نظام التعليق النشط

تُتحكم أنظمة التعليق الهيدروليكية باستخدام نظام هيدروليكي . ظهر أول مثال على ذلك عام 1954، مع نظام التعليق الهيدروبنيوماتيكي الذي طوره بول ماجيس في شركة سيتروين . يُوفر الضغط الهيدروليكي بواسطة مضخة هيدروليكية شعاعية عالية الضغط . تراقب أجهزة الاستشعار باستمرار حركة هيكل السيارة ومستوى ارتفاعها، وتُزود مصححات الارتفاع الهيدروليكية ببيانات جديدة بشكل متواصل. في غضون بضعة أجزاء من الثانية، يُولد نظام التعليق قوى معاكسة لرفع أو خفض هيكل السيارة. أثناء المناورات، ينضغط النيتروجين المحصور داخل النظام فورًا، مما يوفر انضغاطية تفوق بست مرات انضغاطية النوابض الفولاذية المستخدمة في السيارات حتى ذلك الوقت. ^{[ 4 ]}

من الناحية العملية، لطالما تضمن النظام ميزات التعليق ذاتي التسوية المرغوبة وميزات التعليق القابلة لتعديل الارتفاع ، حيث يرتبط الأخير الآن بسرعة السيارة لتحسين الأداء الديناميكي الهوائي ، حيث تخفض السيارة نفسها عند السرعات العالية.

أظهر هذا النظام أداءً جيداً بشكل ملحوظ في القيادة المستقيمة، بما في ذلك على الأسطح غير المستوية، ولكنه لم يكن يتمتع بقدر كبير من التحكم في صلابة الانقلاب. ^{[ 5 ]}

تم تصنيع ملايين المركبات الإنتاجية باستخدام نسخ مختلفة من هذا النظام.

ابتكر كولين تشابمان المفهوم الأصلي لإدارة نظام التعليق الهيدروليكي بواسطة الكمبيوتر في ثمانينيات القرن الماضي لتحسين أداء سيارات السباق عند المنعطفات. قامت شركة لوتس بتجهيز وتطوير نظام نموذجي لسيارة إكسل موديل 1985 بنظام تعليق نشط كهروهيدروليكي، لكنها لم تطرحه للبيع للجمهور، على الرغم من بناء العديد من السيارات التجريبية لشركات تصنيع أخرى.

تراقب أجهزة الاستشعار باستمرار حركة هيكل السيارة ومستوى قيادتها، وتزود الكمبيوتر ببيانات جديدة بشكل متواصل. وبمجرد أن يستقبل الكمبيوتر البيانات ويعالجها، يقوم بتشغيل المحركات الهيدروليكية المثبتة بجانب كل عجلة. وبشكل فوري تقريبًا، يُولّد نظام التعليق المُتحكم به بواسطة هذه المحركات قوى معاكسة لانحناء هيكل السيارة، وانخفاضه، وميله أثناء المناورات أثناء القيادة.

في عام 1990، قامت نيسان بتركيب نظام تعليق ماكفرسون المدعوم هيدروليكيًا، والذي يُعرف باسم نظام التعليق النشط الكامل، والذي استُخدم في سيارتي نيسان Q45 وبريزيدنت. يتكون هذا النظام من مضخة زيت هيدروليكية، وأسطوانة هيدروليكية، ومُجمِّع، وصمام تخميد، تربط دائرتين مستقلتين لمجموعتي دعامات التعليق الأمامية والخلفية. يقوم النظام باستعادة طاقة الحركة لتحقيق توازن السيارة بشكل مستمر. ^{[ 6 ]} تم تطوير النظام لاحقًا، ويُعرف الآن باسم نظام التحكم الهيدروليكي في حركة الهيكل ، وهو مُثبَّت في سيارتي نيسان باترول وإنفينيتي QX80 .

