اموزش درباره برتری سیستم تعلیق الکترومغناطیسی در خودروها

برتری سیستم تعلیق الکترومغناطیسی در خودروها

اشاره دیـنامـیک وسیله نقلیه، نقش بزرگی در ایمنی و عملکرد خودروهای امروزی بازی می‌کند. اگر نتوان کنترل وسیله نقلیه را به‌صورت مناسب حفظ کرد، دیگر این نکته که خودرو دارای چه ضریب امنیتی است، واقعاً اهمیتی نخواهد داشت. این مقاله، جایگزینی استفاده از سیستم تعلیق فعال بجای سیستم‌های تعلیق غیرفعال رایج را با هدف تأمین پایداری کافی و مانورپذیری در خودروهای جدید موردبررسی قرار می‌دهد و در این ارتباط با مقایسه تکنولوژی‌های مختلف، برتری سیستم تعلیق الکترومغناطیسی را به‌عنوان سیستم تعلیق ایده‌آل در آینده معرفی می‌نماید.     **دانلودبهترین و تنها برنامه اموزش کامل خودرو در برنامه(( اندروید همراه مکانیک حرفه ای شو خودرو)) اموزش قطعات خودرو+تعمیرو عیب یابی خودر+اموزشهای عمومی خودرو+فیلم های اموزشی خودرو در برنامه(((در مکانیک حرفه ای شو(خودرو))) ....برای دانلود از لینک کلیک کنید سیستم تعلیق، شامل مجموعه دستگاه و قطعاتی است که بین اتاق و چرخ‌ها قرار گرفته و از انتقال نوسانات حاصل از ناهمواری‌های جاده به اتاق پیشگیری می‌کنند. با این اوصاف، به‌طور کلی سیستم تعلیق دو هدف را دنبال می‌کند. آسایش مسافر و کنترل وسیله نقلیه. آسایش مسافر از طریق ایزوله کردن مسافران وسیله نقلیه از ناهمواری‌های جاده‌ای تأمین می‌شود و کنترل وسیله نقلیه از طریق جلوگیری از پرش و چرخش عرضی1 بیش از حد و حفظ تماس کافی بین لاستیک و جاده به نتیجه می‌رسد. متأسفانه در عمل، این دو هدف کاملاً با هم سازگار نیستند. معمولاً در یک خودرو چهار در لوکس، سیستم تعلیق با تأکید بر آسایش مسافر طراحی می‌شود و درنهایت، خودروی خروجی در هنگام رانندگی، ترمزگیری و دور زدن‌های شدید، دچار پرش و چرخش عرضی می‌شود. در اتومبیل‌های مسابقه‌ای، تأکید بر کنترل خودرو بوده و سیستم تعلیق براساس کاهش پرش و چرخش عرضی طراحی می‌شود، اما آسایش سرنشین کاهش می‌یابد. سیستم تعلیق را به‌طور کلی براساس ویژگی‌های انرژی خروجی و فرکانس محرک (شکل 1) می‌توان به چهار گروه: فعال، نیمه‌فعال، غیرفعال و سیستم تعلیق با قابلیت تنظیم خودکار در ارتفاع تقسیم کرد: 1 . سیستم تعلیق فعال: در این نوع سیستم، تمام فعالیت تعلیق به‌صورت هیدرولیکی بوده و نیازمند استفاده از نیروی خروجی است. 2. سیستم تعلیق نیمه‌فعال: در این سیستم که دارای فنر و کمک فنر است، می‌توان با تغذیه یک سیگنال خارجی و یا اعمال مقداری نیرو به سیستم، ویژگی‌های آن را براحتی تغییر داد. 3 . سیستم تعلیق غیرفعال: ابتدایی‌ترین نوع سیستم تعلیق در خودرو بوده و دارای فنر و کمک فنر است. در این نوع فنربندی، هیچ گونه نیروی خارجی به سیستم تغذیه نمی‌شود. 4 . سیستم تعلیق با قابلیت تنظیم خودکار در ارتفاع: این نوع سیستم، مجهز به فنرهای هوایی بوده و تنظیم ارتفاع از طریق شیر کنترل هوا تنظیم می‌شود. این سیستم تعلیق هوایی، ابتدا در کامیون‌ها مورداستفاده قرار می‌گرفت و به‌تدریج