Az Audi Aktív Dinamikus Kormányműve: A Modern Járműirányítás Csúcsa

A személygépjárművek szervokormányait sem kerülhette el az elmúlt években az az általános gépjárműszerkezet-reform, mely a tömegcsökkentést, a „tudás”-növelést és a karbantartási igény csökkentését célozza. A kormányzással számos biztonsági intézkedés segíthető, és másodlagosan, de nem mellékesen, több kényelmi, kezelési funkció is teljesíthetővé válna. Ha a kormányzás jellemzői - így a szervohatás - igénynek, szükségnek megfelelően módosíthatóak lennének. A mechatronika itt is a megoldás kulcsa: olyan mechanizmusokat kell létrehozni, melyek működése elektronikus irányítás alá vonható. A szervokormányok lehetnek hidraulikus vagy villanymotoros rásegítésűek, tehát hidromechanikus és elektromechanikus szervokormányokról beszélünk. A „ZF-Servotronic 2” hidromechanikus szervokormány gépkocsi-sebességfüggő szervohatást fejt ki. A szervoszelepbe elektromosan működtetett, szabályozható fojtást építettek, mely a gépkocsi sebességének növekedésével arányosan csökkenti a hidraulika-munkanyomást. A legnagyobb szervohatás a gépkocsi álló helyzetében, kis sebességénél alakul ki. További „tudást” a hidraulikával nem vagy csak bonyolult vezérléssel lehet a rendszerbe bevinni. A tudásnövelés egyszerű módja, ha áttérnek a villanymotoros hajtásra, annak szabályozására.

Az Elektromechanikus Szervókormányok (EPS)

Az elektromechanikus félaktív szervókormányoknál (EPS = Electropowerassistant System) a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti mechanikus kapcsolat közvetlen és állandó. A szabályozási energiát kefe nélküli, számítógépes kommutálású egyenáramú motor (BLDC) szolgáltatja, mely fordulatszám reduktoron és csigahajtáson keresztül a kormányrendszer valamely egységébe vezeti be a rásegítő nyomatékot. Az EPS rendszer kormánygépei szinte kizárólag fogaskerék-fogasléces szerkezetűek. Az elektromechanikus szervokormány (EPS) mai szolgáltatásai az ún. félaktív kormányzás követelményeit teljesítik. Az EPS ma sebességtől függően szabályozott elektromos rásegítésű kormányrendszert jelent, amely csak akkor lép működésbe, ha arra az elkormányzáshoz, illetve asszisztens szolgáltatáshoz szükség van. Hidraulikus részt egyáltalán nem tartalmaz.

Az EPS rendszerek szerkezeti kialakítása és típusai

Az EPS szervókormányok szerkezeti kialakítása függ a szükséges fogasléc-erő igénytől. A kormányoszlopon elhelyezett villanymotor a kisautó kategóriában használható, míg a nagy fogaslécerőt adó és jó hatásfokú konstrukciók a nagy autókhoz, a terepjárókhoz, illetve SUV járművekhez készülnek.

EPSdp: A kormánygép fogasléce a szervó nélküli alapméretnél hosszabb, hozzá kapcsolódik egy második behajtó fogaskerék, amelyet a fogasléccel párhuzamos tengelyű villanymotor csigahajtással forgat.
EPSapa: A kormánygép fogaslécét egy csavarorsó hosszabbítja meg, melyen egy golyósoros anya helyezkedik el. Az anya axiálisan csapágyazott, forgatásakor a csavarorsós fogasléc elmozdul, de a vezető által meghatározott irányba.
EPSc: A villanymotoros hajtómű a kormányoszlopon helyezkedik el, az áttétel csigahajtás.
EPSp: A villanymotoros hajtómű a fogaslécet hajtó fogaskerék-behajtásnál van, az áttétel csigahajtás.
EPSbd: A fogasléccel párhuzamos tengelyelrendezéssel, az áttételt különböző átmérőjű fogazott kerekek adják szíjhajtással, a fogasléc elmozdítása golyósorsóval történik.
EPSrdd: A fogasléccel egytengelyű elrendezésű, a villanymotor forgó- és állórésze a fogaslécet körülfogja, a fogaslécre a forgórész golyósorsón keresztül viszi át a nyomatékot.

