Struttura e funzionamento del piantone del servosterzo elettrico

Oggi è impossibile immaginare il meccanismo di sterzo di un'auto senza un amplificatore. E questo vale non solo per i potenti SUV o le berline di classe business. Ora anche i conducenti di auto compatte di piccole dimensioni hanno iniziato ad apprezzare il comfort dello sterzo. Tuttavia, sotto il cofano di tali auto spesso non c'è molto spazio per l'installazione di una cremagliera dello sterzo con servosterzo idraulico o addirittura elettrico. Ma non è un problema: è possibile posizionare l'assistente al conducente anche nel piantone dello sterzo. Quali sono i vantaggi di un tale schema e come viene realizzato? Consideriamo l'esempio di un'auto popolare, la Volkswagen Lupo 1.2 TDI 3L, prodotta dal 1999 al 2005.

Caratteristiche e vantaggi di un piantone dello sterzo elettrico

Va subito sottolineato che il piantone dello sterzo elettrico non può essere considerato solo come una variante di compromesso dell'amplificazione dello sterzo. Tale schema, tra le altre cose, presenta vantaggi significativi, ovvero:

• controlla i segnali di ingresso e uscita, nonché il funzionamento di altri componenti del meccanismo di sterzo;
• fornisce al conducente una sensazione più chiara del contatto con la strada;
• aiuta ad allineare il volante in posizione diritta;
• aumenta il controllo dello sterzo in base alle condizioni di guida effettive;
• funziona solo quando il conducente gira il volante, senza consumare energia sui rettilinei.
• L'ultimo fattore contribuisce al fatto che un tale sistema elettromeccanico è molto diverso nei parametri da un sistema idraulico tradizionale. Secondo una ricerca condotta da Volkswagen, le differenze sono le seguenti per il modello Lupo:

Non da ultimo perché in un sistema di servosterzo idraulico tutti i componenti del sistema sono installati dopo l'albero cardanico dello sterzo, mentre in un sistema di servosterzo elettromeccanico il servosterzo è installato prima dell'albero cardanico.

Un altro grande vantaggio è che il servosterzo nell'altoparlante è alloggiato in un'unità compatta, quindi non richiede cablaggi lunghi e complicati. Infine, forse l'aspetto più importante per i conducenti: poiché il motore elettrico che amplifica la rotazione aziona l'ingranaggio a vite senza fine proprio accanto al volante, il conducente ha una sensazione di sterzata diretta, che è la stessa risposta alla strada che si avrebbe se non ci fosse il servosterzo.

Progetto del piantone dello sterzo elettrico

I componenti principali della parte superiore del meccanismo di sterzo in questa configurazione sono mostrati nella figura

• interruttori degli indicatori di direzione e dei tergicristalli,
• alloggiamento del piantone dello sterzo,
• ingranaggio a vite senza fine,
• unità di controllo elettronico del piantone dello sterzo,
• albero di trasmissione dello sterzo.

Inoltre, all'interno sono installati sensori molto importanti: sensori di posizione dello sterzo e sensori di coppia dello sterzo.

Ecco come appare il piantone dello sterzo elettrico in una sezione trasversale dell'intera parte anteriore dell'auto:

Ora approfondiamo i componenti del piantone dello sterzo, che è dotato di servosterzo elettrico. Possono essere suddivisi in due gruppi:

1. Elettrici.

2. Meccanici.

Il primo gruppo comprende i seguenti componenti elettronici:

• motore elettrico e relativo accoppiamento;
• unità di controllo EPS;
• sensori di coppia e posizione dello sterzo in un alloggiamento comune.

Il secondo gruppo è utilizzato in tutti i piantoni, non solo in quelli elettromeccanici. Si tratta di:

• alberi: sterzo e trasmissione;
• l'alloggiamento del piantone dello sterzo, regolabile in altezza;
• trasmissione a vite senza fine con vite senza fine e pignone;
• mandrino intermedio;
• barra di torsione.

Questo tirante è il componente centrale di un piantone dello sterzo elettroassistito. La barra di torsione collega meccanicamente il mandrino intermedio all'albero di trasmissione a vite senza fine. Ciò consente alle due parti di ruotare in modo opposto di un piccolo angolo. Questo è sufficiente affinché il sistema riconosca l'inizio della sterzata.

