Электромагнитный амортизатор: 403 — Доступ запрещён – Принцип работы Плюсы и Минусы

Электронно-управляемые амортизаторы: для чего они нужны и как работают

От истоков

 

Как говорит технический словарь, амортизатор — это демпфирующий элемент, предназначенный для гашения колебаний. В автомобиле — колебаний кузова, вызванных работой упругих элементов подвески: листовых рессор или пружин.

 

 

Необходимость демпфирования подвески стала очевидна уже создателям первых автомобилей, и на самой заре автомобилестроения были сконструированы первые амортизаторы. Это были полностью механические конструкции, в виде двух соединенных рычагов, у которых в месте сопряжения располагался пакет из сжатых пружинами круглых дисков (как в сцеплении), которые проворачивались относительно друг-друга и гасили раскачку кузова. Такая система существует и по сей день на различных образцах военной техники, но на автомобилях с конца 20-х — начала 30-х годов появляются и начинают применяться гидравлические амортизаторы, которые, постоянно подвергаясь различным конструктивным изменениям и доработкам, дожили и до настоящего времени.

 

 

На сегодняшний день в автомобилестроении используется пять основных конструктивных типов амортизаторов. Это классический двухтрубный гидравлический (он же «масляный»), однотрубный гидравлический с газовым подпором (он же «газовый»), а также двухтрубный «газовый», «газо-масляный» (действующим веществом здесь является как масло, так и газ), и однотрубный «газовый» с выносной камерой. Как говорится, есть из чего выбирать — и автоконструкторам, и автовладельцам-«тюнингистам». Но остается одно «но»…

 

Два полюса проблемы

 

Такое свойство подвески как «жесткость» задается комбинацией упругих элементов (пружин) и амортизаторов, а также отчасти механических демпферов — сайлентблоков. (Пневматические подвески в данном материале рассматривать не будем — это тема для отдельного разговора.) Всегда упругость пружин и жесткость амортизаторов подбираются совместно. В зависимости от класса автомобиля, подвеска может быть сконструирована как более «мягкая» или более «жесткая», получив весь набор присущих своему типу достоинств и недостатков.

 

 

«Мягкая» подвеска хорошо поглощает дорожный рельеф, обеспечивая плавность и комфорт езды, но проигрывает «жесткой» при скоростном маневрировании и при разгоне-торможении. «Жесткая», в свою очередь, лучше показывает себя на скоростях на ровном асфальте, здесь меньше кренов и раскачки кузова, «приседаний» и «клевков» при резком разгоне и торможении, но уступает «мягкой» в комфорте на неровной дороге, передавая на кузов толчки от каждой ямки. Немалую роль играет и загруженность автомобиля, в зависимости от которой изменяется и работа подвески

 

Не случайно так развит рынок различных «тюнинговых» пружин и амортизаторов, позволяющих доработать штатную подвеску под свой вкус. Но в серийных автомобилях конструкторы вынуждены искать компромисс между комфортом и управляемостью, «мягкостью» и «жесткостью» подвески. Только возможно ли вообще соединить этих антагонистов в одной подвеске и угодить всем — и степенному буржуа, неспешно едущему с семьей за город, и молодому «драйверу», желающему прописывать скоростные виражи на хайвеях?

 

Электронное решение

 

Так как жесткость подвески определяют два элемента — пружины и амортизаторы, то варьировать ее можно либо изменяя упругость пружин, либо жесткость амортизаторов. Но поскольку человечество пока не научилось управлять свойствами металлов, то конструкторы взялись за амортизатор.

 

 

Изменять его жесткость можно тремя способами: варьировать сечение перепускных отверстий, через которое перекачивается масло, изменять вязкость самой рабочей жидкости, варьировать давление газового подпора. По такому принципу всегда разрабатывались и обычные амортизаторы, но они получали заданные свойства «раз и навсегда» и изменять их было невозможно. Были предложены варианты механических систем подстройки жесткости (они доступны и теперь в качестве «тюнинговых»), но для изменения режимов здесь требуется остановка автомобиля и ручная регулировка, и ни о какой гибкости, широкой вариативности, автоматическом и комфортном управлении тут речи нет. А ведь условия движения, дорожный рельеф, по которому перемещается автомобиль, могут меняться очень быстро! И здесь на помощь пришла электроника.

