Villanymotoros szervokormányok:

A kiállításon több vállalat mutatta be a legújabb szervokormány fejlesztéseit. Mielőtt rátérnénk a villanymotoros szervokormányok előnyeinek és működésének bemutatására, fontossága miatt egy kis összefoglalót adunk az ehhez vezető útról is.

A kormányoszlopra szerelt villanymotoros szervokormány az elektronikával és a csigahajtással (EPS c – column) (Thyssen )

A gépkocsivezető kormánykerék elfordításával arányos első kerék elkormányzást végez, és ezzel irányítja a gépkocsit. A kormányberendezés áttétele akkora kell legyen, hogy a vezető ereje elegendő legyen a működtetéshez, ugyanakkor a szükséges elfordítás és annak gyorsasága feleljen meg az ember teljesítőképességének.

A Hidraulikus szervokormányok (HPS = Hidraulic Power Steering) a kormánykeréken kifejtett nyomatékkal arányosan, a hidraulikus egység növeli a kormányzott kerekeket elfordító erőt. Eleinte a haszonjárműveknél alkalmazták, de hamarosan a személygépkocsikba is hidraulikus szervokormányokat szereltek. Az energia ellátást a szervo szivattyú biztosítja, amelyet a belsőégésű motor hajt ékszíj áttétellel. A hidraulikus szervokormány alkalmazásával hatékonyan növekedett a vezetési komfort. A VW 1994 óta sebességfüggő működésű servotronic változatot szerel be, melyet a többi autógyár is hamarosan alkalmazni kezdett. A szervokormány a gépkocsi menetidejének csupán kb.15%-ában aktív, de ennek ellenére a hidraulikus szervokormány folyamatos energia ellátást igényel a hidraulika folyadék cirkulációjához. Ez alól csak az újabb fejlesztésű elektromechanikus szervokormányok (EPS) jelentenek kivételt.

Elektrohidraulikus szervokormány

Angol rövidítése EPHS az elnevezése pedig Electrically Powered Hydraulic Steering. A kilencvenes évek végétől szerelik be a különböző gépkocsikba. Kezdetben kisebb városi autókban jelent meg, később aztán a nagyobb teljesítményű villanymotorral hajtott szivattyúk kifejlesztése után a felsőbb osztályban is alkalmazták. A hagyományos hidraulikus szervokormányok átlagosan 1 kW teljesítményt vesznek fel, mert a szivattyút akkor is hajtani kell, amikor nincs rásegítés. Ugyanakkor csupán 10 W teljesítményt adnak le a fogaslécen.

Elektromechanikus szervokormány (EPS) Electic Power Steering

Ez a három betűs rövidítés olvasható a műszerfalon elhelyezett ellenőrzőlámpáján is.

Az első beépítés a Fiat Puntoba 1999 –ben volt.  Mivel a kormányzás az egyik fontos biztonságtechnikai eleme a gépkocsinak, az ISO26262 számú működésbiztonsági előírás vonatkozik az elektromechanikus szervokormányra. Az elektronika és az érzékelők tápfeszültsége 12 V. Hibrid és villany autóknál a rásegítő villanymotor a nagyfeszültségű hálózatról (48 V, 300 V, vagy 500 V) működik. Így kisebb és könnyebb lehet a villanymotor.

A szervokormány elektronikus működtetéshez felhasznált alapadatok:

-          a kormánykeréken kifejtett kézi nyomaték

-          a kormánykerék szögelfordítása

-          a gépkocsi sebessége.  

A gépkocsi típustól és a menetciklustól függően 0,4 – 0,8 l/100 km a tüzelőanyag megtakarítás érhető el az elektromechanikus szervokormánnyal. A gyártás kezdetétől az első évben több mint 20 millió darab készült. Így kiszámítható, hogy évente 1,9 millió tonna széndioxiddal kevesebb jutott a környezetbe, ami az elektromechanikus szervokormánynak köszönhető. Nem volt elegendő a gyártó kapacitás ahhoz, hogy az autógyárak rendeléseit az első évben kielégítsék.

