Az Elektromos Kormányművek Működése és Fejlődése

A gépjárművek irányítása kulcsfontosságú a biztonságos és kényelmes közlekedéshez. A gépkocsivezető kormánykerék elfordításával arányosan az első kerekeket fordítja el, és ezzel irányítja a gépkocsit. A kormányberendezés áttétele olyan kell legyen, hogy a vezető ereje elegendő legyen annak működtetéshez, továbbá a szükséges elfordítás feleljen meg az emberek teljesítőképességének. Nagyobb erőszükségletnél szervokormányt, vagy kormányrásegítőt alkalmaznak. Az újabb műszaki fejlesztések révén egyre több mechatronikai egységet alkalmaznak a kormányzásnál.

A Kormányzás Alapjai és Típusai

A közúti járművek jelentős részénél tengelycsonk kormányzást alkalmaznak, mely feleljen meg az „Ackermann” elvnek. Vagyis az első kerekek forgástengelyei a hátsók meghosszabbított tengelyvonalában metszik egymást. Azért, hogy az első kerekek a kormányzáskor megfelelő szöghelyzetbe kerüljenek, trapéz alakú rudazatra van szükség. Ennek részei gömbcsuklókkal kapcsolódnak egymáshoz. A kormánynak lehetőleg kicsi legyen az áttétele, a jó kormányozhatóság miatt. A kormánykerék elfordítását a kormánymű a rudazat segítségével alakítja át az első kerekeket elfordító erővé.

A szervokormányok bevezetése jelentősen megkönnyítette a járművek irányítását. A kezdeti időben elsősorban a nehézgépek, a kamionok valamint buszok körében terjedtek el a szervokormánygépek annak érdekében, hogy a kormányzási erőt a lehető legnagyobb mértékben tudják csökkenteni. Napjainkban szinte csak olyan gépjárművet gyártanak, melyek rendelkeznek ezen felszereltséggel. A szervokormány három fajtáját különböztetjük meg:

• Hidraulikus
• Elektrohidraulikus
• Elektromos

A Hidraulikus Szervokormány

A hidraulikus szervokormányok a kormánykeréken kifejtett nyomatékkal arányosan, hidraulikus berendezés segítségével növelik a kormányzott kerekeket elfordító erőt. A motor által, hosszbordás vagy ékszíjon keresztül meghajtott szervo szivattyú, olaj segítségével könnyíti meg a kormányzást. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy egyenes menetben, amikor nem szükséges rásegítés, akkor is energiát vesz fel, ami állandó terhelést jelent az erőforrás számára, ezáltal megnő a tüzelőanyag fogyasztás. Ha a szivattyút térfogatáram szabályozással látják el csökkenthető a veszteség teljesítmény. Előnye, hogy nagyon sokáig képes üzemelni meghibásodás nélkül.

A szervokormány működéséhez szükséges 150 bar olajnyomást a szervo-szivattyú hozza létre és csövön keresztül a forgótolattyús vezérlő szelephez juttatja. Egyenes menetben a forgó tolattyú a hüvelyhez képest semleges helyzetben van. Jobbra kormányzáskor a kormánykeréken kifejtett kézi nyomatékkal arányosan elcsavarodik a torziós rúd. Ezzel arányos lesz a forgó tolattyú elfordulása az álló hüvelyhez képest. Emiatt változnak a tolattyúnál kialakított rések és így az olajnyomás is. A munkahenger dugattyújának bal oldali terében növekszik a nyomás, (a legnagyobb érték 150 bar lehet). Ennek hatására a dugattyú elmozdul.

Toyota Auris hibrid részletes adatok

A szervokormány térfogatáram igénye egyrészt a gépkocsi sebességétől, másrészt az elkormányzási szöghelyzettől függ. Kis sebességnél, a gépkocsival történő manőverezés megkönnyítésére a nagyobb rásegítés előnyös, mert komfortosabbá teszi a kormányzást, megkönnyíti a vezető munkáját. Nagy sebességnél viszont, például autópályán sokkal kisebb kell legyen a rásegítés, hogy biztosítani kell a gépkocsi minél biztonságosabb, nyomtartó vezethetőségét. Ezt az ellentmondást sebességfüggő rásegítéssel oldható fel. Ennek megfelelő a „Servotronic” szervokormány, melyet 1989 -óta alkalmaznak a személygépkocsikban. Ekkoriban még a belsőégésű motorról ékszíjjal hajtott szervo-szivattyú adta az energiát a rásegítéshez. A vezérlést az elektronika és a hidraulika kombinációjával oldották meg.

