Az Elektromos Szervokormány (EPS): Működése, Előnyei és Hátrányai

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. A modern autókat ma már szinte lehetetlen elképzelni szervokormány nélkül. Ez a rendszer jelentősen megkönnyíti a jármű irányítását, növeli a kényelmet és a biztonságot.

Az újabb műszaki fejlesztések révén egyre több mechatronikai egységet alkalmaznak a kormányzásnál. A hidraulikus szervokormányokat az elektrohidraulikus, majd az úgynevezett „száraz”, vagyis elektromechanikus változatok követték. A szervókormányok feladata a kormányzás erőszükségletének csökkentése, tehát egy erre a célra kiépített szerkezetről beszélünk. A szervókormányok azáltal, hogy csökkentik a kormányzáshoz szükséges emberi erőt, javítják az autó vezetőjének a kényelmét, ezáltal maga a vezetés is komfortosabbá, ezáltal pedig biztonságosabbá válik.

A Szervokormányok Típusai

A szervokormánynak három fajtáját különböztetjük meg: Hidraulikus, Elektrohidraulikus, Elektromos.

Hidraulikus Szervokormány

A hidraulikus szervókormány működése során a kormánykeréken kifejtett nyomatékkal arányosan növeli a kormányzott kerekeket elfordító erőt, úgy, hogy ehhez hidraulikus berendezést használ. A hidraulikus rásegítés alapja, hogy az erőátvitel sokszorosítása folyadék-munkaképesség formájában történik. Az ilyen típusú szervo berendezés fémes érintkezés nélkül képes olajnyomásos közvetítő közeggel nyomatékot átvinni. Méghozzá úgy, hogy ezeknél a hidraulikus rendszereknél lyukak találhatóak a tengelyvégeken. Ezekbe a lyukakba folyik be a szivattyú által szállított olaj, és mikor a kormányzás során elfordul a két féltengely, jobban kinyitnak az olajáteresztő lyukak, így növelve meg a kormányműre érkező olajnyomást.

A hidraulikus szervo szivattyú, melyet a motor hosszbordás vagy ékszíjon keresztül hajt, olaj segítségével könnyíti meg a kormányzást. Kezdetben elsősorban a haszonjárműveknél alkalmazták, de nem sokkal később a személygépkocsikba is hidraulikus működésű szervokormányokat szereltek. Előnye, hogy nagyon sokáig képes üzemelni meghibásodás nélkül. Hátránya, hogy állandó terhelést jelent az erőforrás számára, ezáltal megnő a tüzelőanyag fogyasztás. Amennyiben a szervo-szivattyút nem látják el belső szabályozással, célszerű egy külső szabályozó egységről gondoskodni. Ez lehetővé teszi, hogy egyenes menetben nagyobb olajmennyiség cirkuláljon a rendszerben és ne alakuljon ki jelentős nyomás.

Toyota Auris hibrid részletes adatok

A szervokormányt a gépkocsi menetidejének kb. 15%-ában használják kormányzásra, de ennek ellenére folyamatos energia ellátást igényel. Az útegyenetlenségek okozta lökések a kormánykerékre csak csillapítva adódhatnak át, de a csillapítás miatt nem veszhet el a kormánykerék és az útfelület közötti kapcsolat.

Elektrohidraulikus Szervokormány (EPHS)

Az elektrohidraulikus szervokormány egyaránt elektromos és hidraulikus rendszer. Angol rövidítése és elnevezése EPHS, vagyis Electrically Powered Hydraulic Steering. 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.

Ezeknél a rendszereknél a szervómotort összeintegrálják az elektrohidraulikus szivattyúval, és így együttes erővel idéznek elő olajnyomást. A villanymotor által hajtott olajszivattyú csöveken át vezeti a kormányműbe az olajat, ami egy dugattyús rendszeren segíti a fogasléc elmozdulását. Előnye, hogy energiát takarítunk meg vele, hiszen kevesebb energiát fogyaszt a szervómotor azáltal, hogy a hidraulika is segíti. A takarékosságon kívül a másik előnye, hogy a vezérlő program segítségével a nyomaték illetve a rásegítő erő a gépjármű állapotának megfelelően szabályozható.

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. A gépkocsi többi elektronikus rendszerével a kommunikáció és diagnosztika a hajtáslánc CAN hálózatán keresztül történik. A hibajelzés a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámpa segítségével történik.

