磁気サスペンションの特徴と利点
現代の、最も予算の多い車でさえ、サスペンションが装備されます。 このシステムは、さまざまなタイプの路面で快適な乗り心地を提供することができます。 しかし、快適性に加えて、機械のこの部分の目的は、安全な運転を促進することでもあります。 サスペンションとは何かについて詳しくは、 別のレビューで.
他の自動車システムと同様に、サスペンションはアップグレードされています。 さまざまな自動車関係者のエンジニアの努力のおかげで、古典的な機械的変更に加えて、空気圧設計がすでに存在します（詳細を読む ここで）、油圧および磁気サスペンションとその種類。
磁気タイプのペンダントがどのように機能するか、それらの変更、そして古典的な機械的構造に対する利点について考えてみましょう。
磁気サスペンションとは
車のダンピングシステムは絶えず改善されており、新しい要素がデザインに登場したり、さまざまなパーツの形状が変更されたりしているにもかかわらず、操作は基本的に同じです。 ショックアブソーバーは、道路からホイールを介してボディに伝わる衝撃を和らげます（デバイスの詳細、ショックアブソーバーの変更と故障について説明します） 別々に）。 スプリングがホイールを元の位置に戻します。 この作業計画のおかげで、車の動きは路面への車輪の絶え間ない接着を伴います。
路面の良し悪しに関わらず、路面状況に適応して車両のハンドリングを向上させるアダプティブデバイスをマシンプラットフォームにインストールすることで、サスペンションモードを根本的に変えることができます。 このような構造の例は、さまざまなバージョンですでにシリアルモデルにインストールされているアダプティブサスペンションです（このタイプのデバイスの詳細については、以下を参照してください）。 ここで).
適応メカニズムの変形のXNUMXつとして、電磁タイプのサスペンションが開発されました。 この開発を油圧アナログと比較すると、XNUMX番目の変更ではアクチュエータに特別な流体があります。 電子機器はリザーバー内の圧力を変更するため、各減衰要素はその剛性を変更します。 原理は空気圧タイプでも同様です。 このようなシステムの欠点は、追加の作動媒体を充填する必要があり、せいぜい数秒かかるため、作動回路が道路状況に迅速に適応できないことです。
この作業に対処するための最速の方法は、実行要素の電磁相互作用に基づいて機能するメカニズムである可能性があります。 ダンピングモードを変更するために、タンクから作動媒体をポンプまたは排出する必要がないため、コマンドに対する応答性が高くなります。 磁気サスペンションの電子機器がコマンドを発行し、デバイスはこれらの信号に即座に応答します。
クラシックなデザインでは理想的なパラメーターを実現できないため、開発者が量産車に磁気サスペンションを実装しようとする主な理由は、乗り心地の向上、高速での安全性、不安定な路面、および取り扱いの容易さです。
「ホバリング」車両を作成するというアイデア自体は新しいものではありません。 彼女は、グラビカーの壮大な飛行を伴う素晴らしい作品のページでよく見られます。 前世紀の80年代の最初の年まで、このアイデアは空想の段階にとどまり、一部の研究者だけがそれを可能だと考えましたが、遠い将来です。
しかし、1982年に、磁気サスペンションで動く列車の世界初の開発が登場しました。 この乗り物はマグネトプレーンと呼ばれていました。 古典的なアナログと比較して、この列車は当時前例のない速度を開発しました-500 km / h以上、そしてその「飛行」の柔らかさと仕事のノイズのないことに関して、鳥だけが本当の競争をすることができました。 この開発の実装が遅い唯一の欠点は、列車自体のコストが高いことだけではありません。 彼が動くことができるために、彼は適切な磁場を提供する特別なトラックを必要とします。
この開発はまだ自動車産業に適用されていませんが、科学者はこのプロジェクトを「棚にほこりを集める」ままにしません。 その理由は、電磁動作原理により、路面での駆動輪の摩擦が完全に排除され、空気抵抗のみが残るためです。 すべての車輪付き車両を同様のタイプのシャーシに完全に移行することは不可能であるため（世界中に対応する道路を建設する必要があります）、エンジニアはこの開発を自動車のサスペンションに導入することに焦点を当てました。