Az Elektrohidraulikus Szervokormány (EPHS)

Az elektrohidraulikus szervokormányok az angol rövidítése és elnevezése alapján EPHS (Electrically Powered Hydraulic Steering) néven ismertek. A kilencvenes évek végétől szerelik be a különböző gépkocsikba. Kezdetben kisebb városi autókban jelent meg, később aztán a nagyobb teljesítményű villanymotoros szivattyúk kifejlesztése után a felsőbb osztályban is alkalmazták.

Az elektrohidraulikus szervo szivattyú esetében a szervo olaj keringtetését egy elektromos villanymotor biztosítja. Előnye a hidraulikussal szemben, hogy nem terheli le közvetlen a motort továbbá kizárólag szükség esetén hajtja meg a szivattyút. A takarékosságon kívül a másik előnye, hogy a vezérlő program segítségével a nyomaték illetve a rásegítő erő a gépjármű állapotának megfelelően szabályozható. A villanymotorral hajtott hidraulika szivattyú független a belsőégésű motortól, tehát hibrid járműveknél is alkalmazható. A szivattyú fordulatszáma a pillanatnyi menetállapottól függ, de álló motornál is működik. A hajtó motor fordulatszámának szabályozása történhet elektronikával.

A korszerű, elektronikával vezérelt villanymotoros hajtású szervo-szivattyúknál megvalósítják az úgynevezett „stand by” üzemmódot. Ez a megoldás az energia megtakarítás és a káros anyag kibocsátás szempontjából is fontos. Amikor az elektronika azt érzékeli, hogy nem mozdul a kormánykerék és a gépkocsi álló helyzetben van a villanymotor az üzemi értéknél kisebb fordulatszámon fog működni. Ez az állapot addig tart, amíg a fenti üzemi jellemzők valamelyikében nem következik be változás. Az üzemállapot megváltozásának pillanatában bekövetkezik a szivattyú újraindítása normál üzemi fordulatszámon.

Bár az elektrohidraulikus szervokormányokat az utóbbi években továbbfejlesztették, optimalizálták, de a lehetőségei korlátozottak.

Késések az elektromos Land Rover terveiben

Az Elektromos Szervokormány (EPS)

Az elektromos szervokormány az autók modern technológiával felszerelt alkatrészei, amelyek megbízható és energiatakarékos működést biztosítanak. Az első elektromos szervokormánnyal rendelkező gépkocsi a Suzuki gyárából gördült ki, kisebb autói számára fejlesztette ki, hogy az álló helyzeti kormányzást megkönnyítse a sofőrnek. Manapság egyre szélesebb körben terjed az elektromos szervokormányok használata.

Legfőbb előnye, hogy csak a tényleges kormányzás, irányváltoztatás idején használ energiát valamint kisebb beépítési térfogatot és tömeget igényel, csökkennek a karbantartási költségek valamint nincs szükség hidraulika folyadékra. Az elektromechanikus szervokormány előnye, hogy nem szükségesek csövek, olajtartály és szivattyú ez a gépkocsi gyártásakor jelentős megtakarítást eredményez, mert egyszerűbbé válik a szerelés. Mivel az olaj, mint munkaközeg szükségtelenné vált a környezetvédelmi szempontok is jól érvényesülnek.

Az elektromechanikus szervokormány egy kompakt egységet alkot. Ezért nem szükséges a kocsiszekrényben szerteágazó vezetékhálózat kiépíteni. Az EPS segédenergia nélkül is működőképes, így a kormányzás teljes meghibásodása szinte lehetetlen. A villanymotor rásegítő nyomatéka közvetlenül egy mechanikus áttételen keresztül a kormánygépre hat (ez gazdaságosabb változat).

Működési Elv és Alkatrészek

Az elektromos szervokormány fontos központi egysége a torziós tengely. Ez a köztes orsót mechanikusan köti össze a csigahajtással. A kormánykerék elfordításának hatására rugalmassági jellemzőjének megfelelően elfordul. A nyomatékérzékelő meghibásodása nem okozhatja a kormányzás megszűnését. Ennek egyik fontos eleme a torziós tengely, melynek szokásos merevsége 2,5 Nm/˚. Ennek ismeretében lehet pontosan meghatározni a szögelfordulás érzékelő jele alapján a nyomatékot. Az a megbízhatóbb működésű változat, melynél érintésmentes érzékelőt alkalmaznak. A biztonság miatt általában két komplementer jeladót építenek be.