 

 

Заметим, что в мире автостроения электронно-управляемые амортизаторы давно не являются новинкой и начали серийно применяться с начала нулевых годов. Поначалу такие элементы были доступны только на автомобилях премиум-класса, однако к настоящему времени, как и все высокотехнологичные изделия, электронно-управляемые амортизаторы постепенно «демократизировались», становясь все более доступными и находя применение на массовых моделях среднего ценового сегмента. На сегодняшний день электронно-управляемые амортизаторы есть в портфолио у многих брендов с мировым именем, таких как Bilstein, Delphi, Kayaba, Koni, Monroe и др. Кстати интересно, что создавая «электронные амортизаторы», разные производители выбирают для управления им один из трех параметров, задающих характеристики и работают именно с ним.

 

 

Одним из последних автомобилей российского рынка, получившим электронно-управляемые амортизаторы, стал новый Skoda Superb. Тест-драйв этой модели можно прочитать ЗДЕСЬ.

 

Например, компания Delphi решила пойти путем изменения вязкости рабочей жидкости, разработав технологию MRC (Magnetic Ride Control — магнитный контроль перемещения). Здесь в амортизатор заправляется особая магнито-реологическая жидкость, способная менять свою вязкость под воздействием электромагнитного поля, которое генерирует встроенный в поршень амортизатора электромагнит, управляемый через контроллер. Такая система обеспечивает самую широкую вариативность, плавность и скорость реакции, при этом технически очень проста и надежна, поскольку не имеет ни компрессоров, ни сервоприводов, ни систем клапанов. За подобными амортизаторами конструкторы прочат будущее, однако пока что не удается решить вопрос ресурса магнитной жидкости и ее довольно высокой стоимости.

 

 

Другую технологию разрабатывают конструкторы Monroe (один из брендов компании Tenneco). Здесь используется система управления жесткостью посредством изменения перепускания рабочей жидкости в амортизаторе, которая регулируется изменяющим сопротивление электромагнитным клапаном. Он управляется либо вручную водителем, выбирающим соответствующий режим в автомобиле, либо автоматически электронными «мозгами» автомобиля, получающим сигналы от группы датчиков, на основе которого рассчитывает и посылает свой командный сигнал на клапан. Информация с датчиков приходит с частотой 500 сигналов в секунду, благодаря чему реакция подвески оказывается практически мгновенной.

 

Такая система, получившая фирменное название CVSA, на сегодняшний день имеет уже несколько разновидностей, отличающихся по конструкции и функциональности. Наиболее простым вариантом выступает однотрубный или двухтрубный амортизатор с двумя режимами работы клапана, позволяющий выбрать для подвески «комфортный» или «спортивный» режим. Это может быть сделано как вручную переключением кнопки в салоне, либо автоматически.

 

 

Больше возможностей и больше режимов настройки предлагают «семейства» CVSAe — система с внешним гибридным клапаном и трехтрубным амортизатором, CVSAi – постоянно регулируемая подвеска с внутренним гибридным клапаном и однотрубным или двухтрубным амортизатором и CVSA2 – с двойными клапанами и однотрубным амортизатором. Вершиной линейки выступают «семейства» CVSA2/Kinetic с однотрубными амортизаторами, где к двойному клапану добавлена функция управления креном, а также ACOCAR – полностью активная система с однотрубными амортизаторами, обеспечивающая, как заявляет производитель, полный контроль положения кузова. При этом, обе системы, CVSA2/Kinetic и ACOCAR позволяют исключить из подвески поперечную балку, уменьшив тем самым массу автомобиля.

 

Каков итог?

 

На горизонте у электронно-управляемых амортизаторов, очевидно, только светлое будущее и прогресс. Ведь все, что делает нашу жизнь комфортнее и безопаснее, всегда получает развитие. Трудно представить себе, что вдруг остановится распространение автоматических трансмиссий, застопорится оснащаемость климат-контролем и мультимедиа, инженеры бросят работу над системами безопасности. Список можно продолжать и в него входят электронно-управляемые амортизаторы.

 

Электромагнитный амортизатор

Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит цилиндрический корпус (1), заполненный магнитореологической жидкостью. В корпусе установлен шток (4) с магнитным поршнем (5). Канал в штоке соединяет между собой штоковую и бесштоковую полости цилиндра. Крышка (3) с уплотнителем (10) содержит магнитный элемент (7). В крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью. Катушки индуктивности (8, 9) охватывают корпус. Одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре. Достигается упрощение конструкции, повышение надежности и производительности амортизатора. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к подвеске транспортных средств. Электромагнитный амортизатор может быть использован для гашения колебательных движений подвижного состава и преобразования энергии колебания в электрическую энергию. Из уровня техники известна возможность выработки электроэнергии посредством индукции.