テストサンプルに電磁要素を取り付けたおかげで、科学者はコンセプトカーに優れたダイナミクスと制御性を提供することができました。 磁気サスペンションの設計は非常に複雑です。 マクファーソンラックと同じ原理で全輪に取り付けられるラックです（詳しくはこちらをご覧ください） 別の記事で）。 これらの要素は、ダンパー機構（ショックアブソーバー）やスプリングを必要としません。
このシステムの動作の修正は、電子制御ユニットを介して実行されます（マイクロプロセッサは大量のデータを処理し、多数のアルゴリズムをアクティブ化する必要があるため、別個に）。 このサスペンションのもうXNUMXつの特徴は、クラシックバージョンとは異なり、曲がり角や高速での車両の安定性を確保するために、トーションバー、スタビライザー、その他の部品を必要としないことです。 代わりに、流体と磁化された材料の特性を組み合わせた特殊な磁性流体、またはソレノイドバルブを使用できます。
現代の車の中には、オイルの代わりに同様の物質を含むショックアブソーバーを使用しているものがあります。 システムが故障する可能性が高いため（結局のところ、これはまだ完全には考えられていない新しい開発です）、そのデバイスにバネが存在する可能性があります。
どのように動作します
電磁石の相互作用の原理は、磁気サスペンションの機能の基礎として採用されています（油圧では流体、空気圧では空気、力学では弾性部品またはばね）。 このシステムの動作には、次の原理があります。
学校のコースから、磁石の同じ極が相互に反発することを誰もが知っています。 磁化された要素を接続するには、十分な労力をかける必要があります（このパラメーターは、接続する要素のサイズと磁場の強さによって異なります）。 車の重量に耐える強磁場を備えた永久磁石は見つけるのが難しく、そのような要素の寸法は、道路状況に適応するどころか、車で使用することを可能にしません。
電気で磁石を作ることもできます。 この場合、アクチュエータが通電されている場合にのみ機能します。 この場合の磁場の強さは、相互作用する部分の電流を増やすことによって調整できます。 このプロセスにより、反発力を増減させ、サスペンションの剛性を高めることができます。
電磁石のこのような特性は、それらをばねやダンパーとして使用することを可能にします。 このため、構造には少なくともXNUMXつの電磁石が必要です。 部品を圧縮できないことは、従来のショックアブソーバーと同じ効果があり、磁石の反発力は、ばねまたはばねの反発力に匹敵します。 これらの特性の組み合わせにより、電磁ばねは機械的なばねよりもはるかに速く応答し、油圧または空気圧の場合のように、信号を制御するための応答時間ははるかに短くなります。
開発者の兵器庫には、さまざまな変更を加えた十分な数の動作中の電磁石がすでにあります。 残っているのは、シャーシと位置センサーから信号を受信し、サスペンションを微調整する効率的なサスペンションECUを作成することです。 理論的には、このアイデアを実装するのは非常に現実的ですが、実際には、この開発にはいくつかの「落とし穴」があることが示されています。
第一に、そのような設備のコストは、平均的な物的収入のある運転手には高すぎるでしょう。 そして、すべての金持ちが本格的な磁気サスペンションを備えた車を買う余裕があるわけではありません。 第二に、そのようなシステムの保守は、たとえば、修理の複雑さやシステムの複雑さを理解している少数の専門家など、追加の困難に関連します。
本格的な磁気サスペンションを開発することはできますが、アダプティブサスペンションの応答速度だけで大金を稼ぎたいと思う人はほとんどいないため、価値のある競争を生み出すことはできません。 はるかに安価で、成功を収めて、電気的に制御された磁気要素を古典的なショックアブソーバーの設計に導入することができます。
そして、このテクノロジーにはすでにXNUMXつのアプリケーションがあります。