Elektromos Szervokormány (EPS)

Az elektromos szervókormány (EPS - Electric Power Steering) a modern autók egyik alapvető rendszere, ami megkönnyíti a kormányzást. Míg régebben hidraulikus szervókormányokat használtak, a mai járművekben egyre gyakrabban találkozunk elektromos szervóval. Az első elektromos szervokormánnyal rendelkező gépkocsi a Suzuki gyárából gördült ki. A kisebb autói számára fejlesztette ki, hogy az álló helyzeti kormányzást megkönnyítse a sofőrnek. Manapság egyre szélesebb körben terjed az elektromos szervokormányok használata.

Késések az elektromos Land Rover terveiben

Az elektromos rásegítés alapja, hogy az erőátvitel sokszorosítása korszerű, elektronikus vezérléssel történik. Ez az eszköz egy elektromotor segítségével biztosítja a könnyedebb kormányzást. Az elektromos szervókormány a beépített szervómotorja segítségével látja el a szervórásegítést. Legfőbb előnye, hogy csak a tényleges kormányzás, irányváltoztatás idején használ energiát, valamint kisebb beépítési térfogatot és tömeget igényel, csökkennek a karbantartási költségek és nincs szükség hidraulika folyadékra.

A szervokormányok főbb típusainak összehasonlítása:

Az Elektromos Szervokormány (EPS) Működése

Az elektromos kormánymű egy komplex rendszer, amelyben a szervókormány, a kormányszög jeladó, az elektromos motor, és az elektronika összehangoltan működik annak érdekében, hogy megfelelő kormánymű támogatást nyújtson a vezetőnek. Az elektromos szervó rendszert egy szervómotor működteti. Az autó energiájának néhány százalékát használja el a háromfázisú szervómotor arra a célra, hogy elvégezze a kormányrásegítést. Egy ilyen rendszer különböző érzékelőkkel és jeladókkal van felszerelve, amelyek folyamatosan figyelik a kormány mozgását, helyzetét, a jármű sebességét és a kormánymű szögét.

A villanymotor működését befolyásolja a sebesség, a fordulatszám és a kormányszög jeladóból érkező információ (a kormányszög jeladó figyeli, hogyan tekerjük a kormányt). Az egyszerűbb rendszerek a kormánytengelyen segítenek rá a volán tekerésére, ami ugyan egyszerűen hangzik, de mégis összetett technikát kíván. A rendszer a motorból, az áthajtásból, egy nyomatékérzékelőből, valamint elektronikából áll. A kormánytengelyen helyezkedik el a nyomatékszenzor, amely érzékeli a kormányelfordítás irányát, valamint az ébredő erőigényt. Ezeket a jeleket küldi az elektronikának, amely kiszámítja, melyik irányba és milyen teljesítménnyel segítsen rá a motor a kormányzásra.

A szervómotor olykor a kormányoszlopon található, ebben az esetben olykor az elektromos kormányoszlop megnevezést alkalmazzák rá, míg máskor szervó kormányoszlopnak is nevezik. Azonban nem minden esetben ide kerül beépítésre a szervómotor. Sokszor a kormányművön találjuk meg, a két első kerék között. A nagyobb autóknál a motort közvetlenül a kormányműre építették, így a tengely nem kapja meg a rásegítés terhelését, a motor a kormányműbe „hajt be”. A nyomatékszenzort a kormányoszlopra szerelik fel.

Corolla elektromos ablak beépítés

Sebességfüggő Rásegítés

A szervokormány feladata, hogy az álló, vagy lassan guruló jármű kerekeinek elmozdítását elősegítse, és így sokkal kényelmesebbé tegye például a parkolást. Kis sebességnél, a gépkocsival történő manőverezés megkönnyítésére a nagyobb rásegítés előnyös, mert komfortosabbá teszi a kormányzást, megkönnyíti a vezető munkáját.

Ugyanakkor a szervokormány nagy sebességnél ellentétes hatást gyakorol: sokkal keményebbé teszi a kormányt, ezáltal kiszűri a kis kormányelmozdulásokat, ami nagy sebességnél veszélyes lehet. Nagy sebességnél viszont, például autópályán sokkal kisebb kell legyen a rásegítés. Ennek az oka az, hogy biztosítani kell a gépkocsi minél biztonságosabb, nyomtartó vezethetőségét. Meglepő lenne, ha ilyenkor is kis kormánymozdulatra, nagy erővel és jelentős szöggel következne be az első kerekek elkormányzása. Emiatt a gépkocsi instabillá válna.

