2012. március 02. péntek, 15:23

 

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 lenne segíthető, és másodlagosan, de nem mellékesen, több kényelmi, kezelési funkció is teljesíthetővé válna. Ha…

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 (nincsenek ma más kormánygépek) lehetnek hidraulikus vagy villanymotoros rásegítésűek, tehát hidromechanikus és elektromechanikus szervokormányokról beszélünk.
A hidromechanikus kormány szervoszivattyúját a belső égésű motor állandóan hajtja, ha kell a szervorásegítés, ha nem. Ennél energiatakarékosabb, ha a szervoszivattyút villanymotor forgatja. A villanymotor üzeme a folyadékszállítási igényhez illeszthető.
A hidraulikarendszer adottsága, hogy nyomás- és hozamszabályozást tesz lehetővé. A „ZF-Servotronic 2” hidromechanikus szervokormány gépkocsi-sebességfüggő szervohatást fejt ki (1. ábra). 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.

zf-servotronic-2

1. ábra: 1 – sebességjel a műszerfalból, 2 – vezérlőelektronika, 3 – elektrohidraulikus szelep, 4 – fogasléces kormánygép, 5 – szervoszivattyú, 6 – olajtartály, 7 – flexibilis, hidraulikus lengés csillapító csővezeték, 8 – kormánykerék-állító mechanizmus

További „tudást” a hidraulikával nem, vagy csak bonyolult vezérléssel lehet a rendszerbe bevinni. A tudásnövelés egyszerű módja, ha áttérnek a villanymotoros hajtásra, annak szabályozására.
Nézzük először, milyen képességekkel kell felruházni a kormányzást annak érdekében, hogy hozzájárulhasson a korszerű biztonsági és kényelmi követelmények teljesítéséhez.


Ki, mit tud?

1 – A szervorásegítés legyen sebességfüggő: célszerű, ha álló helyzetben való kerékelfordítás, illetve kis sebességgel haladó, például parkolási manővereket végző jármű nagy szervoerővel segíti a kormányzást előremenetben és hátramenetben. Nagy sebességű haladásnál viszont kis mértékű legyen a rásegítés a biztonság érdekében. Ne lehessen könnyen (kis kézinyomatékkal) elkormányozni, ezzel – véletlen kormánykerék elfordítással (például átnyúlás az anyósülésre) – könnyen nagy irányváltást okozni.

2 – A kormánygép áttétele legyen változtatható: az 1-es pontban leírtak akkor lehetnek igazán kedvezőek, ha a kormánykerék elfordítás/kerék elfordulás áttétel is változtatható. Parkolásnál célszerű a nagy áttétel, a kormánykerék elfordítás nagy kerékelfordítást eredményezzen, nagy sebességnél viszont ugyan olyan mértékű elfordítás kis kerékelfordítást vonjon maga után.
Közepes sebességnél az áttételt – ahogy a prospektusok fogalmaznak – az „agilitás” határozza meg. A „sportos” üzemmódot választók a „direkt” áttételt várják el.
Autópályán, nagy tempóban, kis kormányáttétellel haladó gépjármű előtti automatikusan felismert akadály vészhelyzeti kikerülésénél a rendszernek a kormányáttételt növelnie kell tudni.

3 – Az ESP funkció támogatása: a gépjármű kitörésénél a függőleges tengely körüli perdülés mérsékelhető, megakadályozható kerekenkénti fékezéssel vagy hajtással, de jó eredmény érhető el kormányzással. A stabilizáló (ellen)kormányzásnak a vezetői kerékelfordítástól függetlennek kell lennie, azt növelheti vagy mérsékelheti.
Az ESP funkciót támogathatja a szervorendszer is azáltal, hogy a kritikus helyzetben a vezető által végzett elkormányzást, ellenkormányzást a szükséges mértékig szervoerővel is segíti. Nagy szervoerőt ad, ha további elkormányzás szükséges és nem ad szervoerőt, ha már további elkormányzás nem szükséges.