Известен, например, гидравлический амортизатор (патент РФ №2084721, МПК F16F 9/53, 1997), содержащий корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем цилиндр с днищем, имеющим каналы, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности. Внутри цилиндра помещен поршень со штоком. Поршень и днище выполнены из ферримагнитного материала, а катушки индуктивности выполнены таким образом, что одна из них охватывает цилиндр, а другая корпус.

Недостатком амортизатора является отсутствие замкнутого силового контура, что снижает технологические возможности амортизатора, как преобразователя электрической энергии.

Известен магнитный амортизатор (патент РФ №2286491, МПК F16F 6/00, 2005), содержащий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, который содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю гидравлические полости. Между половинками поршня размещена, выполненная в виде короткозамкнутого витка, обмотка электромагнита. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.

Недостатком известного амортизатора является сложность конструкции и невысокая производительность.

Известен также амортизатор (патент DE №19647031, МПК Н02K 35/00, 1997), выполняющий функцию линейного генератора для выработки энергии, в котором амортизатор содержит поршень, размещенный в цилиндре, снабженный постоянным магнитом и катушками индуктивности, размещенными на защитном кожухе. Цилиндр и защитный кожух выполнены из нейтрального материала.

Недостатком такого амортизатора являются ограниченные технологические возможности и невысокая производительность.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату является патент РФ №2204067, МПК F16F 6/00, 2003 (прототип), где гидравлический амортизатор содержит корпус, заполненный магнитореологической жидкостью. В нем установлен цилиндр с магнитным днищем, каналами и штоком с магнитным поршнем. На корпусе и цилиндре установлены катушки индуктивности. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. Магнитный элемент и крышка имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости.

Недостатком известного амортизатора является то, что он применим для двухтрубной схемы амортизаторов, имеет невысокую эксплуатационную надежность и низкую производительность.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технического уровня амортизатора и надежности за счет упрощения конструкции.

Задача решается за счет того, что амортизатор выполнен из одной трубы цилиндрической формы, являющейся корпусом, содержащим крышку и днище, а на нем установлены две катушки индуктивности, причем одна из катушек выполнена из блока полых проводников, заполненного магнитореологической жидкостью на основе силикона, обеспечивающей замкнутый магнитный поток с рассеиванием не более 5%, и одновременно объединяющей функции двухтрубной и однотрубной систем, а крышка и днище содержат магниты различной коэрцитивной силы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим эти полости между собой, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности, охватывающие цилиндрический корпус. Одна из катушек индуктивности, охватывающая корпус, выполнена из блока полых проводников, соединяющего между собой верхнюю и нижнюю (штоковую и бесштоковую) полости цилиндра. На катушке из блока полых проводников размещена катушка индуктивности, выполненная из проводника сплошного сечения. Крышка корпуса с уплотнителем и днище содержат магнитные элементы. Блок, крышка и днище имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости. Амортизатор может быть снабжен дополнительным гидрогазовым компенсатором, связанным с корпусом посредством трубопровода. Гидравлические полости цилиндра и полости проводников катушки индуктивности заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе. Кожух амортизатора выполнен из немагнитного материала и служит защитным экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.

Выполнение одной катушки из блока полых проводников, заполненных магнитореологической жидкостью, позволяет упростить конструкцию амортизатора и интенсифицировать магнитный поток. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень — магнит крышки — полые проводники катушки — магнит днища — поршень и образует сложное взаимодействие магнитных полей (поршня, магнитов крышки и днища и полей, наведенных катушками), которое усиливает или уменьшает сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках отводятся через клеммы на кожухе. Описанная конструкция амортизатора повышает его технический уровень, надежность и производительность.

Электромагнитный амортизатор иллюстрируется графическими материалами.

На фиг.1 показан общий вид амортизатора.

На фиг.2 — поперечное сечение А-А в штоковой полости.

На фиг.3 — поперечное сечение Б-Б в области днища.

На фиг.4 — схема электромагнитного амортизатора.

