Características e beneficios da suspensión magnética

Calquera coche moderno, incluso o máis económico, estará equipado cunha suspensión. Este sistema é capaz de proporcionar un paseo cómodo en estradas con diferentes tipos de superficies. Non obstante, ademais da comodidade, o propósito desta parte da máquina tamén é promover unha condución segura. Para máis detalles sobre o que é unha suspensión, lea nunha revisión separada.

Como calquera outro sistema automático, a suspensión está a actualizarse. Grazas ao esforzo de enxeñeiros de diferentes automóbiles, ademais das modificacións mecánicas clásicas, xa existe un deseño neumático (lea sobre isto en detalle aquí), suspensión hidráulica e magnética e as súas variedades.

Vexamos como funciona o tipo magnético dos colgantes, as súas modificacións e tamén as vantaxes sobre as estruturas mecánicas clásicas.

Que é a suspensión magnética

A pesar de que o sistema de amortiguamento do coche está a ser mellorado constantemente e aparecen novos elementos no seu deseño ou cambian a xeometría de diferentes pezas, o seu funcionamento segue sendo basicamente o mesmo. O amortecedor suaviza os choques que se transmiten desde a estrada a través da roda ata o corpo (descríbense detalles sobre o dispositivo, modificacións e fallos dos amortecedores separado). O resorte devolve a roda á súa posición orixinal. Grazas a este esquema de traballo, o movemento do coche vai acompañado dunha adhesión constante das rodas á superficie da estrada.

Pode cambiar radicalmente o modo de suspensión instalando un dispositivo adaptativo na plataforma da máquina que se adapte á situación da estrada e mellore o manexo do vehículo, por boa ou mala que sexa a estrada. Un exemplo destas estruturas é unha suspensión adaptativa, que en varias versións xa está instalada en modelos serie (para máis detalles sobre este tipo de dispositivos, lea aquí).

Como unha das variantes dos mecanismos adaptativos, desenvolveuse un tipo de suspensión electromagnética. Se comparamos este desenvolvemento cun análogo hidráulico, na segunda modificación hai un fluído especial nos actuadores. A electrónica cambia a presión nos tanques, de xeito que cada elemento de amortiguamento cambia a súa rixidez. O principio é similar para o tipo pneumático. A desvantaxe destes sistemas é que o circuíto de traballo non é capaz de adaptarse rapidamente á situación da estrada, xa que ten que encherse cunha cantidade adicional de medio de traballo, que ao mellor leva un par de segundos.

O xeito máis rápido de facer fronte a este traballo poden ser mecanismos que funcionan sobre a base da interacción electromagnética dos elementos executivos. Son máis sensibles ao comando, xa que para cambiar o modo de amortecemento non é necesario bombear ou drenar o medio de traballo do tanque. A electrónica da suspensión magnética emite o comando e o dispositivo responde ao instante a estes sinais.

A maior comodidade de circulación, a seguridade a altas velocidades e as superficies inestables da estrada, así como a facilidade de manexo son as principais razóns polas que os desenvolvedores intentan aplicar suspensión magnética nos coches de produción, xa que os deseños clásicos non son capaces de acadar parámetros ideais neste sentido.

A propia idea de crear un vehículo "flotante" non é nova. A miúdo atópase nas páxinas de obras fantásticas con espectaculares voos de gravikars. Ata os primeiros anos dos 80 do século pasado, esta idea permaneceu na etapa da ficción e só algúns investigadores a consideraron posible, pero nun futuro afastado.

Non obstante, en 1982, apareceu o primeiro desenvolvemento mundial dun tren que movía unha suspensión magnética. Este vehículo chamábase magnetoplano. Comparado cos análogos clásicos, este tren desenvolveu unha velocidade sen precedentes nese momento: máis de 500 km / h e, no que se refire á súa suavidade de "voo" e ao silencio do traballo, só as aves poderían facer unha competencia real. O único inconveniente debido a que a implementación deste desenvolvemento é lenta non é só o alto custo do tren. Para que poida moverse, precisa unha pista especial que proporcione o campo magnético adecuado.

Aínda que este desenvolvemento aínda non se aplicou na industria do automóbil, os científicos non deixan este proxecto "recollendo po na estantería". A razón é que o principio de funcionamento electromagnético elimina completamente a fricción das rodas motrices na superficie da estrada, deixando só resistencia ao aire. Dado que é imposible transferir completamente todos os vehículos de rodas a un tipo similar de chasis (será necesario construír estradas correspondentes ao redor do mundo), os enxeñeiros concentráronse en introducir este desenvolvemento na suspensión dos coches.