4 – Elhúzás korrekció: ha a gépkocsira hosszan tartó vagy állandó oldalerő hat, például tartós oldalszél vagy pályadőlés, esetleg az elhúzás futóműbeállítási, vagy gumiabroncs hibából ered, akkor kormányzással ezt korrigálni lehet, az egyenesmenetet kézi kormányzással nem kell biztosítani.
Az elhúzás-korrekció szükségességének másik esete gyorsításnál jelentkezik. A keresztbe beépített motoroknál a konstrukció általában olyan, hogy a féltengelyek hossza eltérő, ebből adódóan más a dőlésszögük. Gyorsításnál ez keréknyomaték különbséget ad és csekély mértékű elhúzást eredményez. Ezt automatikus kormányzással korrigálni lehet.

5 – 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.

6 – Automatikus kikerülés: váratlan akadály felbukkanásakor vagy utoléréses ütközés veszélyekor, a baleset következményeinek mérséklése, esetleg elkerülése végett, a vészfékezésen túl szóba jöhet az automatikus kormányzással történő irányváltás is. A kameraalapú környezetfelmérő rendszer adhat a kormányzásnak erre parancsot és vezényelheti a folyamatot. Ez a rendszer léphet működésbe a gépkocsi ütközés utáni, a gépkocsivezető által már nem irányított mozgásának kontrolálásában. Ismét csak azzal a céllal, hogy a baleseti következményeket mérsékelje.

7 – Segített, kontrolált kormány egyenesmeneti visszajárás: az elkormányzott kerék egyenesmenetbe való szabad visszajárását a kerékre ható, a futómű geometriából adódó visszatérítő nyomaték okozza. A visszajárást az elektromos szervo segítheti, hogy az mindig határozottan, megadott sebességgel történjen. A kormánykerék elfordulás szögjeladója azonosítja a középállást, ameddig a viszajárást a szervónak segítenie kell.


Aktív kormányművek

Mindezeket összességében tudják az ún. aktív kormányrendszerek. Az „aktivitás” lényege az, hogy a kerékelfordítás mindenkori szöge két bemenő elfordítástól függ: az egyik a vezetői kormánykerék elfordítás, a másik a gépi korrekciós elfordítás, mely a kormánykerék elfordítástól függetlenül azt meg tudja növelni vagy le tudja csökkenteni. Tehát a kerékelfordítás e kettő előjelhelyes összege lesz (2. ábra).

aktiv-kormanymu

A ZF Lenksysteme adatai (egy beépítési példa) szerint 100 °-os kormánykerék-szögelfordítás 6 ° kerékelfordítást jelent, ezt az aktív kormányzás 1,5 °-kal tudja módosítani, tehát vagy 7,5 °, vagy 4,5 ° lesz eredőként a kerékelfordulás.
A szervorendszernek az aktív kormányzáshoz nincs köze. Az aktív kormányzás – e sorok szerzőjének ismerete szerint – vagy bolygómű, vagy hullámhajtómű révén valósul meg. Ez mind hidraulikus, mind villamos szervóval működhet együtt.
Az aktív kormányművek bolygóműves változatát BMW modelleken találjuk (3. és 4. ábra). A bolygókeréktartó ház a csigakerék, a csiga hajtása villanymotoros. Ha a bolygókeréktartó kikötött (leblokkolt), elfordulni nem tud, akkor a kormánytengely elfordulása áttétellel a fogaslécre tevődik át. Ez akkor szükséges, ha a diagnosztika az aktív kormányzás beavatkozó körében hibát észlel. Ha a bolygókerékház a kormánytengely elfordulással azonos értelemben fordul el, növeli az elkormányzást, az ellenkező esetben csökkenti. Kormány középállásban az aktív kormányzás jobbra is, balra is tud néhány fokot elfordítani, például oldalszél esetén. Az aktív kormány hidraulikus szervóval működik együtt, a szervo-vezérlőszelep a bolygómű elé került, látjuk rajta a ZF-Servotronic 2 – korábban tárgyalt – elektromos szelepét.