به خودروهای مسافری- تفریحی (خودروهای سبک مثلاً خودروی زانتیا) منتقل شد. نمودار شکل 1، تضادهایی را نشان می‌دهد که سازندگان خودرو در راستای تلاش خود در زمینه بهبود امنیت رانندگی و آسایش با آن روبه‌رو هستند. بالاترین عملکرد سیستم تعلیق، فقط با رسیدن به بیشترین انرژی خروجی و بیشترین حد انبساط و سیستم‌های به‌کاراندازی پیچیده، امکان‌پذیر است. شکل 1: مقایسه انواع سیستم‌های تعلیق سیستم غیرفعال امروزه، همان‌طور که پیشرفت‌های الکترومکانیکی و سیستم‌های الکترونیکی نظیر سیستم ترمز ضدقفل (ABS)، پخش‌کننده نیروی ترمز الکترونیکی2 (ABD)، برنامه پایداری الکترونیکی3 (ESP) به‌طوری فزاینده برای بهبود کنترل وسیله نقلیه و ایمنی مسافران به‌کار گرفته شده‌اند، کاربری آنها بر عملکرد دینامیکی وسایل نقلیه نیز تأثیر گذاشته است تا جایی‌که این پیشرفت‌ها باعث افزایش تقاضا از صنعت خودرو، در ارتباط با سیستم تعلیق الکترومغناطیسی شده است. مشخصات سیستم تعلیق ایده‌آل خودرو کدامند؟ به‌منظور تولید سیستم تعلیق ایده‌آل که راحتی، کنترل‌‌پذیری و ایمنی را تأمین کند، تکنولوژی‌های تجاری مختلفی به‌منظور بهبود و جایگزینی سیستم تعلیق قدیمی (شکل 2-b) به‌کار گرفته شد. سیستم تعلیق ایده‌آل خودرو، ضربه‌های جاده را بسرعت جذب می‌کند و هنگامی که لاستیک در تماس با سطح جاده است، به آرامی به وضعیت نرمال خود برمی‌گردد. این نوع عملکرد برای سیستم‌های تعلیق قدیمی، غیرممکن بود زیرا فنر نرم، جابجایی بسیار زیادی را موجب می‌شد و فنر سخت، باعث رنجش مسافر نسبت به پیامدهای ناشی از ناهمواری‌های جاده می‌شد. سیستم تعلیق ایده‌آل برای آسایش مسافر باید دو فاکتور زیر را کاهش دهد: الف- ناخوشی حرکت4 این حرکت، بیشتر هنگام مطالعه در خودرو اتفاق می‌افتد. این پدیده بیشتر در فرکانس 0.2 هرتز اتفاق می‌افتد و در فرکانس‌های بالاتر از شدت آن کاسته می‌شود. ب- حرکت ناگهانی سر5این حالت، هنگامی رخ می‌دهد که خودرو دارای چرخش ناگهانی شود، مثلاً هنگامی که یکی از چرخ‌ها درون یک چاله بیفتد.با توجه به فاکتورهای فوق، سیستم تعلیق فعال نزدیک‌ترین گزینه به سیستم تعلیق ایده‌آل انتخاب شد. 1. سیستم‌های هیدرولیکی به‌دلیل نیروی زیاد و طراحی آسان سیستم‌های هیدرولیکی، پیشرفت این تکنولوژی و دسترسی تجاری به سیستم‌های هیدرولیکی، از این نوع سیستم تعلیق به‌طوری وسیع در صنعت خودرو استفاده می‌شود. برای مثال BMW بتازگی یک سیستم کنترل ضدچرخش (BMW-ARC) را توسعه داده و یک محرک دوار هیدرولیکی را بر روی محور ضدچرخش در عقب وسیله نقلیه‌های تولیدی خود قرار داده است (شکل 3). * مزیت‌های سیستم‌های هیدرولیکی: ایجاد نیروی بسیار زیاد، طراحی آسان، دسترسی تجاری به قسمت‌های مختلف این نوع سیستم، قابلیت اطمینان و رشد تجاری *معایب سیستم‌های هیدرولیکی: ناکارامدی به‌دلیل نیاز دائم به سیستم فشار، ثابت زمانی نسبتاً بالای سیستم (اتلاف فشار و انعطاف‌پذیری شیلنگ)، آلودگی محیط‌زیست به‌دلیل ترکیدگی و نشت شیلنگ‌ها، جرم و فضای موردنیاز برای کل سیستم سیستم‌های