регулирование подвески) у седанов Mercedes S-класса – только быстродействие несравненно выше и возможности управления еще богаче. И практически полная интеграция в 4 ЛЭ – с проводами высокого напряжения (и больших амперов), ведущими к ним.

Но в отличие от ABC, подвеска Bose по-своему решает болезненный вопрос об отборе мощности. Дело в том, что мерседесовская система работает под высоким гидравлическим давлением (около 150 бар), которое поддерживается гидронасосом, отбирающим от двигателя немалую мощность. Заметный перерасход горючего – в конечном счете на обогрев атмосферы. ЛЭ требуют примерно такой же (электрической) мощности [Баланс примерно такой: в высокоактивном режиме 4 ЛЭ расходуют в общей сложности 20-25 кВт мощности. Немало; но они и возвращают в сеть (рекуперация) 16-20 кВт. В любом случае нужен мощный альтернатор с приводом от вала двигателя – и емкая батарея.], однако электроупругие элементы/амортизаторы не рассеивают энергию впустую, а всякий раз рекуперируют ее – возвращают обратно в бортовую сеть. Вообразите ситуацию: ветер раскачивает машину на стоянке, а ЛЭ тем самым вырабатывают э-энергию и подзаряжают батареи… Ветроэлектростанция.

Правда, ЛЭ расходуют э-энергию даже и тогда, когда машина неподвижна. Просто потому, что нужно держать ее вес [Напротив, пружинно-гидравлическая ABC не расходует энергию, пока машина неподвижна. Гидроопоры пружин блокируются клапанами, и высота упругих элементов фиксируется – как стопором. С другой стороны, ABC практически не способна рекуперировать потраченную энергию и при динамической компенсации интенсивно обогревает атмосферу.]; иначе говоря, э-магнитные упругие элементы оправданы, только если подвеска в самом деле «активная» и все время работает в режиме динамической компенсации. Тогда э-энергия расходуется на стабилизацию шасси – и тут же возвращается обратно, рекуперируется при гашении колебаний подвески. А вот пружинно-гидравлическая ABC лучше подходит для «пассивной», статической компенсации (поскольку рекуперирование в гидросистеме организовать трудно) – при изменениях нагрузки. В каждом особом случае свое решение.

В металле

Д-р Bose – профессиональный математик, и четверть века назад он начал работу с создания компьютерных моделей автомобильной подвески. А теперь испытания проходит вполне реальный Lexus LS400, оснащенный э-магнитной «квадро»-подвеской. Вместо телескопических амортизаторов – ЛЭ; в паре с ними в качестве вспомогательных упругих элементов работают торсионы. Они принимают на себя вес пустого автомобиля, – чтобы не расходовать зря э-энергию на поддержание шасси в статике. А также чтобы «лекс» не ложился (как «ситроены» с гидропневматикой) после длительной стоянки на дорогу. Здесь немало разного рода технических (и электротехнических) тонкостей, однако соль – в 4-х ЛЭ и быстродействующем ЦПУ с соответствующим программным обеспечением. Работы впереди еще много, но уже сейчас д-р Bose показывает впечатляющие результаты.

Два LS400 – в «штатном» исполнении и модифицированный с подвеской Bose – бок о бок на скорости выполняли стандартный маневр двойной «переставки» по неровной дороге. Зрителей поразило практически полное отсутствие у Bose-«лекса» кренов [Для «квадро»-подвески нетрудно задать и обратный крен в виражах – как у мотоциклов; вопрос настройки «софта». Тогда планка держания дороги и управляемости поднимается на новую высоту.] и «клевков» – по контрасту с машиной на заводской подвеске. Тут же LS400 с ЛЭ подлетел к трамплину посреди демонстрационной площадки и изящно исполнил прыжок с мягким приземлением. Водитель вышел и поклонился собравшимся, «лекс» рядом с ним тоже сделал реверанс. Публика рукоплескала.

По словам профессиональных «драйверов», э-магнитная подвеска дает уверенность в полном контроле над автомобилем. А когда тест-машина катится по неровной дороге, активное подавление резких толчков и вибраций заметно повышает плавность хода. В общем, LS400 с э-магнитной подвеской Bose гармонично сочетает разнородные качества: плавность хода, которая превосходит стандарты легковушек люкс-класса. И стабильность шасси на скоростях, характерная для спортивно-гоночных «табуреток».

Поражает, насколько органично подвеска Bose вписывается в образ перспективного автомобиля с его мощной бортовой электросетью – на тяговых э-аккумуляторах или водородных топливных элементах. Ему принадлежит обозримое будущее, – и д-р Bose безошибочно попадает в ведущие тенденции. Правда, обойдется стерео-подвеска недешево и поначалу ее получат только самые дорогие и претенциозные модели. И электростартер впервые появился когда-то на недешевом «кадиллаке» и казался вопиющей роскошью. А теперь покупатель «хэтчбека» Golf-класса воспринимает отсутствие климат-контроля и электростеклоподъемников («по кругу»!) как оскорбление. Все относительно, как учил нас великий Эйнштейн.