aktiv-bolygomuves-kormanymu-bmw

3. ábra
aktiv-bolygomuves-kormanymu


4. ábra: 1 – hidraulikus szervoszelep, 2 – arretáló retesz, 3 – csiga, 4 – villanymotor, 5 – fogasléc, 6 – bolygókerekek, 7 – csigakerék (bolygókeréktartó ház)

A ZF cég és mások is hullámhajtóművet alkalmaznak, hogy két szabadságfokúvá tegyék a kormányzást, azaz a kerék elfordulását két bemeneti jellemzővel együtt határozzák meg. Ismétlésként: az egyik a kormánykerék vezetői elfordítása, a másik a járműmozgás szabályozás beavatkozása.
A hullámhajtómű (5. ábra) rendkívül kis helyet foglal el, például elhelyezhető a kormányoszlopon. Erre példát az Audi A4 „Dynamiklenkung” (dinamikus kormányzás) rendszere ad (6. ábra). Az aktív kormányzás teljes mechanizmusát az Audi számára a ZF-Lenksysteme gyártja, a hullámhajtóművet a Harmonic Drive AG. szállítja. Többnyire szokatlan gépelem ez, még a sokat látott autószerelőknek is. (Az Autótechnika 2011/4. számában megjelent „A hullámhajtómű és alkalmazása a gépkocsiban” cikk már szólt erről a technikáról). Szerkezeti képeink segítenek a megértésben, ami, valljuk be, nem könnyű. A szakmai csemegék általában nem adják meg egykönnyen magukat…

hullamhajtomu
5. ábra

dinamikus-kormanyzas-audi
6. ábra

A kormánykerék elfordítása a hullámhajtómű ovális, deformációra képes (flexibilis) oválkerekére (Flextopf) hat (7. ábra), annak fogain át jut a gyűrűkerékre és végül a fogaslécet hajtó fogaskerékre. Az oválkerékben foglal helyet a villanymotorral forgatott hullámgenerátor tárcsa. 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 (8. ábra). A tárcsa forgásirányától függően növeli vagy csökkenti a gyűrűkerék és így a kimenő kormánytengely elfordulását. A hullámgenerátor-tárcsa flexibilis golyóscsapágyazáson keresztül érintkezik az oválkerékkel. Az összeállítási rajzot a 9. ábra mutatja.

flexibilis-ovalkerek
7. ábra:


villanymotor
8. ábra: 1 – kormánytengely, 2 – villanymotor-állórész, 3 – oválkerék-csőtengely, 4 – gyűrűkerék-kihajtás, 5 – oválkerék (Flextopf), 6 – flexibilis golyóscsapágy, 7 – villanymotor-forgórész



9. ábra: 1 – villanymotor álló- és forgórész, 2 – hullámgenerátor, 3 – oválkerék (Flextopf), 4 – gyűrűkerék, belső fogazású kimenőtengely, 5 – flexibilis golyóscsapágyazás, 6 – üreges kormánytengely (behajtás), 7 – arretáló mágnestekercs, 8 – motor szögelfordulás jeladó, 9 – jelvezeték elektromos csatlakozó, 10 – főáramú csatlakozó

Az Audi „Dynamiklenkung” is hidromechanikus szervóval dolgozik együtt.
Az aktív kormány műszaki leírásaiban a hangsúlyt elsősorban a változtatható áttételre teszik, hiszen ez az a tulajdonság, melyet az autós érzékel és parkolásnál bizonyára értékel is. Ez angol rövidítéssel E-VGR (Electric Variable Gear Ratio Steering).


Félaktív szervokormányok

Az elektromechanikus szervokormányok irányítóegységei a fenti 1–7 követelményből csak arra nem programozhatóak, amihez vezetőfüggetlen korrekciós kerék-elkormányzás szükséges, mert mechanizmusuk ezt nem teszi lehetővé. Mint láttuk a követelmények ismertetésénél, vannak a korrekciós kormányzást ugyan nélkülöző, de annak funkcióit támogató megoldások. Ezekre is programozhatóak az elektromechanikus szervokormányok. Ezért nevezzük az irányított – ECU „vezérelt” – elektromechanikus szervokormányokat félaktív szervokormányoknak.
Az autóvezető a funkciók többségét valószínűleg egyenként nem érzékeli, „csak” az a véleménye alakulhat ki, hogy az autó jól, könnyen irányítható, parancsait engedelmesen követi.


