A Szervokormányok Műszaki Jellemzői és Csatlakozó Elemei

A kormánymű az autó egyik legfontosabb alkatrésze, amely lehetővé teszi számunkra, hogy irányítsuk járművünket. Az évek során a technológia fejlődése számos újítást hozott ezen a területen, amelyek közül az egyik legjelentősebb a szervokormány bevezetése. Ez az eszköz nemcsak megkönnyíti a vezetést, hanem növeli a biztonságot és a kényelmet is. A szervokormány lényege, hogy csökkenti azt az erőt, amelyet a vezetőnek ki kell fejtenie a kormánykerék elforgatásához. Ez különösen hasznos városi környezetben vagy parkoláskor, amikor gyakran kell manőverezni szűk helyeken.

A szervokormány feladata, hogy az álló, vagy lassan guruló jármű kerekeinek elmozdítását elősegítse, és így sokkal kényelmesebbé tegye például a parkolást. Ugyanakkor a szervokormány nagy sebességnél ellentétes hatást gyakorol: sokkal keményebbé teszi a kormányt, ezáltal kiszűri a kis kormányelmozdulásokat, ami nagy sebességnél veszélyes lehet. Ha szervoberendezés működésképtelenné válik, akkor a gépkocsi kormányozható marad, de a vezetőnek a teljes kormányzási munkát kell kifejtenie.

Kormányrendszerek Alapvető Elvei és Típusai

A gépkocsivezető a 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 Kormányzási Módok

Tengelycsonk kormányzás: A közúti járművek jelentős részénél ezt alkalmazzák.
Forgózsámolyos kormányzás: Leggyakrabban több tengelyes pótkocsik első futóművénél alkalmazzák. A forgózsámoly segítségével a vonó háromszög fordítja el a teljes futóművet.
Kormányzás a jármű két részének egymáshoz képesti becsuklásával: Elkormányzáskor így a két futómű egymással bizonyos szöget zár be.
Kormányzás a kerék fordulatszám szabályozásával.
Talajerő kormányzás: Három, vagy többtengelyes haszonjárművek leghátsó tengelyénél használatos.

A kormányzás kinematikája 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. Az útegyenetlenségek okozta lökések a kormánykerékre csak csillapítva adódhatnak át, de a csillapítás miatt nem veszhet el a kormánykerék és az útfelület közötti kapcsolat.

Accent szervokormány hibaelhárítás

Kormányzási Viselkedés

Túlkormányzott viselkedés: Amikor a gépkocsi fordulóköre kisebb, mint ami az elkormányzás geometriájából adódna.
Alulkormányzott viselkedés: Amikor a gépkocsi fordulóköre nagyobb, mint ami az elkormányzásból adódna.
Semleges kormányzású: A gépkocsi, amikor a fordulókör pontosan akkora, mint ami az elkormányzásból adódik.

A kormánykerék elfordítását a kormánymű a rudazat segítségével alakítja át az első kerekeket elfordító erővé. Ezek az úgynevezett alap kormány berendezés változatok, a vezető izomerejét használják a gépkocsi irányítására.

Kormányművek Fajtái

Csigakerék-kormányzás (görgős): Személygépkocsiknál korábban széles körűen alkalmazott változat volt. A csigakerék két fogát helyettesíti a golyóscsapágyakkal ellátott két görgő. Kopás esetén a kézi utánállítás a kormánygép házán található csavarorsó segítségével lehetséges.
Fogasléces kormánymű: Egy zárt házba beépített fogaskerékből és fogaslécből áll. A kormánykerék elfordítását közvetlenül egyenes vonalú elmozdulássá alakítja át. Az áttétel a kormánykerék elfordítás és a fogasléc elmozdulás viszonya. Különleges fogazattal az áttétel a löket függvényében változik. Ez csökkenti a működtető erőt, illetve a szükséges kormánykorrekciót. A személygépkocsiknál használatos szervokormányok jelentős részét ebből a kormánygépből fejlesztették ki.
Csavarorsós kormánymű: Személygépkocsik egyszerűbb kormányműveinél gyakran a bronzból készült anyának csak az egyik felét szorítják rá a menetes orsóra. Ez biztosítja az utánállítás lehetőségét is egyúttal. Haszonjárműveknél a kormánykerékkel forgatott csavarorsó és a csavaranya közötti súrlódást egy végtelenített golyósor beépítésével lehet csökkenti. A csavaranya fogazattal továbbítja az erőt a „Pitman” tengely felé. Az áttétel lehet változó is.

Szervokormány Rendszerek

A szervokormányt a gépkocsi menetidejének kb. 15%-ában használják kormányzásra, de ennek ellenére folyamatos energia ellátást igényelhetnek, kivéve az újabb fejlesztésű elektromechanikus szervokormányok (EPS) esetében. A szervokormánynak három fajtáját különböztetjük meg: hidraulikus, elektrohidraulikus és elektromos.

