Característiques i avantatges de la suspensió magnètica

Qualsevol cotxe modern, fins i tot el més pressupostari, estarà equipat amb una suspensió. Aquest sistema és capaç de proporcionar un viatge còmode per carreteres amb diferents tipus de superfícies. No obstant això, a més de la comoditat, el propòsit d’aquesta part de la màquina també és promoure una conducció segura. Per obtenir detalls sobre què és una suspensió, llegiu en una revisió independent.

Com qualsevol altre sistema automàtic, la suspensió s’està actualitzant. Gràcies a l’esforç d’enginyers de diferents qüestions relacionades amb l’automòbil, a més de les modificacions mecàniques clàssiques, ja existeix un disseny pneumàtic (llegiu-ne detalladament aquí), suspensió hidràulica i magnètica i les seves varietats.

Vegem com funciona el tipus magnètic dels penjolls, les seves modificacions i també els avantatges respecte a les estructures mecàniques clàssiques.

Què és la suspensió magnètica

Tot i que el sistema d'amortiment del cotxe es millora constantment i apareixen nous elements en el seu disseny o en la geometria de les diferents parts, el seu funcionament continua essent bàsicament el mateix. L'amortidor suavitza els xocs que es transmeten des de la carretera a través de la roda fins al cos (es descriuen detalls sobre el dispositiu, modificacions i falles dels amortidors) per separat). La molla torna la roda a la seva posició original. Gràcies a aquest esquema de treball, el moviment del cotxe s’acompanya d’una adhesió constant de les rodes a la superfície de la carretera.

Podeu canviar radicalment el mode de suspensió si instal·leu a la plataforma de la màquina un dispositiu adaptatiu que s’adapti a la situació de la carretera i milloraria el maneig del vehicle, per molt bona o dolenta que sigui la carretera. Un exemple d’aquestes estructures és una suspensió adaptativa, que en diferents versions ja està instal·lada en models en sèrie (per a més detalls sobre aquest tipus de dispositius, llegiu aquí).

Com a una de les variants dels mecanismes adaptatius, es va desenvolupar un tipus de suspensió electromagnètica. Si comparem aquest desenvolupament amb un analògic hidràulic, a la segona modificació hi ha un fluid especial als actuadors. L'electrònica canvia la pressió als dipòsits, de manera que cada element d'amortiment canvia la seva rigidesa. El principi és similar per al tipus pneumàtic. L’inconvenient d’aquests sistemes és que el circuit de treball no és capaç d’adaptar-se ràpidament a la situació de la carretera, ja que cal omplir-lo amb una quantitat addicional de suport de treball, que en el millor dels casos triga un parell de segons.

La forma més ràpida d’afrontar aquest treball pot ser mecanismes que funcionin sobre la base de la interacció electromagnètica dels elements executius. Són més sensibles a l’ordre, ja que per canviar el mode d’amortiment no cal bombar ni buidar el mitjà de treball del tanc. L'electrònica de la suspensió magnètica emet l'ordre i el dispositiu respon a l'instant a aquests senyals.

L’augment de la comoditat de conducció, la seguretat a altes velocitats i les superfícies inestables de la carretera, així com la facilitat de maneig, són els principals motius pels quals els desenvolupadors intenten implementar una suspensió magnètica en vehicles de producció, ja que els dissenys clàssics no són capaços d’assolir paràmetres ideals en aquest sentit.

La mateixa idea de crear un vehicle "planer" no és nova. Sovint es troba a les pàgines d’obres fantàstiques amb espectaculars vols de gravikars. Fins als primers anys dels anys 80 del segle passat, aquesta idea va romandre en la fase de ficció i només alguns investigadors la van considerar possible, però en un futur llunyà.

Tanmateix, el 1982 va aparèixer el primer desenvolupament mundial d’un tren que circulava sobre una suspensió magnètica. Aquest vehicle s’anomenava magnetoplà. En comparació amb els anàlegs clàssics, aquest tren va desenvolupar una velocitat sense precedents en aquella època: més de 500 km / h, i pel que fa a la seva suavitat de "vol" i el silenci del treball, només els ocells podrien fer una competència real. L’únic inconvenient pel qual la implementació d’aquest desenvolupament és lenta no és només l’elevat cost del mateix tren. Perquè pugui moure’s, necessita una pista especial que li proporcioni el camp magnètic adequat.

Tot i que aquest desenvolupament encara no s’ha aplicat a la indústria de l’automòbil, els científics no abandonen aquest projecte “recollint pols a la plataforma”. La raó és que el principi de funcionament electromagnètic elimina completament la fricció de les rodes motores a la superfície de la carretera, deixant només resistència a l’aire. Atès que és impossible transferir completament tots els vehicles de rodes a un tipus de xassís similar (caldrà construir carreteres corresponents a tot el món), els enginyers es van centrar a introduir aquest desenvolupament en la suspensió dels cotxes.

