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.
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.
автоновости, описания и характеристики автомобилей, фото и видеообзоры
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.
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. 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:
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.
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.
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.
com/embed/4s0111dhG8I?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»> 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.
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Удивительные отличия подвески электромобиля от подвески бензинового автомобиля: спросите инженера
Здравствуйте, автолюбители, и добро пожаловать в первый выпуск журнала «Спросите инженера». На прошлой неделе я представил себя вместе с идеей этой рубрики «Спросите инженера» и попросил вас присылать вопросы о вашем автомобиле. И вау! Вы не разочаровали! Я все еще пытаюсь собрать воедино части своего почтового ящика после того, как вы все его взорвали. Сегодня я начну отвечать на некоторые из ваших вопросов, так что продолжайте задавать их!
Распространенной темой, которая прозвучала во многих электронных письмах, было: «Есть ли разница между подвеской электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС)?» Как и следовало ожидать, ответ будет «да» и «нет». Из-за различий в производительности и размерах между электродвигателем и ДВС, электромобили представляют собой уникальные проблемы, но также предоставляют уникальные возможности для инженера по шасси.
Рулевое управление Последствия отказа от двигателя внутреннего сгорания
Изображение: VWПоскольку электродвигатели намного меньше, чем ДВС, в автомобиле гораздо больше места, чем ДВС раньше. Это пространство теперь можно использовать для упаковки переднего багажника или электронных модулей, которые нужны электромобилям, но его также можно использовать для упаковки компонентов подвески способами, которые раньше были невозможны. В частности, рулевой механизм теперь можно разместить там, где это наиболее выгодно, в большинстве случаев перед центром колеса. Раньше масляный поддон двигателя диктовал, куда мог двигаться рулевой механизм, а для переднеприводных автомобилей с двигателем, расположенным сбоку (или с востока на запад), это означало, что рулевой механизм почти всегда находился за центром колеса.
Размещение рулевого механизма перед центром колеса имеет преимущества для ощущения рулевого управления и управляемости (я расскажу об этом подробнее в следующем блоге — стоит упомянуть, что спортивные автомобили с ДВС с задним/средним расположением двигателя, такие как Ford GT и Porsche 911 имеют стойки, установленные впереди осевых линий колес), так что это явное преимущество электромобилей.
Хорошим примером этого является новая платформа Volkswagen MEB, которая лежит в основе ID.3, ID.4, ID.6 и предстоящей замены культового автобуса VW (см. выше). В то время как на предыдущей платформе VW MQB рулевой механизм располагался за осевой линией оси (см. Ниже), на новой платформе MEB он размещается впереди. VW ясно увидел преимущества переднего расположения рулевого механизма и в полной мере воспользовался пакетными возможностями, предоставляемыми электродвигателем.
Электродвигатели также открывают пространство выше в моторном отсеке и могут позволить использовать переднюю подвеску на двойных поперечных рычагах — что и использует Tesla — поскольку на пути нет клапанных крышек или головок цилиндров. С другой стороны, электродвигатели больше, чем дифференциал, поэтому в задней части электромобилей обычно меньше места. Это может затруднить установку всех необходимых деталей задней подвески в электромобиле с задним двигателем.
Электромобили представляют собой неожиданные инженерные решения, словно откручивающиеся гайки
Изображение: Tesla Конечно, у электродвигателей тоже есть свои проблемы.
Одна проблема, с которой мы столкнулись во время разработки одного из мощных электромобилей, в котором я участвовал, стала для всех нас полной неожиданностью. Во время наших испытаний мы заметили, что гайки, крепящие ШРУСы к задней подвеске, продолжали ослабевать. Как бы мы их не затягивали, они все равно разболтались. После большой работы мы обнаружили, что гайки оси ослабевают из-за реверсирования высокого крутящего момента при переходе от «дросселя» к «дросселю». Поскольку электромобили используют регенерацию для перезарядки батареи во время торможения и замедления, крутящий момент привода при «дросселе» сильно меняется по сравнению с «дросселем». Ни один ДВС никогда не производил бы такие высокие изменения крутящего момента так часто. Наше решение заключалось в использовании специальной стопорной шайбы производства Nord-Lock под гайкой ШРУСа. Эти шайбы имеют уникальную конструкцию, благодаря которой крутящий момент при снятии гайки значительно превышает крутящий момент при установке.
Задача решена!
Однако по большей части подвеска электромобиля может быть очень похожа на подвеску ДВС. Важны одни и те же вещи: плавность хода, управляемость, комфорт, причем не зависящие от типа используемого мотора. Вы заметите, что системы подвески электромобилей очень похожи на системы подвески автомобилей с ДВС, за одним исключением.
Смерть ведущего моста?
Возможно, вы заметили, что на данный момент электромобилей с ведущими мостами нет. Это может измениться в будущем, но есть очень веские причины, по которым ведущие мосты не идеальны для электромобилей.
Во-первых, ведущим мостам нужен приводной вал, который перемещается вверх и вниз вместе с подвеской. К сожалению, этот карданный вал проходит по середине автомобиля в том же месте, где было бы идеально упаковать аккумуляторы.
Изображение: Ford Аккумуляторы занимают много места и имеют большой вес, поэтому их следует устанавливать низко и как можно ближе к центру автомобиля. К сожалению, именно там находится карданный вал.