Grazas á instalación de elementos electromagnéticos en mostras de proba, os científicos puideron proporcionar aos concept cars unha mellor dinámica e controlabilidade. O deseño da suspensión magnética é bastante complexo. É un rack que se instala en todas as rodas segundo o mesmo principio que un rack MacPherson (lea sobre isto con detalle noutro artigo). Estes elementos non precisan dun mecanismo amortiguador (amortiguador) nin dun resorte.

A corrección do funcionamento deste sistema lévase a cabo a través da unidade de control electrónico (separada, xa que o microprocesador precisa procesar moitos datos e activar un gran número de algoritmos). Outra característica desta suspensión é que, a diferenza das versións clásicas, non precisa barras de torsión, estabilizadores e outras pezas para garantir a estabilidade do vehículo en curvas e altas velocidades. Pola contra, pódese usar un fluído magnético especial, que combina as propiedades dun fluído e dun material magnetizado, ou electroválvulas.

Algúns coches modernos usan amortecedores cunha sustancia similar no canto de aceite. Dado que existe unha alta probabilidade de fallo do sistema (ao cabo, este é aínda un novo desenvolvemento, que aínda non se pensou completamente), é posible que estean presentes resortes no seu dispositivo.

Principio de funcionamento

O principio de interacción dos electroimáns tómase como base para o funcionamento da suspensión magnética (en hidráulica é líquida, en aire pneumático - aire e en mecánica - partes elásticas ou resortes). O funcionamento deste sistema ten o seguinte principio.

Do curso escolar, todos saben que os mesmos polos de imáns se repelen mutuamente. Para conectar os elementos imantados, necesitará esforzarse dabondo (este parámetro depende do tamaño dos elementos a conectar e da forza do campo magnético). Os imáns permanentes cun campo tan forte para soportar o peso dun coche son difíciles de atopar e as dimensións destes elementos non permitirán o seu uso nos coches, e moito menos adaptarse á situación da estrada.

Tamén podes crear un imán con electricidade. Neste caso, só funcionará cando o actuador estea energizado. A intensidade do campo magnético neste caso pódese axustar aumentando a corrente nas partes que interactúan. A través deste proceso, é posible aumentar ou diminuír a forza repulsiva e, con ela, a rixidez da suspensión.

Estas características dos electroimáns permiten usalas como resortes e amortecedores. Para iso, a estrutura debe ter necesariamente polo menos dous electroimáns. A incapacidade de comprimir pezas ten o mesmo efecto que un amortecedor clásico e a forza repulsiva dos imáns é comparable á dun resorte ou resorte. Debido á combinación destas propiedades, o resorte electromagnético responde moito máis rápido que os homólogos mecánicos e o tempo de resposta aos sinais de control é moito máis curto, como no caso da hidráulica ou a pneumática.

No arsenal de desenvolvedores xa hai un número suficiente de electroimáns de varias modificacións. Só queda crear unha ECU de suspensión eficiente que reciba sinais do chasis e dos sensores de posición e afine a suspensión. En teoría, esta idea é bastante realista de aplicar, pero a práctica demostra que este desenvolvemento ten varias "trampas".

En primeiro lugar, o custo dunha instalación deste tipo será demasiado alto para un motorista cun ingreso material medio. E non todos os ricos podían permitirse o luxo de mercar un coche cunha suspensión magnética de pleno dereito. En segundo lugar, o mantemento deste sistema asociaríase con dificultades adicionais, por exemplo, a complexidade da reparación e un pequeno número de especialistas que entenden as complexidades do sistema.

Pódese desenvolver unha suspensión magnética de pleno dereito, pero non poderá crear unha competencia digna, xa que poucas persoas quererán desembolsar unha fortuna só pola velocidade de resposta da suspensión adaptativa. Pódense introducir elementos magnéticos de control eléctrico moito máis baratos e con bo éxito no deseño dos clásicos amortecedores.

E esta tecnoloxía xa ten dúas aplicacións:

1. Instale unha válvula electromecánica no amortecedor que cambie a sección da canle pola que se move o aceite dunha cavidade a outra. Neste caso, pode cambiar rapidamente a rixidez da suspensión: canto máis aberta é a apertura de derivación, máis suave funciona o amortecedor e viceversa.
2. Inxecta un fluído reolóxico magnético na cavidade do amortecedor, que cambia as súas propiedades debido ao efecto dun campo magnético sobre ela. A esencia de tal modificación é idéntica á anterior: a substancia de traballo flúe máis rápido ou máis lento dunha cámara a outra.