На фиг.5а, 5б — поршень с лабиринтным и прямым проходом магнитореологической жидкости.

На фиг.6 — электромагнитный амортизатор с дополнительным гидрогазовым компенсатором.

Сравнительная оценка показателей предлагаемого и известного электромагнитного амортизатора представлена в таблице.

Электромагнитный амортизатор содержит корпус 1 цилиндрической формы, днище 2, крышку 3, шток 4, установленный на нем поршень 5 с магнитным элементом и дроссельными каналами. Поршень 5 разделяет гидравлическую полость цилиндра на верхнюю А и нижнюю Б части. Днище 2 и крышка 3 содержат постоянные магниты, соответственно 6 и 7. На корпусе 1 установлена, сформированная общим блоком, катушка индуктивности 8, выполненная из полых проводников и соединяющая между собой полости А и Б. На катушке 8 размещена катушка индуктивности 9, выполненная из проводника сплошного сечения.

Гидравлические полости А и Б, а также полые проводники блока катушки 8 заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе с намагниченностью до 70 кА/м. Крышка 3 имеет уплотнение 10. Снаружи днище 2 и крышка 3 охвачены кожухом 11, который, выполняя функцию защитного экрана, совместно с катушкой 8 обеспечивает рассеивание магнитного потока не более чем на 5%. Корпус 1 электромагнитного амортизатора может быть связан посредством трубопровода с дополнительным гидрогазовым компенсатором 12 для работы в условиях тропического климата или иных тяжелых условиях эксплуатации. Электромагнитный амортизатор также может быть выполнен с поршнями 5 с прямым и лабиринтным проходом магнитореологической жидкости (иметь мягкую и жесткую характеристики) (фиг.5а; 5б).

Магнитные элементы в крышке, поршне и днище амортизатора подобраны таким образом, чтобы обеспечить потребные усилия сжатия и отбоя и соответствуют величине остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы в соотношении 3:2:1.

Электромагнитный амортизатор работает следующим образом.

В нейтральном положении поршня 5 со штоком 4 амортизатора, при отсутствии сжимающих или растягивающих усилий, вызванных неровностями дороги, напряжение в катушках 8 и 9 равно нулю. При сжатии поршень 5 перемещается вниз, вытесняя магнитореологическую жидкость из полости Б в полость А через каналы в магните 7, полый проводник катушки 8 и каналы магнита 6, часть жидкости перемещается в полость А через калиброванные отверстия поршня 5. Сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости, создаваемое ориентированными магнетиками, магнитами 6,7 и поршнем 5, обеспечивает усилие при сжатии 550-750 Н. Одновременно с этим происходит изменение магнитного потока, силовые линии которого пересекают обмотки катушек индуктивности 8 и 9 и в них индуктируется ЭДС. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень 5-магнит 6- внутри обмотки катушки 8 — магнит 7 — поршень 5. Образуется мощный магнитный поток с рассеиванием не более 5%. Происходит сложное взаимодействие магнитных полей (поршня 5, магнитов 6,7 и полей, наведенных катушками 8 и 9), усиливая или уменьшая сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках 8 и 9 отводятся через клеммы на кожухе 11 (на чертеже не показано). При растяжении, вызываемом отдачей рессоры, поршень 5 перемещается вверх, преодолевая сопротивление магнитореологической жидкости в полости А. Сопротивление перетеканию жидкости при растяжении соответствует 1800-2200 Н, при этом направление тока в катушках индуктивности 8 и 9 меняется на противоположное.

За счет выполнения одной из катушек индуктивности из блока полых проводников, соединяющей между собой обе части гидравлической полости, концентрируется сильный магнитный поток в области катушек, увеличивая аккумулирование электроэнергии, которая в конечном счете снимается и отводится через клеммы на кожухе на потребители и т.о., повышается производительность, а за счет простоты конструкции амортизатора увеличивается его надежность.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена В экспериментальном цехе ООО «Ренотех-плюс» изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого амортизатора. Оценка технического уровня предлагаемого изобретения представлена в таблице.

Таблица
Преобразователи электрической энергии	Максимальная мощность преобразователя, Вт	Коэффициент использования материалов, Вт/кг
Двухтрубной системы (прототип)	105	42
Однотрубной системы с блоком полых проводников (предлагаемый амортизатор)	145	96

1. Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим между собой эти полости, крышку с уплотнителем, содержащую магнитный элемент, причем в крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью, и катушки индуктивности, охватывающие корпус, отличающийся тем, что одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре.

2. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что магнитный поршень имеет дополнительные дроссельные отверстия с лабиринтным проходом магнитореологической жидкости.

3. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что в крышке, поршне и днище амортизатора установлены магнитные элементы с различными коэрцитивными силами, значение которых составляет соответственно 3:2:1.

4. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что наружный кожух выполнен из немагнитного материала и служит экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.

5. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что к корпусу может быть присоединен дополнительный гидрогазовый компенсатор.

Электронные амортизаторы для обычных авто — журнал За рулем

27 марта 2014 года

Пока еще не доехавший до нас универсал Honda Civic Tourer среди множества интересных новшеств получил и электронную регулировку жесткости амортизаторов заднего моста. Эта система, вполне достойная премиум-сегмента, может устанавливаться и на машины малого класса, владельцы которых готовы заплатить за комфорт «премиальную» цену.

Амортизаторы с регулируемой жесткостью выпускают практически все ведущие производители компонентов. Бюджетная альтернатива системам с электромагнитной регулировкой — амортизаторы, в которых регулировка жесткости производится механическим способом. Подобные системы можно разделить на обычные и спортивные. В первых настройка жесткости производится на снятом амортизаторе поворотом штока вокруг своей оси. Регулировка спортивных моделей осуществляется из-под капота и из багажника на стоящем автомобиле без выполнения дополнительных операций. В зависимости от автомобиля они могут быть либо масляными, либо — как правило- с газовым подпором. Модели таких амортизаторов выпускают фирмы Bilstein, Ohlins, KONI.

Амортизаторы с электронной регулировкой жесткости (Continuous Damping Control) до настоящего времени использовали в основном производители премиум-марок. Например, такие амортизаторы поставляются на конвейер как ОЕМ-деталь и являются частью системы в автомобилях BMW, Mercedes-Benz, Audi. Эта система используется и на Jeep Grand Cherokee SRT. В последнем случае поставщиком выступает немецкая Bilstein.

Принцип действия систем всех производителей, в основном, одинаков: блок управления электронной регулировки жесткости амортизаторов анализирует полученные сигналы и отдает команды на исполнительные механизмы, установленные на стойках амортизаторов, которые с помощью магнитных клапанов обеспечивают оптимальную работу подвески, в том числе устраняют клевок передней части автомобиля при торможении и до минимума снижают влияние выбоин и неро

Электронно-управляемые амортизаторы — 24 Ноября 2016 — АвтоБлог

Различные типы управляемых амортизаторов

Для повышения комфорта движения и безопасности управления транспортным средством в его конструкции применяют электронно-управляемые амортизаторы.

К электронно-управляемым амортизаторам относят такие амортизаторы, характеристики которых прямым или косвенным образом изменяются посредством сигналов от блока управления или по желанию водителя. В зависимости от принципа изменения характеристик, электронно-управляемые амортизаторы условно можно подразделить на несколько групп:

 С электронной регулировкой. Блок управления подвеской регулирует характеристики амортизатора за счет управления имеющихся в конструкции электрических клапанов (рис. 1).

Рис. 1. Электронно-регулируемый амортизатор

С магнитной регулировкой. Магнито-реологическая рабочая жидкость амортизатора содержит металлические частицы. При магнитном воздействии на жидкость изменяются характеристики амортизатора (рис. 2).

Рис. 2. Поршень с электромагнитом в магнито-жидкостном амортизаторе

С регулировкой воздушного подпора. Автомобиль имеет пневмосистему, где каждый амортизатор отдельно соединен пневмомагистралью. По команде блока управления или водителя характеристики амортизаторов меняются при подаче или сбросе давления воздуха в пневмомагистрали (рис. 3). 

Рис. 3. Амортизатор с регулировкой воздушного подпора

Гидропневматические амортизаторы. Под этим типом подразумевается амортизатор и пневмоэлемент как одно целое (рис. 4). 

Рис. 4. Гидропневматический амортизатор

Примеры использования различных видов электронно-управляемых амортизаторов

На автомобилях марки Opel устанавливают систему CDC (Continuous Damping Control — непрерывный контроль демпфирования). В данном случае электронная система управления изменяет характеристики амортизаторов посредством электромагнитных клапанов, установленных в нижней части каждого амортизатора. В результате значительно уменьшаются клевки при торможении и крены при прохождении поворотов или неровностей.