Gràcies a la instal·lació d’elements electromagnètics en mostres de prova, els científics van poder proporcionar als concept cars una millor dinàmica i controlabilitat. El disseny de la suspensió magnètica és força complicat. És un bastidor que s’instal·la a totes les rodes segons el mateix principi que un bastidor MacPherson (llegiu-ne detalladament en un altre article). Aquests elements no necessiten un mecanisme amortidor (amortidor) ni un moll.

La correcció del funcionament d’aquest sistema es realitza a través de la unitat de control electrònic (independent, ja que el microprocessador necessita processar moltes dades i activar un gran nombre d’algoritmes). Una altra característica d’aquesta suspensió és que, a diferència de les versions clàssiques, no necessita barres de torsió, estabilitzadors i altres peces per garantir l’estabilitat del vehicle a revolts i altes velocitats. En canvi, es pot utilitzar un fluid magnètic especial, que combina les propietats d’un fluid i d’un material magnetitzat, o electrovàlvules.

Alguns cotxes moderns utilitzen amortidors amb una substància similar en lloc de petroli. Com que hi ha una alta probabilitat de fallada del sistema (al cap i a la fi, aquest és encara un nou desenvolupament, que encara no s’ha pensat del tot), és possible que hi hagi molles al seu dispositiu.

Com funciona?

El principi d'interacció dels electroimants es pren com a base per al funcionament de la suspensió magnètica (en hidràulica és fluid, en aire pneumàtic-aire i en mecànica - parts elàstiques o molles). El funcionament d’aquest sistema es basa en el següent principi.

Des del curs escolar, tothom sap que els mateixos pols dels imants es repel·leixen mútuament. Per connectar els elements magnetitzats, haureu d’esforçar-vos prou (aquest paràmetre depèn de la mida dels elements a connectar i de la intensitat del camp magnètic). Els imants permanents amb un camp tan fort per suportar el pes d’un cotxe són difícils de trobar i les dimensions d’aquests elements no permetran utilitzar-los en automòbils, i encara menys adaptar-se a la situació de la carretera.

També podeu crear un imant amb electricitat. En aquest cas, només funcionarà quan l’actuador estigui activat. En aquest cas, la intensitat del camp magnètic es pot regular augmentant el corrent de les parts que interactuen. Mitjançant aquest procés, és possible augmentar o disminuir la força repulsiva i, amb ella, la rigidesa de la suspensió.

Aquestes característiques dels electroimants permeten utilitzar-les com a molles i amortidors. Per a això, l'estructura ha de tenir necessàriament almenys dos electroimants. La incapacitat de comprimir peces té el mateix efecte que un amortidor clàssic i la força de repulsió dels imants és comparable a la d’una molla o molla. A causa de la combinació d’aquestes propietats, la molla electromagnètica respon molt més ràpidament que les contraparts mecàniques i el temps de resposta als senyals de control és molt més curt, com en el cas de la hidràulica o la pneumàtica.

A l'arsenal de desenvolupadors ja hi ha un nombre suficient d'electroimans de diverses modificacions. Tot el que queda és crear una ECU de suspensió eficient que rebrà senyals del xassís i dels sensors de posició i afinarà la suspensió. En teoria, aquesta idea és bastant realista d’implementar, però la pràctica demostra que aquest desenvolupament té diverses “trampes”.

En primer lloc, el cost d’aquesta instal·lació serà massa elevat per a un automobilista amb ingressos materials mitjans. I no tots els rics es podien permetre el luxe de comprar un cotxe amb una suspensió magnètica completa. En segon lloc, el manteniment d’aquest sistema estaria associat a dificultats addicionals, per exemple, a la complexitat de la reparació i a un petit nombre d’especialistes que entenen les complexitats del sistema.

Es pot desenvolupar una suspensió magnètica de ple dret, però no serà capaç de crear una competència digna, ja que poques persones voldran desemborsar una fortuna només per la velocitat de resposta de la suspensió adaptativa. Es poden introduir elements magnètics de control elèctric molt més econòmics i amb bon èxit en el disseny d’amortidors clàssics.