A fogasléccel párhuzamos villanymotor beépítésű szervokormány az elektronikával bordásszíj hajtással és golyósoros csavarhajtással (EPS apa – axis paralell) (Thyssen ) 

Az EPS elektronika kivitelei:

Az olcsóbb városi kisautóknál

Egyszerűbb, kedvező áron gyártható, de továbbfejleszthető elektronika került beépítésre.

Prémium kategória autóiba:

Moduláris architektúra, sokoldalú működési lehetőségek, egymással kompatibilis modulok alkalmazása volt a jellemző. Opcionális lehetőségek, tovább bővíthető szoftver. Sokféle megrendelői igény és komfort elvárások kielégítése jellemezte ezt a változatot.

A villanymotor és a szervokormány elektronikája közös egységet alkot (Thyssen ) 

A valósidejű ellenőrzés miatt jelentős kommunikációs kapacitással látják el az elektromechanikus szervokormányokat. Azért alkalmazzák egyre szélesebb körűen, mert CO₂ emisszió és a tüzelőanyag fogyasztás jelentősen csökkenthető.  További előnye, hogy egyszerűbb a beszerelése, és lehetővé teszi a parkolási asszisztens megvalósítását.

Több változatnál a rásegítést adó villanymotornál elektronikus kommutációt alkalmaznak, melyet a forgórész szöghelyzet érzékelő vezérel.

Működés közben a fogaslécnél nagy erő szükséges, ami nagy áramfelvétellel (120 A) jár.

Az alkalmazott nagy frekvencia és a motor közeli elektronika elhelyezés szigorú követelményeket támaszt az elektromágneses összeférhetőség (plausibilitás) vonatkozásában.

A villanymotor tekercselése rövidzárlattal szemben védett kell legyen.

Nem széria villanymotort alkalmaznak, hanem a célnak megfelelően fejlesztik ki. A vezérlő elektronikával közös egységet alkot a villanymotor. Általában állandó mágneses szinkron motorokat alkalmaznak.

A 12 V-os hálózat korlátozza az elérhető teljesítményt. A hálózat rövid időre max. 80 A-el terhelhető. Ez 1 kW teljesítménynek felel meg. A belsőégésű motortól függetlenül működhet, tehát hibrid és villanyautókban is alkalmazható.

Az elektronika és a szervokormány elektronikája közös egységet alkot. (Continental Teves) 

Az elektronika részei:

- Mikroprocesszoros vezérlés, mely védett a téves működésekkel szemben és ellenőrzi a teljes rendszer működését.

- Interface beépítése az érzékelők és az elektronika között.

- A teljesítmény végfokozat vezérli a villanymotort.

A kommunikáció a részegységek között soros adatbuszon keresztül történik.

A  nyomatékérzékelő a szervokormány legfontosabb egysége.

- Nagy pontossággal kell működjön.

- Folyamatosan az öndiagnosztika felügyelete alatt áll.

- Az elektronika fel kell ismerje az esetleg bekövetkező hibát.

-           A hiba nem okozhatja a kormányzás megszűnését.

-          A torziós tengely merevsége általában 2,5 Nm/˚, mely alapján meghatározható a kormánykeréken kifejtett nyomaték.

-          Érintésmentes érzékelőt alkalmaznak.

-          Általában két komplementer jelet ad a biztonság miatt.

  Ez ad lehetőséget a folyamatos elfogadhatósági (plausibilitás) vizsgálatra.

  Ezen kívül a jelből a szöghelyzet értéke is meghatározható.

A különböző kategóriájú gépkocsik más konstrukciójú szervokormányt igényelnek.

Kompakt osztály:

Kicsi a tengelyterhelés, ezért mérsékelt a rásegítő erő igény.  A kormányoszlopra építhető az elektromechanikus szervokormány (érzékelők, villanymotor, csigahajtás, elektronika). 