في عام 1991، قدمت تويوتا نظام تعليق نشط في إحدى فئات سيارة الكوبيه الفاخرة تويوتا سوارير . استخدمت هذه السيارة دعامات هيدروليكية ونظام توجيه رباعي العجلات لتوفير مزيج فريد من التحكم والراحة مع انعدام ميلان الهيكل، حيث استخدم النظام العديد من مقاييس التسارع لاكتشاف قوى التسارع والانعطاف والكبح، والتعويض عنها في الوقت الفعلي عن طريق تغيير ضغط التوجيه والتعليق بشكل فردي لكل عجلة. ^{[ 7 ]}

إلا أن السيارة كانت أغلى بكثير من الطرازات الأخرى، ونتيجة لذلك تم بيع أقل من 900 سيارة من هذا النوع طوال فترة إنتاجها التي استمرت 5 سنوات.

قام فريق ويليامز جراند بريكس للهندسة بإعداد نظام تعليق نشط، من تصميم المصمم ومهندس الديناميكا الهوائية فرانك ديرني ، لسيارات الفريق في سباقات الفورمولا 1 عام 1992، مما أدى إلى إنتاج سيارات ناجحة للغاية لدرجة أن الاتحاد الدولي للسيارات قرر حظر هذه التقنية لتقليص الفجوة بين فريق ويليامز للفورمولا 1 ومنافسيه. ^{[ 8 ]}

يقوم نظام التعليق بتقنية الكمبيوتر النشطة (CATS) بتنسيق أفضل توازن ممكن بين جودة الركوب والتحكم من خلال تحليل ظروف الطريق وإجراء ما يصل إلى 3000 تعديل كل ثانية على إعدادات التعليق عبر المخمدات التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا .

قدمت مرسيدس-بنز الفئة CL (C215) موديل 1999 نظام التحكم النشط بالهيكل ، حيث يتم التحكم في محركات هيدروليكية عالية الضغط بواسطة نظام حاسوبي إلكتروني، ولا تزال هذه الميزة متوفرة. يمكن تصميم المركبات بحيث تميل بشكل فعال عند المنعطفات لتحسين راحة الركاب. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يعمل قضيب التوازن النشط على زيادة صلابة نظام التعليق بناءً على أوامر السائق أو وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) أثناء الانعطافات الحادة. وكانت سيارة ميتسوبيشي ميراج سايبورغ أول سيارة إنتاجية مزودة بهذه التقنية في عام 1988.

في سيارات الإنتاج التي يتم التحكم فيها إلكترونياً بشكل كامل، يسمح استخدام المحركات الكهربائية والمحركات الكهربائية المقترنة بالحوسبة الإلكترونية بالانعطاف بسلاسة والاستجابة الفورية لظروف الطريق.

تمتلك شركة Bose نموذجًا لإثبات المفهوم. وكان مؤسس شركة Bose، عمار بوس ، يعمل على أنظمة تعليق متطورة لسنوات عديدة أثناء عمله أستاذًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ^{[ 11 ]}

يستخدم نظام التعليق النشط الكهرومغناطيسي محركات كهرومغناطيسية خطية مثبتة على كل عجلة. يوفر هذا النظام استجابة فائقة السرعة، ويتيح استعادة الطاقة المستهلكة باستخدام المحركات كمولدات. وهذا يتغلب تقريبًا على مشكلات بطء الاستجابة واستهلاك الطاقة العالي في الأنظمة الهيدروليكية. حصلت تقنية نظام التعليق النشط المُتحكم به إلكترونيًا (ECASS) على براءة اختراع من مركز الكهروميكانيكا بجامعة تكساس في التسعينيات ^{[ 12 ]} ، وطورتها شركة L-3 للأنظمة الإلكترونية لاستخدامها في المركبات العسكرية. ^{[ 13 ]} وقد تجاوزت مركبة هامفي المُجهزة بنظام ECASS مواصفات الأداء في جميع تقييمات الأداء من حيث الطاقة المُستهلكة من قِبل سائق المركبة، والثبات، والتحكم.