Az EPS előnyei és funkciói

Az elektromechanikus szervokormányok szabályozási programja különböző kiegészítő funkciókkal, információ szolgáltatással is rendelkezik. A rásegítő vagy visszatérítő nyomaték különböző paraméterektől függően változtatható, mint például a jármű sebességétől, a kormánykerék elfordítási szögétől és szögsebességétől. A golyósoros csavarorsós EPS rendszerek (apa, d) hatásfoka maximális teljesítménynél 50% körüli, sokkal jobb, mint a hidraulikus, elektrohidraulikus szervókormányoké. A villanymotor áramfelvétele 12 V névleges feszültségnél 85 A. Az EPSapa és EPSd kormánygépek az automatikus parkolás irányítására is képesek, akár vezető nélkül is.

Sebességfüggő szervorásegítés: Kis sebességnél nagy szervoerővel segíti a kormányzást (parkolás, manőverezés), nagy sebességnél pedig mérsékelt rásegítést ad a biztonság érdekében, elkerülve a hirtelen, nem kívánt irányváltást.
Oldalirányú elhúzás kompenzálása: Elsőkerék-hajtású gépkocsiknál az EPS a különböző hosszúságú hajtótengelyek okozta oldalirányú elhúzás kompenzálására is alkalmasak. Ha a gépkocsira hosszan tartó vagy állandó oldalerő hat, például tartós oldalszél vagy pályadőlés, esetleg az elhúzás futómű-beállítási vagy gumiabroncshibából ered, akkor kormányzással ezt korrigálni lehet, az egyenesmenetet kézi kormányzással nem kell biztosítani. Gyorsításnál a féltengelyek eltérő hossza okozta nyomatékkülönbséget is képes automatikus kormányzással korrigálni.
Járműstabilitás támogatása: A gépjármű sodródása, kitörése ellenkormányzással csökkenthető. EPS rendszerrel felszerelt járműnél, ha a vezető az ellenkormányzást helyes irányba végzi, azt az EPS szervórendszer növelt nyomatékkal támogatja, tehát abba a kormányelfordítási irányba ad támogatást, mely segíti a jármű stabilitását. Az ESP funkciót támogathatja a szervorendszer is azáltal, hogy a kritikus helyzetben a vezető által végzett elkormányzást, ellenkormányzást a szükséges mértékig szervoerővel is segíti.
Önálló kormányzás: Az automatikus parkolási manővereknél, farral való párhuzamos vagy merőleges beállásnál a kormányzás vezetői beavatkozás nélkül történik, illetve nem is szabad ilyenkor a kormányt megfogni.
Segített, kontrollált kormány egyenesmeneti visszajárás: Az elkormányzott kerék egyenesmenetbe való szabad visszajárását a kerékre ható, a futómű-geometriából adódó visszatérítő nyomaték okozza. A visszajárást az elektromos szervó segítheti, hogy az mindig határozottan, megadott sebességgel történjen.

Hibakezelés az EPS rendszerekben

A meghibásodott gépkocsi vontatásakor az akkumulátor kapacitásától függően ad szervótámogatást. Ha a 12V-os akkumulátor kapocsfeszültsége 9 V-ra leesik, csökken a szervótámogatás mértéke, és sárga visszajelző lámpa világít, de 9 V alatt már megszűnik a szervóhatás, kigyullad a piros jelzőlámpa.

Audi felni választás: Ramses 18

Az Aktív Kormányrendszerek: Dinamikus Irányíthatóság

Az aktív kormányzásnál a vezető kormányzási beavatkozásain kívül más elektronikus rendszerek is hatást gyakorolhatnak egy elektronikán és szabadon vezérelhető beavatkozó egységen keresztül. Egy állító motorral a vezetőtől független, a pillanatnyi dinamikai állapotnak megfelelő kiegészítő kerék elkormányzás válik megvalósíthatóvá. Az aktív kormánymű a vezetőtől független kormányzási beavatkozásokat kétszabadságfokú mechanizmus (bolygómű vagy hullámhajtómű) révén valósítja meg. A mechanizmus egyik bemenete a kormánykerék elfordítást közvetítő kormányoszlop, a másik villanymotorral forgatott behajtás. A két elfordulás előjelhelyesen összegzett elfordulása jut a szervómechanizmus vezérlésébe, illetve a fogaslécre. Az aktív szervokormány a menetbiztonság és a menetdinamika fokozását teszi lehetővé.