Особенности и преимущества электромагнитной подвески автомобиля

Стремительное современное развитие автомобилестроения не перестает удивлять водителей необычными эффективными новшествами, о которых ещё несколько лет назад не приходилось даже мечтать. К числу таких необычных, а подчас даже уникальных ноу-хау однозначно принадлежат и электромагнитные подвески автомашин. Да, первые варианты устанавливают, как правило, преимущественно на машинах экстра-класса, пока что, не доходя до широкого конвейерного производства, а также всесторонне испытывают на опытных автомобилях, в лабораторном и тестовом формате. Однако, как говорится, лёд тронулся, и можно смело утверждать, что мы на пороге нового, доселе неизвестного этапа в автомобильном деле.

Электромагнитная подвеска автомобиляЭлектромагнитная подвеска автомобиля

Электромагнитная подвеска автомобиля | AUTOMOTOLIFE.com

История создания электромагнитной подвески

Одним из примеров применения энергии электромагнитного поля является электромагнитная подвеска, которая является одним из видов подвесок автомобиля и нашла активное применение в наши дни.

Мало кто знает, но первые научные труды, объясняющие принцип действия магнитного поля, пришли к нам еще раньше, чем был применен двигатель внутреннего сгорания. Первое упоминания о диковинном приспособлении использующее физические законы, ранее неподвластные человек, принадлежат теоретическим трудам английского физика и изобретателя Майкла Фарадея. Этот легендарный ученный еще в 1862 году первый объяснил и заложил будущий фундамент для размышлений многих умов по всему земному шару.

Вторым прародителем создания электромагнитной теории является еще один британский ученный Джеймс Клерк Максвелл. Хотя основной его пласт лишь косвенно объяснил принцип воздействия электромагнитного поля в природе, его работы во многом предопределят развитие этого течения, а также всей физики в частности. Однако первых практических успехов в конструировании автомобилестроения на основе электромагнитного воздействия удалось добиться лишь в 1982 году. Тогда был построен первый прототип поезда, использующий магнитную подушку. Магнитоплан M-Bahn был поистине уникальным отображением идей великих умов, однако применение его в широкой области было невозможным из-за несовершенности.

Немецкий поезд на магнитной подушке — магнитоплан M-Bahn

Обратив внимание общественности на реализм подобного изобретения, многие инженеры, осознав, что полноценный «парящий» транспорт пока лишь остается мечтой, сконцентрировались на создании менее значимых, но практичных автомобильных конструкций. Как результат, в 1980-ых годах, компания Bose первая произвела электромагнитную подвеску автомобиля, применив необходимые расчёты и вычисления.

В отличие от стандартной механической подвески, электромагнитная подвеска не может применяться отдельно на разные мосты, а работает в слаженной системе одновременно на двух.

Как работает электромагнитная подвеска

Электромагнитная подвеска – это устройство, функциональным значением которого является преобразование упругого элемента в демпфирующий за счет силы электромагнитного поля в соответствии с заданными командами микроконтроллера. В основе используется электродвигатель линейного строения, который по функциям выполняет схожую работу амортизатора в стандартном типе подвески.

Основным преимуществом подобного устройства является возможность адаптивного переключение потребляемой энергии с электро- на механическую (при обесточивании, электромагнитная подвеска используя сложную конструкцию из электромагнитов, перейдет на стандартный режим работы, схожий с многими рычажными типами подвески). Кроме того, электроэнергия, необходимая для работы подвески вырабатывается в результате езды, за счёт действия неактивных электромагнитов. В совокупности, это позволяет здорово экономить и получать постоянный бесперебойный результат работы подвески.

Читайте также:
Что такое койловеры? Плюсы и минусы регулируемой винтовой подвески?

При работе от вырабатываемой электроэнергии, бортовой компьютер измеряя уровень колебаний и характер проходимого дорожного участка, определяет с помощью упругих элементов (электромагнитов вместо стандартных рессоры и пружин) степень воздействия кинетики на колеса и непосредственно сам кузов автомобиля. Анализируя множество показателей, компьютер подает сигналы на контроллер управляющий подвеской.

На изображении детальный разбор конструкции электромагнитной подвески, с пояснение каждой из применяемой детали (подвеска Bose).

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.

Автомобили с электромагнитной подвеской

Несмотря на то, что разработку системы ведут еще с незапамятных времен (в следующем году, первому прототипу исполнится более 35 лет), на серийном уровне такой тип подвески не прижился. Все дело в том, что оснащение современных серийных автомобилей подобной технологией не целесообразно по высокой себестоимости подобного оборудования. Кроме того, автопроизводители прекрасно понимают, что обслуживания подобной установки потребует, как минимум специального оборудования, а также знаний по профессиональному ремонту электромагнитных систем. Проблема состоит в том, что подобных салонов, которые имеют такие возможности во всем мире найдется только десяток.

Другой стороной медали является факт большой массы используемого оборудования. Для примера, электромагнитная подвеска типа Боуза весит в более полтора раза больше чем аналог в виде подвески McPherson’a. В современном мире, где производители тщательно подходят к экономии массы автомобиля путем добавления соединений на основе карбона и магния, решение по обустройству спортивного автомобиля такой подвеской кажется слишком фантастичным. Другое дело представительские дорогостоящие седаны топ-класса, которые могли бы заиметь первые прототипы в обозримом будущем.