1. Hidraulikus Szervokormány

A hidraulikus szervokormányok átlagosan 1 kW teljesítményt vesznek fel, mert a szivattyút akkor is hajtani kell, amikor nincs rásegítés. A szervokormány működési elve egyszerű: egy hidraulikus rendszer segíti a kormánykerék forgatását. A hagyományos hidraulikus rendszerekben egy szivattyú biztosítja a szükséges nyomást, amelyet egy motor hajt meg. Ebben a típusban a vezető izomerejét a gépkocsi valamely energiaforrása (szervo-szivattyú) növeli. A gépkocsiban rendelkezésre álló 12 V-os egyenfeszültségű hálózat az egyenáramú motorok alkalmazását szorgalmazza.

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. Amikor nincs elkormányzás a szervo-szivattyú folyamatosan keringeti a hidraulika olajat a rendszerben. Ez egyúttal folyamatosan biztosítja a légtelenített állapotot.

Útmutató a Mazda szervó gumicső javításához

A Hidraulikus Rendszer Elemei és Működése

Hidraulikus Szervo Szivattyú: 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. Ha a szivattyút térfogatáram szabályozással látják el, csökkenthető a veszteség teljesítmény. Általánosságban elmondható, hogy a 3,5 t össztömegig használatos gépkocsik szervo-szivattyúi 890 W - 1000 W teljesítményűek.
Vezérlő Tolattyú: A hidraulikus szervokormányoknál úgy a haszonjárműveknél, mint a személyautóknál a rásegítés szabályozására vezérlő tolattyút alkalmaznak. Egyenes menetben a szervokormány torziós rúdjára nem hat nyomaték. Ezért a forgó tolattyú és a vezérlő hüvely is semleges, középhelyzetben van. Egyik csatornánál sem alakul ki fojtás. Az olaj szinte nyomásmentesen átáramlik a vezérlő tolattyún és vissza jut az olaj tartályba.

A kormánykeréken kifejtett nyomatékkal arányosan, hidraulikus berendezés segítségével növeli a kormányzott kerekeket elfordító erőt. A kezdeti időben elsősorban a haszonjárműveknél alkalmazták, de nem sokkal később a személygépkocsikba is hidraulikus működésű szervokormányokat szereltek.

Sebességfüggő Rásegítés (Servotronic)

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. Ennek az oka az, 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.

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.

2. Elektrohidraulikus Szervokormány (EPHS)

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 rendszerek még tovább növelik ezt a hatékonyságot, mivel kombinálják az elektromos és hidraulikus technológiák előnyeit.

Golf 5 szervo probléma megoldása

Az elektrohidraulikus szervo szivattyú lényege, hogy 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 hátránya, hogy drágább maga az alkatrész, illetve drágább az elektrohidraulikus szervószivattyúk felújítása is. Az elektronika miatt sokkal könnyebb a meghibásodása is.

Működés és Vezérlés

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.

Az elektronika 12 V-os villanymotort működtet, mely a szivattyút hajtja, a szükségletnek megfelelően be-, kikapcsolja. Tüzelőanyag megtakarítás és CO2 emisszió csökkentés érhető el vele. Az egység elhelyezés a gépkocsiba olyan, hogy az olajtartály feltöltése, illetve utántöltés előtt a bal oldali fényszórót ki kell szerelni. Azért igyekeznek az utastértől minél messzebb elhelyezni a szivattyút, hogy a működési zaj távol tartható legyen. A gépkocsi többi elektronikus rendszerével a kommunikáció és diagnosztika a hajtáslánc CAN hálózatán keresztül történik.

Az elektrohidraulikus szervokormánynál szétválaszthatunk egy mechanikai szerkezetet, egy hidraulikus berendezést és egy villamos hajtást. Mindegyik kényes szerkezet a maga nemében és komoly szakmai ismereteket igényel a tervezésben, gyártásban, javításban és karbantartásban. Az elektronikus vezérlő egység (EVE) csere nem számít hibának, hisz a központi elektronika nélkül is végezhetők mérések. A hibajelzés a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámpa segítségével történik.

3. Elektromechanikus Szervokormány (EPS)

1981-ben a ZF kifejlesztett egy elektromechanikus szervokormányt, de ez a helyigény, a kormányzási tulajdonságai és a felmerülő költségek miatt még nem volt érett a sorozatgyártásra. 2005-ben a ThyssenKrupp Presta SteerTec mutatott be korszerű elektromechanikus szervokormányt. A legújabb, legdrágább, és egyelőre legtöbb hibával rendelkező szervokormány rendszer. Kevesen gondolnák, hogy az első elektromos szervokormánnyal rendelkező autó nem prémium márka volt, hanem a Suzuki. Kezdetben a kisebb autókban használták, hogy az álló helyzeti kormányzást megkönnyítse. Mostanra viszont szinte az összes autóba már ezt a szervokormány rendszert használják.

