Электромагнитная подвеска Bose — устройство и принцип работы

Доктор Amar Bose – крупный специалист и новатор, и работает не только над совершенствованием аудио-систем. Его профессиональный интерес уже давно (с четверть века назад) привлекла автомобильная техника – в первую очередь ходовая. Со свойственным ему нестандартным подходом он бросил на устройство подвески, как говорится, свежий взгляд – и увидел, как надо делать.

Упаковка

Слишком много в подвеске современной легковушки разнообразных деталей. Не говоря уже о направляющем аппарате (рычаги и шарниры), – упругие элементы, амортизаторы, поперечные стабилизаторы… На взгляд д-ра Bose, пришло время собрать все в единый узел, – что он и сделал.

В основе принципиально новой подвески – линейный электродвигатель. Ведь э-моторы делают не только на вращательное движение, но и на поступательное – для обрабатывающих станков с ЧПУ, для перспективных ж/д поездов на э-магнитной «подушке». В общем, ничего особенного; прикол в приложении линейного э-двигателя (ЛЭ) к автомобильному шасси. И получилось неслабо.

Мощный ЛЭ удачно вписывается на место телескопического амортизатора и заменяет собой и его, и пружину, и поперечный стабилизатор. Под контролем ЦПУ на э-двигатель подается напряжение, и на его штоке возникает выталкивающее усилие. Скажем, 375 кг; на 4-х штоках – 1500 кг; то есть, вес легковушки «гольф»-класса с нормальной нагрузкой [Без так называемых неподрессоренных частей подвески, которые для «гольф»-класса всяко тянут на 150 кг.]. Понятно, что ЛЭ поддерживают заданную высоту шасси – независимо от нагрузки. Как с нормальной (гидро)пневматической подвеской; так называемая статическая компенсация.

Кроме того, быстродействующие ЛЭ берут на себя и динамическую компенсацию: ограничивают боковой крен автомобиля [Поперечные стабилизаторы отпадают – за ненадобностью.], а также устраняют продольные «клевки» при разгоне и торможении. Они способны срабатывать хоть 100 раз в секунду – только подавай напряжение на обмотки статора. А ЦПУ контролирует каждый из 4-х ЛЭ индивидуально, и тут открываются удивительные возможности. Например, игра угловой жесткостью передней и задней подвески – по раздельности. Скажем, при входе в вираж ЛЭ запитываются так, что машина опирается по преимуществу на внешнее заднее колесо – и приобретает легкую избыточную поворачиваемость. Охотно заруливаем в поворот, и упор мягко переносится на внешнее переднее колесо. Выходим из виража с чуть-чуть недостаточной поворачиваемостью. Или еще как-то; вопрос настройки «софта».

Демпфер

Особенно ценно, что ЛЭ не только берут на себя функции упругих элементов подвески, но и гасят, демпфируют колебания [Забавно: здесь как бы возврат в прошлое, когда многолистовые рессоры выполняли роль упругих элементов подвески – и демпфировали ее колебания (как фрикционные амортизаторы). Как бы возврат, – но на насколько ином уровне техники!]. То есть, работают (под контролем того же ЦПУ) как амортизаторы – только электрические. При ходе колеса на неровностях ЛЭ действует уже не как э-двигатель, а в роли линейного альтернатора: поглощает кинетическую энергию, преобразует ее в электрическую – и закачивает бортовую э-сеть.

Совсем иной принцип гашения колебаний: вместо рассеивания их энергии в атмосфере через сильно греющиеся гидроамортизаторы – рекуперирование ее и запасание (в аккумуляторах). Причем ЦПУ может молниеносно изменять характеристики э-амортизаторов – каждого по отдельности и всех 4-х вместе. Достигается фантастическая плавность хода на покрытиях самого разного качества – при великолепном держании дороги и управляемости автомобиля. Тут на передний план выступает программное обеспечение ЦПУ: степеней свободы множество, возможности необозримы, но чтобы взять хоть часть их, нужно тонко настраивать управляющую электронику.

Что-то вроде пружинно-гидравлической системы ABC (Active Body Control – активное регулирование подвески) у седанов Mercedes S-класса – только быстродействие несравненно выше и возможности управления еще богаче. И практически полная интеграция в 4 ЛЭ – с проводами высокого напряжения (и больших амперов), ведущими к ним.