- ショックアブソーバーに電気機械式バルブを取り付けて、オイルがキャビティ間を移動するチャネルのセクションを変更します。 この場合、サスペンションの剛性をすばやく変更できます。バイパス開口部が広いほど、ショックアブソーバーは柔らかくなり、その逆も同様です。
- 磁気レオロジー流体をショックアブソーバーキャビティに注入します。ショックアブソーバーキャビティは、磁場の影響によりその特性が変化します。 このような変更の本質は、前の変更と同じです。つまり、作動物質がXNUMXつのチャンバーから別のチャンバーに速くまたは遅く流れます。
両方のオプションは、一部の生産車両ですでに使用されています。 最初の開発はそれほど速くはありませんが、磁性流体で満たされたショックアブソーバーと比較して安価です。
磁気懸濁液の種類
本格的な磁気サスペンションはまだ開発中であるため、自動車メーカーは、上記のXNUMXつのパスのいずれかに従って、このスキームを自動車モデルに部分的に実装しています。
世界では、磁気サスペンションのすべての開発の中で、注目に値するXNUMXつの種類があります。 異なるアクチュエータの動作原理、設計、および使用法の違いにもかかわらず、これらすべての変更にはいくつかの類似点があります。 リストには次のものが含まれます。
- サスペンションの操作中に車輪の動きの方向を決定する、車の歩行のレバーおよびその他の要素。
- 車体に対する車輪の位置、回転速度、車の前の道路の状態をセンサーします。 このリストには、汎用センサー（ガス/ブレーキペダルを踏む力、エンジン負荷、エンジン速度など）も含まれています。
- システム内のすべてのセンサーからの信号が収集および処理される別個の制御ユニット。 マイクロプロセッサは、製造中にステッチされたアルゴリズムに従って制御パルスを生成します。
- 電気の影響下で、対応する極性の磁場が形成される電磁石。
- 強力な磁石を作動させることができる電流を生成する発電所。
それぞれの特徴を考えてから、車のダンパーシステムの磁気バージョンの長所と短所について説明します。 始める前に、どのシステムも企業スパイの産物ではないことを明確にする価値があります。 それぞれの開発は、自動車産業の世界に存在する権利を持つ個別に開発されたコンセプトです。
SKF磁気サスペンション
SKFは、スウェーデンの専門車両修理用自動車部品メーカーです。 このブランドの磁気ショックアブソーバーのデザインは可能な限りシンプルです。 これらの弾力性のある減衰部品のデバイスには、次の要素が含まれています。
- カプセル;
- XNUMXつの電磁石;
- ダンパーステム;
- 春。
このようなシステムの動作原理は次のとおりです。 車の電気系統が始動すると、カプセル内にある電磁石が作動します。 磁場の極が同じであるため、これらの要素は互いに反発します。 このモードでは、デバイスはバネのように機能します。車体を車輪の上に置くことはできません。
車が道路を走行しているとき、各ホイールのセンサーがECUに信号を送信します。 これらのデータに基づいて、コントロールユニットは磁場の強さを変化させ、それによってストラットの移動を増加させ、サスペンションはスポーティなものからクラシックなソフトになります。 コントロールユニットはストラットロッドの垂直方向の動きも制御するため、スプリングだけで機械が動いているような印象を与えることはありません。
バネ効果は、磁石の反発特性だけでなく、停電時にラックに取り付けられるバネによっても提供されます。 さらに、この要素を使用すると、車両が非アクティブな車載システムで駐車されているときに磁石をオフにすることができます。
このタイプのサスペンションの欠点は、ECUがマグネットコイルの電圧を絶えず変化させ、システムが道路の状況にすばやく適応するため、多くのエネルギーを消費することです。 しかし、このサスペンションの「ごみ遣い」をいくつかのアタッチメント（たとえば、エアコンと作動中の室内暖房）と比較すると、それほど大量の電力を消費しません。 主なことは、適切な電力の発電機が機械に取り付けられていることです（このメカニズムの機能はで説明されています ここで).