Közép osztály:

Nagyobb tengelyterhelés, a fogaslécen nagyobb erők ébrednek. A szervo hatás a fogasléchez kapcsolódó fogaskeréken érvényesül. A mechanikus rész is nagyobb szilárdságú kell legyen.  

Felső osztály:

Nagyobb a gépkocsi tömege és a tengelyterhelés is. Nagyobb a gépkocsi sebessége, és nagyobb rásegítő erő szükséges. A villanymotor jó hatásfokú golyósoros csavarhajtáson keresztül közvetlenül a fogaslécen fejti ki a rásegítő erőt.   

Az elektromechanikus szervokormányok fontosabb elvárásai:

- Kicsi legyen a szükséges kormányzási nyomaték parkoláskor.

- Egyenletes rásegítő nyomaték felépülés zavaró rásegítés kimaradás nélkül.

- Határozott egyenes meneti helyzet.

- Jó visszacsatolás az útról.

- Gyors rásegítési reakció.

- Minimális energiafelhasználás.

Ezek közül ellentétes elvárások a határozott egyenes meneti helyzet és a kis elkormányzási nyomaték parkoláskor. Ez úgy oldható fel, ha a rásegítést sebességfüggővé teszik, ami a hidraulikus szervokormányoknál jelentősen növeli a költségeket.

Az elektromechanikus szervokormányok általában tizenötszörösére növelik a kézi erőt.

Az EPS az elektrohidraulikus szervokormányhoz viszonyítva 0,4 l/100 km hajtóanyag megtakarítást tesz lehetővé.

Az elektromechanikus szervokormány együttműködik a gépkocsi ESP rendszerével és a fék rendszerével. A vezető a kormánykerékkel csak kanyarodási igényt állít be. Ha a bal és a jbb kerekek között eltérő a tapadási tényező fékezés közben, a gépkocsi félrehúz, ezt felismeri az ESP rendszer és utasítást ad az automatikus kormánykorrekcióra. Nem válik szükségessé a fékező nyomás csökkentés, mint a hagyományos ESP rendszernél. Ez egyébként a kisebb tapadási tényezőjű oldalon válik szükségessé, ami növeli a fékutat. A gépkocsi elektronikus rendszeri integrációjának egyre nagyobb a jelentősége.

A kormányzási nyomaték és az elkormányzási szög egy bizonyos mértékig egymástól függetlenül is befolyásolható.

Az aktív biztonság növelésének lehetőségei az EPS rendszerrel:

-          Veszélyes menethelyzetben, amit az ESP rendszer ismer fel, a vezető figyelmeztethető pl. kormánykerékbe szerelt vibrátor működtetésével.

-          Asszisztens rendszerek alkalmazása. Például intelligens stabilizáció oldalszélben az ESP rendszer segítségével. A hagyományos kormányműnél nincs adatátviteli kapcsolat az ESP és a szervokormány között.

-          Vezetési hibák korrigálása például: sávtartás, szomszédos sávok figyelése előzéskor.

Az elektromechanikus szervokormány előnyei:

-          egyszerűbb a beszerelése, mert nem szükséges szervo-szivattyú és csövek.

-          lehetővé teszi a parkolási asszisztens megvalósítását.

-          az energia megtakarítás jó lehetőségét kínálja,

-          nagyobb biztonságot és komfortot képvisel,

-          jól együttműködik a különböző asszisztens rendszerekkel, mint például (Parklenkassistent, Lane Departure Warning).

Az elektromechanikus szervokormányok csoportosítása

-          EPS c – column                    a villanymotor és az elektronika a kormányoszlopon

-          EPS p – pinion                      villanymotor a kis fogaskeréknél (pinion)

-          EPS dp – dual pinion két kis fogaskerekes változat.

-          EPS apa – axis paralell         fogasléccel párhuzamos villanymotor

Kőfalusi Pál