Elektrický posilovač řízení – princip činnosti, výhody a rozsah použití

Data majitelů vozů Volkswagen, Audi a Škoda v Evropě unikla online: stali se zranitelní vůči podvodníkům

Ruský automobilový průmysl vykazuje silný růst: výroba automobilů vzrostla o 40 %

Proč si nikdo nekoupí toto Porsche 997 GT3 za 2 miliony dolarů?

Populární za týden

Čínská auta zaplnila sklady ruských prodejců: co se stane s cenami?

Dopravní policista vysvětlil, proč je zakázáno osvětlovat cizí auto

Řidičům byl při koupi vozu sdělen ideální počet najetých kilometrů

TOP 4 důvody, proč je zakázáno měnit motorový olej každých 10 tisíc kilometrů

Řidičům bylo vysvětleno, co se stane s motorem, když doplní olej 5W40 místo 5W30

Jedním z problémů, kterým čelí automobiloví inženýři, je lehkost řízení. Po dlouhou dobu byl tento problém řešen jedním způsobem; Zvětšil se průměr volantu a zvýšil se převodový poměr. Tato metoda umožnila snadno ovládat i těžká nákladní vozidla. Inženýři přitom nekladli žádné požadavky na komfort. Řidič proto musel udělat 5-6 otáček obrovským volantem, což bylo krajně nepohodlné. Moderní odborníci však našli elegantnější řešení problému – elektrický posilovač řízení.

Účel a výhoda

V technických dokumentech je elektrický posilovač řízení označen jako ESP. Překlad této zkratky z angličtiny znamená „elektrický posilovač řízení“. Je to alternativa k hydraulickému posilovači. Hlavním účelem elektrického zesilovače je snížit námahu vyvíjenou motoristou na volant při řízení automobilu.

Samotný elektrický zesilovač je high-tech jednotka, která funguje na bázi elektroniky. To znamená, že hydraulika je z procesu zcela vyloučena. Toto zařízení si rychle získává oblibu mezi automobilovými nadšenci a výrobci automobilů. Na rozdíl od hydraulického posilovače má nižší výrobní náklady. Navíc se takový prvek snadněji udržuje a méně často se láme. Elektrický zesilovač je řízen pomocí různých senzorů. Analyzují přijatá data a předávají je ve formě signálů mechanismům, které jsou zodpovědné za otáčení kol. Elektrické zesilovače jsou každým rokem zdokonalovány. Výrobci je vylepšují a snižují počet možných poruch. Hlavní výhody elektrického posilovače oproti hydraulickému mechanismu:

• spolehlivost;
• šetrnost k životnímu prostředí a technická bezpečnost;
• schopnost řídit vozidlo v automatickém režimu;
• tichý provoz;
• jednoduchá údržba;
• snadné a plynulé ovládání stroje;
• schopnost řídit auto, pokud ESD selže;
• zajištění konzistence mezi úhly natočení a úměrnosti mezi odporovými silami.

Mechanismus zařízení

Podle svého strukturálního principu se EUR radikálně liší od klasického mechanismu. Konstrukce elektrického zesilovače přímo závisí na výrobci. Nejběžnější varianta se skládá z elektromotoru na sloupku řízení, mechanické převodovky a řídicího systému založeného na elektrické jednotce. Každý detail má svou důležitou roli.

Elektrický motor

Elektromotor je obvykle asynchronní elektromotor. To je to, co uvádí EUR do pohybu. Existuje několik uspořádání elektromotorů:

• elektromotor přenáší sílu na hřídel řízení;
• elektrická jednotka působí na hřeben řízení.

V prvním případě je elektrický zesilovač zabudován přímo do sloupku řízení. Elektromotor přenáší točivý moment na hřídel řízení pomocí mechanické převodovky. Druhá možnost je však nejoblíbenější a nejžádanější. Říká se mu také EMUR nebo elektromechanický posilovač řízení. Konstrukčně se může skládat ze dvou ozubených kol nebo zesilovače s paralelním pohonem. První mechanismus přenáší točivý moment pomocí jednoho z ozubených kol. Na druhém je točivý moment přenášen přes elektromotor. Zesilovač paralelního pohonu přenáší energii přes řemenový pohon nebo matici s kuličkovým šroubem.

Převodovka

Převodovka je mechanický převod, který se skládá z ozubeného kola a šnekového prvku. Tvar zařízení se může lišit v závislosti na konkrétním modelu vozu a také na technických možnostech výrobce. Převodovka je nezbytná pro převod síly otáčení volantem na hřeben řízení nebo z volantu na elektromotor. Ke spojení dílů zpravidla dochází pod úhlem devadesáti stupňů.

Řídicí systém

Řídicí systém elektronického zesilovače zahrnuje:

• vstupní senzory;
• elektronická řídicí jednotka;
• výkonné zařízení.

Vstupní senzory se zase dělí na:

• snímač točivého momentu na volantu;
• snímač úhlu natočení volantu.