В процессе создания инженеры многих компаний пытались оснастить автомобили подобными системами. Например, для демонстрации возможностей очередной версии электромагнитной подвески инженеры из Bose переоборудовали седан 1999 года Lexus LS.

Будущее электромагнитной подвески

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

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

Уникальная электромагнитная подвеска на смену обычным амортизаторам

Инженеры компании BASE из США создали оригинальную подвеску, обеспечивающую наилучший баланс удобства и управляемости автомобиля.

Как правило, оба этих параметра являются взаимоисключающими. Чем жестче подвеска в спортивных болидах, тем лучше у них управляемость, зато удобство находится на уровне нуля. В представительских автомобилях все устроено с точностью до наоборот, за высокий уровень комфорта приходится расплачиваться ощутимым креном на поворотах.

В компании BOSE, специализирующейся на производстве качественной акустики, для решения этой проблемы воспользовались своим профессиональным опытом. Разработчики взяли за основу принцип действия обычного громкоговорителя.

В результате им удалось создать оригинальную электромагнитную подвеску, благодаря которой и комфорт, и управляемость в автомобиле сохраняются на максимально высоком уроне.  В роли упругого и демпфирующего элемента выступает линейный электродвигатель, который управляется с помощью программируемого микроконтроллера. Этот электромотор по большому счету и заменяет стандартный амортизатор.

Автомобиль с подобной электромагнитной подвеской с легкостью адаптируется к любой поверхности дороги и практически не подвержен кренам при входе в повороты. Таким образом создателям этой подвески удалось сохранить невероятно высокий уровень комфорта в салоне вместе с отличной управляемостью транспорта.

К сожалению электромагнитная подвеска оказалась слишком дорогой из-за своей сложной конструкции, поэтому в серийных автомобилях так никто ее и не увидел.  Пока техническая революция в этой области обошла мировой автопром стороной, но кто знает, возможно с появлением новых технологий и электромагнитная подвеска обретет новую жизнь.

Испытания электронной подвески:

Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями!

Электромагнитная подвеска — это реальность, или выдумка?

Подвеска
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.

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.

Электромагнитная подвеска

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.

Электромагнитная подвеска
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.

Амортизаторы
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
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.

Амортизатор
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.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как,
Facebook,
Вконтакте,
Instagram,
Pinterest,
Yandex Zen,
Twitter и
Telegram:
все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Электромагнитная подвеска автомобиля | Техника и человек

Идея электромагнитной подвески не нова. Её первые образцы появились в конце XX века на поездах. В этом не было ничего удивительного. Железнодорожный транспорт не имеет особых проблем с обеспечением электроэнергией, необходимой для работы систем такого типа. Но мысли об оснащении подобной ходовой частью автомобилей не давала покоя и конструкторам. Благодаря разработке новых технологий появились первые работоспособные устройства.

Они не нашли пока массового применения, зато стали причиной появления изрядного количества мифов и заблуждений. Постараемся развеять эти мифы и оценить, как обстоят дела с электромагнитной подвеской в действительности.

Различные принципиальные устройства

Исследования ведутся в различных направлениях. Но до реального воплощения дошли электромагнитные подвески следующих типов:

  1. Bose. Да-да, именно корпорация, занимающаяся разработкой звуковой аппаратуры и электронных систем, воплотила в жизнь одну из перспективных концепций.
  2. SKF. Шведский машиностроительный гигант, известный по всему миру благодаря качественным подшипникам, решил не оставаться в стороне и экспериментирует со своим вариантом электромагнитной подвески.
  3. Delphi. Один из самых крупных производителей автомобильных комплектующих, Delphi Corporation, чья штаб-квартира находится в США, имеет свой взгляд на перспективную конструкцию.

На сегодняшний день каждый из предложенных вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

Bose

В электромагнитной подвеске такого типа используются принципы, сходные с теми, что заставляют работать магнитные динамики. Основные функции выполняет шток с магнитным сердечником, помещённый в создаваемое линейным электродвигателем магнитное поле. Ппривычные пружины, и стабилизаторы отсутствуют, а изменение упругих параметров подвески и положения кузова автомобиля достигается за счёт изменений характеристик магнитного поля. Вся система управляется электроникой, хотя остаётся возможность корректировки некоторых параметров с пульта управления. Необходимая информация поступает от датчиков, устанавливаемых в разных местах автомобиля. Некоторые компании, устанавливающие такие конструкции на свои машины, дополняют их стабилизаторами поперечной остойчивости.

К достоинствам электромагнитной подвески Bose относятся:

  • Малое количество механических компонентов, что обуславливает высокий ресурс конструкции и компактность её размещения.
  • Высокая скорость реакции. На движущийся в магнитном поле сердечник не влияют силы трения и его перемещения происходят очень быстро.
  • Возможность внесения изменений в характеристики прямо в движении. Автоматизация коррекции положения кузова.

Но есть и характерные недостатки:

  • Более высокое, по сравнению с другими системами, потребление электроэнергии.
  • Полная потеря работоспособности при прекращении подачи тока.
  • Необходимость оснащения системы производительным управляющим компьютером с качественным программным обеспечением.