هیدرولیکی همواره پتانسیل خود را در سیستم‌های تعلیق تجاری در دامنه فرکانس کم ثابت کرده است. با این‌حال در ارتباط با کاهش ایده‌آل ارتعاشات جاده‌ای نمی‌توانند مورداستفاده قرار گیرند. شکل 3: نمایشی از سیستم کنترل چرخش فعال (ARC) خودروی ب‌ام‌و با استفاده از محرک‌های دوار هیدرولیکی 2. سیستم‌های تعلیق مغناطیسیدر این نوع سیستم تعلیق، از یک آهنربای دائمی لوله6 (PM) محرک به اضافه فنر غیرفعال استفاده می‌شود. این آهن‌ربای لوله (PM) در سیستم تعلیق مغناطیسی، همان عمل دمپر را در سیستم تعلیق قدیمی انجام می‌دهد، با این تفاوت که عکس‌العمل‌های سیستم تعلیق، بسیار سریع‌تر از قبل می‌شود. فایده اصلی موتورها این است که آنها مانند کاهش دهنده‌های سنتی که بر پایه سیالات بودند، توسط اینرسی محدود نمی‌شوند. در نتیجه می‌توانند با سرعت بسیار بالاتری باز و بسته شوند که به‌صورت مجازی تمامی لرزش‌ها در کابین سرنشین را خنثی می‌سازند. این آهن‌ربای لوله‌ای مطابق شکل 2-b از دو قسمت تشکیل شده است: آهن‌ربای دائم و کوئل سه‌فاز سیستم تعلیق مغناطیسی دو نوع است (شکل 4): در هر دو نوع، کوئل سه‌فاز به موازات فنر مکانیکی قرار می‌گیرد تفاوت این دو نوع محرک در قرار گرفتن آهنربا در داخل و یا خارج ساختمان سیستم تعلیق است. شکل 4: a- سیستم تعلیق قدیمی b- سیستم تعلیق الکترومغناطیسی با آهنربای TPMA داخلی c- سیستم تعلیق الکترومغناطیسی با آهنربای TPMA خارجی سطح مقطع این دو نوع نیز در شکل 5 نشان داده شده است. شکل 5: نمای برش زده سیستم تعلیق الکترومغناطیسی a- آهنربای داخلی b- آهنربای خارجی در مقایسه با محرک‌های هیدرولیکی، مزیت‌های اصلی محرک‌های الکترومغناطیسی عبارتند از: * بهبود رفتار دینامیکی * بهبود پایداری * کنترل دقیق نیرو * عملکرد دوگانه محرک و معایب آن عبارتند از: * افزایش حجم و جرم سیستم تعلیق الکترومغناطیسی نسبت به هیدرولیکی * جریان نسبتاً بالا برای سیستم 12 - V14 * طرح‌های ساده نیاز به تحریک دارد برای تأمین نیروی مداوم مدل‌سازی سیستم تعلیق قدیمی و مغناطیسی شکل 6: تصویر تست سیستم تعلیق قدیمی (مدل یک چهارم خودرو) و مدل ساده‌سازی شده آن شکل 7: تصویر تست سیستم تعلیق الکترومغناطیسی (مدل یک چهارم خودرو) و مدل ساده‌سازی شده آن به‌منظور صحت آزمایش عملکرد سیستم تعلیق الکترومغناطیسی، اندازه‌گیری‌هایی در دستگاه تست انجام شده است. اگرچه چرخش و پیچش رفتار توامی هستند که می‌توانند به‌عنوان نیروی اخلالگر در چهار گوشه خودرو عمل کنند، با ساده‌سازی می‌توان چهار گوشه خودرو را به‌طور جداگانه بررسی کرد. طی مدت دورزدن و ترمز گرفتن نیز حرکت جرم بدون انعطاف‌پذیری نسبتاً کوچک است، در نتیجه می‌توان حرکت چرخ را نادیده گرفت و تنها حرکتی یک بعدی را بررسی کرد و در نهایت مدل‌سازی نهایی به‌صورت شکل 8 در خواهد آمد. تحلیل سیستم تعلیق الکترومغناطیسی اساس کار سیستم تعلیق الکترومغناطیسی به این‌صورت است که وقتی جریان از درون کوئل سه‌فاز عبور می‌کند، باعث القای مغناطیس به فازهای کوئل شده و وقتی در