I aquesta tecnologia ja té dues aplicacions:

1. Instal·leu una vàlvula electromecànica a l’amortidor que canviï la secció del canal per on passa l’oli d’una cavitat a una altra. En aquest cas, podeu canviar ràpidament la rigidesa de la suspensió: com més gran sigui l’obertura de derivació, més suau funciona l’amortidor i viceversa.
2. Injecteu un fluid reològic magnètic a la cavitat de l’amortidor, que canvia les seves propietats a causa de l’efecte d’un camp magnètic sobre ella. L'essència d'aquesta modificació és idèntica a l'anterior: la substància de treball flueix més ràpidament o més lentament d'una cambra a una altra.

Les dues opcions ja s’utilitzen en alguns vehicles de producció. El primer desenvolupament no és tan ràpid, però és més barat en comparació amb els amortidors plens de fluid magnètic.

Tipus de suspensions magnètiques

Com que una suspensió magnètica de ple dret encara està en desenvolupament, els fabricants d'automòbils estan implementant parcialment aquest esquema en els seus models de vehicles, seguint un dels dos camins esmentats anteriorment.

Al món, entre tots els desenvolupaments de les suspensions magnètiques, hi ha tres varietats que mereixen atenció. Tot i la diferència en el principi de funcionament, disseny i ús de diferents actuadors, totes aquestes modificacions presenten diverses similituds. La llista inclou:

• Palanques i altres elements de la marxa del cotxe, que determinen la direcció del moviment de les rodes durant el funcionament de la suspensió;
• Sensors per a la posició de les rodes respecte a la carrosseria, la seva velocitat de rotació i l’estat de la carretera davant del cotxe. Aquesta llista també inclou sensors d'ús general: les forces de prémer el pedal de gas / fre, la càrrega del motor, la velocitat del motor, etc.
• Una unitat de control independent on es recullen i processen els senyals de tots els sensors del sistema. El microprocessador genera impulsos de control d’acord amb els algorismes que s’han cosit durant la producció;
• Electroimants, en què, sota la influència de l’electricitat, es forma un camp magnètic amb la polaritat corresponent;
• Una central elèctrica que genera un corrent capaç d’activar imants potents.

Considerem quina és la particularitat de cadascun d’ells i, a continuació, parlarem dels avantatges i desavantatges de la versió magnètica del sistema amortidor del cotxe. Abans de començar, val la pena aclarir que cap dels sistemes és producte de l'espionatge corporatiu. Cadascun dels desenvolupaments és un concepte desenvolupat individualment que té dret a existir al món de la indústria de l'automòbil.

Suspensió magnètica SKF

SKF és un fabricant suec de recanvis per a reparacions professionals de vehicles. El disseny dels amortidors magnètics d’aquesta marca és el més senzill possible. El dispositiu d’aquestes peces elàstiques i amortidores inclou els elements següents:

• Càpsula;
• Dos electroimants;
• Tija amortidora;
• Primavera.

El principi de funcionament d’aquest sistema és el següent. Quan s’inicia el sistema elèctric del cotxe, s’activen els electroimants situats a la càpsula. A causa dels mateixos pols del camp magnètic, aquests elements es repel·len entre si. En aquest mode, el dispositiu funciona com una molla; no permet que la carrosseria del cotxe estengui sobre les rodes.

Quan el cotxe circula per la carretera, els sensors de cada roda envien senyals a l'ECU. Basant-se en aquestes dades, la unitat de control canvia la intensitat del camp magnètic, augmentant així el recorregut del puntal i la suspensió esdevé clàssica suau a partir d’una esportiva. La unitat de control també controla el moviment vertical de la barra del puntal, cosa que no dóna la impressió que la màquina funcioni només amb molles.

L'efecte de ressort no és proporcionat només per les propietats de repulsió dels imants, sinó també per la molla, que s'instal·la al bastidor en cas de tall d'alimentació. A més, aquest element permet apagar els imants quan el vehicle està estacionat amb un sistema a bord inactiu.

L’inconvenient d’aquest tipus de suspensions és que consumeix molta energia, ja que l’ECU canvia constantment el voltatge de les bobines d’imant perquè el sistema s’adapti ràpidament a la situació de la carretera. Però si comparem la "gula" d'aquesta suspensió amb alguns accessoris (per exemple, amb un aire condicionat i una calefacció interior funcionant), llavors no consumeix una quantitat críticament gran d'electricitat. El més important és que a la màquina s’instal·li un generador amb una potència adequada (es descriu la funció que fa aquest mecanisme aquí).

Suspensió de Delfos

Les noves característiques d'amortiment ofereixen la suspensió desenvolupada per la companyia nord-americana Delphi. Exteriorment, s’assembla a la clàssica postura de McPherson. La influència dels electroimants només es duu a terme sobre les propietats del fluid reològic magnètic a les cavitats de l’amortidor. Tot i aquest disseny senzill, aquest tipus de suspensió mostra una excel·lent adaptació de la rigidesa dels amortidors en funció dels senyals de la unitat de control.