Если все условия, необходимые для работы соблюдены, то подвеска Bose демонстрирует высокую эффективность.

SKF

Шведские разработчики решили не отказываться полностью от традиционных упругих элементов. Нагрузки воспринимаются цилинд

рическими пружинами, листовыми

рессорами или торсионами. Роль амортизатора выполняет устройство, сходное по своей конструкции с элементами электромагнитной подвески Bose. Многие специалисты полагают это направление более перспективным и работают над его развитием.

Действительно, у систем SKF есть определённые преимущества:

  • Меньшая требовательность к энергообеспечению.
  • Сохранение хотя бы частичной работоспособности даже при прекращении подачи тока.

При этом сохраняется возможность программирования, постоянного контроля и внесения изменений в работу непосредственно в движении. Тем не менее сохраняются некоторые недостатки к которым добавляются новые:

  • Увеличивается число деталей. Для размещения элементов конструкции требуется значительный объём пространство.
  • Несколько снижается скорость реакции.
  • Механические упругие элементы со временем утрачивают свои характеристики, что должно быть учтено при разработке программного обеспечения.

Работы по совершенствованию электромагнитной подвески SKF не прекращаются. Не исключено, что разработчики сумеют если не устранить перечисленные недостатки, то свести их к минимуму.

Delphi

Иные принципы использованы в устройствах, которые разрабатывает компания Delphi. Здесь также сохранены практически все привычные компоненты. Основное отличие заключается в заполняющей амортизаторы магнитореологической жидкости. Постараемся объяснить, что это такое, не вдаваясь в сложные описания и не используя высоконаучные термины.

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

Магнитореолологической жидкостью принято называть состав, в котором во взвешенном состоянии находятся микроскопические частицы железа, кобальта или никеля. Попросту говоря, частички материалов, способных взаимодействовать с магнитным полем. Результатом такого взаимодействия становится изменение пределов текучести вещества. Среди всех качеств магнитореологической жидкости для работы электромагнитной подвески важны два:

  1. Хорошая агрегативная устойчивость в магнитном поле.
  2. Малое время отклика.

При её использовании получают амортизаторы с регулируемыми характеристиками. Параметры изменяются при подаче команд автоматически или с пульта управления.

Достоинствами конструкции являются:

  • Малое энергопотребление.
  • Сохранение работоспособности при прекращении подачи тока.

По сути, такую подвеску можно отнести к электромагнитным достаточно условно. Это не является недостатком, но эффективность узлов, изготовленных по схеме Delphi несколько ниже, чем аналогов от Bose и SKF.

Препятствия для широкого распространения

Основным препятствием для широкого распространения является значительная стоимость электромагнитной подвески, складывающаяся из цены на материалы и сложные технологические решения. Не меньшей проблемой стала и разработка программного обеспечения, способного обеспечить надёжное функционирование электромагнитной подвески автомобиля в различных условиях Многое предстоит сделать для того, чтобы уменьшить размеры сложных узлов.

До серийного производства дело пока не дошло, если речь идёт об установке дорогостоящего оборудования, то лишь в качестве дополнительного оснащения. И всё же многие компании пытаются оснащать свои автомобили конструкциями различного типа. Причём довольно успешно.

Попытки внедрения

Известно, что активные работы в этой области ведёт концерн Toyota. Он проводил испытания системы Bose на Lexus LX400 и теперь устанавливает её опционально на некоторые модели. Не отстают от японцев и немецкие разработчики. Правда, компания BMW не сделала окончательного выбора и использует как американские, так и шведские разработки.

Значительных успехов удалось достичь специалистам компании Дженерал Моторс. Удачной признана подвеска типа Bose, разработанная для модели Chevrolet Corvette. Но этим американские разработчики не ограничиваются. Они устанавливают перспективные конструкции не только на легковые, но и на грузовые машины.

Область грузовых перевозок

Использование подобного оснащения на грузовом транспорте имеет свою специфику. На больших и мощных автомобилях проще решается проблема энергообеспечения. Точность и высокая плавность работы позволяет минимизировать риски при перевозке грузов, требующих бережного обращения. А потому электромагнитную подвеску можно встретить на моделях DAF и Scania, Kässbohrer Setra и Neoplan. В сегменте коммерческого транспорта высокая стоимость уже не оказывается столь существенным недостатком.

Подводя итог

Внедрение новых конструкций и технологий часто тормозиться по финансовым причинам. Проходит немало времени, пока новые разработки не выходят на уровень окупаемости. Но когда это происходит, их стоимость начинает неуклонно снижаться, опускаясь до разумного уровня. Не исключено, что это правило относится и к электромагнитным подвескам. Будем надеяться, что настанет время, когда ими будут оснащаться доступные модели машин и никто уже не будет этому удивляться. Надо лишь набраться терпения и подождать.

Электромагнитная подвеска — Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Электромагнитная подвеска (EMS) — это магнитная левитация объекта, достигаемая путем постоянного изменения силы магнитного поля, создаваемого электромагнитами, с использованием петли обратной связи. В большинстве случаев эффект левитации в основном связан с постоянными магнитами, поскольку они не рассеивают мощность, а электромагниты используются только для стабилизации эффекта.