برابر قطب‌های آهن‌ربا قرار می‌گیرد، باعث رانش و حرکت به‌سمت بالا و پایین می‌شود و اگر جهت جریان معکوس شود، جهت رانش عوض می‌شود. این حرکت رفت و برگشتی به‌طور پیوسته ادامه پیدا می‌کند تا نیروی الکترومغناطیسی با نیروی گرانشی زمین به تعادل رسیده و خودرو در تعادلی نسبی قرار گیرد. نمونه تولیدی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی بتازگی یک سیستم از سوی شرکت «بوس» ارائه شده که شامل یک موتور الکترومغناطیسی خطی (LED) و تقویت‌کننده توان در هر چرخ و یک دستگاه کنترل است. در این سیستم، بر روی هر چرخ یک موتور الکترومغناطیسی خطی با پهنای باند زیاد نصب شده است. این موتور الکترومغناطیسی خطی با سرعت به اثر ناهمواری‌های جاده پاسخ می‌دهد. در پاسخ سیگنال ارسال شده از سیستم کنترل توان الکتریکی از یک تقویت‌کننده به موتور داده می‌شود. فایده اصلی موتورها این است که آنها مانند کاهش‌دهنده‌های سنتی که برپایه سیالات بودند، توسط اینرسی محدود نمی‌شوند. درنتیجه، یک LEM می‌تواند با سرعت بسیار بالاتری باز و بسته شود که به‌صورت مجازی، همه لرزش‌ها در کابین سرنشین را خنثی می‌سازد. حرکت چرخ نیز بخوبی کنترل می‌شود. به‌طوری که بدنه خودرو در یک سطح باقی می‌ماند، البته بدون توجه به اتفاقاتی که برای چرخ می‌افتد. LEM، همچنین می‌تواند حرکت خودرو را هنگام شتاب گرفتن، ترمز کردن و یا پیچیدن خنثی کرده و به راننده حس کنترل بسیار بهتری دهد. تقویت‌کننده‌های دو مسیره اجازه می‌دهند تا توان از موتور عبور و نیز برگردانده شوند. مثلاً، وقتی سیستم تعلیق با یک گودال یا دست‌انداز مواجه می‌شود، توان ارسال شده به موتور باعث افزایش حجم موتور می‌شود و وسیله نقلیه را از اختلالات جاده جدا می‌کند و در آن طرف دست‌انداز، موتور همانند یک ژنراتور عمل کرده و توان را به تقویت کننده برمی‌گرداند. در سیستم تعلیق مغناطیسی، به کمتر از یک‌سوم توان موردنیاز برای سیستم تعلیق خودرو نیاز است. در سیستم تعلیق مغناطیسی که از محرک‌های مغناطیسی چرخشی استفاده می‌شود، برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی، از جعبه‌دنده و یا مبدل‌هایی دیگر استفاده می‌شود، اما محرک‌های خطی نیاز به جعبه دنده ندارند. شکل 8: سیستم تعلیق مغناطیسی نتیجه‌گیری در گذشته، بین عملکرد سیستم تعلیق و راحتی آن باید یکی را انتخاب می‌کردیم، اما اکنون با پیشرفت تکنولوژی دیگر مجبور به انتخاب تنها یک ویژگی نیستیم. شما می‌توانید بهترین حد ویژگی‌های بالا را به‌طور همزمان داشته باشید. هم‌اکنون بعضی از ایده‌های بسیار امیدوارکننده و فناوری‌های نوین وجود دارد که بزودی عملی خواهند شد و به پیشرفت صنعت خودرو کمک خواهند کرد. نویسنده : ناهید جوکار, محسن کریمی **دانلودبهترین و تنها برنامه اموزش کامل خودرو در برنامه(( اندروید همراه مکانیک حرفه ای شو خودرو)) اموزش قطعات خودرو+تعمیرو عیب یابی خودر+اموزشهای عمومی خودرو+فیلم های اموزشی خودرو در برنامه(((در مکانیک حرفه ای شو(خودرو))) ....برای دانلود از لینک کلیک کنید