Budowa i działanie kolumny kierownicy ze wspomaganiem elektrycznym

W dzisiejszych czasach nie sposób wyobrazić sobie mechanizmu kierowniczego samochodu bez wzmacniacza. Dotyczy to nie tylko potężnych SUV-ów czy sedanów klasy biznes. Teraz nawet kierowcy kompaktowych, małych samochodów zaczęli doceniać komfort prowadzenia. Jednak pod maską takich samochodów często nie ma zbyt wiele miejsca na montaż przekładni kierowniczej z hydraulicznym lub nawet elektrycznym wspomaganiem. Ale to nie problem - możliwe jest umieszczenie asystenta kierowcy nawet w kolumnie kierownicy. Jakie zalety ma taki schemat i jak jest realizowany, rozważmy na przykładzie popularnego samochodu Volkswagen Lupo 1.2 TDI 3L z lat produkcji 1999-2005.

Cechy i zalety elektrycznej kolumny kierownicy

Należy od razu zaznaczyć, że elektryczna kolumna kierownicy nie może być traktowana wyłącznie jako kompromisowy wariant wzmocnienia układu kierowniczego. Taki schemat, między innymi, ma swoje znaczące zalety, a mianowicie:

• kontroluje sygnały wejściowe i wyjściowe, a także działanie innych elementów mechanizmu kierowniczego;
• zapewnia kierowcy wyraźniejsze poczucie kontaktu z drogą;
• pomaga ustawić kierownicę w prostej pozycji;
• zwiększa kontrolę nad układem kierowniczym w oparciu o rzeczywiste warunki jazdy;
• działa tylko wtedy, gdy kierowca obraca kierownicą, nie zużywając mocy na prostych.

Według badań Volkswagena, różnice są następujące.

Nie tylko dlatego, że w hydraulicznym układzie wspomagania kierownicy wszystkie elementy układu są instalowane za wałem odbioru mocy, podczas gdy w elektromechanicznym układzie wspomagania kierownicy wspomaganie jest instalowane przed wałem odbioru mocy.

Kolejnym dużym plusem jest to, że wspomaganie kierownicy w głośniku jest umieszczone w jednej kompaktowej jednostce, więc nie wymaga długiego, skomplikowanego okablowania. I wreszcie, być może najcenniejsze dla kierowców - ponieważ silnik elektryczny, który wzmacnia obroty, napędza przekładnię ślimakową tuż obok kierownicy, kierowca ma bezpośrednie wyczucie kierownicy, tj. takie samo sprzężenie zwrotne z drogą, jak w przypadku braku wspomagania kierownicy.

Konstrukcja kolumny wspomagania kierownicy

Główne elementy górnej części mechanizmu kierowniczego w tym układzie pokazano na rysunku

• przełączniki kierunkowskazów i wycieraczek przedniej szyby,
• obudowa kolumny kierownicy,
• przekładnia ślimakowa,
• jednostka sterująca elektroniką kolumny kierowniczej,
• wał napędowy przekładni kierowniczej.

Wewnątrz zainstalowane są bardzo ważne czujniki: położenia układu kierowniczego i momentu obrotowego układu kierowniczego.

A tak wygląda elektryczna kolumna kierownicy w przekroju całego przodu samochodu:

Przybliżmy teraz elementy składowe kolumny kierowniczej, która wyposażona jest w elektryczne wspomaganie kierownicy. Można je podzielić na dwie grupy:

1. Elektryczne.
2. Mechaniczne.

Pierwsza grupa obejmuje następujące komponenty elektroniczne:

• silnik elektryczny i jego sprzęgło;
• jednostka sterująca EPS;
• czujniki momentu obrotowego i położenia układu kierowniczego we wspólnej obudowie.

Druga grupa jest używana we wszystkich, nie tylko elektromechanicznych, kolumnach. Są to:

• wały: kierowniczy i napędowy;
• obudowa kolumny kierowniczej z regulacją wysokości;
• napęd ślimakowy z przekładnią ślimakową i zębatką;
• wrzeciono pośrednie;
• torsion bar.

Ten drążek skrętny jest centralnym elementem elektrycznie wspomaganej kolumny kierowniczej. Drążek skrętny mechanicznie łączy trzpień pośredni z wałem ślimakowym. Dzięki temu obie części obracają się przeciwnie o niewielki kąt. Jest to wystarczające, aby system rozpoznał rozpoczęcie kierowania.