A kuplung működése - műszaki óra 2018

Változtatható áttétel és dinamikus adaptáció

A hagyományos kormányrásegítővel szemben az aktív kormánymű változó áttételi aránnyal működtethető a jármű haladási sebességének függvényében. Ezzel a kormánymű áttétele a menetsebességhez és a gépkocsivezető által megkívánt kormányszöghöz igazítható. Kis gépjárműsebességnél a kisebb kinematikai áttétel (adott kormánykerék elfordításhoz az alapáttételhez képest nagy kerék elfordítás tartozik) segíti a parkolást, valamint a kis ívű kanyarok bevételét. A jármű közvetlenebbé, aktívabbá, jobban kezelhetővé válik. Álló helyzetben 2 kormányfordulat elegendő a kormánykerék ütközéstől ütközésig történő elfordításához. Nagyobb sebességek esetén a kinematikai áttétel nő (adott kormánykerék elfordításhoz az alapáttételhez képest kisebb kerék elfordítás tartozik). A kormánykerék elfordításra a kis kerékelfordítás csökkenti annak veszélyét, hogy a jármű nagy sebességnél jelentősen változtassa haladási irányát. Az aktív kormányzás nagy sebességnél (> 120 km/h) közvetettebb kormánymű áttételt valósít meg, mint egy hagyományos kormánymű. Nagy sebességnél az állítómotor a kormánykerékszöggel ellentétes irányba dolgozik. A megnövelt kormánynyomatékkal (Servotronic) együtt megakadályozza a nem kívánt kormánymozdulatokat. Az adaptív rendszerhez tartozó szoftver feldolgozza a szükséges szenzorok jeleit, hajtja az elektromos motort és ellátja a teljes kormánymű felügyeletét.

Az Aktív Kormányzás és az ESP/DSC Együttműködése

Az aktív kormányművel megvalósítható hálózatba kapcsolás jelenti a rendszer egyik legnagyobb előnyét: az ESP működésének támogatását. Az aktív kormánymű elektronikája, saját szenzorainak jele alapján veszélyes helyzetekben ellen- vagy rákormányzást végezhet. A menetdinamika szabályzó rendszerei így már nem csak fékbeavatkozásokkal, de a kormányzással is beavatkozhatnak a jármű viselkedésébe. Az irányítóegység dönti el, hogy kell-e, és ha igen, melyik irányba, milyen mértékben megváltoztatni a kormányzási szöget. Perdületszabályozás: az aktív kormányzás rendszere támogatja a DSC (ESP) járműstabilizáló beavatkozását. Menetdinamikailag kritikus helyzetekben az aktív kormányzás célirányosan változtatja meg a gépkocsivezető által megkívánt kerékelfordítási szöget. A gépkocsi sokkal gyorsabban stabilizálódik, mintha a gépkocsivezető tenné. A DSC (ESP) beavatkozási küszöbszintje magasabb, mint az aktív kormányzásé. Ha a gépkocsi túlkormányozottá válna, akkor a gépkocsi stabilizálása érdekében először az aktív kormányzás avatkozik be. Az ESP rendszer elsődleges beavatkozása az ilyen aktív szervokormánnyal ellátott gépkocsiknál már a kormánykorrekció lett. Sok esetben az egyik kerékre kiadott fékezési impulzus el is maradhat, amennyiben a gépkocsi menetállapotán az első kerekek elkormányzásával sikerült a szükséges mértékben módosítani.

Biztonsági üzemmód és hibatűrés (Failsafe)