L'albero cardanico è costituito da due forcelle collegate a un braccio telescopico corto. Compensa la lunghezza del meccanismo di regolazione dell'altezza e protegge il conducente e i passeggeri in caso di collisione frontale. Se il conducente solleva la leva durante la regolazione, la leva si accorcia, riducendo la distanza tra il volante e il meccanismo di sterzo. Se invece si fa il contrario, la leva telescopica si allunga. Il campo di regolazione della Volkswagen Lupo è di 39 mm.

L'ingranaggio a vite senza fine si trova nell'alloggiamento del cambio in alluminio insieme al motore elettrico. La vite senza fine sull'albero motore si innesta con l'ingranaggio sull'albero dello sterzo, il che consente di amplificare la rotazione del volante direttamente quasi dove lo fa il conducente. L'albero motore è collegato all'albero a vite senza fine tramite un giunto elastico in gomma, in modo che la coppia di avviamento del motore venga trasmessa nel modo più delicato possibile. Il motore elettrico ha una potenza di 720 W e sviluppa una coppia di 2 Nm. L'elettronica è progettata per avere un tempo di risposta estremamente breve, in modo da reagire il più rapidamente possibile ai movimenti dello sterzo.

L'alloggiamento del sensore di posizione e angolo di sterzata è montato sopra l'ingranaggio. Il primo è accoppiato all'albero del riduttore a vite senza fine. Registra la posizione attuale del timone o il suo blocco. Il secondo è collegato alla barra di torsione. Calcola l'angolo di rotazione della barra di torsione rispetto al perno intermedio. L'unità di controllo calcola la coppia in base a questo segnale. Se la coppia calcolata supera un valore di 0,01 Nm, l'unità di controllo decide se è necessario rinforzare lo sterzo. <All'alloggiamento della trasmissione a vite senza fine è inoltre fissato un telaio in cui è installata l'unità di controllo elettronica del servosterzo. Essa calcola l'assistenza necessaria al conducente sulla base dei dati ricevuti dai sensori e tenendo conto della velocità del veicolo. L'alloggiamento del sensore è collegato all'unità di controllo tramite un connettore a 6 pin. Se l'unità di controllo rileva un guasto nel sistema di servosterzo, accende la spia dello sterzo nel quadro strumenti.

Come viene potenziato lo sterzo elettromeccanico

Il conducente inizia a girare il volante. Contemporaneamente, la barra di torsione ruota. Il sensore di coppia che ruota con la barra di torsione fornisce all'unità di controllo i segnali che indicano l'entità e la direzione di rotazione della coppia sterzante. L'unità calcola l'assistenza richiesta sulla base di questi segnali e attiva il motore elettrico. La combinazione della coppia che agisce sul volante e della coppia di assistenza costituisce la coppia effettiva che agisce sullo sterzo.

Se il conducente aumenta la coppia applicata al volante, il motore elettrico aumenta la coppia. Se diminuisce, la torsione della barra di torsione diminuisce. Di conseguenza, il sensore di coppia dello sterzo fornisce un segnale più piccolo all'unità di controllo. <Quando il conducente rilascia il volante in curva, la tensione sulla barra di torsione viene rilasciata. Allo stesso tempo, l'elettronica disattiva il motore elettrico, poiché l'assistenza alla coppia non è più necessaria. Tuttavia, se il sensore di posizione dello sterzo rileva che il veicolo non sta ancora viaggiando in linea retta, il motore elettrico viene attivato in modo che il volante torni attivamente in posizione diritta.

Riparazione di un piantone dello sterzo elettrico

Sebbene il design descritto sia abbastanza affidabile, il tempo e l'uso attivo spesso portano a malfunzionamenti. Le parti più soggette a guasti sono:

• Anelli sensori in plastica;
• i sensori stessi;
• le traverse dell'albero di trasmissione.

Sebbene il piantone dello sterzo elettrico sia meno vulnerabile rispetto ad altri tipi di servosterzo perché si trova all'interno dell'abitacolo, anche esso può subire corrosione. I contatti del sensore e dell'unità di controllo possono ossidarsi, e persino i giunti scanalati dei componenti meccanici.

Purtroppo, l'azienda produttrice non fornisce la sostituzione di singoli componenti dell'amplificatore elettrico: a suo avviso, l'intero piantone dovrebbe essere sostituito completamente. Ma non tutti i proprietari di auto possono permetterselo.

Ecco perché invitiamo coloro che hanno problemi con tali unità all'officina STS. I nostri specialisti qualificati sono in grado di riparare qualsiasi unità di servosterzo nel più breve tempo possibile e a un prezzo accessibile.