Концерн ZF Friedrichshafen AG представил систему CDC, специально разработанную для заднего моста коммерческих автомобилей. Принцип управления этой системе аналогичен CDC от Opel.

С 2003 года фирма Monroe выпускает электронно-управляемые амортизаторы. Конструкция амортизатора получилась трехтрубной: в третьей трубе  масло из рабочей полости перекачивается в выносной резервуар с электромагнитным клапаном. Изменяя силу тока в катушке электромагнита можно оперативно, всего за 10 мс, увеличить или уменьшить сопротивление клапана и изменить характеристику амортизатора.   

Фирма Delphi  в своих амортизаторах использует технологию MRC (Magnetic Ride Control — магнитный контроль перемещения). Основной данной технологии является магнито-реологическая жидкость в амортизаторе (рис. 2). В этой жидкости присутствуют специальные магнитные частицы размером в несколько микрон, а их доля составляет примерно 30% от объема всей жидкости в амортизаторе. В поршень амортизатора встроен специальный электромагнит, управляемый отдельным контроллером через проложенные внутри штока провода. Когда контроллер подает электрический ток, создается электромагнитное поле, под его воздействием изменяется вязкость жидкости и меняется характеристика амортизатора. жидкость  под воздействием электромагнитного поля, генерируемого электромагнитом, меняет свою вязкость с частотой 1000 раз в секунду. К положительным сторонам этой технологии относятся высокая скорость изменения характеристик амортизатора, низкая шумность работы, характеристики амортизатора можно менять достаточно плавно. Главным недостатком является высокая стоимость подобной системы.

Работа системы Audi magnetic ride основана на указанной выше технологии Magnetic Ride Control. Система за долю секунды изменяет свойства жесткости амортизаторов в зависимости от дорожной ситуации.

Наиболее ярким примером применения гидропневматической подвески являются автомобили марки Citroen с системой Hydractive. В данной системе характеристики меняются за счет изменения давления жидкости в пневмогидравлических сферах, установленных на амортизаторах. Система автоматически регулирует дорожный просвет в зависимости от состояния дорожного покрытия и скорости движения.

В амортизаторах фирмы Rancho  характеристики меняются за счет изменения давления воздуха, нагнетаемого отдельным компрессором. В нижней части амортизаторов установлены клапаны соединенные пневмомагистралью с компрессором. В салоне автомобиля устанавливается блок управления, и водитель может выбирать нужную ему жесткость амортизаторов.

TEMS (Toyota Electronically Modulated Suspension) – электронная система управления подвеской от фирмы Toyota.  В данном случае сверху амортизатора устанавливается механизм, связанный с регулировочным стержнем в штоке амортизатора. Внутри амортизатор имеет несколько каналов с различным сечением. По сигналу электронного блока управления переключается направление движения амортизационной жидкости и характеристики амортизатора изменяются.

Принцип работы TEMS:

При трогании с места или ускорении блок автоматики TEMS получает сведения от датчиков об увеличении скорости, отпускании педали тормоза и принимает решение о повороте регулировочного стержня. На табло загорается индикация Soft, а внутри амортизатора работает большой контур.

При торможении блок автоматики TEMS получает сведения от датчиков об уменьшении скорости и торможении, меняет полярность импульса на исполнительный механизм и зажигает сигнал Hard. Поворот регулировочного стержня направляет амортизационную жидкость по малому контуру с увеличенным сопротивлением, подвеска становится более жесткой.

На большинстве автомобилей Toyota система TEMS работает в автоматическом режиме, но иногда встречается и ручное управление. Например, Toyota Chaser в 81-м кузове имеет кнопку TEMS Sport. При ее включении подвеска переходит в спортивный режим, становится заметно более жесткой.

Интересная разработка Bose

Музыка в амортизаторах

В 1980-х годах специалистам из исследовательского отдела фирмы Bose – производителю акустических систем премиум-класса, устанавливаемых на дорогие автомобили, пришла в голову идея изменить принцип работы амортизатора. Вместо жидкости они решили заставить работать электричество.

Основываясь на принципах линейного двигателя, Bose в 2004 г. представила общественности электрический амортизатор (разработки велись более 20 лет) (рис. 5).