A változó áttételű aktív kormányzásnál meghibásodás esetén a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti közvetlen összeköttetés megmarad. Hasonló módon menet közben folyamatosan megvalósul az útfelületről a megfelelő visszacsatolás. Az aktív kormányzási rendszer biztonsági üzemmódja (Failsafe) az, amikor az állítóegység állítómotorja energiaellátás nélkül marad. Attól függetlenül, hogy a biztonsági üzemmódot feszültségszakadás vagy a rendszer szándékos lekapcsolása hozta létre, az állítóegység nem avatkozik be a kormányzásba. Az állítóegység rögzítéséről egy retesz gondoskodik. A retesz rugóterhelésű, amit feszültségellátás tart a rugóterhelés ellenében. A tápfeszültség kimaradásakor az állítóegység reteszelődik. A rádolgozó kormánymű rögzítése teszi lehetővé, hogy a vezető felől a kormányoszlopon át a manuális kormányzás továbbra is lehetséges. Ebben az állapotban a kormányzás hagyományos kormányzásként viselkedik. A kormánykerék és az első kerekek közötti tisztán mechanikai áttétel megmarad. A Servotronic-szelep árammentessé válik, működése a nagysebességű jelleggörbére vált át. A gépkocsivezető tájékoztatást kap a rendszer hibáiról. Ehhez a visszajelzőlámpa szimbóluma, valamint a kombinált műszerben megjelenő Check-Control üzenet szolgál. A Check-Control-üzenet jelentése: Az aktív kormányzás meghibásodott! Figyelmesen kormányozzon. A Control Display-en a következő információ jelenik meg. Megváltozott kormányzási tulajdonságok! Továbbhaladás lehetséges. Az aktív kormányzás üzembiztonsága nagyobb, mint a teljesen elektronikus „steer-by-wire” koncepciót megvalósító rendszeré, mivel az nem tud közvetlen mechanikus kapcsolatot létesítve vész üzemmódra átkapcsolni.

Aktív Kormányrendszerek a Gyakorlatban: BMW, Audi, Lexus

BMW Adaptív Kormánymű - Bolygóműves Megoldás

Az aktív kormányművek bolygóműves változatát BMW modelleken találjuk. Az első alkalmazó a BMW, mely közreműködött az aktív kormányzási rendszer kifejlesztésében. A bolygómű beépítése a kormánykerék tengely és a kormánygép közé történik. A bolygóműnek két behajtása és egy kihajtása van. A kormánykerék tengelye a bolygómű első napkerekét forgatja, ehhez kapcsolódik az iker bolygókerék első kereke. A második bolygókerék a második napkereket forgatja, amelyik a fogasléces kormánygép kiskerekével szilárd tengelykapcsolatban áll és általa mozgatja a fogaslécet. Az iker bolygókerekek tengelyit a bolygókerék ház fogja egységbe. A bolygókerék házat az elektromos motor csigahajtással tudja forgatni. Ha az állítómű szabályzási rendszerében valamilyen hiba lép fel, akkor ki kell kapcsolni az elektromos motort és alakzáróan rögzíteni kell a bolygókerekek házát. A blokkolást egy rugóerő tárolós elektromágneses csap végzi. Zárt áramkör esetén az elektromágnes oldja az alakzáró kapcsolatot. Áramkimaradáskor a rugó a csigakerekek hornyaiba tolja a rögzítő csapot. A bolygómű ekkor zárt rendszerként működik, a kormányzás mechanikus kapcsolattal, az iker bolygókerekek eltérő fogszámának megfelelő áttétellel végezhető. Ha az egy tengelyre ékelt bolygókerekek fogszáma azonos, a bemenő és kimenő tengelyek együtt forognak. A bolygóművön keresztül a rendszerbe kapcsolt elektromos motor lehetővé teszi a vezetőtől független kormánybeavatkozást az első kerekeken. A kerekeken megjelenő kormányzási szög a menetviszonyoknak megfelelően lesz kisebb vagy nagyobb, mint a vezető által a kormánykeréken beállított kormánykerékszög.

Részletes összehasonlító teszt: Audi Q7 és Mercedes GLS

Audi Dinamikus Kormányzás - Hullámhajtóműves Innováció

Az Audi aktív kormányzása (pl.: Audi A4, A6, A8, S8 stb. modellekben) elektrohidraulikus, fogasléces kormányzással párosul. A kormányoszlop kormánykerék oldalán találjuk az aktív kormányzást megvalósító fogaskerekes hullámhajtómű mechanizmust. Ezt a szervokormányt az Audi „Drive Select” programján belül működő „Dinamiklenkung” gépkocsi irányítási program valósítja meg, melyet az új Audi A4 típussal együtt, annak új egységeként mutattak be. Azóta már más típusokba is alkalmazzák. A dinamikus kormányzás „Dynamiklenkung” egy hullámhajtás segítségével változó kormánygép áttételt valósít meg. Ha a villanymotor azonos irányban forgat a kormánykerékkel, növelni fogja az elkormányzási szöget. Ellentétes irányba forgatva csökkenti azt! Ezt a hajtómű egységet a kormánykerék tengelyére szerelik fel. Lehetőséget ad arra is, hogy az ESP rendszer is használja mint beavatkozó egységet.