A kormánykerék tengelyére szerelik fel az érzékelő forgó részét. Ez az állórészbe szerelt 9 db kondenzátor fegyverzete felett fordul el elkormányzáskor. Emiatt bizonyos szegmenseknél változni fog a kapacitás. Két érzékelőt szerelnek egy közös házba. Ezek a kormánykerék helyzetével és nyomatékkal arányos elektromos jelet küldenek az elektronikának. Az érzékelők jeleit és a CAN hálózat üzeneteit felhasználva kiszámítja, hogy mekkora rásegítésre van szükség. Ez mindig sebességfüggő.

Corolla elektromos ablak beépítés

Amiket a szervokormányokra szerelnek, nem sorozatban gyártott közönséges villanymotorok, hanem az adott célnak megfelelően speciálisan fejlesztik ki. Többnyire közvetlenül erre szerelik a vezérlő elektronikát is. Leggyakrabbal állandó mágneses szinkron motorokat alkalmaznak, de a kisebb városi autóknál egyenáramú motor is használ. A 12 V-os hálózat korlátozza a lehetőségeket. Rövid időre max. 80 A-el terhelhető. Ez 1 kW teljesítménynek felel meg.

Amikor a vezető elfordítja a kormánykereket, elcsavarodik a torziós rúd. A két jeladó információt ad az elektronikának a szöghelyzetről és a nyomatékról. Ezek alapján határozza meg az elektronika a szükséges rásegítő nyomatékot és működteti a villanymotort. A kerekeket elkormányzó hatásos nyomaték a kézi és a rásegítő nyomaték összege. Ha a kézi és a rásegítő nyomaték nagyobb, mint a visszakormányzó nyomaték, a rásegítő egyenes állásba fordítja vissza a kerekeket.

Fejlesztések és Funkciók

Az elektromos szervokormányok lehetővé teszik a rásegítő erő pontos szabályozását a jármű sebességétől, a kormányon kifejtett nyomatéktól és az elkormányzási helyzettől függően. Olyan működésmódok valósulhatnak meg, amelyek eddig a hidraulikus szervokormányoknál nem voltak. Ez egy természetes kormányzási érzetet kelt a vezetőben.

Az elektronikába implementált egyenes-meneti korrekció a vezető aktív korrigálása nélkül oldalszélnél és kereszt irányban lejtős úton is megtartja a menetirányt. Automatikusan felismeri és „megtanulja” a kormányzási középhelyzetet és ezt veszi figyelembe a visszaállításnál. Növelték a sebességfüggő rásegítési teljesítményt, melyet kiegészít a teljes frekvencia tartományban működő zavaró lengések csillapítása.

Az EPS asszisztens rendszerek alkalmazását is lehetővé teszi. Például intelligens stabilizáció oldalszélben az ESP rendszer segítségével. Az elektromechanikus szervokormány együttműködik az ESP rendszerrel és a fék rendszerrel is. Veszélyes menethelyzetben, amit az ESP rendszer elektronikája ismer fel, a vezető figyelmeztetésére is sor kerülhet, vagy a rendszer beavatkozhat. Vezetési hibák korrigálására is lehetőséget ad, például akaratlan sávelhagyáskor a kormány rezgetésével figyelmeztet, és ha a vezető erre nem reagál, beavatkozik. A szomszédos sávok figyelése előzéskor is funkció lehet.

A gyártás során a próbapadon már ellenőrzött szervokormány az első futómű fő tartójára felszerelhető. A szerelősor végén aktiválják az elektronika programját. A típusváltozatnak megfelelő egyedi programokkal működhetnek a különböző gépkocsi típusokba szerelt egyedek. Ennek a módszernek köszönhetően feleslegessé válik a különböző típusú szervokormányok raktározása és a javítói hálózatban alkatrészként tartása.

Különböző Elektromos Szervokormány Megoldások

Ilyen elektromechanikus szervokormánnyal találkozunk például a Toyota Prius-ban, ahol az egyenáramú motort a szervokormány elektronikája működteti. Ilyen villanymotoros szervokormányt szereltek a VW Touran -ba, a Kompakt-Van kategóriában elsőként. Az Audi A3 elektromechanikus szervokormány (Electrical Power Steering - EPS) fejlesztésének célja a komfortosabb, könnyebben kormányozható, robosztusabb, kevésbé összetett, könnyebben beszerelhető, energia takarékosabb szervokormány megvalósítása volt.