Ambas opcións xa se usan nalgúns vehículos de produción. O primeiro desenvolvemento non é tan rápido, pero é máis barato en comparación cos amortecedores cheos de fluído magnético.

Tipos de suspensións magnéticas

Dado que unha suspensión magnética de pleno dereito aínda está en desenvolvemento, os fabricantes de automóbiles están implementando parcialmente este esquema nos seus modelos de vehículos, seguindo un dos dous camiños mencionados anteriormente.

No mundo, entre todos os desenvolvementos das suspensións magnéticas, hai tres variedades que merecen atención. A pesar da diferenza no principio de funcionamento, deseño e uso de diferentes actuadores, todas estas modificacións teñen varias similitudes. A lista inclúe:

• Palancas e outros elementos do andar do coche, que determinan a dirección do movemento das rodas durante o funcionamento da suspensión;
• Sensores para a posición das rodas en relación á carrocería, a súa velocidade de xiro e o estado da estrada diante do coche. Esta lista tamén inclúe sensores de uso xeral: as forzas de presionar o pedal do gas / freo, a carga do motor, a velocidade do motor, etc.;
• Unha unidade de control separada na que se recollen e procesan os sinais de todos os sensores do sistema. O microprocesador xera pulsos de control de acordo cos algoritmos cosidos durante a produción;
• Electroimáns, nos que, baixo a influencia da electricidade, se forma un campo magnético coa polaridade correspondente;
• Unha central eléctrica que xera unha corrente capaz de activar poderosos imáns.

Imos considerar cal é a peculiaridade de cada un deles e, a continuación, discutiremos as vantaxes e desvantaxes da versión magnética do sistema de amortiguadores do coche. Antes de comezar, paga a pena aclarar que ningún dos sistemas é produto da espionaxe corporativa. Cada un dos desenvolvementos é un concepto desenvolvido individualmente que ten dereito a existir no mundo da industria do automóbil.

Suspensión magnética SKF

SKF é un fabricante sueco de autopeças para a reparación profesional de vehículos. O deseño dos amortecedores magnéticos desta marca é o máis sinxelo posible. O dispositivo destas pezas elásticas e amortiguadoras inclúe os seguintes elementos:

• Cápsula;
• Dous electroimáns;
• Tallo amortiguador;
• Primavera.

O principio de funcionamento deste sistema é o seguinte. Cando se inicia o sistema eléctrico do coche, actívanse os electroimáns situados na cápsula. Debido aos mesmos polos do campo magnético, estes elementos repélense entre si. Neste modo, o dispositivo funciona como un resorte: non permite que a carrocería se deite sobre as rodas.

Cando o coche circula pola estrada, os sensores de cada roda envían sinais á ECU. Baseado nestes datos, a unidade de control cambia a intensidade do campo magnético, aumentando así a viaxe do puntal e a suspensión convértese en suave clásica dunha deportiva. A unidade de control tamén controla o movemento vertical da barra do puntal, o que non dá a impresión de que a máquina estea funcionando só con resortes.

O efecto resorte está proporcionado non só polas propiedades repulsivas dos imáns, senón polo resorte, que se instala no rack en caso de corte de enerxía. Ademais, este elemento permítelle apagar os imáns cando o vehículo está estacionado cun sistema de bordo inactivo.

A desvantaxe deste tipo de suspensión é que consume moita enerxía, xa que a ECU cambia constantemente a tensión nas bobinas imán para que o sistema se adapte rapidamente á situación na estrada. Pero se comparamos a "gula" desta suspensión con algúns accesorios (por exemplo, con aire acondicionado e calefacción interior funcionando), non consumirá unha cantidade de electricidade moi grande. O principal é que un xerador cunha potencia adecuada está instalado na máquina (a función deste mecanismo descríbese en aquí).

Suspensión de Delfos

A suspensión desenvolvida pola compañía americana Delphi ofrece novas características de amortiguamento. Exteriormente, aseméllase á clásica postura de McPherson. A influencia dos electroimáns lévase a cabo só nas propiedades do fluído reolóxico magnético situado nas cavidades do amortiguador. A pesar deste deseño sinxelo, este tipo de suspensión demostra unha excelente adaptación da rixidez de amortiguación en función dos sinais da unidade de control.