A hullámhajtómű felépítése és működése

A hullámhajtómű egy speciális felépítésű bolygómű, amelyet 1957-ben szabadalmaztattak az Egyesült Államokban. Főbb részei:

Gyűrűkerék: Vastag, merev fémgyűrű, belső átmérőjén rendkívül kis modulú fogazattal.
Hullámkerék (Flextopf): Vékony, rugalmas fémgyűrű, külső átmérőjén rendkívül kis modulú fogazattal. A modul és a fogazat egyéb jellemzői azonosak a gyűrűkerék fogazatával. A hullámkerék fogszáma általában kettővel kevesebb, mint a gyűrűkerék fogszáma. A kormánykerék elfordítása az ovális, deformációra képes (flexibilis) oválkerekére (Flextopf) hat, annak fogain át jut a gyűrűkerékre és végül a fogaslécet hajtó fogaskerékre.
Hullámgenerátor: Egy, kettő vagy több szimmetrikusan elhelyezett dudorral rendelkező alakos elem. A hullámkerék gyűrűjében helyezkedik el. Forgatva a hullámkereket deformálja. Az oválkerékben foglal helyet a villanymotorral forgatott hullámgenerátor-tárcsa.

Ha ezeket a részeket egymásba helyezzük, a gyűrűkerék és a hullámkerék fogazata a dudorok helyén hézagmentesen egymáshoz kapcsolódik. Ahol nincsenek dudorok, ott a hullámkerék és a gyűrűkerék fogazata nem érintkezik egymással. A szuperpozíciós hajtást megvalósító hullámhajtómű hullámkerekét az ún. hullámgenerátor deformálja, a hullámgenerátort, forgásirányát változtatni képes villanymotor fordítja el. A hullámkereket az elektromos motor csőtengelyén és a hullámgenerátoron átmenő kormánykerék tengelye forgatja. Álló kormánykerék és kormánykerék tengely esetén áll a hullámkerék, amelyet a körbeforgó hullámgenerátor deformál. A hullámgenerátor egy fordulata alatt a gyűrűkerék a két fogazás közötti fogszámkülönbségnyit fordul a hullámgenerátorral megegyező irányba. A villanymotor igen gyorsan forog, egy az egyben hajtva a hullámgenerátor-tárcsát. Mivel a hullámhajtóműnek igen nagy az áttétele, egy tárcsa-körbefordulásra csak két fogat fordul el az oválkerék, a gyors állításhoz szükséges a nagy villanymotor-fordulat. A tárcsa forgásirányától függően növeli vagy csökkenti a gyűrűkerék és így a kimenő kormánytengely elfordulását. A hullámgenerátor-tárcsa flexibilis golyóscsapágyazáson keresztül érintkezik az oválkerékkel.

Lexus EPSd Rendszer - Magas teljesítmény és vészhelyzeti asszisztencia

A Lexus LS 600h EPSd-t (elektromos szervókormány) többlengőkaros felfüggesztéshez és 19 collos kerékmérethez tervezték. Az egyenáramú, kefe nélküli villanymotor tápfeszültsége 46 V, melyet fedélzeti DC-DC átalakító hoz létre. A kormánygép fogasléce golyósorsón és hullámhajtóművön keresztül csatlakozik a motor forgórészéhez. A kormánygép kimenő teljesítménye a konvencionális EPS-hez képest kétszeres. A változtatható áttétel (VGRS) mechanizmusát a többtagú kormányoszlopon helyezték el. Az áttétel gépjárműsebesség függően alakul. Kis járműsebességnél (parkolási manővernél) a kormánykerék körülfordulása ütközéstől-ütközésig 2.3, nagy sebességnél 3,7. Az áttételváltozás a kormányzási kézi erőszükségletben is jelentkezik. Az áttétel akkor is változik, ha a biztonsági felügyeleti rendszer a gépjármű előtt vészhelyzetet jelentő, kikerülendő objektumot detektál. Az Emergency Steering Assist System ilyenkor lecsökkenti az áttételt, hogy kisebb kormányelfordítással gyorsabban lehessen irányt váltani.