Egyik fejlett változatnál a villanymotor csigahajtással egy fogaskeréken keresztül adja a rásegítő erőt a fogaslécre. Annak másik végéhez csatlakozik a másik fogaskerékkel a kormánykerék tengelye. Ez a szerkezeti kialakítás így dual pinion változat. Az előnye ennek a konstrukciónak az, hogy a villanymotor meghibásodása esetén a kormánykerék tengelyére szerelt fogaskerékkel nagyobb erővel ugyan, de kormányozható marad a gépkocsi. Az alkalmazott szénkefe mentes aszinkron motor robusztus kivitelű és különös előnye az, hogy a különböző szennyeződésekkel szemben jól ellenálló. A leadott nyomaték egyenletes, nincsenek nyomatékhullámzások és működése zajmentes.

A legújabb fejlesztések eredménye az a típusváltozat, ahol a rásegítést adó villanymotor a fogasléccel párhuzamos beépítésű. Érdekessége az, hogy a villanymotor forgórészének belsejében van a fogasléc elhelyezve. A mechanikus áttételt a jó mechanikai hatásfokú visszavezetett golyósoros csavarhajtás adja.

Összehasonlító táblázat: Kormányrendszerek

Gyakori Hibák és Karbantartás

Az elektromos szervokormányok, mint minden komplex rendszer, meghibásodhatnak. Gyakori problémák közé tartoznak a szokatlan hangok, olajfolyás (elektrohidraulikus rendszereknél), és a szervóhatás teljes vagy részleges eltűnése. Ez az egyik leggyakoribb elektromos és elektrohidraulikus szervokormány hiba is egyben. Különösen veszélyes, ha a szervó részlegesen megy csak el, mert ebben az esetben vezetés közben meglepetésszerűen működik kormányunk. Éppen ezért a jármű használata rövid távon sem javasolt.

A kormányművet működése közben több tömítés és védőgumi óvja a szennyeződésektől. Ha ezek megsérülnek, akkor az alkatrész kenését biztosító olaj távozhat a rendszerből vagy koszolódhat. Ilyen hatást okozhat a szimeringek elhasználódása vagy a gumiharang sérülése. Mind a kettő hosszabb távon jelentős problémákat okozhat, míg időben javítva biztonságossá tehető a rendszer.

Egy kormányműben több dolog is elkophat, ami részben természetes hosszabb élettartam esetén, másrészt a tervezettnél erősebb igénybevételt mutat, aminek oka lehet egy már feljebb említett korábbi probléma: koszolódás vagy nem megfelelő kenés. A támasztópersely vagy csapágy kopása okozhatja. Nem jelent azonnali kockázatot, de ha nem orvosoljuk a problémát, akkor károsodhatnak a kormánymű más alkatrészei is, amik végül nagyobb kiadást jelenthetnek.

A holtjátékot okozhatja a nem megfelelő és nem kiegyenlített keréknyomás is, így minden előtt ezt érdemes ellenőrizni. Ha a holtjáték ezután is megmarad, akkor irány a szerviz. Az esetek többségében a kormányösszekötő gömbcsuklóinak a hibája okozza a holtjátékot. Minél előbb szervizbe szükséges menni a járművel.

Fontos figyelmeztetés: Bikázás és az elektromos kormánymű

Kevesen tudják, hogy az elektromos kormányművel rendelkező autókat nem szabad bebikázni, mert az erősen károsítja az elektromos kormányművet! Az elektromos kormányművek (EPS) az autók modern technológiával felszerelt alkatrészei, amelyek megbízható és energiatakarékos működést biztosítanak. Azonban bizonyos helyzetekben, például bikázáskor, ezek a rendszerek meghibásodhatnak. A bikázás során hirtelen áramingadozás léphet fel, ami túlterhelheti az elektromos rendszert, beleértve az EPS vezérlőegységet is. Amennyiben bikázás után hibát észlelsz az elektromos kormányműnél, azonnal keresd fel a szakszervizt.

tags: #elektromos #kormanymu #mukodese

• Daewoo modellek ABS működése
• E46 üzemanyag-szivattyú hibaelhárítás
• Bontott SX4 alkatrészek előnyei
• Házilag ellenőrizhető Vectra A ABS
• A Land Rover figyelmeztető jelzései