Características y beneficios de la suspensión magnética
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Cualquier automóvil moderno, incluso el más económico, estará equipado con una suspensión. Este sistema es capaz de proporcionar una conducción cómoda en carreteras con diferentes tipos de superficies. Sin embargo, además de la comodidad, el propósito de esta parte de la máquina también es promover una conducción segura. Para obtener detalles sobre qué es una suspensión, lea en una revisión separada.
Como cualquier otro sistema automático, la suspensión se está actualizando. Gracias a los esfuerzos de los ingenieros de varias empresas automotrices, además de las modificaciones mecánicas clásicas, ya existe un diseño neumático (lea sobre esto en detalle aquí), suspensión hidráulica y magnética y sus variedades.
Consideremos cómo funciona el tipo de colgantes magnéticos, sus modificaciones y también las ventajas sobre las estructuras mecánicas clásicas.
¿Qué es la suspensión magnética?
A pesar de que el sistema de amortiguación del automóvil se mejora constantemente, y aparecen nuevos elementos en su diseño o cambia la geometría de diferentes partes, su funcionamiento sigue siendo básicamente el mismo. El amortiguador suaviza los golpes que se transmiten desde la carretera a través de la rueda a la carrocería (se describen detalles sobre el dispositivo, modificaciones y fallos de los amortiguadores por separado). El resorte devuelve la rueda a su posición original. Gracias a este esquema de trabajo, el movimiento del automóvil se acompaña de un agarre constante de las ruedas con la superficie de la carretera.
Puede cambiar radicalmente el modo de suspensión instalando un dispositivo adaptativo en la plataforma de la máquina que se adapte a la situación de la carretera y mejore el manejo del vehículo, sin importar qué tan buena o mala sea la carretera. Un ejemplo de tales estructuras es una suspensión adaptativa, que en diferentes versiones ya está instalada en modelos de serie (para más detalles sobre este tipo de dispositivo, lea aquí).
Como una de las variantes de los mecanismos adaptativos, se desarrolló un tipo de suspensión electromagnética. Si comparamos este desarrollo con un análogo hidráulico, en la segunda modificación hay un fluido especial en los actuadores. La electrónica cambia la presión en los depósitos, de modo que cada elemento de amortiguación cambia su rigidez. El principio es similar para el tipo neumático. La desventaja de tales sistemas es que el circuito de trabajo no puede adaptarse rápidamente a la situación de la carretera, ya que debe llenarse con una cantidad adicional de medio de trabajo, lo que en el mejor de los casos toma un par de segundos.
La forma más rápida de hacer frente a este trabajo pueden ser mecanismos que funcionen sobre la base de la interacción electromagnética de los elementos ejecutivos. Responden mejor al comando, ya que para cambiar el modo de amortiguación, no es necesario bombear o drenar el medio de trabajo del tanque. La electrónica de la suspensión magnética emite el comando y el dispositivo responde instantáneamente a estas señales.
El aumento de la comodidad de conducción, la seguridad a altas velocidades y las superficies inestables de las carreteras, así como la facilidad de manejo, son las principales razones por las que los desarrolladores están tratando de implementar la suspensión magnética en los automóviles de producción, ya que los diseños clásicos no pueden lograr parámetros ideales en este sentido.
La idea misma de crear un vehículo "flotante" no es nueva. A menudo se la encuentra en las páginas de obras fantásticas con vuelos espectaculares de gravikars. Hasta los primeros años de la década de los 80 del siglo pasado, esta idea se mantuvo en la etapa de la ficción, y solo algunos investigadores la consideraron posible, pero en un futuro lejano.
Sin embargo, en 1982, apareció el primer desarrollo mundial de un tren que se movía sobre una suspensión magnética. Este vehículo se llamó magnetoplano. Comparado con los análogos clásicos, este tren desarrolló una velocidad sin precedentes en ese momento - más de 500 km / h, y en términos de su suavidad de "vuelo" y silencio de trabajo, solo las aves podían competir de verdad. El único inconveniente por el cual la implementación de este desarrollo es lenta no es solo el alto costo del tren en sí. Para que pueda moverse, necesita una pista especial que proporcione el campo magnético adecuado.
Aunque este desarrollo aún no se ha aplicado en la industria automotriz, los científicos no dejan este proyecto "acumulando polvo en el estante". La razón es que el principio de funcionamiento electromagnético elimina por completo la fricción de las ruedas motrices en la superficie de la carretera, dejando solo la resistencia del aire. Dado que es imposible transferir por completo todos los vehículos con ruedas a un tipo de chasis similar (será necesario construir las carreteras correspondientes en todo el mundo), los ingenieros se centraron en introducir este desarrollo en la suspensión de los automóviles.
Gracias a la instalación de elementos electromagnéticos en las muestras de prueba, los científicos pudieron proporcionar a los concept car una mejor dinámica y capacidad de control. El diseño de la suspensión magnética es bastante complicado. Es un bastidor que se instala en todas las ruedas según el mismo principio que un bastidor MacPherson (lea al respecto en detalle en otro articulo). Estos elementos no necesitan un mecanismo amortiguador (amortiguador) o un resorte.
La corrección del funcionamiento de este sistema se realiza a través de la unidad de control electrónico (separada, ya que el microprocesador necesita procesar una gran cantidad de datos y activar una gran cantidad de algoritmos). Otra característica de esta suspensión es que, a diferencia de las versiones clásicas, no necesita barras de torsión, estabilizadores y otras piezas para asegurar la estabilidad del vehículo en curvas y altas velocidades. En su lugar, se puede utilizar un fluido magnético especial, que combina las propiedades de un fluido y un material magnetizable, o válvulas solenoides.
Algunos automóviles modernos usan amortiguadores con una sustancia similar en lugar de aceite. Dado que existe una alta probabilidad de falla del sistema (después de todo, este es todavía un desarrollo nuevo, que aún no se ha pensado completamente), es posible que haya resortes en su dispositivo.
¿Cómo funciona?
El principio de interacción de los electroimanes se toma como base para el funcionamiento de la suspensión magnética (en hidráulica es líquido, en neumática aire - aire y en mecánica - piezas elásticas o resortes). El funcionamiento de este sistema tiene el siguiente principio.
Desde el curso escolar, todo el mundo sabe que los mismos polos de imanes se repelen mutuamente. Para conectar los elementos magnetizados, deberá aplicar suficiente esfuerzo (este parámetro depende del tamaño de los elementos a conectar y de la fuerza del campo magnético). Los imanes permanentes con un campo tan fuerte para soportar el peso de un automóvil son difíciles de encontrar, y las dimensiones de dichos elementos no permitirán que se utilicen en automóviles, y mucho menos adaptarse a la situación de la carretera.
También puede crear un imán con electricidad. En este caso, solo funcionará cuando el actuador esté energizado. En este caso, la fuerza del campo magnético se puede regular aumentando la corriente en las partes que interactúan. Mediante este proceso, es posible aumentar o disminuir la fuerza repulsiva, y con ella la rigidez de la suspensión.
Tales características de los electroimanes permiten su uso como resortes y amortiguadores. Para ello, la estructura debe tener necesariamente al menos dos electroimanes. La incapacidad para comprimir las piezas tiene el mismo efecto que un amortiguador clásico, y la fuerza de repulsión de los imanes es comparable a la de un resorte o resorte. Debido a la combinación de estas propiedades, el resorte electromagnético responde mucho más rápido que sus contrapartes mecánicas, y el tiempo de respuesta a las señales de control es mucho más corto, como en el caso de la hidráulica o la neumática.
En el arsenal de desarrolladores ya hay una cantidad suficiente de electroimanes de trabajo de varias modificaciones. Todo lo que queda es crear una ECU de suspensión eficiente que reciba señales del chasis y los sensores de posición y ajuste la suspensión. En teoría, esta idea es bastante realista de implementar, pero la práctica muestra que este desarrollo tiene varias "trampas".
En primer lugar, el costo de dicha instalación será demasiado alto para un automovilista con un ingreso material promedio. Y no todas las personas ricas podían permitirse comprar un automóvil con una suspensión magnética completa. En segundo lugar, el mantenimiento de dicho sistema estaría asociado con dificultades adicionales, por ejemplo, la complejidad de la reparación y un pequeño número de especialistas que comprenden las complejidades del sistema.
Se puede desarrollar una suspensión magnética en toda regla, pero no podrá crear una competencia digna, ya que pocas personas querrán desembolsar una fortuna solo por el bien de la velocidad de respuesta de la suspensión adaptativa. Mucho más barato y con buen éxito, se pueden introducir elementos magnéticos controlados eléctricamente en el diseño de los amortiguadores clásicos.
Y esta tecnología ya tiene dos aplicaciones:
- Instale una válvula electromecánica en el amortiguador que cambie la sección del canal a través del cual el aceite se mueve de una cavidad a otra. En este caso, puede cambiar rápidamente la rigidez de la suspensión: cuanto más ancha es la abertura de derivación, más suave funciona el amortiguador y viceversa.
- Inyectar un fluido reológico magnético en la cavidad del amortiguador, que cambia sus propiedades debido al efecto de un campo magnético sobre él. La esencia de tal modificación es idéntica a la anterior: la sustancia de trabajo fluye más rápido o más lento de una cámara a otra.
Ambas opciones ya se utilizan en algunos vehículos de producción. El primer desarrollo no es tan rápido, pero es más barato en comparación con los amortiguadores llenos de líquido magnético.
Tipos de suspensiones magnéticas
Dado que todavía se está desarrollando una suspensión magnética completa, los fabricantes de automóviles están implementando parcialmente este esquema en sus modelos de automóviles, siguiendo uno de los dos caminos mencionados anteriormente.
En el mundo, entre todos los desarrollos de suspensiones magnéticas, hay tres variedades que merecen atención. A pesar de la diferencia en el principio de funcionamiento, diseño y uso de diferentes actuadores, todas estas modificaciones tienen varias similitudes. La lista incluye:
- Palancas y otros elementos de la marcha del coche, que determinan la dirección de movimiento de las ruedas durante el funcionamiento de la suspensión;
- Sensores para la posición de las ruedas con respecto a la carrocería, su velocidad de rotación y el estado de la carretera frente al automóvil. Esta lista también incluye sensores de uso general: las fuerzas de presionar el pedal del acelerador / freno, la carga del motor, la velocidad del motor, etc.
- Una unidad de control independiente en la que se recopilan y procesan las señales de todos los sensores del sistema. El microprocesador genera pulsos de control de acuerdo con los algoritmos que se han cosido durante la producción;
- Electroimanes, en los que, bajo la influencia de la electricidad, se forma un campo magnético con la polaridad correspondiente;
- Una central eléctrica que genera una corriente capaz de activar potentes imanes.
Consideremos cuál es la peculiaridad de cada uno de ellos, y luego discutiremos las ventajas y desventajas de la versión magnética del sistema de amortiguación del automóvil. Antes de comenzar, vale la pena aclarar que ninguno de los sistemas es producto del espionaje corporativo. Cada uno de los desarrollos es un concepto desarrollado individualmente que tiene derecho a existir en el mundo de la industria automotriz.
Suspensión magnética SKF
SKF es un fabricante sueco de piezas de automóvil para reparaciones profesionales de vehículos. El diseño de los amortiguadores magnéticos de esta marca es lo más sencillo posible. El dispositivo de estas piezas elásticas y amortiguadoras incluye los siguientes elementos:
- Cápsula;
- Dos electroimanes;
- Vástago amortiguador;
- Primavera
El principio de funcionamiento de dicho sistema es el siguiente. Cuando se enciende el sistema eléctrico del automóvil, se activan los electroimanes ubicados en la cápsula. Debido a los mismos polos del campo magnético, estos elementos se repelen entre sí. En este modo, el dispositivo funciona como un resorte: no permite que la carrocería del automóvil descanse sobre las ruedas.
Cuando el automóvil circula por la carretera, los sensores de cada rueda envían señales a la ECU. Con base en estos datos, la unidad de control cambia la fuerza del campo magnético, aumentando así el recorrido del puntal, y la suspensión pasa a ser clásica y suave de una deportiva. La unidad de control también controla el movimiento vertical de la varilla del puntal, lo que no da la impresión de que la máquina esté funcionando solo con resortes.
El efecto de resorte lo proporcionan no solo las propiedades repulsivas de los imanes, sino también el resorte, que se instala en el bastidor en caso de un corte de energía. Además, este elemento le permite apagar los imanes cuando el vehículo está estacionado con un sistema de a bordo inactivo.
La desventaja de este tipo de suspensión es que consume mucha energía, ya que la ECU cambia constantemente el voltaje en las bobinas magnéticas para que el sistema se adapte rápidamente a la situación en la carretera. Pero si comparamos la "glotonería" de esta suspensión con algunos accesorios (por ejemplo, con un aire acondicionado y una calefacción interior que funcione), entonces no consume una cantidad críticamente grande de electricidad. Lo principal es que se instale en la máquina un generador con una potencia adecuada (se describe qué función realiza este mecanismo aquí).
Suspensión Delphi
La suspensión desarrollada por la empresa estadounidense Delphi ofrece nuevas características de amortiguación. Exteriormente, se parece a la postura clásica de McPherson. La influencia de los electroimanes se lleva a cabo solo en las propiedades del fluido reológico magnético en las cavidades del amortiguador. A pesar de este diseño simple, este tipo de suspensión demuestra una excelente adaptación de la rigidez de la amortiguación en función de las señales de la unidad de control.
En comparación con sus homólogos hidráulicos con rigidez variable, esta modificación responde mucho más rápido. El trabajo de los imanes solo cambia la viscosidad de la sustancia de trabajo. En lo que respecta al elemento de resorte, no es necesario cambiar su rigidez. Su tarea es devolver la rueda a la carretera lo más rápido posible cuando se conduce rápido en superficies irregulares. Dependiendo de cómo funcione la electrónica, el sistema puede hacer que el líquido de los amortiguadores sea instantáneamente más fluido para que la varilla del amortiguador se mueva más rápido.
Estas propiedades de suspensión son de poca utilidad para el transporte civil. Las fracciones de segundo juegan un papel importante en el automovilismo. El sistema en sí no requiere tanta energía como en el caso del tipo anterior de amortiguadores. Dicho sistema también se controla sobre la base de datos provenientes de varios sensores ubicados en las ruedas y elementos de la estructura de suspensión.
Este desarrollo ya se está utilizando activamente en marcas de suspensión adaptativa como Audi y GM (algunos modelos de Cadillac y Chevrolet).
Suspensión electromagnética Bose
Muchos automovilistas conocen la marca Bose por sus sistemas de altavoces premium. Pero además de la preparación de audio de alta calidad, la compañía también está trabajando en el desarrollo de uno de los tipos más espectaculares de suspensión magnética. A finales del siglo XX, un profesor que crea una acústica espectacular, también "contagiado" con la idea de crear una suspensión magnética en toda regla.
El diseño de su desarrollo se asemeja al mismo amortiguador de varilla, y los electroimanes en el dispositivo se instalan de acuerdo con el principio, como en la modificación SKF. Solo que no se repelen, como en la primera versión. Los propios electroimanes están ubicados a lo largo de toda la longitud de la varilla y el cuerpo, dentro del cual se mueve, y el campo magnético se maximiza y se aumenta el número de ventajas.
La peculiaridad de tal instalación es que no requiere mucha más energía. También realiza simultáneamente la función de amortiguador y resorte, y funciona tanto en modo estático (el automóvil está parado) como en modo dinámico (el automóvil se mueve por una carretera con baches).
El sistema en sí proporciona el control de una mayor cantidad de procesos que ocurren mientras el automóvil está conduciendo. La amortiguación de las oscilaciones se produce debido a un cambio brusco en los polos del campo magnético. El sistema Bose se considera el punto de referencia de todos estos diseños de suspensión. Es capaz de proporcionar un golpe efectivo de la barra de hasta veinte centímetros, estabilizar perfectamente el cuerpo, eliminando incluso el más mínimo balanceo en las curvas a alta velocidad, así como los "picotazos" durante la frenada.
Esta suspensión magnética fue probada en el modelo insignia del fabricante de automóviles japonés Lexus LS, que, por cierto, fue rediseñado recientemente (se presentó una prueba de manejo de una de las versiones anteriores del sedán premium en otro articulo). A pesar de que este modelo ya recibió una suspensión de alta calidad, que se caracteriza por un funcionamiento suave, durante la presentación del sistema magnético fue imposible no notar la admiración de los periodistas automotrices.
El fabricante ha equipado este sistema con varios modos de funcionamiento y una gran cantidad de configuraciones diferentes. Por ejemplo, cuando un automóvil toma una curva a alta velocidad, la ECU de la suspensión registra la velocidad del vehículo, el comienzo del balanceo de la carrocería. Dependiendo de las señales de los sensores, la electricidad se suministra en mayor medida al bastidor de una de las ruedas más cargadas (más a menudo es la delantera, ubicada en la trayectoria exterior del semicírculo de rotación). Gracias a esto, la rueda trasera exterior también se convierte en la rueda de apoyo y el automóvil mantiene el agarre en la superficie de la carretera.
Otra característica de la suspensión magnética de Bose es que también puede actuar como generador secundario. Cuando la varilla del amortiguador se mueve, el sistema de recuperación asociado recoge la energía liberada en el acumulador. Es posible que este desarrollo continúe modernizándose. A pesar de que este tipo de suspensión es en teoría la más eficiente, con mucho la más difícil es programar la unidad de control para que el mecanismo pueda realizar todo el potencial del sistema descrito en los dibujos.
Perspectivas para la aparición de suspensiones magnéticas.
A pesar de su evidente eficacia, una suspensión magnética completa aún no ha entrado en producción en masa. Por el momento, el obstáculo clave para esto es el aspecto de los costos y la complejidad de la programación. La revolucionaria suspensión magnética es demasiado cara y aún no se ha desarrollado por completo (es difícil crear un software adecuado, ya que es necesario activar una gran cantidad de algoritmos en el microprocesador para desarrollar todo su potencial). Pero ya existe una tendencia positiva hacia la aplicación de la idea en vehículos modernos.
Cualquier nueva tecnología necesita financiación. Es imposible desarrollar una novedad y ponerla en producción inmediatamente sin pruebas preliminares, y además del trabajo de ingenieros y programadores, este proceso también requiere grandes inversiones. Pero tan pronto como el desarrollo se coloque en el transportador, su diseño se simplificará gradualmente, lo que permitirá ver un dispositivo de este tipo no solo en automóviles premium, sino también en modelos del segmento de precio medio.
Es posible que con el tiempo los sistemas mejoren, lo que hará que los vehículos con ruedas sean más cómodos y seguros. Los mecanismos basados en la interacción de electroimanes también se pueden utilizar en otros diseños de vehículos. Por ejemplo, para aumentar la comodidad al conducir un camión, el asiento del conductor puede basarse no en un cojín neumático, sino en un cojín magnético.
En cuanto al desarrollo de suspensiones electromagnéticas, hoy en día los siguientes sistemas relacionados necesitan mejoras:
- Sistema de navegación. La electrónica debe determinar de antemano el estado de la superficie de la carretera. Es mejor hacer esto basándose en los datos del navegador GPS (lea acerca de las características del funcionamiento del dispositivo aquí). La suspensión adaptativa está preparada de antemano para carreteras difíciles (algunos sistemas de navegación proporcionan información sobre el estado de la superficie de la carretera) o para una gran cantidad de giros.
- Sistema de visión por delante del vehículo. Basado en sensores infrarrojos y análisis de la imagen gráfica que proviene de la cámara de video frontal, el sistema debe determinar de antemano la naturaleza de los cambios en la superficie de la carretera y adaptarse a la información recibida.
Algunas empresas ya están implementando sistemas similares en sus modelos, por lo que hay confianza en el inminente desarrollo de suspensiones magnéticas para automóviles.
Ventajas y desventajas
Como cualquier otro mecanismo nuevo que esté previsto introducir en el diseño de automóviles (o que ya se utilice en vehículos de motor), todos los tipos de suspensión electromagnética tienen ventajas y desventajas.
Primero hablemos de los profesionales. Esta lista incluye tales factores:
- Las propiedades de amortiguación del sistema son incomparables en términos de funcionamiento suave;
- Al ajustar los modos de amortiguación, el manejo del automóvil se vuelve casi perfecto sin los rollos característicos de los diseños más simples. El mismo efecto asegura el máximo agarre en la carretera, sea cual sea su calidad;
- Durante la aceleración y el frenado brusco, el automóvil no se "muerde" la nariz y no se sienta en el eje trasero, lo que en los automóviles comunes afecta seriamente el agarre;
- El desgaste de los neumáticos es más uniforme. Por supuesto, si la geometría de las palancas y otros elementos de la suspensión y el chasis está correctamente ajustada (para más detalles sobre la inclinación, lea por separado);
- Se mejora la aerodinámica del coche, ya que su carrocería siempre está paralela a la calzada;
- El desgaste desigual de los elementos estructurales se elimina distribuyendo las fuerzas entre las ruedas cargadas y descargadas.
En principio, todos los puntos positivos se relacionan con el propósito principal de cualquier suspensión. Cada fabricante de automóviles se esfuerza por mejorar los tipos existentes de sistemas de amortiguación para acercar sus productos lo más posible al ideal mencionado.
En cuanto a las desventajas, la suspensión magnética tiene una. Este es su valor. Si instala un desarrollo completo de Bose, incluso con la baja calidad del interior y la configuración mínima del sistema electrónico, el automóvil aún costará demasiado. Ni un solo fabricante de automóviles está listo para poner tales modelos en una serie (incluso una limitada), con la esperanza de que los ricos compren de inmediato un nuevo producto, y no tiene sentido invertir una fortuna en un automóvil que estará en los almacenes. . La única opción es la fabricación de dichos automóviles en un pedido individual, pero en este caso hay pocas empresas que estén listas para brindar dicho servicio.
En conclusión, sugerimos ver un breve video sobre cómo funciona la suspensión magnética Bose en comparación con sus contrapartes clásicas:
