Elektrický posilovač řízení – princip činnosti, výhody a rozsah použití

Všeobecné zavedení elektroniky do všech systémů a součástí vozu neobešlo ani řízení. Tak se objevil elektrický posilovač řízení (EPS), který výrazně převyšuje hydraulický posilovač řízení z hlediska pohodlí a přesnosti ovládání, bezpečnosti a účinnosti.

Systém zahrnuje elektromotor, servopohon, snímače točivého momentu a úhlu natočení volantu a řídicí jednotku. Lze nainstalovat volitelný snímač rychlosti volantu. Elektromotor je moderní, bezkomutátorový. Konstrukce servopohonu se může lišit v závislosti na typu vozu (více níže). Snímač točivého momentu je hlavním snímačem systému. V sekci hřídele řízení je zabudována torzní tyč. Snímací prvky jsou instalovány na jeho různých koncích. Princip jeho fungování může být různý (například magnetický nebo optický).

Při otáčení volantem se torzní tyč kroutí. Čím větší síla, tím více se torzní tyč kroutí. Velikost působící síly se odhaduje podle velikosti změny vzájemné polohy částí snímače. Úhel řízení je také měřen odpovídajícím snímačem. Řídicí jednotka navíc přijímá údaje o rychlosti vozidla ze systému ABS a otáčkách motoru z ovladače. Na základě těchto parametrů ECU vypočítá hodnotu potřebné pomocné síly na volant a napájí elektromotor výkonem požadované velikosti a polarity. Elektromotor prostřednictvím servopohonu buď otáčí hřídelí řízení nebo posouvá hřeben.

EUR design

Pro jednotky EUR existuje mnoho možností designu. Vezměme si například elektrické zesilovače vyráběné jedním z lídrů trhu, společností ZF, pod značkou Servolectric. V závislosti na typu vozu se použité ESD liší. U subkompaktních a kompaktních osobních vozů jsou zesilovače namontovány na sloupku řízení, u vozů střední třídy je pomocná síla přenášena na hřeben pomocí přídavného převodového stupně a u SUV a lehkých užitkových vozidel je takzvané „paraxiální“ provedení. použitý.

U lehkých vozů není potřeba velká síla z elektrického posilovače řízení, takže elektromotor i servopohon jsou tak kompaktní, že se v autě snadno vejdou pod volant. Zároveň jsou tam umístěny i senzory. Celá konstrukce je tak spolehlivě chráněna před prachem, nečistotami a vysokými teplotami v motorovém prostoru, což má příznivý vliv na spolehlivost.

Na vozech střední třídy je instalován EUR se dvěma rychlostními stupni. Přes jeden převod se přenáší síla od volantu na hřeben a přes druhý pomocná síla od elektromotoru.

Pro vytvoření velké přídavné síly se používá EUR konstrukce s paralelní osou. K převodu otáčivého pohybu elektromotoru na lineární pohyb hřebenu řízení se používá pohon ozubeným řemenem a mechanismus „šroubová matice na oběžných kuličkách“. Matice otáčená ozubeným řemenem posouvá osu hřebene skrz kuličky. Kuličky obíhají podél závitu a vracejí se speciálním kanálem v matici.

U jakékoli konstrukce může řidič v případě poruchy pokračovat v bezpečném řízení vozidla díky přítomnosti mechanického spojení mezi volantem a řízenými koly.

Vlastnosti a výhody EUR

Hlavní výhody elektrického posilovače ve srovnání s hydraulickým posilovačem jsou účinnost a spolehlivost. EUR neubírá motoru výkon, což umožňuje úsporu od 0,4 litru do 0,8 litru na 100 km v závislosti na jízdním režimu. To zase snižuje emise oxidu uhličitého o 10 až 20 g/km. EUR se spustí pouze při otáčení volantem při přímé jízdě, nespotřebovává energii.
Konstrukčně je elektrický posilovač kompaktnější a lehčí než hydraulický posilovač a nevyžaduje údržbu. Provoz elektrického zesilovače má nižší hladinu hluku. Náklady na EUR jsou nižší, ale jeho oprava bude stát mnohem více, protože v případě poruchy jsou vadné součásti zcela vyměněny.

Elektronická „esence“ EUR mu dává široké možnosti nastavení hodnoty pomocné síly v závislosti na jízdních podmínkách a typu vozidla. Čím vyšší rychlost, tím menší námaha a „těžší“ volant. Na přání může řidič odpojit EUR od snímače rychlosti pomocí tlačítka na přístrojové desce. V tomto případě je volant vždy „lehký“, což usnadňuje jízdu v městských podmínkách. Stejný model elektrického posilovače lze snadno softwarově překonfigurovat pro různé modely automobilů. EUR má funkce automatického vrácení volantu na „nulu“ a automatického držení kol ve střední poloze (například při různém tlaku v pneumatikách).

Integrace s jinými elektronickými systémy vozidla vám umožňuje používat EUR pro:

• stabilizace vozu například při ostré jízdě kolem nečekané překážky;
• udržení vozu v jízdním pruhu;
• pomoc při parkování.

Jedním z problémů, se kterými se konstruktéři potýkají od počátku automobilové éry, je usnadnit řízení. Dlouhou dobu existovalo jediné řešení: zvětšit průměr volantu a zvýšit převodový poměr. Tento způsob umožnil relativně snadnou manipulaci i s mnohatunovými nákladními vozy. Na pohodlí a ergonomii nebyly téměř žádné požadavky, takže se nepočítalo s tím, že k manévrování musel řidič udělat 5-6 zatáček obrovským volantem od kraje k okraji. V dnešní době inženýři našli elegantnější řešení – elektrický posilovač řízení.

Tento mechanismus pomocí elektromotoru vytváří pomocnou sílu na hřídel řízení při jeho otáčení. Objevil se poměrně nedávno a postupně začíná vytlačovat své předchůdce – hydraulický a elektrický hydraulický posilovač.

Konstrukce a princip činnosti elektrického posilovače řízení

Hlavními prvky systému jsou bezkomutátorový elektromotor, mechanická převodovka (servopohon), snímače úhlu natočení volantu a točivého momentu a řídicí jednotka. Mechanismus může být navíc vybaven snímačem rychlosti řízení. Konstrukce servopohonu se u různých typů vozidel liší (více o tom níže).

Hlavním snímačem elektrického posilovače řízení je snímač točivého momentu. Vyrábí se následovně: do části hřídele řízení je zabudována torzní tyč, na jejíchž koncích jsou instalovány senzorové prvky, jejichž princip činnosti může být optický nebo magnetický.

Princip činnosti elektrického posilovače řízení je následující. Při otáčení volantem je torzní tyč na hřídeli zkroucena tím silněji, čím větší je vynaložená síla. Velikost působící síly se odhaduje podle vzájemné polohy částí snímače. Naměřená hodnota je přenášena do řídicí jednotky. Druhý snímač měří úhel natočení volantu a také přenáší měření do řídicí jednotky, která navíc přijímá údaje o rychlosti vozidla (ze systému ABS) a otáčkách motoru (z ovladače). A na základě všech přijatých informací vypočítá elektronická řídicí jednotka velikost pomocné síly a napájí elektromotor napětím požadované hodnoty a polarity. Prostřednictvím servopohonu elektromotor posouvá hřeben řízení nebo otáčí hřídelí řízení.

Při jízdě nízkou rychlostí, například na parkovišti, kdy musíte rychle přetočit kola z jedné krajní polohy do druhé, pracuje elektromotor s maximálním výkonem a je zajištěno takzvané „lehké řízení“. A naopak, když auto jede vysokou rychlostí po dálnici, volant se otáčí v malých úhlech, takže pomocná síla je minimální, volant se ukazuje jako „těžší“. Elektrický posilovač řízení navíc může zvýšit reakční sílu, která vzniká při otáčení kol, a pomáhá jim vrátit se do střední polohy.

Často je potřeba udržovat průměrnou polohu kol, například při silných poryvech bočního větru nebo nerovnoměrném tlaku v pneumatikách, v takových situacích poskytuje řídicí jednotka konstantní korekční sílu. Systémový software také obsahuje kompenzaci bočního pohybu vozidla s pohonem předních kol v důsledku různých délek hnacích hřídelí kol.

Konstrukce elektrického posilovače řízení

Navzdory obecné struktuře může být elektrický posilovač řízení navržen různými způsoby v závislosti na typu automobilu, na kterém je instalován.

U malých vozů je EUR instalován na sloupku řízení. Nevyžadují velkou sílu na volant, takže elektromotor a mechanická převodovka jsou kompaktní a vejdou se dovnitř auta pod volant. Jsou tam umístěny i senzory. Díky tomu je zařízení spolehlivě chráněno před prachem, nečistotami a vysokými teplotami panujícími v motorovém prostoru, což má nejlepší vliv na jeho životnost.

U vozů střední třídy je elektrický posilovač řízení umístěn na hřebenu řízení, na který se pomocná síla přenáší přes ozubené kolo.

SUV a minibusy vyžadují vzhledem ke své velké hmotnosti velkou pomocnou sílu, proto jsou vybaveny elektrickým posilovačem řízení paralelní konstrukce. Elektromotor přenáší sílu pomocí pohonu ozubeným řemenem a mechanismu „šroub-matice na oběžných kuličkách“. Ozubený řemen otáčí maticí, která zase posouvá hřeben řízení skrz kuličky. Kuličky obíhají podél závitu a vracejí se speciálním kanálem v matici.

Bez ohledu na konstrukční variantu je elektrický posilovač řízení navržen tak, že i když selže, vůz zůstane ovladatelný, protože přímé spojení mezi hřídelí řízení a hřebenem zůstane zachováno.

Výhody elektrického řízení oproti posilovači řízení a elektrickému posilovači řízení

Řidiči automobilů vybavených hydraulickým a elektrickým posilovačem řízení jsou nuceni smířit se s jejich mnoha nevýhodami, a to:

• Kola můžete držet v krajní poloze ne déle než pět sekund, jinak se olej v systému přehřeje a posilovač řízení selže;
• potřeba pravidelné údržby (musíte sledovat hladinu oleje, měnit ji, sledovat stav pohonů, hadic a čerpadla);
• Činnost posilovače řízení spotřebovává část výkonu motoru vozidla;
• zařízení pracuje v jednom režimu bez ohledu na jízdní podmínky;.
• snížení informačního obsahu volantu při vysokých rychlostech (tento nedostatek je částečně eliminován použitím hřebenu řízení s proměnným převodovým poměrem).

Výhody elektrického posilovače řízení jsou spolehlivost, účinnost a kompaktnost. Jeho princip fungování je založen na provozu elektromotoru, takže zařízení je mnohem jednodušší. Elektrický posilovač řízení není poháněn pohonnou jednotkou vozu, funguje také pouze při použití volantu, díky čemuž ušetří od 0,4 do 0,8 litru paliva v závislosti na stylu jízdy a stavu vozovky. Elektrický posilovač řízení nevyžaduje údržbu, ale v případě poruchy jsou vadné komponenty zcela vyměněny, takže náklady na opravy se výrazně zvyšují.

Snad nejdůležitější výhodou elektrického posilovače řízení je možnost měnit pomocnou sílu v závislosti na jízdních podmínkách vozidla, čímž je dosaženo ostřejšího ovládání při vysokých rychlostech a snadnějšího ovládání při nízkých rychlostech. Stejný model lze navíc použít na různých strojích a stačí pouze změnit nastavení elektronické řídicí jednotky.