デルファイサスペンション
新しい減衰特性は、アメリカの会社Delphiによって開発されたサスペンションによって提供されます。 外見上、それは古典的なマクファーソンのスタンスに似ています。 電磁石の影響は、ショックアブソーバーの空洞内の磁性レオロジー流体の特性にのみ影響します。 このシンプルなデザインにもかかわらず、このタイプのサスペンションは、コントロールユニットからの信号に応じてダンパーの剛性の優れた適応を示しています。
剛性が変化する油圧式の対応物と比較して、この変更ははるかに高速に応答します。 磁石の働きは、作動物質の粘度を変えるだけです。 ばね要素に関する限り、その剛性を変更する必要はありません。 その任務は、凹凸のある路面を高速で運転するときに、できるだけ早く車輪を道路に戻すことです。 電子機器の動作に応じて、システムはショックアブソーバー内の液体を瞬時により多くの液体にすることができるため、ダンパーロッドはより速く動きます。
これらのサスペンション特性は、民間輸送にはほとんど実用的ではありません。 秒の端数はモータースポーツで重要な役割を果たします。 システム自体は、以前のタイプのダンパーの場合ほど多くのエネルギーを必要としません。 このようなシステムは、ホイールやサスペンション構造要素に配置されたさまざまなセンサーからのデータに基づいて制御されます。
この開発は、アウディやGM（一部のキャデラックおよびシボレーモデル）などのアダプティブサスペンションブランドですでに積極的に使用されています。
ボーズ電磁サスペンション
Boseブランドは、プレミアムスピーカーシステムで多くのドライバーに知られています。 しかし、高品質のオーディオ準備に加えて、同社は最も壮観なタイプの磁気サスペンションの開発にも取り組んでいます。 XNUMX世紀の終わりまでに、壮大な音響を作成する教授は、本格的な磁気サスペンションを作成するというアイデアにも「感染」しました。
その開発の設計は同じロッドショックアブソーバーに似ており、デバイスの電磁石は、SKFの変更と同様に原理に従って取り付けられています。 最初のバージョンのように、それらだけが互いに反発しません。 電磁石自体はロッドと本体の全長に沿って配置され、その中で移動し、磁場が最大化され、プラスの数が増加します。
このような設備の特徴は、それ以上のエネルギーを必要としないことです。 また、ダンパーとスプリングの両方の機能を同時に実行し、静的（車が立っている）モードと動的（車がでこぼこの道を移動している）モードの両方で機能します。
システム自体は、車の運転中に発生する多数のプロセスの制御を提供します。 振動の減衰は、磁場の極の急激な変化によって発生します。 ボーズシステムは、そのようなすべてのサスペンション設計のベンチマークと見なされています。 ロッドの有効ストロークを最大XNUMXcm提供し、ボディを完全に安定させ、高速コーナリング時のわずかなロールやブレーキング時の「ペッキング」を排除します。
この磁気サスペンションは、日本の自動車メーカーであるレクサスLSのフラッグシップモデルでテストされました。これは、ちなみに、最近リスタイルされました（プレミアムセダンの以前のバージョンのXNUMXつのテストドライブが提示されました 別の記事で）。 このモデルは、スムーズな操作が特徴の高品質なサスペンションをすでに採用しているにもかかわらず、磁気システムのプレゼンテーション中に、自動車ジャーナリストの賞賛に気付かずにはいられませんでした。
製造元は、このシステムにいくつかの動作モードと多数の異なる設定を装備しています。 たとえば、車が高速でコーナリングしているとき、サスペンションECUは車の速度、つまりボディロールの開始を記録します。 センサーからの信号に応じて、電気はより多くの負荷がかかったホイールのXNUMXつのラックに供給されます（多くの場合、半回転の外側の軌道にある前輪です）。 これにより、後輪外側がサポートホイールとなり、路面のグリップを維持します。
ボーズの磁気サスペンションのもうXNUMXつの特徴は、二次発電機としても機能できることです。 ショックアブソーバーロッドが動くと、関連する回復システムが放出されたエネルギーをアキュムレータに収集します。 この開発は引き続き近代化される可能性があります。 このタイプのサスペンションは理論的には最も効率的ですが、最も難しいのは、メカニズムが図面に記載されているシステムの可能性を最大限に発揮できるように制御ユニットをプログラムすることです。