Согласно теореме Ирншоу парамагнитно намагниченное тело не может находиться в устойчивом равновесии, когда оно помещено в любую комбинацию гравитационного и магнитостатического полей.В таких полях существует неустойчивое состояние равновесия. Хотя статические поля не могут обеспечить стабильность, EMS работает, постоянно изменяя ток, подаваемый на электромагниты, чтобы изменить силу магнитного поля и обеспечить устойчивую левитацию. В EMS контур обратной связи, который постоянно регулирует один или несколько электромагнитов для коррекции движения объекта, используется для устранения нестабильности.

Многие системы используют магнитное притяжение, тянущее вверх против силы тяжести, для таких систем, поскольку это дает некоторую внутреннюю боковую устойчивость, но некоторые используют комбинацию магнитного притяжения и магнитного отталкивания, чтобы подтолкнуть вверх.

Технология магнитной левитации важна, потому что она снижает потребление энергии, в значительной степени устраняя трение. Он также предотвращает износ и требует очень низкого технического обслуживания. Применение магнитной левитации наиболее широко известно благодаря ее роли в поездах на магнитной подвеске.

История

Сэмюэл Эрншоу в 1839 году открыл, что «заряженное тело, помещенное в электростатическое поле, не может левитировать в устойчивом равновесии только под действием электрических сил». [1] Аналогичным образом, из-за ограничений диэлектрической проницаемости, стабильная подвеска или левитация не могут быть достигнуты в статическом магнитном поле с помощью системы постоянных магнитов или электромагнитов с фиксированным током. Расширение Браунбека (1939) утверждает, что система постоянных магнитов должна также содержать диамагнитный материал или сверхпроводник, чтобы получить стабильную статическую магнитную левитацию или подвеску. [2]

Эмиль Бачелет применил теорему Ирншоу и расширение Браунбека и стабилизировал магнитную силу, управляя силой тока и включая и отключая питание электромагнитов на желаемых частотах.В марте 1912 года он получил патент на свой «левитирующий передающий аппарат» (патент № 1,020,942). [3] Его изобретение сначала было предназначено для применения в небольших почтовых системах, но его потенциальное применение в более крупных транспортных средствах, подобных поезду, безусловно, очевидно.

В 1934 году Герман Кемпер применил концепцию Бачелет в больших масштабах, назвав ее «монорельсовым транспортным средством без колес». Он получил патент Райха № 643316 на свое изобретение, и многие также считают его изобретателем маглев.

В 1979 году поезд Transrapid с электромагнитной подвеской перевозил пассажиров в течение нескольких месяцев в качестве демонстрации на 908-метровом пути в Гамбурге для первой Международной транспортной выставки (IVA 79).

Первый коммерческий поезд на магнитной подвеске для повседневной эксплуатации был открыт в Бирмингеме, Англия, в 1984 году с использованием электромагнитной подвески и линейного асинхронного двигателя для движения.

Фон

Электромагниты

(см. Основную статью «Электромагнит»)

Когда через провод проходит ток, вокруг этого провода создается магнитное поле.Когда ток через провод прекращается, прекращается и ранее созданное магнитное поле. Сила генерируемого магнитного поля пропорциональна величине тока через провод. Когда провод наматывается, это генерируемое магнитное поле концентрируется в центре катушки. Напряженность этого поля можно значительно увеличить, поместив ферромагнитный материал в центр катушки.

Хотя для поддержания магнитного поля в электромагните требуется постоянная подача электрического тока, этим полем легко управлять, изменяя ток в проводе.Следовательно, электромагниты гораздо более практичны, чем постоянные магниты для левитации. [4]

Чтобы снизить требования к средней мощности, часто электромагнитная подвеска используется только для стабилизации левитации, а статическая подъемная сила против силы тяжести обеспечивается системой вторичных постоянных магнитов, часто притягиваемых к относительно недорогому мягкому ферромагнитному материалу, например, железу или стали.

Обратная связь

Положение подвешенного объекта может быть определено оптически или магнитно, иногда могут использоваться другие схемы.

Цепь обратной связи управляет электромагнитом, пытаясь удерживать подвешенный объект в правильном положении.

Однако простое управление положением обычно приводит к нестабильности из-за небольших временных задержек индуктивности катушки и определения положения. Таким образом, на практике схема обратной связи должна использовать изменение положения с течением времени для определения и снижения скорости.

Приложения

Маглев

Маглев (магнитная левитация) — транспортная система, в которой транспортное средство подвешено на направляющем рельсе по принципу электромагнитной подвески.Преимущество Maglev заключается в том, что он тише и плавнее, чем при транспортировке на колесах, за счет устранения значительной части физического контакта между колесами и гусеницами. Поскольку для маглев требуется направляющий рельс, он в основном используется в рельсовых транспортных системах, таких как поезда.

С момента открытия первого коммерческого поезда на магнитной подвеске в Бирмингеме, Англия, в 1984 году, другие коммерческие системы поездов на магнитной подвеске EMS, такие как M-Bahn и Transrapid, также были введены в ограниченное использование. (Также были разработаны и внедрены поезда Maglev, основанные на технологии электродинамической подвески.) За исключением, возможно, 30,5-километрового поезда Shanghai Maglev, основные магистральные маршруты EMS еще не построены.

