Магнитореологические регулируемые амортизаторы

Пропускная способность клапанов амортизаторов, как известно, зависит не только от площади их проходного сечения, но и от вязкости жидкости. В технике давно применяются магнитореологические жидкости, у которых вязкость варьируется путем изменения напряженности магнитного поля. Использование таких жидкостей открывает широкие возможности по переходу от автоматизированных способов к автоматическому способу регулирования демпфирующих свойств амортизаторов, когда выбор режимов их работы задаётся не на основе субъективной оценки водителем дорожных условий, а в соответствии с результатами объективных измерений характеристик колебаний кузова и колёс автомобиля, его кренов, тягово-скоростных и других свойств.

Магнитореологическая жидкость состоит из синтетического углеводородного масла, в котором находятся магнитные частицы ферромагнетика размером от 3 до 10 микрон со специальным покрытием, препятствующим их слипанию друг с другом. Эти частицы занимают около 30% объема жидкости. Жидкость работает как обычная амортизаторная жидкость, но под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными электромагнитными катушками, изменяется ориентация магнитных частиц и, соответственно, вязкость жидкости. Причем, изменяется с частотой 1000 раз/с и регулирование сопротивления перемещению поршня амортизатора происходит фактически мгновенно.

Основой системы являются обычные однотрубные амортизаторы (рисунок 3.9). В поршень амортизатора встроена электромагнитная катушка, провода к которой идут внутри штока, а ток плавно изменяется контроллером. Под действием создаваемого электромагнитной катушкой магнитного поля магнитные частицы жидкости, выстраиваются в ряды «поперек» её потока, увеличивая вязкость жидкости в зоне калиброванных отверстий (или одного отверстия на автомобилях Ferrari) в поршне (рисунки 3.10 и 3.11). Поскольку степень демпфирования определяется лишь силой тока, клапанов в амортизаторе нет. Из-за этого он работает тише: поток проходящей через каналы в поршне жидкости ламинарный, а не турбулентный, как в обычных амортизаторах.

Быстродействие системы выше, чем у регулируемых амортизаторов с изменяемыми сечениями клапанов или дополнительными электромагнитными клапанами: время реакции составляет 1 миллисекунду против 10 мс (на автомобилях Ferrari предыдущего поколения – 80 мс), а затраты мощности невелики – менее 20 Вт на каждый амортизатор. Причем, в отличие от амортизаторов, у которых пропускная способность электромагнитного клапана меняется ступенчато, в данной системе вязкость жидкости изменяется непрерывно. Эту функцию выполняет контроллер, который с учётом таких факторов, как ходы подвесок каждого колеса автомобиля, крены его кузова, тягово-скоростные свойства автомобиля, скорость вращения колёс, положение рулевого колеса и тормозной педали, а также температура магнитореологической жидкости, подаёт электрический сигнал соответствующей величины на электромагнитную катушку каждого амортизатора.

При расчётах контроллер обменивается информацией с другими системами, например, рулевого управления и динамической стабилизации.

В настоящее время амортизаторы с магнитореологической жидкостью применяются в системах подвески Audi Magnetic Ride (на автомобилях Audi) и Magnetic Ride Control (на автомобилях Cadillac). Это адаптивные системы подвески с индивидуальным выбором настраивания амортизаторов. Водитель осуществляет выбор программ «Sport» или «Normal» нажатием на клавишу переключателя.

Рисунок 3.9 – Амортизаторная стойка автомобиля Ferrari F 55 с однотрубным амортизатором с магнитореологической жидкостью:

1 – газовая полость; 2 – полость с магнитореологической жидкостью; 3 – электромагнитная катушка; 4 – поршень амортизатора

В режиме «Normal», когда жидкость менее вязкая, подвеска при движении по неровным дорогам обеспечивает хорошую плавность хода и комфортабельность. В режиме «Sport» жидкость более вязкая, и подвеска обеспечивает хорошее сцепление колёс с дорогой, управляемость и устойчивость.

Разработчики предусмотрели программный алгоритм защиты от перегрева амортизаторов. В итоге заявленный ресурс амортизаторов системы составляет не менее 300 тыс. км.

Рисунок 3.10 – Схема работы магнитореологического амортизатора:

1 – шток амортизатора; 2 – зона высокой напряжённости магнитного поля; 3 – электро-магнитная катушка; 4 – зона магнитореологического эффекта; 5 – поршень амортизатора; 6 – линии магнитного поля; 7 – корпус амортизатора

Амортизаторы с магнитореологической жидкостью по конструкции проще всех других амортизаторов, но из-за высокой стоимости жидкости, имеющей требуемый (достаточно широкий) температурный диапазон работы, и стоимость амортизаторов в настоящее время достаточно высока. Кроме того, в подвесках с такими амортизаторами не требуется установка стабилизаторов поперечной устойчивости.

А) б)

Рисунок 3.11 – Эпюры скорости истечения ламинарного потока магнитореологической жидкости через калиброванное отверстие в поршне амортизатора:

1 – магнитореологическая жидкость; 2 – эпюра скорости при отсутствии магнитного поля; 3 - эпюра скорости при воздействии магнитного поля