Поскольку амортизатор – это система, успокаивающая колебания, а акустическая головка (динамик) – это система, которая воспроизводит колебания, то, сменив направление работы, получиться демпфирующая система, то есть амортизатор!

Шток снабжен мощным магнитом, и воспринимая колебания от подвески автомобиля, перемещается не в цилиндре с жидкостью, а в поле, создаваемом электрической катушкой – статоре.

Рис. 5. Система подвески Suspension Bose, так и не увидевшая конвейер

Каждому такому амортизатору нужен контроллер с мощным электрическим усилителем, т.к. при работе нужно ускорять и замедлять перемещение штока. В свою очередь, каждый контроллер будет подчиняться командам центрального компьютера, воспринимающего сигналы датчиков о положении кузова над дорогой.

Установив экспериментальные амортизаторы на реальный автомобиль Lexus LS 400, специалисты получили практически идеальное транспортное средство с точки зрения плавности движения. Кузов не раскачивается, нет кренов в поворотах, отсутствует при наборе скорости подъем передней части автомобиля, при торможении исчезли «кивки носом», толчки и удары со стороны дороги практически пропали! Электроамортизатор проглатывает все неровности дорожного полотна (рис. 6).

Рис. 6. Автомобиль слева имеет стандартную заводскую подвеску. На автомобиле справа установлена подвеска Bose

Разработчики Bose обещали журналистам, что в течение нескольких лет новинка пойдет на конвейер. Планировалось, что амортизаторы Bose будут устанавливаться на автомобили премиум-класса ценой свыше $ 100 тыс. (цена в Европе). Сегодня, спустя 9 лет, о подобных технологиях не слышно. Все дело в том, что данные амортизаторы при всей своей инновационности имеют ряд проблем.

Первая – вес. Амортизаторы Bose в два раза тяжелее классических амортизаторов. Учитывая то, что сейчас все автомобильные технологии направлены на снижение веса ради снижения расхода топлива и борются за каждый килограмм, то лишних 100 кг (вес амортизаторов Bose около 200 кг) веса даже для уникальных амортизаторов – дорогого стоит.

Вторая проблема – электричество. Где его взять в нужном количестве? Сейчас разработчики предлагают использовать заряды аккумуляторов гибридных автомобилей или генерировать энергию самими амортизаторами, когда разгружается колесо, и ход штока – свободный. Наверное, данная проблема решаема. Но есть еще две проблемы.

При работе амортизаторы нагреваются. С теплом до сих пор борются производители классических амортизаторов, увеличивая или вынося наружу масляные камеры. А тут безжидкостная система. Специалисты Bose установили на амортизаторы радиаторы, но те с охлаждением полностью не справляются.

Последняя проблема, связанная с безопасностью: автопроизводители предполагают, что из-за отсутствия кренов в поворотах, водители не смогут почувствовать грань сцепления колес с дорогой, что приведет к сносу автомобиля.

Тест драйв автомобиля с амортизаторами Bose:

   

       

 

 

Электронно-управляемые амортизаторы

Электронно-управляемые амортизаторы – автомобильные амортизаторы с регулируемыми электроникой характеристиками жесткости и высоты

Ходовая часть

Автомобильные амортизаторы служат для обеспечения безопасности и комфорта движения, они должны предотвращать отрыв колес от дороги и препятствовать колебаниям кузова. Амортизаторами называют устройства, преобразующие энергию механических колебаний в тепловую. Они прикрепляются к кузову и рычагам подвески (мосту автомобиля) с помощью эластичных элементов.

 

Электронно-управляемый амортизатор.

Амортизаторы различных конструкций

В подвесках первых автомобилей применяли амортизаторы с механическим трением, которые быстро изнашивались. Из-за этого  ухудшалась плавность хода автомобилей. Им на смену пришли гидравлические рычажные амортизаторы. В таких амортизаторах механическое трение было заменено на трение жидкости, проходящей через отверстия. Гидравлические рычажные  амортизаторы были достаточно компактны, но работали при высоких давлениях жидкости, сильно нагревались и были недолговечны. В настоящее время в подвесках автомобилей применяются телескопические гидравлические амортизаторы.

Действие таких амортизаторов основано на использовании гидравлического сопротивления, которое возникает  при перетекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через отверстия, перекрытые клапанами, отвечающими за сжатие и отдачу (растяжение).