Ezt az ellentmondást sebességfüggő rásegítéssel oldható fel. Az elektromos szervókormány a beépített szervómotorja segítségével látja el a szervórásegítést. Alacsony sebességnél, kis erőkifejtést igénylő kormányzással maximálisan támogatja a vezetőt, amikor nő a sebesség, a rásegítés arányosan csökken. Ezáltal magas sebességnél javítva a gépkocsi egyenesfutását, és ezáltal a menetstabilitást is.

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. A gépkocsi sebesség jelét az elektronika az elektronikus működésű sebességmérőtől kapja. Újabban az ABS elektronikától a CAN hálózaton érkező jelet használják erre a célra. A jel kiértékelése alapján működteti az elektromágneses szelepet, ami a rásegítést szabályozza.

Az Elektromos Szervokormány Előnyei

• Üzemanyag-hatékonyság és környezetvédelem: Hozzájárul az üzemanyag-fogyasztás csökkentéséhez is, mivel csak akkor működik, amikor valóban szükség van rá. Ezáltal tüzelőanyag megtakarítás és CO2 emisszió csökkentés érhető el vele. Az autó kevesebbet fogyaszthat, illetve pár lóerő felszabadulhat.
• Könnyebb karbantarthatóság és egyszerűbb beépíthetőség: Pontosabb és könnyebben karbantartható, mint a hagyományos hidraulikus kormányrendszerek. Kisebb beépítési térfogatot és tömeget igényel, csökkennek a karbantartási költségek, valamint nincs szükség hidraulika folyadékra.
• Precíz és sebességfüggő vezérlés: A vezérlő program segítségével a nyomaték, illetve a rásegítő erő a gépjármű állapotának megfelelően szabályozható. A sebességfüggő rásegítés maximális támogatást nyújt alacsony sebességnél, és arányosan csökkenti azt nagy sebességnél, javítva ezzel a menetstabilitást.
• Kényelem és biztonság: Megkönnyíti a kormányzást, különösen manőverezéskor vagy parkoláskor, és növeli a jármű irányíthatóságát és biztonságát.

Az Elektromos Szervokormány Hátrányai és Gyakori Hibái

Azonban, mint minden elektromos eszköz, a szervokormány sem mentes a meghibásodásoktól. Az elektromos rásegítés hátránya, hogy érzékeny a hőmérsékletre és a környezet elektromágneses zavaraira. Jól látszik tehát, hogy az elektromos szervó hibák széles skálájával találhatjuk szembe magunkat, ezek egy része pedig komoly vezetési problémákat is okozhat. Ha az elektromos szervó meghibásodik, a kormányzás jelentősen nehezebbé válik, és ez veszélyezteti a jármű biztonságos irányítását. Szélsőséges esetben a szervó teljesen leállhat, ami a kormány forgatásához rendkívüli erőkifejtést igényel. Ezt az érzést pontosan ismerik azok, akiknek volt szerencséjük vezetni régebbi típusú autókat, tehergépjárműveket. Igazán embert próbáló feladat volt a szervó nélküli járművek irányítása.

Ahhoz, hogy biztonságosan közlekedhessünk az autónkkal, elengedhetetlen, hogy a kormánymű megfelelően működhessen. Amennyiben valamilyen meghibásodást észlelünk a kormány esetében, azonnal érdemes felkeresni a szervizt, mert a hiba akár súlyos méreteket ölthet, akár menet közben is elmehet a kormány. A rossz hír, hogy ha valóban kormányműhibába futottunk bele, az nem fog magától megszűnni. Előfordul ugyan, hogy pl. megáll az elektromos szervó és a motor újra indításánál „visszajön”. Gondoljunk bele, hogy egy ilyen fontos alkatrészt úgy terveztek, hogy nem áll le csak úgy „magától”. Ne reménykedjünk, hogy csak valami véletlen dolog történt. Ennek oka általában valamilyen hiba, ami folyamatosan vagy időszakosan fennáll.