Активный магнитный подшипник

Базовая операция для одной оси

Основная статья: Активный магнитный подшипник

Активный магнитный подшипник (AMB) работает по принципу электромагнитной подвески и состоит из узла электромагнита, набора усилителей мощности, которые подают ток на электромагниты, контроллера и датчиков зазора с соответствующей электроникой для обеспечения обратной связи, необходимой для управления. положение ротора в зазоре.Эти элементы показаны на схеме. Усилители мощности подают равный ток смещения на две пары электромагнитов на противоположных сторонах ротора. Это постоянное перетягивание каната осуществляется контроллером, который компенсирует ток смещения равными, но противоположными возмущениями тока, когда ротор отклоняется на небольшую величину от своего центрального положения.

Датчики зазора обычно индуктивные по своей природе и работают в дифференциальном режиме. Усилители мощности в современном коммерческом применении представляют собой твердотельные устройства, которые работают в конфигурации с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Контроллер обычно представляет собой микропроцессор или DSP.

Средство для запуска космического корабля

НАСА разрабатывает стартовое средство, использующее систему магнитной левитации для приведения в движение космического корабля. Сторонники средства запуска на магнитной подвеске утверждают, что оно позволяет сэкономить на проектировании и затратах на запуск, обеспечивая при этом более безопасный метод запуска. [5]

См. Также

Список литературы

  1. ↑ Б. В. Джаявант. В Atsugi Unisia Corporation, Брайтон, BNl 9QT, Великобритания. Школа инженерии и прикладных наук Университета Сассекса.Электромагнитная подвеска и левитация.
  2. ↑ K.X. Quian, P. Zeng, W.M. Ru, H.Y. Юань (2005) Новые концепции и новый дизайн постоянных вращающихся магнитных насосов искусственного сердца для крови, Медицинская инженерия и физика 28 (2006) 383-388
  3. ↑ Патент Бачелет 1912 г. 1,020,942
  4. ↑ Б. В. Джаявант. В Atsugi Unisia Corporation, Брайтон, BNl 9QT, Великобритания. Школа инженерии и прикладных наук Университета Сассекса. Электромагнитная подвеска и левитация.
  5. ↑ Запуск 21 века Транспортные средства MagLev тестировались как запуск AIf.(1999/12/13). Авиационная неделя и космические технологии, 151 (24), 78.

Внешние ссылки

Электромагнитная подвеска BOSE:

fr: Электромагнитная подвеска

.

Bose продает свою революционную электромагнитную подвеску

Этот сайт может получать партнерские комиссии по ссылкам на этой странице. Условия эксплуатации.

Тридцать семь лет спустя после того, как д-ру Амару Бозе пришла в голову идея усовершенствовать электромагнитный драйвер громкоговорителя, чтобы он стал адаптивной подвеской автомобиля, Bose продает технологию ClearMotion, другой технологической компании из Бостона, основанной выпускниками Массачусетского технологического института.Компания Bose дошла до разработки прототипов автомобилей, которые были выставлены в 2004 году, однако выпустила на рынок ответвление сидений с электромагнитной подвеской для водителей дальнобойных грузовиков.

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

Генезис электромагнитной подвески

При внедрении технологий в штаб-квартире Bose в Фрамингеме, штат Массачусетс, в 2004 г. Амар Боз сказал: «Это первый раз. 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 пневмоподвеской и Citroën 1967 года с постоянно протекающей гидравлической подвеской.

Бозе считал, что драйвер громкоговорителя, состоящий из магнита и электромагнитной катушки, которая толкает диффузор динамика внутрь и наружу, может быть серьезно увеличен для перемещения не только бумажного диффузора, но и автомобиля весом 1000 фунтов на каждом углу. Бозе создал математическую модель подвески.Для этого потребовались более совершенные и мощные электромагнитные двигатели, усилители мощности, алгоритмы управления и питание микропроцессоров — все, что он считал, со временем станет доступным.

Bose организовал проект skunkworks в 1980 году и назвал его Project Sound, чтобы скрыть истинную сущность от бухгалтерии Bose. Двадцать четыре года спустя компания почувствовала себя достаточно комфортно с Project Sound, чтобы продемонстрировать его СМИ и аналитикам.

Подвеска Bose в Lexus LS400 1994 года выпуска.

Дневная разница в качестве езды

Линейный мотор на каждом углу заменил традиционные пружины, амортизаторы.

На презентации летом 2004 года компания Bose продемонстрировала модифицированные и немодифицированные Lexus LS400 1994 года и Porsche 911. На них с трудом проходили повороты и неровности, которые ударяли по передней, а затем задней осям, и еще один набор неровностей, которые поднимали левую покрышка но не правая передняя, ​​то задняя.

Неровности спереди и сзади были неудобными на короткой дороге в стандартном Lexus и, что удивительно, почти незаметны для подвески Bose.Project Sound не просто демпфировал неровности проезжей части, но и активно им противодействовал.

Чередующиеся неровности влево-вправо на стандартной подвеске были настолько сильными в Porsche, что водителю-испытателю приходилось носить шлем, чтобы не сотрясать голову при неоднократных ударах в боковое стекло.