En comparació amb les contraparts hidràuliques amb rigidesa variable, aquesta modificació respon molt més ràpidament. El treball dels imants només canvia la viscositat de la substància de treball. Pel que fa a l'element de molla, no cal canviar la seva rigidesa. La seva tasca és tornar la roda a la carretera el més ràpidament possible quan es circula ràpidament per superfícies irregulars. Segons el funcionament de l’electrònica, el sistema pot fer que el fluid dels amortidors sigui més fluid a l’instant perquè la vareta de l’amortidor es mogui més ràpidament.

Aquestes propietats de suspensió són poc pràctiques per al transport civil. Les fraccions de segon tenen un paper important en l’automobilisme. El sistema en si no requereix tanta energia com en el cas del tipus anterior d’amortidors. Aquest sistema també es controla sobre la base de dades provinents de diversos sensors situats a les rodes i els elements de l’estructura de la suspensió.

Aquest desenvolupament ja s’utilitza activament en suspensions adaptatives de marques com Audi i GM (alguns models Cadillac i Chevrolet).

Suspensió electromagnètica Bose

La marca Bose és coneguda per molts automobilistes pels seus sistemes d’altaveus de primera qualitat. Però, a més de la preparació d’àudio d’alta qualitat, la companyia també treballa en el desenvolupament d’un dels tipus de suspensions magnètiques més espectaculars. A finals del segle XX, un professor que crea una acústica espectacular, també "infectat" amb la idea de crear una suspensió magnètica de ple dret.

El disseny del seu desenvolupament s’assembla al mateix amortidor de vares i els electroimants del dispositiu s’instal·len segons el principi, com en la modificació SKF. Només que no es repel·leixen mútuament, com a la primera versió. Els propis electroimants es troben al llarg de tota la longitud de la vareta i del cos, dins del qual es mou, i es maximitza el camp magnètic i s’incrementa el nombre de avantatges.

La particularitat d’una instal·lació d’aquest tipus és que no requereix molta més energia. També realitza simultàniament la funció d'amortidor i de moll i funciona tant en mode estàtic (el cotxe està parat) com en un mode dinàmic (el cotxe es mou per una carretera accidentada).

El propi sistema proporciona el control d’un major nombre de processos que es produeixen mentre el cotxe condueix. L’amortiment de les oscil·lacions es produeix a causa d’un fort canvi en els pols del camp magnètic. El sistema Bose es considera el referent de tots aquests dissenys de suspensió. És capaç de proporcionar un cop efectiu de la barra fins a vint centímetres, estabilitzar perfectament el cos, eliminant fins i tot el mínim rotllo durant les corbes d’alta velocitat, així com el “picoteig” durant la frenada.

Aquesta suspensió magnètica es va provar amb el model insígnia del fabricant d’automòbils japonès Lexus LS, que, per cert, va ser restil·lat recentment (es va presentar un test drive d’una de les versions anteriors del sedan premium en un altre article). Tot i que aquest model ja va rebre una suspensió d’alta qualitat, que es caracteritza per un funcionament suau, durant la presentació del sistema magnètic va ser impossible no notar l’admiració dels periodistes automobilístics.

El fabricant ha equipat aquest sistema amb diversos modes de funcionament i un gran nombre de configuracions diferents. Per exemple, quan el cotxe està en corba a gran velocitat, l'ECU de suspensió registra la velocitat del vehicle, el començament del rodatge de la carrosseria. Depenent dels senyals dels sensors, l'electricitat es subministra principalment al bastidor d'una de les rodes més carregades (més sovint és la frontal, que es troba en la trajectòria exterior del semicercle de rotació). Gràcies a això, la roda posterior exterior també es converteix en la roda de suport i el cotxe manté l'adherència a la superfície de la carretera.

Una altra característica de la suspensió magnètica de Bose és que també pot actuar com a generador secundari. Quan la barra de l’amortidor es mou, el sistema de recuperació associat recull l’energia alliberada a l’acumulador. És possible que aquest desenvolupament es modernitzi encara més. Tot i que aquest tipus de suspensió és, en teoria, la més eficient, el més difícil és, amb diferència, programar la unitat de control perquè el mecanisme pugui aprofitar tot el potencial del sistema descrit als dibuixos.