Gyakori Hibajelenségek

• Rásegítés hiánya vagy kemény kormányzás: Az egyik leggyakoribb jel az, amikor a szervókormány hirtelen nehezebben mozdul. A kormányzás is merevvé válhat. Szervó nélkül a legtöbb modern autó egyáltalán nem használható.
• Kormányszög jeladó hiba: Az elektromos kormányoszlop problémái vibrációt okozhatnak a kormánykerékben, amely különösen gyorsításkor, valamint kanyarodáskor jelentkezik.
• Fogasléc problémák: Ha a kormánymű furcsa zajokat kezd kiadni, akkor valószínűleg mechanikai probléma van a fogasléc, illetve a rendszer egyéb belső alkatrészei között. Kormányművek esetében, legyen az elektromos vagy hidraulikus, a kopogást okozhatja perselykopás vagy akár a fogasléc kopása is.
• Eltolódó kormányhelyzet: Ha a kormány nem középre tér vissza egyenes haladás után, akkor valószínűleg rossz a kormánymű beállítás vagy a szervo elektromos motorja hibásodott meg.
• Hirtelen megszűnő szervó támogatás: Az EPS rendszerek egyik legriasztóbb hibája, amikor a szervótámogatás váratlanul, egyik pillanatról a másikra megszűnik. Fontos szem előtt tartanunk, hogy ha ilyen tünetet tapasztalatunk, akkor azonnal cselekedni kell, ilyenkor a javítás nem halogatható.
• Szokatlan zajok és vibráció: Kormányrázás vagy furcsa zajok, például búgás hallható, vagy rezonancia érezhető a volánon.
• Kopogás és holtjáték: Lehet mechanikai kopás az áthajtásban, amire növekvő kormányholtjáték, kopogás utalhat. Ekkor már jellemzően a kormánymű maga is elég kopott lehet, ez a jelenség igen sokat futott, elhanyagolt, vagy balesetes múltú autóknál fordulhat elő.

Különleges Hibák és Okok

Az elektromos kormányrásegítők jellemző hibái nem azonosak a hidraulikus rendszerek tipikus hibajelenségeivel. Habár ez is csak részben igaz, mert a hibrid kormányművek mindkét rendszer hibáiból merítenek. Mivel az elektromos rendszerben is bőven van mechanikus alkatrész, ezek kopása, valamint az elektronikai részegységek kontakthibái is gyakoriak. Előfordul, hogy az egyik irányba könnyebb tekerni a kormányt, mint a másikba. Olyan is, hogy az autó folyton kanyarodna, tehát az egyenesmenethez ellen kell tartani a kormányt, mint amikor a rossz futómű-beállítás miatt félrehúz az autó.

A hiba oka néha triviális: például futómű-szerelések során elállítódik a kormányoszlop nullpontja. Emiatt egyenes haladáskor is úgy érzékeli a rendszer, mintha enyhén elfordítva lenne a kormány, és ezért működteti, működtetné a szervorásegítést. Egyenes haladáskor ez az érték minimális, vagy nulla, tehát a rendszer sem feltétlenül segít rá. Viszont tényleges kormányzáskor, ez főképp lassúmeneti, vagy állóhelyzeti kormányelfordításkor tűnhet fel, az egyik irányba gyorsabban, könnyebben érkezik a rásegítés, a másik irányba késik. Ilyenkor a kormánymű elektronikájának újrakalibrálása szükséges, amely szoftveresen a hozzáértőknek rutinfeladat.

Nagyobb a gond, ha maga a nyomatékérzékelő kezdi feladni a harcot, ez érzékeli a kormányelfordítás irányát is. Ha a belső csúszóérintkezők elkopnak, vagy felületi korrózió jelenik meg rajtuk, az általuk küldött jel nem egyenletes. Így persze a rásegítés mértéke sem lesz az, előfordulhat, hogy a helyzethez képest nagyobb, vagy kisebb, vagy éppen semmilyen rásegítést nem ad az elektromotor, mert hát a vezérlés próbálja lekövetni a hamis jeleket küldő nyomatékérzékelő információit. A motor is elromolhat, erre utalhat az üzem közbeni búgása, a kormányzás erőszükségletének növekedése, vagy a szervorásegítés megszűnése. Egyes típusok elektronikája érzékeny a hirtelen áramlökésekre, így előfordul, hogy egy akkumulátorlemerülést követő bikázós indítás során olyan feszültséget kapnak, ami káros rájuk.

Diagnosztika és Javítás

Az elektromos, elektrohidraulikus szervókormány hibájának diagnosztizálása során szükség van a hibakód megállapítására. Ennek kiolvasása a legelső lépés egy ilyen szervókormánnyal rendelkező autó javítása során. A kiolvasott hibakód segít diagnosztizálni a problémát, bonyolultabb esetben annak egy-egy aspektusának felismeréséhez, egyszerűbb helyzetben a komplett probléma megoldásához segíthet hozzá. Tehát jegyezzük meg, hogy alapos hibamegállapításnak kell megelőznie a probléma megoldását, a szerelést, például a kormánymű kiszerelését. Gyakran előforduló hiba, hogy sokan alapos hibamegállapítás nélkül szereltetik ki a kormányművet.