Řídicí systém zesilovače navíc využívá informace, které jsou přenášeny z řídicí jednotky ABS (snímače otáček kol) a z řídicí jednotky hnacího ústrojí (snímač otáček klikového hřídele). Zařízení zpracovává přijatá data a dává příkazy mechanismu hlavy.

Princip činnosti

Elektronový zesilovač svým principem činnosti trochu připomíná klasickou verzi, ovšem s přidáním elektroniky. Na začátku procesu musí řidič otočit volantem doleva nebo doprava. V tomto okamžiku je torzní hřídel zkroucená a na zadní straně se pohybuje. Senzory přítomné v mechanismu čtou všechny informace a přenášejí je do počítače. Elektronická jednotka tato data analyzuje a porovnává s výkonem jiných senzorů. Výsledkem je, že ECU vypočítá sílu pro elektromotor, kterou je třeba vyvinout, aby bylo otáčení volantu snazší.

Elektromotor zase po obdržení příkazu z ECU začne působit na hřeben řízení nebo hřídel (v závislosti na typu ESP). Rychlost zpracování přímo závisí na síle proudu. Čím větší je, tím více se mechanismus otáčí a naopak. Kromě standardní provozní situace EUR lze testovat i další režimy, a to:

• auto zatáčí vysokou rychlostí;
• otáčení se provádí při nízkých rychlostech;
• udržování kol v hlavní poloze (vystředěné);
• návrat kol z krajní do střední polohy;
• další variace při střední rychlosti.

Výhody a nevýhody

Elektronický zesilovač, jako každý mechanismus, není bez chyb. Má však mnohem více výhod. Mezi ně patří:

• palivová účinnost (kvůli nedostatečnému zatížení pohonné jednotky nedochází k plýtvání dalším palivem);
• spolehlivost (žádná hydraulika, žádné netěsnosti nebo únik oleje);
• snadná údržba;
• kompaktní celkové rozměry;
• vibrace z pneumatik se nepřenášejí na volant;
• dobrá interakce mezi řidičem a zařízením;
• je možné nezávisle upravit charakteristiky;
• implementace dalších jízdních asistentů.

Pokud jde o nevýhody mechanismu, jsou následující:

• není možnost použít ESD na nákladních vozidlech (Volvo v současné době aktivně pracuje na vytvoření podobného mechanismu, ale zatím se nedostalo do výroby);
• je vybaven pouze drahými automobily nebo vlajkovými úpravami vozidel kvůli jejich vysoké ceně;
• špatná ochrana proti vlhkosti.

Za zmínku stojí, že hlavním rozdílem mezi EUR a klasickou hydraulikou a zároveň její hlavní výhodou je možnost implementace dalších bezpečnostních systémů. Vůz může být například dodatečně vybaven autopilotem, systémy automatického parkování a udržování v jízdním pruhu, mechanismem řízení a dalšími službami.

Hlavní poruchy

Elektrický posilovač volantu nelze nazvat ideálním mechanismem. Dříve nebo později, stejně jako ostatní zařízení, bude vyžadovat opravu. Nejjistější známkou toho, že mechanismus vyžaduje pozornost, je výskyt odpovídající ikony na palubní desce. Ukazatel ukazuje volant a vykřičník. U některých modelů se nápis ESP jednoduše rozsvítí, ale to na podstatě nic nemění. Podle statistik jsou jako první vyměněny senzory. Nejčastěji selhávají snímače otáčení volantu a točivého momentu. Může se také porouchat elektrický motor, kterým se provádí hlavní ovládání mechanismu. Další možnou poruchou je porucha elektronického disku. Obvykle se instaluje do modernějších vozidel. Díky elektronickému disku se čte úhel natočení volantu a také ostrost a síla vynaložená řidičem.

Nejspolehlivějším prvkem je ECU. Faktem je, že v elektrické jednotce je instalována další záložní jednotka, která začne fungovat, pokud první selže. Můžeme dojít k závěru, že pohyblivé mechanismy jsou nejvíce náchylné k poruchám. ESD však neustále vylepšují výrobci, kteří se snaží snížit možnost poruch na minimum. Takže v mnoha moderních autech může elektrický posilovač pracovat na senzorech jiných bezpečnostních systémů a číst informace z jejich řídicích jednotek.

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.

Blokové schéma činnosti ESD Složení ESD systému Návrh ESD snímače momentu ESD řídící jednotky
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 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.

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 je posilovač řízení namontován na sloupku řízení, u vozů střední třídy je asistenční síla přenášena na hřeben pomocí přídavného převodového stupně a u SUV a lehkých užitkových vozidel tzv. “ je použit design.

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.
ESD pro SUV a dodávky Zařízení pro pohon paralelních náprav

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

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 neustále „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 vozidla, např. při ostré jízdě kolem neočekávané překážky;
• Udržování vozu v jízdním pruhu;
• Pomoc při parkování.