• يشتمل نظام العجلات النشطة من ميشلان ، الذي طُرح عام 2004، على محرك تعليق كهربائي مدمج في العجلة يتحكم في توزيع عزم الدوران، والجر، ومناورات الانعطاف، والميل، والتدحرج، وتخميد التعليق لتلك العجلة، بالإضافة إلى محرك جر كهربائي مدمج في العجلة . ^{[ 14 ] [ 15 ]}

• نظام التعليق الكهروميكانيكي النشط من أودي ، الذي طُرح عام ٢٠١٧، يُحرك كل عجلة على حدة ويتكيف مع ظروف الطريق السائدة. تحتوي كل عجلة على محرك كهربائي يعمل بنظام كهربائي رئيسي بجهد ٤٨ فولت. تشمل المكونات الإضافية تروسًا، وأنبوبًا دوارًا مع قضيب التواء داخلي من التيتانيوم ، ورافعة تُطبق عزمًا يصل إلى ١١٠٠ نيوتن متر (٨١٠ قدم-رطل) على نظام التعليق عبر قضيب توصيل . بفضل الكاميرا الأمامية، تكتشف السيارة المطبات في الطريق مبكرًا وتُعدّل نظام التعليق النشط بشكل استباقي. حتى قبل أن تصل السيارة إلى مطب، تُرسل وظيفة المعاينة التي طورتها أودي مقدار الحركة المناسب إلى المشغلات وتتحكم في نظام التعليق بشكل فعال. تستطيع المحركات التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر استشعار عيوب الطريق، ورفع نظام التعليق عن العجلة التي ستتجاوز التموج، مما يُحسّن من جودة القيادة. يُوجّه النظام المحركات الخارجية لدفع أو خفض نظام التعليق أثناء الانعطاف. سيؤدي ذلك إلى قيادة أكثر سلاسة وتقليل ميلان السيارة عند المنعطفات، مما يعني بدوره ديناميكيات قيادة أكثر ثقة. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}  

يُعد هذا النوع من أنظمة التعليق شبه النشطة الأكثر اقتصادية وبساطة. ويتكون من صمام لولبي يُغير تدفق السائل الهيدروليكي داخل ممتص الصدمات ، وبالتالي يُغير خصائص التخميد لنظام التعليق. يتم توصيل الصمامات اللولبية بجهاز كمبيوتر مُتحكم، يُرسل إليها أوامر بناءً على خوارزمية التحكم (عادةً ما تكون تقنية "سكاي هوك").

يُستخدم هذا النوع من الأنظمة في نظام التعليق "كمبيوتر كوماند رايد" (CCR) من كاديلاك . وكانت أول سيارة إنتاجية ^{[ 23 ]} هي تويوتا سوارير المزودة بنظام التعليق الإلكتروني شبه النشط من تويوتا ، وذلك في عام 1983.

في عام ١٩٨٥، قدمت نيسان نظام تعليق يستخدم نسخة مشابهة، أطلق عليها اسم "نظام التعليق فائق السرعة"، حيث أضافت مستشعرًا فوق صوتيًا يوفر معلومات يقوم حاسوب صغير بتحليلها، بالإضافة إلى معلومات من نظام التوجيه، والمكابح، ودواسة الوقود، ومستشعر سرعة السيارة. وتقوم إشارات معلومات الضبط بتعديل نظام التعليق عند وضع مفتاح يتحكم به السائق على وضع "تلقائي". ويمكن تقييد الضبط التلقائي بوضع المفتاح على أوضاع "ناعم" أو "متوسط" أو "صلب". كما تم استخدام نسخة معدلة لا تستخدم وحدة السونار، مما يسمح باختيار الإعدادات يدويًا. ^{[ ٢٤ ] [ ٢٥ ]} ويُستخدم هذا النظام حاليًا على نطاق واسع في الصناعة من قبل عدد من الشركات المصنعة، وهو مُقدم من شركة مونرو لامتصاص الصدمات، ويُعرف باسم CVSAe، أو نظام التعليق الإلكتروني شبه النشط المتغير باستمرار.