Comparada coas contrapartes hidráulicas con rixidez variable, esta modificación responde moito máis rápido. O traballo dos imáns só modifica a viscosidade da substancia de traballo. No que se refire ao elemento de resorte, non é necesario cambiar a súa rixidez. A súa tarefa é devolver a roda á estrada o máis rápido posible cando se circula rápido por superficies irregulares. Dependendo do funcionamento da electrónica, o sistema pode facer que o fluído dos amortecedores sexa máis fluído ao instante para que a varilla do amortiguador se mova máis rápido.

Estas propiedades de suspensión son pouco prácticas para o transporte civil. As fraccións de segundo xogan un papel importante no automobilismo. O sistema en si non require tanta enerxía como no caso do tipo anterior de amortecedores. Este sistema tamén se controla a partir de datos procedentes de varios sensores situados nas rodas e elementos da estrutura da suspensión.

Este desenvolvemento xa se está a utilizar activamente en marcas de suspensión adaptativa como Audi e GM (algúns modelos Cadillac e Chevrolet).

Suspensión electromagnética de Bose

A marca Bose é coñecida por moitos condutores polos seus sistemas de altofalantes premium. Pero ademais da preparación de audio de alta calidade, a compañía tamén está a traballar no desenvolvemento dun dos tipos de suspensión magnética máis espectaculares. A finais do século XX, un profesor que crea unha acústica espectacular, tamén "infectado" coa idea de crear unha suspensión magnética de pleno dereito.

O deseño do seu desenvolvemento aseméllase ao mesmo amortecedor de varilla e os electroimáns do dispositivo están instalados segundo o principio, como na modificación SKF. Só que non se repelen, como na primeira versión. Os propios electroimáns están situados ao longo de toda a lonxitude da hasta e do corpo, dentro do cal se move, e maximízase o campo magnético e aumenta o número de vantaxes.

A peculiaridade dunha instalación deste tipo é que non require moita máis enerxía. Tamén realiza simultaneamente a función de amortiguador e resorte e funciona tanto en modo estático (o coche está parado) como dinámico (o coche móvese por unha estrada accidentada).

O propio sistema proporciona o control dun maior número de procesos que se producen mentres o coche conduce. A amortiguación das oscilacións prodúcese debido a un forte cambio nos polos do campo magnético. O sistema Bose considérase o referente de todos estes deseños de suspensión. É capaz de proporcionar un golpe efectivo da hasta ata vinte centímetros, estabilizar perfectamente o corpo, eliminando incluso o menor rolamento durante as curvas de alta velocidade, así como o "picoteo" durante a freada.

Esta suspensión magnética probouse no modelo insignia do fabricante de automóbiles xaponés Lexus LS, que, por certo, foi recentemente rediseñado (presentouse un test drive dunha das versións anteriores do sedán premium noutro artigo). A pesar de que este modelo xa recibiu unha suspensión de alta calidade, que se caracteriza por un bo funcionamento, durante a presentación do sistema magnético foi imposible non notar a admiración dos xornalistas de automóbiles.

O fabricante equipou este sistema con varios modos de funcionamento e un gran número de configuracións diferentes. Por exemplo, cando o coche está en curva a gran velocidade, a ECU de suspensión rexistra a velocidade do vehículo, o comezo do rodamento da carrocería. Dependendo dos sinais dos sensores, a electricidade fornécese en maior medida ao bastidor dunha das rodas máis cargadas (con máis frecuencia é a dianteira, situada na traxectoria exterior do semicírculo de xiro). Grazas a isto, a roda traseira exterior tamén se converte na roda de apoio e o coche mantén o agarre na superficie da estrada.

Outra característica da suspensión magnética de Bose é que tamén pode actuar como xerador secundario. Cando a barra do amortecedor se move, o sistema de recuperación correspondente recolle a enerxía liberada no acumulador. É posible que este desenvolvemento se siga modernizando. A pesar de que este tipo de suspensión é en teoría a máis eficiente, o máis difícil é, de lonxe, programar a unidade de control para que o mecanismo poida aproveitar todo o potencial do sistema descrito nos debuxos.

Perspectivas para a aparición de suspensións magnéticas

A pesar da súa evidente eficacia, unha suspensión magnética de pleno dereito aínda non entrou na produción en masa. Polo momento, o principal obstáculo para iso é o aspecto de custo e a complexidade da programación. A revolucionaria suspensión magnética é demasiado custosa e aínda non se desenvolveu completamente (é difícil crear un software adecuado, xa que hai que activar un gran número de algoritmos no microprocesador para que poida aproveitar todo o seu potencial). Pero xa hai unha tendencia positiva cara á aplicación da idea nos vehículos modernos.