磁気懸濁液の出現の見通し
その明らかな有効性にもかかわらず、本格的な磁気サスペンションはまだ大量生産に入っていません。 現時点では、これに対する主な障害は、コストの側面とプログラミングの複雑さです。 革新的な磁気サスペンションは高価すぎて、まだ完全には開発されていません（マイクロプロセッサでその潜在能力を最大限に発揮するには、多数のアルゴリズムをアクティブ化する必要があるため、適切なソフトウェアを作成することは困難です）。 しかし、すでに現在、このアイデアを現代の車両に適用するという前向きな傾向があります。
新しいテクノロジーには資金が必要です。 ノベルティを開発し、予備テストなしですぐに生産に移すことは不可能であり、エンジニアやプログラマーの仕事に加えて、このプロセスにも莫大な投資が必要です。 しかし、開発がコンベアに入るとすぐに、その設計は徐々に単純化され、プレミアムカーだけでなく、中価格帯のモデルでもそのようなデバイスを見ることができるようになります。
時間の経過とともにシステムが改善され、車輪付き車両がより快適で安全になる可能性があります。 電磁石の相互作用に基づくメカニズムは、他の車両設計でも使用できます。 たとえば、トラックの運転中の快適さを向上させるために、運転席は空気圧ではなく磁気クッションに基づくことができます。
電磁サスペンションの開発に関しては、今日、以下の関連システムを改善する必要があります。
- ナビゲーションシステム。 電子機器は、事前に路面の状態を判断する必要があります。 GPSナビゲーターのデータに基づいてこれを行うのが最善です（デバイス操作の機能について読んでください） ここで）。 アダプティブサスペンションは、困難な路面（一部のナビゲーションシステムは路面の状態に関する情報を提供します）または多数の曲がり角に対して事前に準備されています。
- 車両前方のビジョンシステム。 システムは、赤外線センサーとフロントビデオカメラからのグラフィック画像の分析に基づいて、路面の変化の性質を事前に判断し、受信した情報に適応する必要があります。
一部の企業はすでにモデルに同様のシステムを実装しているため、自動車用の磁気サスペンションの差し迫った開発に自信があります。
利点と欠点
自動車の設計に導入される予定の（またはすでに自動車に使用されている）他の新しいメカニズムと同様に、すべてのタイプの電磁サスペンションには長所と短所があります。
最初にプロについて話しましょう。 このリストには、次のような要素が含まれています。
- システムの減衰特性は、スムーズな操作という点で比類のないものです。
- ダンピングモードを微調整することにより、シンプルなデザインの特徴であるロールがなくても、車のハンドリングはほぼ完璧になります。 同じ効果により、品質に関係なく、路面でのグリップが最大になります。
- 加速時や急ブレーキ時は、車はノーズを「噛み」たり、リアアクスルに座ったりしません。これは、通常の車ではグリップに深刻な影響を及ぼします。
- タイヤの摩耗はより均一です。 もちろん、サスペンションとシャーシのレバーと他の要素の形状が適切に調整されている場合（キャンバーの詳細については、以下をお読みください） 別々に);
- 車のボディは常に車道と平行であるため、車の空気力学が改善されます。
- 構造要素の不均一な摩耗は、ロード/アンロードされたホイール間で力を分散することによって排除されます。
原則として、すべての良い点は、サスペンションの主な目的に関連しています。 すべての自動車メーカーは、製品を前述の理想にできるだけ近づけるために、既存のタイプの減衰システムの改善に努めています。
不利な点として、磁気サスペンションにはXNUMXつあります。 これがその価値です。 ボーズから本格的な開発をインストールした場合、インテリアの品質が低く、電子システムの構成が最小限であっても、車のコストは高すぎます。 金持ちがすぐに新製品を購入することを期待して、そのようなモデルをシリーズに入れる準備ができている自動車メーカーはまだXNUMXつもありません（限られたモデルでも）。倉庫にある車に大金を投資する意味はありません。 。 そのような車を個別に注文するしかありませんが、この場合、そのようなサービスを提供する準備ができている会社はほとんどありません。
結論として、Boseの磁気サスペンションが従来のサスペンションと比較してどのように機能するかについての短いビデオをご覧になることをお勧めします。