Постоянный посетитель Bose знает, что у компании всегда есть для посетителей самый важный момент. В данном случае это было испытание Lexus, движущегося на скорости по железнодорожному полотну. Водитель на скорости приблизился к железнодорожной эстакаде, вагон присел на корточки (ход подвески 8 дюймов), затем линейные двигатели перешли в режим полного расширения, и вагон оторвался от земли и проплыл по железнодорожной эстакаде с запасом дюймов. .После этого водитель вылез из машины, поклонился толпе, указал на машину, нажал кнопку, и передняя подвеска тоже опустилась, и поклонился, когда фары мигали.

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

Многие ведущие мировые автопроизводители встречались с Bose, но автомобили с подвеской Bose так и не вышли на рынок. Также были разговоры об адаптации подвески для машин скорой помощи или роскошных туристических автобусов.

Сиденье Bose Ride System для водителей-дальнобойщиков использует аналогичную электромагнитную подвеску.

Сиденья для грузовиков с подвеской Bose

Пытаясь вывести на рынок пневматическую подвеску, компания Bose решила установить электронное и механическое оборудование внутри сидений, используемых водителями грузовиков дальнего следования.Предыдущий уровень развития техники — это сиденья с пневматической подвеской, которые смягчали езду, но этого было недостаточно для многих дальнобойщиков с проблемами спины.

В сиденье Bose Ride прецизионные датчики обнаруживают движение вверх и вниз. Запатентованные алгоритмы Bose рассчитывают, как отрегулировать сиденье, а электромагнитный двигатель в основании противодействует ударам. Место стоит 3700 долларов, меньше по количеству. При опросе водителей грузовиков, которые сообщили о проблемах со спиной, которые повлияли на их способность управлять тягачами с жесткой подвеской, 97 процентов заявили, что сиденье Bose значительно снижает дискомфорт.

ClearMotion принимает на себя Bose Project

Приобретение ClearMotion подвески Bose и технологии сидений Bose Ride может помочь ClearMotion разработать то, что она называет цифровым шасси. Не вдаваясь в подробности, ClearMotion заявляет, что выйдет за рамки нынешних адаптивных подвесок с использованием воздушных демпферов или магнитореологических адаптивных демпферов (с использованием магнитных частиц в жидкости амортизатора, обычно называемой технологией MagneRide).

С добавлением портфеля Bose ClearMotion заявляет, что это «шаг ближе к достижению своей миссии — быть ведущей компанией в области управления движением в сфере мобильности.

Шакил Авадхани, генеральный директор и соучредитель ClearMotion. заявила, что будет масштабировать свои собственные технологии и технологии Bose на беспилотные платформы, потребительские внедорожники и пикапы, коммерческие грузовики, автобусы, сельское хозяйство и внедорожники. Он сказал, что пассажиры беспилотных автомобилей будут стремиться к плавной поездке, чтобы они могли работать на ноутбуке, планшете или традиционном бумажном блокноте в пути.

.

Электромагнитная подвеска | Статья об электромагнитной подвеске в The Free Dictionary

магнитная левитация

или

maglev

(măg`lĕv), поддержка и часто движение предметов или транспортных средств с помощью магнитов. Магниты, используемые при магнитной левитации, подвешивают объект без контакта с какой-либо поверхностью, что делает его особенно подходящим для высокоскоростной (275–300 миль / ч / 435–475 км / ч) транспортировки, где он значительно снижает трение и позволяет быстро и тихо операция.В типичной системе транспортное средство, напоминающее железнодорожный или монорельсовый вагон, движется по рельсовым путям; Было предложено использование трубы низкого давления для ограждения направляющей, уменьшения сопротивления и увеличения скорости в два-три раза по сравнению со стандартной скоростью магнитной подвески.

В одной версии системы направляющих магниты одинаковой полярности отталкиваются друг от друга, поднимая поезд над направляющими; в другом — магниты противоположной полярности притягивают часть вагона, подвешенную под направляющей, вверх к направляющей, поднимая остальную часть вагона над ней.Путем непрерывного изменения полярности чередующихся магнитов создается серия магнитных притяжений и отталкиваний, которые перемещают транспортное средство по трассе. Электрическая энергия, необходимая для такой системы, велика и является препятствием для широкого использования, но использование магнитов из сверхпроводящих материалов (см. Сверхпроводимость сверхпроводимость,
аномально высокая электропроводность некоторых веществ. Явление было обнаружено в 1911 году Хайке Камерлинг-Оннес, который обнаружил, что сопротивление ртути внезапно упало до нуля при температуре около 4.
….. Щелкните ссылку для получения дополнительной информации. ) снижает потребность в энергии.