Perspectives d’aparició de suspensions magnètiques

Tot i la seva òbvia eficàcia, una suspensió magnètica de ple dret encara no ha entrat en producció massiva. De moment, l’obstacle clau per a això és l’aspecte de costos i la complexitat de la programació. La revolucionària suspensió magnètica és massa cara i encara no s’ha desenvolupat del tot (és difícil crear un programari adequat, ja que s’ha d’activar un gran nombre d’algoritmes al microprocessador per aprofitar tot el seu potencial). Però ja hi ha una tendència positiva cap a l'aplicació de la idea en vehicles moderns.

Qualsevol nova tecnologia necessita finançament. És impossible desenvolupar una novetat i posar-la immediatament en producció sense proves preliminars i, a més del treball dels enginyers i programadors, aquest procés també requereix grans inversions. Però tan bon punt es posi el desenvolupament al transportador, el seu disseny es simplificarà gradualment, cosa que farà que sigui tan possible veure aquest dispositiu no només en cotxes premium, sinó també en models del segment de preus mitjans.

És possible que amb el pas del temps els sistemes millorin, cosa que farà que els vehicles de rodes siguin més còmodes i segurs. Els mecanismes basats en la interacció dels electroimants també es poden utilitzar en altres dissenys de vehicles. Per exemple, per augmentar la comoditat mentre es condueix un camió, el seient del conductor es pot basar no en un coixí magnètic, sinó pneumàtic.

Pel que fa al desenvolupament de suspensions electromagnètiques, avui cal millorar els sistemes relacionats següents:

• Sistema de navegació. L’electrònica ha de determinar per endavant l’estat de la superfície de la carretera. El millor és fer-ho basant-se en les dades del navegador GPS (consulteu les característiques del funcionament del dispositiu aquí). La suspensió adaptativa es prepara per endavant per a superfícies de carretera difícils (alguns sistemes de navegació proporcionen informació sobre l’estat de la superfície de la carretera) o per a un gran nombre de girs.
• Sistema de visió davant del vehicle. Basat en els sensors d’infrarojos i en l’anàlisi de la imatge gràfica que prové de la càmera de vídeo frontal, el sistema ha de determinar per endavant la naturalesa dels canvis a la superfície de la carretera i adaptar-se a la informació rebuda.

Algunes empreses ja estan implementant sistemes similars en els seus models, de manera que hi ha confiança en el desenvolupament imminent de suspensions magnètiques per als automòbils.

Avantatges i desavantatges

Com qualsevol altre mecanisme nou que es preveu introduir en el disseny de vehicles (o que ja s’utilitza en vehicles de motor), tots els tipus de suspensions electromagnètiques presenten avantatges i desavantatges.

Parlem primer dels avantatges. Aquesta llista inclou aquests factors:

• Les propietats d'amortiment del sistema són incomparables en termes de bon funcionament;
• Ajustant els modes d’amortiment, el maneig del cotxe esdevé gairebé perfecte sense els rodets característics de dissenys més senzills. El mateix efecte garanteix la màxima adherència a la carretera, independentment de la seva qualitat;
• Durant l’acceleració i la frenada dura, el cotxe no es “mossega” el nas i no s’asseu a l’eix posterior, cosa que en cotxes normals afecta greument l’adherència;
• El desgast dels pneumàtics és més uniforme. Per descomptat, si la geometria de les palanques i altres elements de la suspensió i del xassís està adequadament ajustada (per obtenir més detalls sobre la cambra, llegiu per separat);
• Es millora l’aerodinàmica del cotxe, ja que la seva carrosseria sempre és paral·lela a la calçada;
• El desgast desigual dels elements estructurals s’elimina distribuint les forces entre les rodes carregades / descarregades.

En principi, tots els punts positius es relacionen amb l'objectiu principal de qualsevol suspensió. Tots els fabricants d’automòbils s’esforcen per millorar els tipus existents de sistemes d’amortiment per tal d’acostar els seus productes a l’ideal esmentat.

Quant als desavantatges, la suspensió magnètica en té un. Aquest és el seu valor. Si instal·leu un desenvolupament complet de Bose, fins i tot amb la baixa qualitat de l'interior i la configuració mínima del sistema electrònic, el cotxe encara costarà massa. Encara no hi ha cap fabricant d'automòbils preparat per incloure aquests models en una sèrie (fins i tot limitada), amb l'esperança que els rics comprin immediatament el nou producte i no té sentit invertir una fortuna en un cotxe que estarà als magatzems. . L'única opció és fabricar aquests cotxes per encàrrec individual, però fins i tot en aquest cas hi ha poques empreses que estiguin disposades a prestar aquest servei.

En conclusió, us suggerim veure un petit vídeo sobre com funciona la suspensió magnètica Bose en comparació amb els seus homòlegs clàssics:

La invenció NO és per a mortals corrents. A Tothom LI AGRADARIA veure aquesta tecnologia al seu cotxe