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. Előnye, hogy csak a tényleges kormányzás, irányváltoztatás idején használ energiát, továbbá kisebb beépítési térfogatot és tömeget igényel, valamint nincs szükség hidraulika folyadékra. Illetve lehetővé tette az aktív kormányzást (aktív kormányművek), azaz a sebesség függő kormányzást.

Működési Elv és Rendszerintegráció

Az elektromechanikus szervokormány együttműködik az ESP rendszerrel és a fék rendszerrel is. Ha például eltérő tapadási tényezőjű úton történik a fékezés és a gépkocsi félrehúz, ezt felismeri az ESP rendszer és utasítást ad az automatikus kormánykorrekcióra. Nem válik szükségessé például a fékező nyomás csökkentése az egyik, vagy másik keréknél, ami növelné a fékutat.

Asszisztens rendszerek alkalmazását is lehetővé teszi az EPS. Például intelligens stabilizáció oldalszélben az ESP rendszer segítségével. 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 megoldható. A vezető a kormánykerékkel ennél csak egy kanyarodási igényt állít be.

Az elektromos szervokormány működése

Főbb Alkatrészek és Jellemzőik

Villanymotorok: Amiket a szervokormányokra szerelnek, nem sorozatban gyártott közönséges villanymotorok, hanem az adott célnak megfelelően speciálisan fejlesztik ki. Leggyakrabban állandó mágneses szinkron motorokat alkalmaznak, de a kisebb városi autóknál egyenáramú motor is használnak. A 12 V-os hálózat korlátozza a lehetőségeket. Rövid időre max. 80 A-el terhelhető, ami 1 kW teljesítménynek felel meg. A szinkron motoroknál elektronikus kommutációt alkalmaznak, melyet a forgórész szöghelyzet érzékelő vezérel. Az Audi A3 elektromechanikus szervokormány (EPS) fejlesztésének célja a komfortosabb, könnyebben kormányozható, robusztusabb, kevésbé összetett, könnyebben beszerelhető, energia takarékosabb szervokormány megvalósítása volt.
Nyomatékérzékelő: 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. A megbízhatóbb működésű változat, melynél érintésmentes érzékelőt alkalmaznak. A biztonság miatt általában két komplementer jeladót építenek be. Ilyen módszerrel lehetséges megvalósítani a folyamatos elfogadhatósági (plausibilitás) vizsgálatot.
Elektronika: Többnyire közvetlenül a villanymotorra szerelik a vezérlő elektronikát is. A csigahajtás házára rögzített tartóra szerelik az elektronikát. Öt egymástól eltérő csatlakozóval látták el, hogy ne legyenek felcserélhetők. Az érzékelők jeleit és a CAN hálózat üzeneteit felhasználva kiszámítja, hogy mekkora rásegítésre van szükség. Ez mindig sebességfüggő. Maximális teljesítményfelvétele 720 W, nyomatéka 2 Nm. Áramellátását és vezérlését a szervokormány elektronika végzi.
Fogasléc: A fogaslécnél a nagy erőre van szükség, ami nagy áramfelvételt (120 A) jelent. A szervo hatás a fogasléchez kapcsolódó fogaskeréken érvényesül. A fogaslécen létrejövő maximális erő 9000 N.

Rásegítés és Vezérlés

Az elektronika által vezérelt villanymotor nyomatékát először egy fogazott szíj áttétel növeli. A rásegítő hatás a kormánykerék tengelyére szerelt kardántengely előtt villanymotor és mechanikus áttételek segítségével valósul meg. Az elektronika ez alapján határozza meg a gépkocsivezető által a kormánykeréken kifejtett nyomatékot. Ha nyomaték nagyobb 0,01 Nm-nél, elkezdődik a rásegítő működése. A kerekeket elkormányzó hatásos nyomaték a kézi és a rásegítő nyomaték összege. Ha kisebb a vezető által kifejtett nyomaték, kisebb lesz a torziós rúd elcsavarodása és a rásegítő nyomaték is, mert jeladó kisebb jelet közvetít az elektronikának, amely csökkenti a rásegítő nyomatékot. Ha a kézi és a rásegítő nyomaték nagyobb, mint a visszakormányzó nyomaték, a rásegítő egyenes állásba fordítja vissza a kerekeket. Ha a vezető a kanyarban elengedi a kormánykereket, megszűnik a torziós rúd elcsavarodása, az elektronika lekapcsolja a villanymotort. Ezzel megszűnik a rásegítő hatás.