Но в отличие от ABC, подвеска Bose по-своему решает болезненный вопрос об отборе мощности. Дело в том, что мерседесовская система работает под высоким гидравлическим давлением (около 150 бар), которое поддерживается гидронасосом, отбирающим от двигателя немалую мощность. Заметный перерасход горючего – в конечном счете на обогрев атмосферы. ЛЭ требуют примерно такой же (электрической) мощности [Баланс примерно такой: в высокоактивном режиме 4 ЛЭ расходуют в общей сложности 20-25 кВт мощности. Немало; но они и возвращают в сеть (рекуперация) 16-20 кВт. В любом случае нужен мощный альтернатор с приводом от вала двигателя – и емкая батарея.], однако электроупругие элементы/амортизаторы не рассеивают энергию впустую, а всякий раз рекуперируют ее – возвращают обратно в бортовую сеть. Вообразите ситуацию: ветер раскачивает машину на стоянке, а ЛЭ тем самым вырабатывают э-энергию и подзаряжают батареи… Ветроэлектростанция.

Правда, ЛЭ расходуют э-энергию даже и тогда, когда машина неподвижна. Просто потому, что нужно держать ее вес [Напротив, пружинно-гидравлическая ABC не расходует энергию, пока машина неподвижна. Гидроопоры пружин блокируются клапанами, и высота упругих элементов фиксируется – как стопором. С другой стороны, ABC практически не способна рекуперировать потраченную энергию и при динамической компенсации интенсивно обогревает атмосферу.]; иначе говоря, э-магнитные упругие элементы оправданы, только если подвеска в самом деле «активная» и все время работает в режиме динамической компенсации. Тогда э-энергия расходуется на стабилизацию шасси – и тут же возвращается обратно, рекуперируется при гашении колебаний подвески. А вот пружинно-гидравлическая ABC лучше подходит для «пассивной», статической компенсации (поскольку рекуперирование в гидросистеме организовать трудно) – при изменениях нагрузки. В каждом особом случае свое решение.

В металле

Д-р Bose – профессиональный математик, и четверть века назад он начал работу с создания компьютерных моделей автомобильной подвески. А теперь испытания проходит вполне реальный Lexus LS400, оснащенный э-магнитной «квадро»-подвеской. Вместо телескопических амортизаторов – ЛЭ; в паре с ними в качестве вспомогательных упругих элементов работают торсионы. Они принимают на себя вес пустого автомобиля, – чтобы не расходовать зря э-энергию на поддержание шасси в статике. А также чтобы «лекс» не ложился (как «ситроены» с гидропневматикой) после длительной стоянки на дорогу. Здесь немало разного рода технических (и электротехнических) тонкостей, однако соль – в 4-х ЛЭ и быстродействующем ЦПУ с соответствующим программным обеспечением. Работы впереди еще много, но уже сейчас д-р Bose показывает впечатляющие результаты.

Два LS400 – в «штатном» исполнении и модифицированный с подвеской Bose – бок о бок на скорости выполняли стандартный маневр двойной «переставки» по неровной дороге. Зрителей поразило практически полное отсутствие у Bose-«лекса» кренов [Для «квадро»-подвески нетрудно задать и обратный крен в виражах – как у мотоциклов; вопрос настройки «софта». Тогда планка держания дороги и управляемости поднимается на новую высоту.] и «клевков» – по контрасту с машиной на заводской подвеске. Тут же LS400 с ЛЭ подлетел к трамплину посреди демонстрационной площадки и изящно исполнил прыжок с мягким приземлением. Водитель вышел и поклонился собравшимся, «лекс» рядом с ним тоже сделал реверанс. Публика рукоплескала.

По словам профессиональных «драйверов», э-магнитная подвеска дает уверенность в полном контроле над автомобилем. А когда тест-машина катится по неровной дороге, активное подавление резких толчков и вибраций заметно повышает плавность хода. В общем, LS400 с э-магнитной подвеской Bose гармонично сочетает разнородные качества: плавность хода, которая превосходит стандарты легковушек люкс-класса. И стабильность шасси на скоростях, характерная для спортивно-гоночных «табуреток».

Поражает, насколько органично подвеска Bose вписывается в образ перспективного автомобиля с его мощной бортовой электросетью – на тяговых э-аккумуляторах или водородных топливных элементах. Ему принадлежит обозримое будущее, – и д-р Bose безошибочно попадает в ведущие тенденции. Правда, обойдется стерео-подвеска недешево и поначалу ее получат только самые дорогие и претенциозные модели. И электростартер впервые появился когда-то на недешевом «кадиллаке» и казался вопиющей роскошью. А теперь покупатель «хэтчбека» Golf-класса воспринимает отсутствие климат-контроля и электростеклоподъемников («по кругу»!) как оскорбление. Все относительно, как учил нас великий Эйнштейн.