Hátsókerék-kormányzás és a Jövőbeli Irányok

Az elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzás újabb lendületet ad az összkerékkormányzás továbbfejlesztésére. Számítógépes szabályozással a különböző járműdinamikai intelligens rendszereket kiegészítheti, vagy újabb funkciókkal is elláthat. A Renault a japán Aisin céggel közösen kifejlesztette és már sorozatban beépíti a Laguna gépkocsiba az új típusú elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzási rendszerét. A kétkerék kormányzású Renault Laguna esetében 16 fokos kormányelfordítás szükséges a kerekek 1 fokkal történő elfordításához, az Active Drive új rendszerrel, ehhez 13,5° kormányelfordítás is elegendő. Sőt, ez akár 12°-ig is lecsökkenhet, amikor a hátsó kerekek a maximális, 3,5°-os szögben állnak. 60 km/h felett a hangsúly a kormányzási precizitásra kerül. A hátsó kerekek egy irányba fordulnak az elsőkkel, így az autó stabilitása tovább nő, az általában kevesebb, mint 2°-os hátsókerék-elfordítással, biztonságosan nagyobb kanyarsebesség érhető el. Vészhelyzetben (hirtelen kerüléskor) a kerekek akár 3,5°-os szögben is kitérhetnek. Az ESC (ESP) beavatkozási küszöbét magasabbra helyezték a sportos menettulajdonságok kihasználásához, így biztonságosan és gyorsan végrehajthatók a hirtelen manőverek. Az ESC (ESP) csak akkor lép közbe, ha szükséges, és akkor is fokozatosan erősítve a korrekció mértékét.

ABK motor főtengely jeladó problémák

A Steer-by-Wire technológia felé

A megszokott kormányzási tulajdonságok megtartása mellett tegye lehetővé a „steer-by-wire” megvalósítását. Ez azt fogja jelenteni, hogy amikor a hatósági előírások is lehetővé teszik ezt, megszűnik a mechanikus összeköttetés a kormánykerék és az első kormányzott kerekek között. A „by-wire” megoldással csak akkor érhető el tökéletes biztonság, ha beépítenek egy második, redundáns rendszert. Ehhez két elektromos hálózat, két akkumulátor, megkettőzött érzékelők, vezérlőegység, vagy egy kiegészítő hidromechanikus kormánymű szükséges. A többletköltségek jelenleg még kizárják az elektronikus átvitellel működő kormánymű sorozatgyártását és gépkocsiba szerelését.

Az Audi Kormánymű Karbantartása és Hibaelhárítása

Az Audi kormánymű karbantartása fontos része az autó hosszú távú megbízhatóságának és teljesítményének megőrzésében. Bár az ilyen rendszerek tartósak, idővel előfordulhatnak meghibásodások vagy kopások. A rendszeres ellenőrzés során figyeljünk a szokatlan zajokra vagy nehézségekre a kormányzásnál, amelyek problémára utalhatnak. A szervók hibája komoly veszélyt jelenthet a vezetésbiztonságra nézve, ezért nem érdemes késlekedni a javítással.

A jeladó meghibásodása is okozhat zavarokat az irányítás során. Ilyen esetekben általában cserére van szükség ahhoz, hogy visszaállítsuk az optimális működést. Sokszor elegendő egy-egy alkatrész cseréje ahhoz, hogy újra élvezhessük járművünk eredeti teljesítményét.

Az ár tekintetében fontos tudni, hogy új vagy felújított alkatrészeket vásárolunk-e. Az új Audi kormánymű drágább lehet, de hosszabb garancia mellett érkezik. A felújított változatok olcsóbbak lehetnek, de ezek esetében érdemes alaposan megvizsgálni a garancia feltételeit és minőségét. A szervizek gyakran kínálnak csomagokat is, amelyek tartalmazzák a kormányoszlop és más kapcsolódó alkatrészek átvizsgálását is. Ne feledjük azonban: mindig bízzuk szakemberre ezt a munkát.

tags: #audi #aktiv #dinamikus #kormanymu #magyarázat