Наличие движущегося карданного вала отняло бы слишком много места для батарей, что слишком сильно уменьшило бы запас хода. Прекрасным примером является новый Ford F-150 Lightning. Ford отказался от ведущего моста (показанного выше) и поставил новую независимую заднюю подвеску только для Lightning (см. Ниже). Я думаю, что Ford знал, что он никогда не сможет заставить Lightning работать достаточно хорошо в качестве электромобиля, не приложив дополнительных усилий к разработке совершенно новой подвески. Поверьте мне, Форд никогда бы не потратил такие деньги на F-150, если бы не считал это абсолютно необходимым. Я думаю, вы увидите, что это происходит чаще, поскольку существующие автомобили переоборудуются в электромобили.
Другая причина заключается в том, что традиционный дифференциал с типичным зубчатым венцом и шестерней — пара, которая поворачивает мощность на 90 градусов — не очень эффективный зверь. Кольцо и шестерня зависят от скользящего действия между шестернями, чтобы минимизировать шум, и это увеличивает трение.
Трение — это потеря энергии, а электромобили — это минимизация потерь энергии, чтобы вы могли максимально увеличить запас хода от заряда батареи.
Я скажу, что есть несколько компаний, разрабатывающих электродвигатели, которые устанавливаются на ведущую ось (см. ниже), но как инженер по подвеске я был бы очень обеспокоен увеличением массы этих двигателей. Неподрессоренная масса — враг хорошей езды и управляемости, и именно поэтому ведущие мосты больше не используются. На мой взгляд, увеличение неподрессоренной массы за счет добавления электродвигателя на ось было бы неверным путем.
Изображение: ДанаЯ не думаю, что мы увидим много компаний, производящих электромобили с ведущими мостами, если только они не отчаянно хотят выйти на рынок электромобилей с существующим продуктом и просто не хотят тратить деньги на новую подвеску. Я очень сомневаюсь, что получившийся продукт будет настолько конкурентоспособным, насколько это возможно.
Вот и все на этой неделе.
Продолжайте присылать свои вопросы по адресу [email protected], и мы снова увидимся на следующей неделе. То же время летучих мышей, тот же канал летучих мышей! (о боже, теперь я действительно показываю свой возраст).
BMW разрабатывает систему подвески электромобиля, которая генерирует полезную энергию
Выбоины на дороге могут раздражать, и если вы не заметите их вовремя, они могут нанести серьезный ущерб. Но что, если бы ваш электромобиль мог использовать эту энергию и преобразовывать ее в полезную электроэнергию, когда вы наезжаете на кочку? BMW строит новую систему подвески, предназначенную именно для этого.
BMW патентует конструкцию подвески, которая заряжает аккумулятор электромобиля
Согласно CarBuzz , новый патент, поданный в немецкое патентное ведомство, показывает, что BMW разрабатывает новую систему подвески, способную собирать энергию от движения колес электромобиля, поскольку она поглощает удары от ударов.
В связи с тем, что автомобильная промышленность быстро переходит на полностью электрические транспортные средства, автопроизводители спешат разработать способы увеличения запаса хода электромобилей.
Аккумуляторные технологии быстро развиваются, что позволяет дальности хода электромобилей быть на одном уровне с бензиновыми аналогами. Тем не менее, BMW планирует сделать еще один шаг вперед.
BMW меняет конструкцию подвески, которая традиционно тратит энергию на поддержку движения колес, чтобы вырабатывать полезную энергию.
В заявке показана инновационная конструкция, которая улавливает энергию, вырабатываемую при движении колеса в ответ на наезд на неровность. Затем накопленная энергия направляется в генератор, который преобразует ее в полезную электроэнергию для зарядки аккумулятора электромобиля.
Автопроизводители внедрили функции энергосбережения, которые могут увеличить запас хода электромобиля, в то время как другие разрабатывают методы использования энергии во время путешествий. Но улавливать энергию неровностей дороги для подзарядки аккумулятора — это гениально.
После того, как BMW выпустит свою первую полностью электрическую модель 7-й серии, i7, в этом квартале в США, увидим ли мы ее в конце концов?
BMW i7 (Источник: BMW)Взгляд Электрека
Умный ход, BMW.
Если немецкий автопроизводитель сможет вывести эту технологию на рынок, это может изменить правила игры. Тем не менее, это может быть предложено в качестве опции с какой-либо подпиской.
Mercedes-Benz представил OTA-обновление, которое может дать вашему электромобилю «Увеличение ускорения», но будет стоить вам 1200 долларов в год. Tesla продает аналогичный пакет под названием «Ускорение ускорения» за дополнительные 2000 долларов.
Хотя новая система подвески BMW, скорее всего, не улучшит ускорение, она будет рассматриваться как функция премиум-класса.
Когда и если энергозахватывающая технология подвески BMW появится на рынке, она, вероятно, не будет дешевой. В любом случае, это может стоить дополнения, если ваши ежедневные поездки заполнены лежачими полицейскими или выбоинами. Я знаю, что мог бы хорошо использовать его в моем доме.
FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.
Будьте в курсе последних новостей, подписавшись на Electrek в Google Новостях.
Вы читаете Electrek — экспертов, которые день за днем сообщают новости о Tesla, электромобилях и экологически чистой энергии. Обязательно заходите на нашу домашнюю страницу, чтобы быть в курсе всех последних новостей, и подписывайтесь на Electrek в Twitter, Facebook и LinkedIn, чтобы оставаться в курсе событий. Не знаете, с чего начать? Посетите наш канал YouTube, чтобы быть в курсе последних обзоров.
Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.
Автор
Питер Джонсон
Питер Джонсон рассказывает о постепенном переходе автомобильной промышленности на электромобили.