Транспортная система на магнитной подвеске была впервые предложена Робертом Годдардом. Годдард, Роберт Хатчингс,
1882–1945, американский физик и эксперт по ракетам, р. Вустер, штат Массачусетс, град. Вустерский политехнический институт (бакалавр наук, 1908 г.), доктор философии. Clark Univ., 1911. С 1914 г. он был связан с Clark Univ., Став профессором физики в 1919.
….. Щелкните ссылку для получения дополнительной информации.в 1909 году, но исследования таких систем проводились только с 1960-х годов в США, Великобритании, Японии, Германии и других странах. Исследования по использованию трубы низкого давления для ограждения поезда на магнитной подвеске были начаты в 21 веке. Технология Maglev была применена в Англии при строительстве полностью автоматизированного низкоскоростного челнока в Бирмингеме, но линия была закрыта из-за проблем с техническим обслуживанием. В 1996 году в Германии было одобрено финансирование поезда на магнитной подвеске, соединяющего Берлин и Гамбург, но в 2000 году оно было отменено.В 2004 году линия на магнитной подвеске, связывающая финансовый район Шанхая с аэропортом, начала коммерческую эксплуатацию; поезд может развивать скорость 268 миль в час (432 км / ч) по своему маршруту длиной 18,6 миль (30 км).

Библиография

См. I. Baldea, New Ways: Конвертоплан и магнитно-левитирующие аппараты (1991).

Колумбийская электронная энциклопедия ™ Copyright © 2013, Columbia University Press. По лицензии Columbia University Press. Все права защищены. www.cc.columbia.edu/cu/cup/

Магнитная левитация

Метод поддержки и транспортировки объектов или транспортных средств, основанный на том физическом свойстве, что сила между двумя намагниченными телами обратно пропорциональна их расстоянию.Используя эту магнитную силу для уравновешивания гравитационного притяжения, можно получить стабильную и бесконтактную подвеску между магнитом (магнитным телом) и фиксированной направляющей (намагниченным телом). В магнитной левитации (маглев), также известной как магнитная подвеска, этот основной принцип используется для подвешивания (или левитации) транспортных средств весом 40 и более тонн путем создания контролируемой магнитной силы. За счет устранения трения эти транспортные средства могут двигаться со скоростью, превышающей скорость колесных поездов, со значительно улучшенным КПД (энергия тяги / входная энергия) и меньшим шумом.В транспортных средствах на магнитной подвеске установленные на шасси магниты либо подвешены под ферромагнитной направляющей (рельсом), либо левитируют над алюминиевой направляющей. См. Магнит

В системе притяжения используется геометрия магнит-направляющей для притяжения электромагнита постоянного тока к направляющей. Эта система, также известная как система электромагнитной подвески (EMS), подходит для низко- и высокоскоростных пассажирских транспортных средств и широкого диапазона магнитных подшипников. Система электромагнитной подвески по своей сути нелинейна и нестабильна, поэтому для поддержания подъемной силы, направленной вверх, равной весу подвешенного магнита и его полезной нагрузки (транспортного средства), требуется активная обратная связь.

В системе отталкивающего типа, также известной как электродинамическая система левитации (EDS или EDL), сверхпроводящая катушка, работающая в режиме постоянного тока, перемещается в продольном направлении вдоль проводящей поверхности (алюминиевая пластина, закрепленная на земле и действующая как направляющей) для наведения циркулирующих вихревых токов в алюминиевой пластине. Эти вихревые токи создают магнитное поле, которое по закону Ленца противодействует магнитному полю, создаваемому бегущей катушкой. Это взаимодействие создает силу отталкивания на движущейся катушке.На более низких скоростях этой вертикальной силы недостаточно для подъема катушки (и ее полезной нагрузки), поэтому необходимы поддерживающие вспомогательные колеса до тех пор, пока результирующая сила отталкивания не станет положительной. Скорость, при которой чистая восходящая подъемная сила является положительной (критическая скорость), зависит от магнитного поля в воздушном зазоре и полезной нагрузки и обычно составляет около 80 км / ч (50 миль / ч). Для создания большого потока от бегущих катушек используются твердые сверхпроводники (тип II) с относительно высокими значениями критического поля (напряженность магнитного поля катушки при 0 K), обеспечивающие плотность потока в воздушном зазоре более 4 тесла.При таком выборе сильное магнитное поле, индуцированное вихревыми токами, отклоняется сверхпроводящим полем, создавая самостабилизирующуюся силу левитации на высоких скоростях (хотя для адекватного демпфирования и качества езды требуются дополнительные схемы управления). См. Вихретоковый

Благодаря бесконтактной работе линейные двигатели используются для приведения в движение транспортных средств на магнитной подвеске: линейные асинхронные двигатели для низкоскоростных транспортных средств и линейные синхронные двигатели для высокоскоростных систем. На практике они представляют собой развернутые версии обычных роторных двигателей. См. Асинхронный двигатель, Синхронный двигатель

Подвешивание вращающейся части машины в магнитном поле может устранить контактное трение, присутствующее в обычных механических подшипниках. Магнитные подшипники могут основываться на силах притяжения или отталкивания. Несмотря на то, что радиальные магнитные подшипники хорошо разработаны, они относительно дороги и сложны и используются в специализированных областях, таких как гасители колебаний для больших приводных валов для морских гребных винтов. Напротив, осевые версии магнитных подшипников обычно используются в тяжелых приложениях, таких как валы больших насосов и промышленные барабаны. См. Подшипник качения

Краткая инженерная энциклопедия McGraw-Hill. © 2002 г., компания McGraw-Hill Companies, Inc.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *