마그네틱 서스펜션의 특징 및 이점
모든 현대식, 가장 예산이 저렴한 자동차에는 서스펜션이 장착됩니다. 이 시스템은 다양한 표면 유형의 도로에서 편안한 승차감을 제공 할 수 있습니다. 그러나이 부분의 목적은 편안함과 더불어 안전한 운전을 촉진하는 것입니다. 정지가 무엇인지에 대한 자세한 내용은 별도의 검토에서.
다른 자동 시스템과 마찬가지로 서스펜션이 업그레이드되고 있습니다. 다양한 자동차 문제의 엔지니어들의 노력 덕분에 고전적인 기계 수정 외에도 공압 설계가 이미 존재합니다 (자세히 알아보기 여기에), 유압 및 자기 서스펜션 및 그 종류.
자석 유형의 펜던트가 작동하는 방식, 수정 및 고전적인 기계 구조에 비해 장점을 고려해 보겠습니다.
마그네틱 서스펜션이란?
자동차의 댐핑 시스템이 지속적으로 개선되고 새로운 요소가 디자인에 나타나거나 다른 부품의 형상이 변경된다는 사실에도 불구하고 작동은 기본적으로 동일하게 유지됩니다. 쇼크 업소버는 도로에서 휠을 통해 차체로 전달되는 충격을 부드럽게합니다 (장치에 대한 세부 사항, 쇼크 업소버의 개조 및 결함 설명) 따로 따로). 스프링은 휠을 원래 위치로 되돌립니다. 이 작업 방식 덕분에 자동차의 움직임에는 바퀴가 도로 표면에 지속적으로 접착됩니다.
도로 상황이 아무리 좋든 나쁘 든 상관없이 도로 상황에 적응하고 차량 핸들링을 개선하는 적응 형 장치를 기계 플랫폼에 설치하여 서스펜션 모드를 근본적으로 변경할 수 있습니다. 이러한 구조의 예로는 여러 버전에서 이미 직렬 모델에 설치된 적응 형 서스펜션이 있습니다 (이 유형의 장치에 대한 자세한 내용은 여기에).
적응 메커니즘의 변형 중 하나로서 전자기 유형의 서스펜션이 개발되었습니다. 이 개발을 유압 아날로그와 비교하면 두 번째 수정에서 액추에이터에 특수 유체가 있습니다. 전자 장치는 탱크의 압력을 변경하여 각 댐핑 요소가 강성을 변경합니다. 원리는 공압식과 유사합니다. 이러한 시스템의 단점은 작업 회로가 추가 작업 매체로 채워야하기 때문에 도로 상황에 신속하게 적응할 수 없다는 것입니다.
이 작업에 대처하는 가장 빠른 방법은 실행 요소의 전자기 상호 작용을 기반으로 작동하는 메커니즘 일 수 있습니다. 댐핑 모드를 변경하기 위해 탱크에서 작동 매체를 펌핑하거나 배출 할 필요가 없기 때문에 명령에 더 잘 반응합니다. 마그네틱 서스펜션의 전자 장치가 명령을 내리고 장치는 이러한 신호에 즉시 응답합니다.
향상된 승차감, 고속 및 불안정한 노면에서의 안전성, 취급 용이성은 개발자들이 생산 차량에 마그네틱 서스펜션을 구현하려는 주된 이유입니다. 클래식 디자인은 이와 관련하여 이상적인 매개 변수를 달성 할 수 없기 때문입니다.
"호버링"차량을 만드는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 그녀는 종종 멋진 gravikars 비행과 함께 환상적인 작품 페이지에서 발견됩니다. 지난 세기의 80 년대 초반까지이 아이디어는 환상의 단계에 머물렀고 일부 연구자 만이 가능하다고 생각했지만 먼 미래에있었습니다.
그러나 1982 년에 세계 최초로 자기 서스펜션으로 움직이는 열차가 개발되었습니다. 이 차량은 자기 비행기라고 불렀습니다. 고전적인 아날로그와 비교할 때이 열차는 그 당시 전례없는 속도 (500km / h 이상)를 개발했으며 "비행"의 부드러움과 작업의 무소음 측면에서 새만이 경쟁 할 수있었습니다. 이 개발의 구현이 느린 유일한 단점은 열차 자체의 높은 비용 만이 아닙니다. 그가 움직일 수 있으려면 적절한 자기장을 제공하는 특별한 트랙이 필요합니다.
이 개발은 아직 자동차 산업에 적용되지 않았지만 과학자들은이 프로젝트를 "선반에 먼지를 모으는 것"을 떠나지 않습니다. 그 이유는 작동의 전자기 원리가 도로 표면에서 구동 바퀴의 마찰을 완전히 제거하여 공기 저항 만 남기기 때문입니다. 모든 바퀴 달린 차량을 비슷한 유형의 섀시로 완전히 옮길 수 없기 때문에 (전 세계에 해당 도로를 건설해야 함) 엔지니어들은이 개발을 자동차 서스펜션에 도입하는 데 집중했습니다.
테스트 샘플에 전자기 요소를 설치 한 덕분에 과학자들은 컨셉 카에 더 나은 역동 성과 제어 성을 제공 할 수있었습니다. 마그네틱 서스펜션의 디자인은 매우 복잡합니다. MacPherson 랙과 동일한 원리로 모든 바퀴에 설치되는 랙입니다 (자세히 알아보기 다른 기사에서). 이러한 요소에는 댐퍼 메커니즘 (쇼크 업소버)이나 스프링이 필요하지 않습니다.
이 시스템의 작동 수정은 전자 제어 장치를 통해 수행됩니다 (마이크로 프로세서가 많은 데이터를 처리하고 많은 알고리즘을 활성화해야하기 때문에 별도). 이 서스펜션의 또 다른 특징은 클래식 버전과 달리 굽힘 및 고속에서 차량의 안정성을 보장하기 위해 토션 바, 스태빌라이저 및 기타 부품이 필요하지 않다는 것입니다. 대신 유체의 특성과 자화 된 재료 또는 솔레노이드 밸브를 결합한 특수 자성 유체를 사용할 수 있습니다.
일부 현대 자동차는 기름 대신 유사한 물질의 충격 흡수 장치를 사용합니다. 시스템의 고장 가능성이 높기 때문에 (결국 아직 완전히 고려되지 않은 새로운 개발 임) 장치에 스프링이있을 수 있습니다.
운영 원칙
전자석의 상호 작용 원리는 마그네틱 서스펜션의 기능에 대한 기초로 간주됩니다 (유압에서는 유체, 공압 공기-공기 및 기계-탄성 부품 또는 스프링). 이 시스템의 작동 원리는 다음과 같습니다.
학교 과정에서 모든 사람들은 동일한 자석 극이 서로 격퇴한다는 것을 알고 있습니다. 자화 된 요소를 연결하려면 충분한 노력이 필요합니다 (이 매개 변수는 연결할 요소의 크기와 자기장의 강도에 따라 다름). 자동차의 무게를 견딜 수있는 강력한 자기장을 가진 영구 자석은 찾기가 어렵고 이러한 요소의 크기로 인해 도로 상황에 적응하는 것은 물론 자동차에 사용할 수 없습니다.
전기로 자석을 만들 수도 있습니다. 이 경우 액추에이터에 전원이 공급 될 때만 작동합니다. 이 경우 자기장의 강도는 상호 작용하는 부품의 전류를 증가시켜 조절할 수 있습니다. 이 과정을 통해 반발력과 서스펜션의 강성을 높이거나 낮출 수 있습니다.
전자석의 이러한 특성으로 인해 스프링 및 댐퍼로 사용할 수 있습니다. 이를 위해 구조에는 반드시 적어도 두 개의 전자석이 있어야합니다. 부품을 압축 할 수없는 것은 기존의 충격 흡수 장치와 동일한 효과를 가지며 자석의 반발력은 스프링 또는 스프링의 반발력과 비슷합니다. 이러한 특성의 조합으로 인해 전자기 스프링은 기계식 스프링보다 훨씬 빠르게 반응하고 유압 또는 공압의 경우처럼 제어 신호에 대한 응답 시간이 훨씬 짧습니다.
개발자의 무기고에는 이미 다양한 수정의 작업 전자석이 충분합니다. 남은 것은 섀시 및 위치 센서로부터 신호를 수신하고 서스펜션을 미세 조정하는 효율적인 서스펜션 ECU를 만드는 것입니다. 이론적으로이 아이디어는 구현하기에 매우 현실적이지만 실제로는이 개발에 몇 가지 "함정"이 있음을 보여줍니다.
첫째, 그러한 설치 비용은 평균 재료 수입을 가진 운전자에게는 너무 높을 것입니다. 그리고 모든 부자가 본격적인 마그네틱 서스펜션이 장착 된 차를 살 여유가있는 것은 아닙니다. 둘째, 이러한 시스템의 유지 관리는 수리의 복잡성과 시스템의 복잡성을 이해하는 소수의 전문가와 같은 추가 어려움과 관련이 있습니다.
본격적인 마그네틱 서스펜션을 개발할 수 있지만 어댑티브 서스펜션의 응답 속도를 위해 돈을 벌고 싶어하는 사람이 거의 없기 때문에 가치있는 경쟁을 만들 수 없습니다. 훨씬 저렴하고 성공적으로 전기적으로 제어되는 자기 소자를 기존의 충격 흡수 장치 설계에 도입 할 수 있습니다.
이 기술에는 이미 두 가지 응용 프로그램이 있습니다.
- 오일이 한 캐비티에서 다른 캐비티로 이동하는 채널 섹션을 변경하는 전기 기계 밸브를 쇼크 업소버에 설치하십시오. 이 경우 서스펜션의 강성을 빠르게 변경할 수 있습니다. 바이 패스 개구부가 넓을수록 쇼크 업소버가 더 부드러워지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
- 충격 흡수기 공동에 자기 유변학 유체를 주입하면 자기장의 영향으로 특성이 변경됩니다. 이러한 수정의 본질은 이전의 것과 동일합니다. 작업 물질은 한 챔버에서 다른 챔버로 더 빠르거나 느리게 흐릅니다.
두 옵션 모두 일부 생산 차량에서 이미 사용되고 있습니다. 첫 번째 개발은 그렇게 빠르지는 않지만 자성 유체로 채워진 쇽 업소버에 비해 저렴합니다.
마그네틱 서스펜션의 유형
본격적인 마그네틱 서스펜션이 아직 개발 중이므로 자동차 제조업체는 위에서 언급 한 두 가지 경로 중 하나를 따라 자동차 모델에이 방식을 부분적으로 구현하고 있습니다.
세계에서 자기 서스펜션의 모든 개발 중 주목할만한 세 가지 종류가 있습니다. 다른 액추에이터의 작동 원리, 설계 및 사용의 차이에도 불구하고 이러한 모든 수정에는 몇 가지 유사점이 있습니다. 목록에는 다음이 포함됩니다.
- 서스펜션 작동 중 바퀴의 이동 방향을 결정하는 레버 및 자동차 보행의 기타 요소;
- 차체에 대한 바퀴의 위치, 회전 속도 및 자동차 앞 도로 상태에 대한 센서. 이 목록에는 가스 / 브레이크 페달을 누르는 힘, 엔진 부하, 엔진 속도 등의 범용 센서도 포함됩니다.
- 시스템에있는 모든 센서의 신호를 수집하고 처리하는 별도의 제어 장치입니다. 마이크로 프로세서는 생산 과정에서 스티칭 된 알고리즘에 따라 제어 펄스를 생성합니다.
- 전기의 영향으로 해당 극성의 자기장이 형성되는 전자석;
- 강력한 자석을 활성화 할 수있는 전류를 생성하는 발전소.
각각의 특성을 고려한 다음 자동차 댐퍼 시스템의 자기 버전의 장점과 단점에 대해 논의하겠습니다. 시작하기 전에 어떤 시스템도 기업 스파이의 산물이 아니라는 점을 명확히해야합니다. 각 개발은 자동차 산업의 세계에 존재할 권리가있는 개별적으로 개발 된 개념입니다.
SKF 마그네틱 서스펜션
SKF는 스웨덴의 전문 차량 수리 용 자동차 부품 제조업체입니다. 이 브랜드의 자기 충격 흡수 장치의 디자인은 가능한 한 간단합니다. 이러한 탄성 및 댐핑 부품의 장치에는 다음 요소가 포함됩니다.
- 캡슐;
- 두 개의 전자석;
- 댐퍼 스템;
- 봄.
이러한 시스템의 작동 원리는 다음과 같습니다. 자동차의 전기 시스템이 시작되면 캡슐에있는 전자석이 활성화됩니다. 자기장의 동일한 극으로 인해 이러한 요소는 서로 격퇴됩니다. 이 모드에서 장치는 스프링처럼 작동하며 차체가 바퀴에 놓이는 것을 허용하지 않습니다.
자동차가 도로를 주행 할 때 각 바퀴의 센서가 ECU에 신호를 보냅니다. 이러한 데이터를 기반으로 제어 장치는 자기장의 강도를 변경하여 스트럿의 이동을 증가시키고 서스펜션은 스포티 한 것에서 클래식 한 부드러움이됩니다. 제어 장치는 또한 스트럿로드의 수직 이동을 제어하므로 기계가 스프링만으로 작동하는듯한 인상을주지 않습니다.
스프링 효과는 자석의 반발 특성뿐만 아니라 정전시 랙에 설치되는 스프링에 의해 제공됩니다. 또한이 요소를 사용하면 온보드 시스템이 비활성화 된 상태에서 차량을 주차 할 때 자석을 끌 수 있습니다.
이러한 유형의 서스펜션의 단점은 ECU가 자석 코일의 전압을 지속적으로 변경하여 시스템이 도로 상황에 빠르게 적응하기 때문에 많은 에너지를 소비한다는 것입니다. 그러나이 서스펜션의 "집착 성"을 일부 부착물 (예 : 에어컨 및 작동중인 실내 난방)과 비교하면 매우 많은 양의 전기를 소비하지 않습니다. 가장 중요한 것은 적절한 전력을 가진 발전기가 기계에 설치되어 있다는 것입니다 (이 메커니즘이 수행하는 기능이 설명되어 있습니다 여기에).
델파이 서스펜션
미국 회사 인 Delphi가 개발 한 서스펜션은 새로운 댐핑 특성을 제공합니다. 겉으로는 고전적인 McPherson 자세와 비슷합니다. 전자석의 영향은 충격 흡수 장치의 공동에 위치한 자기 유변학 유체의 특성에만 수행됩니다. 이러한 단순한 설계에도 불구하고 이러한 유형의 서스펜션은 제어 장치의 신호에 따라 댐핑 강성의 우수한 적응을 보여줍니다.
다양한 강성을 가진 유압 대응 부품에 비해이 수정은 훨씬 더 빠르게 반응합니다. 자석의 작용은 작동 물질의 점도 만 변경합니다. 스프링 요소에 관한 한 강성은 변경할 필요가 없습니다. 그것의 임무는 고르지 않은 노면에서 빠르게 운전할 때 가능한 한 빨리 바퀴를 도로로 되 돌리는 것입니다. 전자 장치가 작동하는 방식에 따라 시스템은 충격 흡수기의 유체를 즉시 더 유동적으로 만들어 댐퍼로드가 더 빠르게 움직일 수 있습니다.
이러한 서스펜션 특성은 민간 수송에 거의 실용적이지 않습니다. XNUMX 초의 일부는 모터 스포츠에서 중요한 역할을합니다. 시스템 자체는 이전 유형의 댐퍼의 경우만큼 많은 에너지를 필요로하지 않습니다. 이러한 시스템은 또한 바퀴와 서스펜션 구조 요소에있는 다양한 센서에서 오는 데이터를 기반으로 제어됩니다.
이 개발은 이미 Audi 및 GM(일부 Cadillac 및 Chevrolet 모델)과 같은 브랜드의 적응형 서스펜션에 활발히 사용되고 있습니다.
Bose 전자기 서스펜션
Bose 브랜드는 프리미엄 스피커 시스템으로 많은 운전자들에게 알려져 있습니다. 그러나 고품질 오디오 준비 외에도 회사는 가장 멋진 유형의 마그네틱 서스펜션 중 하나를 개발하고 있습니다. XNUMX 세기 말에 화려한 음향을 만드는 교수는 본격적인 마그네틱 서스펜션을 만들 겠다는 아이디어에 "감염"했습니다.
개발 설계는 동일한로드 쇼크 업소버와 유사하며 장치의 전자석은 SKF 수정에서와 같이 원리에 따라 설치됩니다. 첫 번째 버전에서와 같이 서로 격퇴하지 않습니다. 전자석 자체는 막대와 몸체의 전체 길이를 따라 위치하며 내부가 움직이고 자기장이 최대화되고 플러스 수가 증가합니다.
이러한 설치의 특징은 더 많은 에너지가 필요하지 않다는 것입니다. 또한 댐퍼와 스프링의 기능을 동시에 수행하며 정적 (차가 서있는) 모드와 동적 (차가 울퉁불퉁 한 도로를 따라 움직이는) 모드에서 모두 작동합니다.
시스템 자체는 자동차가 운전하는 동안 발생하는 더 많은 프로세스를 제어합니다. 진동의 감쇠는 자기장 극의 급격한 변화로 인해 발생합니다. Bose 시스템은 이러한 모든 서스펜션 설계의 벤치 마크로 간주됩니다. 최대 XNUMXcm까지로드의 효과적인 스트로크를 제공하고 차체를 완벽하게 안정시켜 고속 코너링 중 가장 작은 롤도 제거하고 제동 중 "딱딱 거리는"부분을 제거 할 수 있습니다.
이 마그네틱 서스펜션은 일본 자동차 제조업체 인 Lexus LS의 플래그십 모델에서 테스트되었으며, 그건 그렇고 최근에 스타일이 변경되었습니다 (프리미엄 세단의 이전 버전 중 하나의 테스트 드라이브가 제시되었습니다) 다른 기사에서). 이 모델이 이미 부드러운 작동이 특징 인 고품질 서스펜션을 받았음에도 불구하고 자기 시스템을 발표하는 동안 자동차 언론인의 감탄을 눈치 채지 못하는 것은 불가능했습니다.
제조업체는이 시스템에 여러 작동 모드와 다양한 설정을 갖추고 있습니다. 예를 들어, 자동차가 고속으로 코너링 할 때 서스펜션 ECU는 차체 롤의 시작 인 차량의 속도를 기록합니다. 센서의 신호에 따라 전기가 더 많이로드 된 휠 중 하나의 랙에 더 많이 공급됩니다 (더 자주 회전 반원의 외부 궤적에있는 앞바퀴). 덕분에 바깥 쪽 뒷바퀴도지지 바퀴가되고 차는 노면에서 그립을 유지합니다.
Bose의 마그네틱 서스펜션의 또 다른 특징은 보조 발전기 역할도 할 수 있다는 것입니다. 쇼크 업소버로드가 움직이면 해당 회복 시스템이 방출 된 에너지를 어큐뮬레이터로 수집합니다. 이 개발이 더욱 현대화 될 가능성이 있습니다. 이러한 유형의 서스펜션이 이론상 가장 효율적이라는 사실에도 불구하고 가장 어려운 것은 제어 장치를 프로그래밍하여 메커니즘이 도면에 설명 된 시스템의 모든 잠재력을 실현할 수 있도록하는 것입니다.
마그네틱 서스펜션의 출현에 대한 전망
명백한 효과에도 불구하고 본격적인 마그네틱 서스펜션은 아직 대량 생산에 들어 가지 않았습니다. 현재 이에 대한 주요 장애물은 비용 측면과 프로그래밍의 복잡성입니다. 혁신적인 마그네틱 서스펜션은 너무 비싸고 아직 완전히 개발되지 않았습니다 (완전한 잠재력을 실현하기 위해 많은 수의 알고리즘이 마이크로 프로세서에서 활성화되어야하기 때문에 적절한 소프트웨어를 만드는 것은 어렵습니다). 그러나 이미이 아이디어를 현대 자동차에 적용하는 긍정적 인 추세가 있습니다.
모든 신기술에는 자금이 필요합니다. 참신함을 개발하고 예비 테스트없이 즉시 생산에 투입하는 것은 불가능하며, 엔지니어와 프로그래머의 작업 외에도이 프로세스에는 막대한 투자가 필요합니다. 그러나 개발이 컨베이어에 올라가 자마자 디자인이 점차 단순화되어 프리미엄 자동차뿐만 아니라 중간 가격대의 모델에서도 이러한 장치를 볼 수 있습니다.
시간이 지남에 따라 시스템이 개선되어 바퀴 달린 차량을 더 편안하고 안전하게 만들 수 있습니다. 전자석 상호 작용에 기반한 메커니즘은 다른 차량 설계에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 트럭을 운전하는 동안 편안함을 높이기 위해 운전석은 공압이 아닌 자기 쿠션을 기반으로 할 수 있습니다.
전자기 서스펜션의 개발과 관련하여 오늘날 다음과 같은 관련 시스템이 개선되어야합니다.
- 네비게이션 시스템. 전자 장치는 사전에 노면 상태를 확인해야합니다. GPS 내비게이터의 데이터를 기반으로이 작업을 수행하는 것이 가장 좋습니다 (장치 작동 기능에 대해 읽어보십시오. 여기에). 어댑티브 서스펜션은 어려운 노면 (일부 내비게이션 시스템이 노면 상태에 대한 정보 제공) 또는 많은 회전을 위해 미리 준비됩니다.
- 차량 앞의 비전 시스템. 적외선 센서와 전면 비디오 카메라의 그래픽 이미지 분석을 기반으로 시스템은 노면 변화의 특성을 사전에 확인하고 수신 된 정보에 적응해야합니다.
일부 회사는 이미 유사한 시스템을 모델에 구현하고 있으므로 자동차 용 마그네틱 서스펜션의 임박한 개발에 대한 확신이 있습니다.
장점과 단점
자동차 설계에 도입 될 예정인 (또는 이미 자동차에 사용되고있는) 다른 새로운 메커니즘과 마찬가지로 모든 유형의 전자기 서스펜션에는 장점과 단점이 있습니다.
먼저 프로에 대해 이야기합시다. 이 목록에는 다음과 같은 요소가 포함됩니다.
- 시스템의 댐핑 특성은 원활한 작동 측면에서 타의 추종을 불허합니다.
- 댐핑 모드를 미세 조정하면 단순한 디자인의 롤 특성없이 차량의 핸들링이 거의 완벽 해집니다. 동일한 효과는 품질에 관계없이 도로에서 최대한의 접지력을 보장합니다.
- 가속 및 급제동 중에 자동차는 코를 "물지"않고 리어 액슬에 앉지 않습니다. 일반 자동차에서는 그립에 심각한 영향을 미칩니다.
- 타이어 마모가 더 균일합니다. 물론 레버의 지오메트리와 서스펜션 및 섀시의 기타 요소가 적절하게 조정 된 경우 (캠버에 대한 자세한 내용은 따로 따로);
- 차체가 항상 도로와 평행하기 때문에 자동차의 공기 역학이 개선됩니다.
- 로드 / 언로드 된 휠 사이에 힘을 분배하여 구조 요소의 고르지 않은 마모를 제거합니다.
원칙적으로 모든 긍정적 인 점은 모든 정지의 주요 목적과 관련이 있습니다. 모든 자동차 제조업체는 제품을 언급 된 이상에 최대한 가깝게 만들기 위해 기존 유형의 댐핑 시스템을 개선하기 위해 노력합니다.
단점은 자기 서스펜션에는 하나만 있습니다. 이것이 그 가치입니다. Bose에서 본격적인 개발을 설치하면 인테리어의 품질이 낮고 전자 시스템의 최소 구성으로도 자동차 비용이 너무 많이 듭니다. 부자들이 즉시 새 제품을 구매하기를 바라면서 이러한 모델을 시리즈에 넣을 준비가 된 자동차 제조업체는 아직 한 명도 없으며 창고에 서있는 자동차에 재산을 투자 할 필요가 없습니다. . 유일한 옵션은 개별 주문으로 이러한 자동차를 제조하는 것이지만이 경우 이러한 서비스를 제공 할 준비가 된 회사는 거의 없습니다.
결론적으로 Bose 마그네틱 서스펜션이 클래식 제품과 비교하여 어떻게 작동하는지에 대한 짧은 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.