Calquera nova tecnoloxía precisa financiamento. É imposible desenvolver unha novidade e poñela inmediatamente en produción sen probas preliminares e, ademais do traballo de enxeñeiros e programadores, este proceso tamén require enormes investimentos. Pero en canto o desenvolvemento se coloque no transportador, o seu deseño irase simplificando gradualmente, facendo posible ver un dispositivo así non só nos coches premium, senón tamén nos modelos do segmento de prezos medios.

É posible que co paso do tempo os sistemas melloren, o que fará que os vehículos de rodas sexan máis cómodos e seguros. Os mecanismos baseados na interacción de electroimáns tamén se poden empregar noutros deseños de vehículos. Por exemplo, para aumentar a comodidade ao conducir un camión, o asento do condutor pode basearse non en pneumático, senón nun coxín magnético.

En canto ao desenvolvemento de suspensións electromagnéticas, hoxe hai que mellorar os seguintes sistemas relacionados:

• Sistema de navegación. A electrónica debe determinar previamente o estado da superficie da estrada. É mellor facelo baseándose nos datos do navegador GPS (lea sobre as características do funcionamento do dispositivo aquí). A suspensión adaptativa prepárase con antelación para superficies de estrada difíciles (algúns sistemas de navegación proporcionan información sobre o estado da superficie de estrada) ou para un gran número de xiros.
• Sistema de visión por diante do vehículo. Baseado en sensores de infravermellos e na análise da imaxe gráfica que provén da cámara de vídeo frontal, o sistema debe determinar con antelación a natureza dos cambios na superficie da estrada e adaptarse á información recibida.

Algunhas empresas xa están implementando sistemas similares nos seus modelos, polo que hai confianza no desenvolvemento inminente de suspensións magnéticas para automóbiles.

Fortalezas e debilidades

Como calquera outro novo mecanismo que se prevé introducir no deseño de automóbiles (ou que xa se está a usar en vehículos a motor), todo tipo de suspensión electromagnética ten vantaxes e desvantaxes.

Falemos primeiro dos profesionais. Esta lista inclúe estes factores:

• As propiedades de amortiguamento do sistema non teñen parangón en termos de bo funcionamento;
• Ao axustar os modos de amortiguamento, o manexo do coche faise case perfecto sen os rolos característicos de deseños máis sinxelos. O mesmo efecto garante o máximo agarre na estrada, calquera que sexa a súa calidade;
• Durante a aceleración e a freada dura, o coche non "morde" o nariz e non se sente no eixo traseiro, o que nos coches comúns afecta seriamente o agarre;
• O desgaste dos pneumáticos é máis uniforme. Por suposto, se a xeometría das palancas e outros elementos da suspensión e do chasis está axustada correctamente (para máis detalles sobre a inclinación, lea separado);
• Mellórase a aerodinámica do coche, xa que a súa carrocería é sempre paralela á calzada;
• O desgaste desigual dos elementos estruturais elimínase distribuíndo as forzas entre as rodas cargadas / descargadas.

En principio, todos os puntos positivos están relacionados co propósito principal de calquera suspensión. Todos os fabricantes de automóbiles esforzanse por mellorar os tipos de sistemas de amortiguación existentes para achegar os seus produtos o mellor posible ao mencionado ideal.

En canto ás desvantaxes, a suspensión magnética só ten unha. Este é o seu valor. Se instalas un desenvolvemento completo de Bose, incluso coa baixa calidade do interior e a configuración mínima do sistema electrónico, o coche aínda custará demasiado. Aínda non hai ningún fabricante de automóbiles preparado para integrar estes modelos nunha serie (nin sequera limitada), coa esperanza de que os ricos compren de inmediato o novo produto e non ten sentido investir unha fortuna nun coche que estará nos almacéns. . A única opción é fabricar eses coches por encargo individual, pero incluso neste caso hai poucas empresas que estean preparadas para prestar este servizo.

Para concluír, suxerimos ver un pequeno vídeo sobre como funciona a suspensión magnética Bose en comparación cos clásicos homólogos:

A invención NON é para mortais comúns. A TODOS GUSTARÍAMOS ver esta tecnoloxía no seu coche