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. Külön programrész határozza meg az egyenes meneti helyzetbe történő visszatérés dinamikáját.

Szerkezeti Kialakítások és Biztonság

Az elektromechanikus szervokormány egy kompakt egységet alkot. Ezért nem szükséges a kocsiszekrényben szerteágazó vezetékhálózat kiépíteni. Ilyen elektromechanikus szervokormánnyal találkozunk például a Toyota Prius-ban, VW Lupo 3l TDI-ben, VW Touran-ban. Az EMPS szervokormánynál az egyenáramú motort a szervokormány elektronikája működteti.

Ennek a konstrukciónak az előnye az, hogy 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.

A lehető legszélesebb körű működési lehetőségre törekedtek a biztonsági rendszer kialakításánál. Például amikor a gépkocsi sebességre, vagy a kormányzási szög jele hiányzik valamilyen meghibásodás miatt, a szükségműködési program lép működésbe. Erre a gépkocsi vezetőt egy ellenőrző lámpa világítása figyelmezteti, de a gépkocsi biztonságos kormányozhatósága megmarad. A kormányzási nyomaték jele redundás módon van megvalósítva. Ha mindkettő meghibásodik, egy bizonyos átmenettel rásegítés mentes kormányzás fog megvalósulni.

Legújabb Fejlesztések

Ez a típusváltozat a legújabb fejlesztések eredménye. Ennél is 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. Ez az elkormányzás mértékének ellenőrzésére és az egyenes meneti visszaállítás vezérléséhez is használható.

Villanymotorok a Szervokormány Rendszerekben

A villamos hajtásA hidraulikus rendszerek villamos hajtásával szemben támasztott főbb követelmények a következők: kis tömegű motor, túlterhelhetőség, fordulatszám szabályozhatósága, jó hatásfok. A gépkocsiban rendelkezésre álló 12 V-os egyenfeszültségű hálózat az egyenáramú motorok alkalmazását szorgalmazza.

Kefe nélküli egyenáramú motorok

A kefe nélküli egyenáramú motorok forgórésze állandó mágnes. Az állórész tekercseit kapcsolótranzisztorokon keresztül táplálják. A tranzisztorokat egyedül a forgórész szöghelyzete szerint kell kapcsolni a fordulatszámtól függetlenül. A forgórész helyzetének a tranzisztorok vezérléséhez szükséges érintkezésmentes érzékelésére sokféle eljárás alakult ki. Ezek közül a legelterjedtebb a két Hall-elem alkalmazása.

A hidraulikus szervókormány szivattyújának hajtáshoz szükséges néhányszor 100 W-os teljesítmény kedvező a kefe nélküli egyenáramú gép alkalmazására. Az állórész 12 tekercsét 3-as csoportokban táplálják meg. Így négy helyzetbe állítható az állórész mágneses fluxusa. A vezérlő elektronika alapján feltételezhető az impulzusos megtáplálású üzem, amelynek során az árammeredekséget a hasított vasmagon elhelyezett tekercs korlátozza. Ez védelmet nyújt a teljesítmény tranzisztorok nagy árammeredekség terhelése ellen is.

Állandómágneses szinkron motor

Az állandómágneses szinkronmotor működésének megértéséhez képzeljünk el egy körmöspólusú váltakozóáramú járműgenerátort, azzal a kitétellel, hogy a gerjesztő tekercsét hengeres állandómágnessel helyettesítjük és az állórész tekercseit mi tápláljuk kívülről háromfázisú feszültséggel. A térben eltolt tekercsrendszerre kapcsolt időben változó feszültségrendszer egy forgó mágneses mezőt hoz létre, amihez kapcsolódik a forgórész állandó mágnese. Mivel az állórész mágnese mezeje és a forgórész együtt forog, szinkron motornak nevezzük.

Elektronikus vezérlés

Többfajta vezérlés alkalmazható, annak függvényében, hogy szinkron motort vagy kefe nélküli egyenáramú motort kell meghajtani. Egyik fontos adat a vezérlés kiválasztásánál a fázis szám, azaz az állórész tekercseinek megtáplálása. A szinkronmotor megtáplálásához 3 fázisú hídkapcsolású ún. invertert alkalmazunk, amely a gépkocsi akkumulátora által szolgáltatott egyenfeszültséget 3 fázisú váltakozó feszültséggé alakítja. Ha a rásegítést adó villanymotor háromfázisú váltakozó áramú, akkor egy áram átalakítóra is szükség van, amely hat impulzusos híd kapcsolásos egység.

tags: #szervókormány #műszaki #jellemzői #és #csatlakozó #elemei