في عام ٢٠٠٨، مع طرح سيارة نيسان جي تي-آر ، طُوِّر نظام "دامبترونيك" بالتعاون بين نيسان وبيلشتاين. يوفر هذا النظام ثلاثة إعدادات قيادة قابلة للاختيار، تتفاعل مع تقنية التحكم الديناميكي للمركبة لتعديل نقاط تغيير ناقل الحركة. تُصنَّف هذه الإعدادات إلى عادي، ومريح، ورياضي (R). يمكن ضبط الوضع العادي على الوضع العادي للتعديل التلقائي، أو الوضع الرياضي (R) للقيادة بسرعات عالية، بينما يُخصَّص الوضع المريح للقيادة المريحة. يُمكِّن الوضع الرياضي (R) السيارة من استخدام معدل زاوية الانعراج مع زاوية توجيه مُخفَّضة للحصول على توجيه أكثر دقة واستجابة، بينما يُنتج الوضع المريح حملاً رأسياً أقل مقارنةً بالوضع العادي أو إعداد التعليق المُحدَّد بواسطة الكمبيوتر. ^{[ ٢٦ ]}

تعتمد طريقة أخرى على مخمدات مغناطيسية انسيابية تحمل العلامة التجارية MagneRide . طُوّرت هذه التقنية في البداية من قِبل شركة دلفي لصالح جنرال موتورز ، وأصبحت قياسية، شأنها شأن العديد من التقنيات الحديثة الأخرى، في سيارة كاديلاك STS (ابتداءً من طراز 2002)، وفي بعض طرازات جنرال موتورز الأخرى ابتداءً من عام 2003. مثّلت هذه التقنية ترقيةً للأنظمة شبه النشطة (أنظمة التعليق ذاتية الاستشعار بالطريق) المستخدمة في سيارات جنرال موتورز الفاخرة لعقود. وتتيح هذه التقنية، بالاقتران مع أجهزة الكمبيوتر الحديثة الأسرع، تغيير صلابة نظام التعليق لكل عجلة على حدة. تشهد هذه المخمدات استخدامًا متزايدًا في الولايات المتحدة، وهي مُتاحة بالفعل لبعض العلامات التجارية الأجنبية، لا سيما في السيارات الفاخرة.

استغرق تطوير هذا النظام 25 عامًا. يحتوي سائل التخميد على جزيئات معدنية. ويتم التحكم في خصائص مرونة المخمدات بواسطة مغناطيس كهربائي عبر حاسوب السيارة . ببساطة، تؤدي زيادة تدفق التيار في الدائرة المغناطيسية للمخمد إلى زيادة التدفق المغناطيسي للدائرة. وهذا بدوره يُغير من محاذاة الجزيئات المعدنية، مما يزيد من لزوجة السائل وبالتالي يرفع معدلات الانضغاط/الارتداد، بينما يؤدي انخفاض التدفق إلى تخفيف تأثير المخمدات عن طريق محاذاة الجزيئات في الاتجاه المعاكس. إذا تخيلنا الجزيئات المعدنية كأطباق عشاء، فعندما تكون محاذاتها على حافتها، تكون اللزوجة في أدنى مستوياتها. أما عند محاذاتها بزاوية 90 درجة، فتكون محاذاتها مسطحة، مما يجعل السائل أكثر لزوجة. إن المجال الكهربائي الناتج عن المغناطيس الكهربائي هو الذي يُغير محاذاة الجزيئات المعدنية. وتُستخدم معلومات من مستشعرات العجلات (حول امتداد نظام التعليق)، ومستشعرات التوجيه والتسارع، وبيانات أخرى، لحساب الصلابة المثلى في تلك اللحظة. تسمح الاستجابة السريعة للنظام (بالمللي ثانية)، على سبيل المثال، بالمرور بسلاسة أكبر بواسطة عجلة واحدة فوق نتوء في الطريق في لحظة معينة من الزمن.