Az EPS család

Az EPS (a nemzetközileg használt angol kifejezés, az Electrical Power Steering rövidítése, de van aki Electrically Assisted Steering néven és EAS rövidítéssel illeti) a félaktív elektromechanikus szervokormány már ma is jelentős elterjedtségű az autótechnikában, 2016-ra pedig már várhatóan minden második autóban ilyen kormányszerkezet lesz. A szerkezeti kialakítás változatos, a villanymotoros hajtómű elhelyezkedése lehet:
– a kormányoszlopon, az áttétel csigahajtás (EPSc, ahol a „c” a column, oszlop szót jelöli),
– a fogaslécet hajtó fogaskerék behajtásnál, az áttétel csigahajtás (EPSp, ahol a „p” a pinion, behajtó fogaskerék szót jelöli),
– a fogasléccel párhuzamos tengelyelrendezéssel, az áttétel kétszeres csigahajtás (EPSdp, ahol a „dp” a double pinion kifejezést rövidíti), 10. ábra,
– a fogasléccel párhuzamos tengelyelrendezéssel, az áttételt különböző átmérőjű fogazott kerekek adják szíjhajtással, a fogasléc elmozdítása golyósorsóval történik (EPSbd, ahol a „bd” a belt drive, szíjhajtás kifejezést takarja), 11. ábra,
– a fogasléccel egytengelyű elrendezésű, a villanymotor forgó és állórésze a fogaslécet körülfogja, a fogaslécre a forgórész golyósorsón keresztül viszi át a nyomatékot (EPSrdd, ahol az „rdd” a rack direct drive, fogasléc közvetlen hajtás kifejezést jelöli), 12. ábra.

EPSdp
10. ábra

EPSbd
11. ábra

EPSrdd
12. ábra


A rendszer jeladói, működéséhez szükséges bemeneti információk (13. ábra):
– kormánykerék elfordítás szögjeladó (vagy a kormányoszlopon vagy a kormánygép behajtásnál),
– kézinyomaték (torziósrúd elcsavarodás érzékelés),
– villanymotor fordulatszám és szögsebesség jeladó,
– villanymotor/elektronika hőmérséklet,
– tápfeszültség,
– motorfordulatszám,
– gépkocsisebesség,
– ESP-beavatkozás.

elektromos-szervo-kormanyzas-jeladoi
13. ábra

Jelen cikkünkkel nem törekedtünk többre, csak annyira, hogy bepillantást adjunk a korszerű, elsősorban elektromos szervokormányok világába. Reméljük sokaknak adott újat azzal, hogy a kormányok megmutatták, sokkal többet tudnak, mint elődeik és mára miként váltak a jármű menetviselkedés szabályozásának integrált elemévé. A téma további kifejtését ígérjük, hiszen szerkezettanilag is be kell mutatni őket, diagnosztikájuk mellett rendszerbe illesztésük eljárása is megér egy eszmefuttatást.

A cikk megírásához számos gyártó anyagát, így a ZF Lenksysteme, VW, BMW, Toyota, Bosch, TRW, JTEK, Harmonic Drive AG., ThyssenKrupp Presta szakmai anyagai kerültek felhasználásra.
Dr. Nagyszokolyai Iván.
Az írást az Autótechnika folyóirat és online szakmai lap X-Meditor Kft. tulajdonosai engedélyével közöltük.


  •  
 

Hozzászólások

Folyamatban....
Befejezve
Sikertelen

Autóspanasz.hu

e-mail

Hírlevél


ADATVÉDELEM  |  IMPRESSZUM  |  MÉDIAAJÁNLAT

  OBSERVER