По конструкции большинство амортизаторов подразделяется на две группы – однотрубные и двухтрубные. Они могут быть масляными (или гидравлическими) и газомасляными (гидропневматическими). Последние в народе называют «газовыми».

Различные типы управляемых амортизаторов

Для повышения комфорта движения и безопасного управления транспортным средством применяют электронно-управляемые амортизаторы.

К электронно-управляемым амортизаторам относят такие амортизаторы, характеристики которых прямым или косвенным образом изменяются посредством сигналов от блока управления или по желанию водителя.

В зависимости от принципа изменения характеристик, электронно-управляемые амортизаторы условно можно подразделить на несколько групп.

С электронной регулировкой. Блок управления подвеской регулирует характеристики амортизатора за счет установленных на амортизаторе электрических клапанов.

С магнитной регулировкой. Рабочая жидкость амортизатора содержит металлические частицы. При магнитном воздействии на жидкость можно изменить характеристики амортизатора.

С регулировкой воздушного подпора. В данном случае на автомобиле устанавливается пневмосистема. Каждый амортизатор отдельно соединен пневмолинией. По команде блока управления или водителя характеристики амортизаторов меняются при подаче или сбросе давления воздуха в пневмолинии.

Гидропневматические амортизаторы. Под этим типом подразумевается амортизатор и пневмоэлемент как одно целое.

Примеры использования различных видов электронно-управляемых амортизаторов

На автомобилях марки Opel устанавливают систему CDC (Continuous Damping Control — непрерывный контроль демпфирования). В данном случае электронная система управления изменяет характеристики амортизаторов посредством электромагнитных клапанов, установленных в нижней части каждого амортизатора. В результате значительно уменьшаются клевки при торможении и крены при прохождении поворотов или неровностей.

Концерн ZF Friedrichshafen AG представил систему CDC, специально разработанную для заднего моста коммерческих автомобилей. Принцип управления этой системе аналогичен CDC от Opel.

С 2003 году фирма Monroe выпускает электронно-управляемые амортизаторы. Конструкция амортизатора получилась трехтрубной: в третьей трубе  масло из рабочей полости перекачивается в выносной резервуар с электромагнитным клапаном. Изменяя силу тока в катушке электромагнита можно оперативно, всего за 10 мс, увеличить или уменьшить сопротивление клапана и изменить характеристику амортизатора.   

Фирма Delphi, в своих амортизаторах использует технологию MRC (Magnetic Ride Control — магнитный контроль перемещения). Основной данной технологии является магнито-реологическая жидкость в амортизаторе. В этой жидкости присутствуют специальные магнитные частицы размером в несколько микрон, а их доля составляет примерно 30% от объема всей жидкости в амортизаторе. В поршень амортизатора встроен специальный электромагнит, управляемый отдельным контроллером через проложенные внутри штока провода. Когда контроллер подает электрический ток, создается электромагнитное поле, под его воздействием изменяется вязкость жидкости и меняется характеристика амортизатора. К положительным сторонам этой технологии относятся высокая скорость изменения характеристик амортизатора, низкая шумность работы, характеристики амортизатора можно менять достаточно плавно. Главным недостатком является высокая стоимость подобной системы.

Работа системы Audi magnetic ride основана на указанной выше технологии Magnetic Ride Control.  По заверениям компании, система за долю секунды изменяет жесткость амортизаторов в зависимости от дорожной ситуации.

Наиболее ярким примером применения гидропневматической подвески являются автомобили марки Citroen с системой Hydractive. В данной системе характеристики меняются за счет изменения давления жидкости в пневмогидравлических сферах, установленных на амортизаторах. Система автоматически регулирует дорожный просвет в зависимости от состояния дорожного покрытия и скорости движения.

В амортизаторах фирмы Rancho, характеристики меняются за счет изменения давления воздуха, нагнетаемого отдельным компрессором. В нижней части амортизаторов установлены клапаны соединенные пневмолинией с компрессором. В салоне автомобиля устанавливается блок управления, и водитель может выбирать нужную ему жесткость амортизаторов.

TEMS (Toyota Electronically Modulated Suspension) – электронная система управления подвеской от фирмы Toyota.  В данном случае сверху амортизатора устанавливается механизм, связанный с регулировочным стержнем в штоке амортизатора. Внутри амортизатор имеет несколько каналов с различным сечением. По сигналу электронного блока управления переключающий направление движения амортизационной жидкости и характеристики амортизатора изменяются.