Wał kardana składa się z dwóch widełek, które są połączone z krótkim ramieniem teleskopowym. Kompensuje on długość mechanizmu regulacji wysokości i chroni kierowcę oraz pasażerów w przypadku zderzenia czołowego. Jeśli kierowca podniesie dźwignię do góry podczas regulacji, dźwignia staje się krótsza, co zmniejsza odległość między kierownicą a mechanizmem kierowniczym. W odwrotnej sytuacji dźwignia teleskopowa wydłuża się. Zakres regulacji w Volkswagenie Lupo wynosi 39 mm.

Przekładnia ślimakowa znajduje się w aluminiowej obudowie przekładni wraz z silnikiem elektrycznym. Ślimak na wale silnika zazębia się z kołem zębatym na wale kierownicy, co pozwala na wzmocnienie obrotu kierownicy bezpośrednio prawie tam, gdzie robi to kierowca. Wał silnika jest połączony z wałem ślimakowym za pomocą elastycznego gumowego sprzęgła, dzięki czemu moment rozruchowy silnika jest przenoszony tak delikatnie, jak to tylko możliwe. Silnik elektryczny ma moc 720 W i wytwarza moment obrotowy 2 Nm. Układ elektroniczny został zaprojektowany z myślą o bardzo krótkim czasie reakcji, tak aby jak najszybciej reagował na ruchy kierownicy.

Obudowa czujnika położenia i kąta skrętu kierownicy jest zamontowana nad przekładnią. Pierwszy z nich jest połączony z wałem przekładni ślimakowej. Rejestruje on aktualną pozycję steru lub jego zablokowanie. Drugi jest połączony z belką skrętną. Oblicza on kąt obrotu belki skrętnej w stosunku do wrzeciona pośredniego. Jednostka sterująca oblicza moment obrotowy na podstawie tego sygnału. Jeśli obliczony moment obrotowy przekracza wartość 0,01 Nm, jednostka sterująca decyduje, czy należy wzmocnić sterowanie.

Jak wspomagany jest elektromechaniczny układ kierowniczy

Kierowca zaczyna obracać kierownicą. W tym samym czasie drążek skrętny obraca się. Czujnik momentu obrotowego obracający się wraz z drążkiem skrętnym dostarcza do jednostki sterującej sygnały wskazujące wielkość i kierunek obrotu momentu obrotowego układu kierowniczego. Jednostka oblicza wymagane wspomaganie na podstawie tych sygnałów i aktywuje silnik elektryczny. Połączenie momentu obrotowego działającego na koło kierownicy i momentu wspomagającego stanowi efektywny moment obrotowy działający na przekładnię kierowniczą.

Jeśli kierowca zwiększy moment obrotowy przyłożony do kierownicy, silnik elektryczny zwiększy moment obrotowy. Jeśli zmniejszy, skręt drążka skrętnego zmniejszy się. W konsekwencji czujnik momentu obrotowego kierownicy dostarcza mniejszy sygnał do jednostki sterującej. Naprawa kolumny kierownicy ze wspomaganiem

Chociaż opisana konstrukcja jest dość niezawodna, czas i aktywna eksploatacja często prowadzą do awarii. Części, które najczęściej ulegają awarii to:

Plastikowe pierścienie czujników;

same czujniki;

podłużnice wału napędowego.

Chociaż elektryczna kolumna kierownicy jest mniej podatna na korozję niż inne rodzaje wspomagania kierownicy, ponieważ znajduje się wewnątrz kabiny, ona również może ulec korozji. Styki czujnika i jednostki sterującej, a nawet połączenia wielowypustowe części mechanicznych mogą się utleniać.

Niestety producent nie przewiduje wymiany poszczególnych elementów układu wspomagania - jego zdaniem konieczna jest całkowita wymiana całej kolumny. Nie wszyscy właściciele samochodów mogą sobie jednak na to pozwolić.

Dlatego zapraszamy do warsztatu STS osoby, które mają problemy z takimi jednostkami. Nasi wykwalifikowani specjaliści są w stanie naprawić każdą jednostkę wspomagania kierownicy w najkrótszym możliwym czasie i w przystępnej cenie.