Pedig, ha az autó elektromos rendszerében van a hiba, akkor mindenképpen elektromos szervókormányokkal, autóelektronikával is foglalkozó szakember tud segíteni. Az autók elektronikus felügyeletét először a kaliforniai légminőség érdekében dolgozták ki. Erre az elektronikus rendszerre (a legismertebb az OBD) épült rá az elektromos szervók felügyelete is. Ez teszi lehetővé, hogy hibakódokat olvassunk ki belőle. A hibakódok utalhatnak pl.: nyomatékszenzorra vagy szög/pozíció szenzorra, elektromos motorhibára és a gyakori vezérlő hibákra. Az elektromos panelen ugyanis több száz mikroelektronikai alkatrész található.

Ahol a dolog elcsúszhat, hogy nem minden készülék képes egyáltalán kapcsolódni bizonyos szervó vezérlő egységekkel és nem biztos, hogy pontosan fordították a hiba jelentését. A hibakódhoz tartozik jelentés is, ami segít a hiba megállapításában vagy a javításban is. Ha nem javításban gondolkodunk, akkor is fontos mert legalább megtudhatjuk, hogy tényleg ezzel az alkatrésszel van gond.

Szakember választása és alkatrész beszerzés

A javítás költsége nagyban függ a meghibásodott alkatrésztől. Sok autószerelő nem szívesen vállal kormánymű cserét. Elektromos szervóknál talán még fontosabb a jó szerelő, hiszen az újabb típusokat hozzá kell illeszteni az autó egyéb alkatrészeihez, melyekkel összehangoltan működik. Sok szerelő nem rendelkezik ezzel a rutinnal, nincs felkészülve váratlan hibaüzenetekre a feltanítás során. Kérdezzük meg, vállalt már hasonló típus? Kérjünk ajánlást a szerviz cégre a forgalmazótól. A piacon a legjobb ár-érték arány az újragyártott termékeknél van. Ez gyakorlatilag egy prémium felújítás, ahol nemcsak a hibát javítják ki, hanem kicserélik az összes elektromos alkatrészt (vagy komplett vezérlőegységet) és mechanikailag kopó alkatrészeket is.

Magyarországon kevésbé ismert, és bevett módszer az újra gyártás, azaz remanufacturing. Pedig ez a megoldás magas gyártási minőséggel jár, hiszen az újragyártott alkatrészre már a legtöbbször nem jellemzőek a típushibák, mivel az autó gyártója, annak technológiája is folyamatosan fejlődik. Így a legtöbb esetben az újragyártott alkatrészek magasabb technológiai színvonalat képviselnek. Sokkal fontosabb, hogy kivel újíttatjuk fel, ha a felújítás mellett döntünk. Milyen anyagokat használnak fel benne? Letesztelték? A hidraulikus kormányműveket nyomáspróbázni kell, az elektromosakat pedig elektronikai és mechanikai tesztnek kell alávetni. Ez utóbbiakhoz Magyarországon a legtöbb cég nem rendelkezik elektronikai próbapaddal. Ha tehetjük olyan céget válasszunk, aki a teszteredményekről jegyzőkönyvet is ad. Ennek tartalmaznia kell a különböző sebességekhez tartozó nyomatékértékeket, áramfelvételeket.

Ha felújított kormányművet vagy kormányoszlopot vásárolunk, jó eséllyel le kell adnunk jelenlegit. Ez azért van, mert a felújító cégek, ezeket mintegy alapanyagként használják. Ha nem tudjuk leadni a cseredarabot, érthető, hogy felszámolnak bizonyos összeget. A bökkenő csak az, hogy nem biztos, hogy a jelenlegi alkatrész felújítható. Ezért amikor megvesszük felújított alkatrészt sok forgalmazó felszámolja a cseredarab árát, amit visszaad, ha minden rendben van a cseredarab. Ilyenkor be kell vizsgálni az alkatrészt, ami több hét. Ha ezután kiderül, hogy nem javítható az alkatrész, azt 30-80 ezer forintunk is bánhatja. Ezt mindenképp fontos tudni, mert ha így járunk a kedvező árak felszaladhatnak. A legjobb, ha olyan céggel van dolgunk, ahol már az új termék megvételekor beleszámítják, hogy leadjuk a jelenlegi alkatrészünket.

tags: #elektromos #szervo #kormánymű #működése #előnyei #hátrányai

• GTI ECU kábelköteg karbantartása
• Gépjármű-kereskedelemről szóló cikk
• Alkatrésztisztító folyadékok összehasonlítása
• Gyári vagy utángyártott féktárcsa az E90-hez?
• A Swift motorháztető nyitójának útmutatója