kormány

Segítőkész és intelligens kormányzás (1. rész)

2014.06.27.

Rovatunkban továbbra is autógépészetről lesz szó, tisztázzunk minden esetleges félreértést…
A volánt forgatva a kormányzott kerekek elfordulnak. Mindennapi mozdulat sorunk ez, ha autót vezetünk, vakon bízunk benne, hogy a mechanizmus gondolkozás nélkül engedelmeskedik akaratunknak. Determinált mechanikai kapcsolat, melynek sorosan kapcsolódó gépelemei között legfeljebb gépszerkezetek közötti kapcsolat játéka engedhető meg. Szabad-e ebbe a mozgató mechanizmusba külső segítséget vagy intelligenciát bevinni?

Még tovább menve: szabad-e a kényszerkapcsolatot elektromos kapcsolattal felváltani (mert műszakilag lehetséges!), azaz itt is alkalmazni az x-by-wire, esetünkben a steer-by-wire műszaki megoldást? Eszmefuttatásunk nem született volna meg – gondolhatja a kedves olvasó – ha nem az lenne a válasz, hogy igen.

Kezdjük múltbéli kalandozással!

A régmúltba, ha visszanézünk, talán nem is gondolnánk, hogy az automobil építés hajnalán, az 1800-as évek vége felé, a kormányzás megoldatlansága adta az egyik legnagyobb gondot. A lovaskocsiknál az általános, évezredes megoldás a tengelykormányzás, mikor is egy központi korongon, zsámolyon az első tengely elfordul. Ez az automobiloknál nehezen volt alkalmazható (de volt ilyen!), ezért is készült például Benz Patentwagen-je (1886-1893) háromkerekűnek! Villába fogott kerékkel, villás kormányzással, mint a kerékpároké. Nézzünk meg erről néhány szép képet!

Daimler négykerekűvé még úgy tette 1889-ben „Stahlradwagen” nevű automobilját, hogy a villás kormányzást egyszerűen megkettőzte. A konstrukció a képen világosan kivehető.

Három kerekűek később is voltak és vannak mind a mai napig. Létezésüket egyes országok autó adó törvényei indokolják, tudni illik ezeknek kisebb az éves adója. Képünk 1954-ből egy ritkaságot, a Goliath GD-750 típust mutatja. Állítólag ebből ez az egyetlen fennmaradt példány.

Az autók mai kormányzásának alapkonstrukcióját Carl Benz szabadalmaztatta 1893. február 28-án (Patent Nr. DRP 73515 „Wagen-Lenkvorrichtung mit tangential zu den Rädern zu stellenden Lenkkreisen“). Nem Benz nevéhez fűződik azonban annak a kormányszerkezetnek az alapötlete, mely egyedi (kerekenkénti) tengelycsonk elfordítású és kanyarban nem egyforma mértékben fordulnak el a kerekek. A kanyarbelső jobban, hogy saját körívükön szabadon gördüljenek. Benz csak aktualizált, hanem tovább is fejlesztett egy korábbi találmányt. Egy kerék- és kocsigyártó mester találta fel, a német Georg Lankensperger, 1817-ben, Münchenben. A szabadalmat megbízottja adta be Angliában, 1818-ban. Az ő nevét jegyzi a gépjárműtechnika, ő Rudolph Ackermann. Túl sok köze nem volt sem a kocsi- és hintógyártáshoz, sem a kormányzás problémájának megoldásához, igaz, nyereg- és kocsigyártó tanoncként kezdett. Később azonban, több minden mellett, jeles könyvkereskedő és -kiadó volt, emellett feltaláló és üzletember.

Az első modernkori motoros jármű, mely „Ackermann” kormányzással készült a Benz Patent-Motorwagen „Victoria” volt, melyet 1893 – 1900 között gyártottak. A Victoria volt egyben a Benz & Co. cég első négykerekű járműve.

Ehhez nagyon hasonlít a Benz Velocipede (néha csak Velo néven említik), egy amerikai automobillal együtt, a világ első sorozatgyártású autója.

A rövidke történelmi kerülő után – talán nem voltak általánosan ismertek az elmondottak – a bevezetőben említett alapkérdésre térünk rá.

Van-e indok arra, hogy a kormánymechanizmusba, a kormánygépbe beavatkozzunk, kvázi elbonyolítsuk.

Talán az első igény a kormányon kifejtendő kézi erő csökkentése volt. Elsősorban városi manővereknél, álló helyzeti és parkolási kormánytekerésnél. Teherautóknál, autóbuszoknál mondanunk sem kell, milyen nagy erő kell a kerekek elfordításához. Ezért is vannak régi autókon méretes átmérőjű kormánykerekek. (A gépkocsivezetők munkája a kormányzás és a kuplung kinyomás miatt komoly fizikai munka volt.)

Kell nyomatéki rásegítés! Közismerten a szervohatás, az ezzel a képességgel rendelkező ún. szervokormány. Nincs ma autó szervokormány nélkül! Ha a szervo rásegítés megszűnik, ilyen hiba bekövetkezte nem zárható ki, alaposan megrémülünk, az autó ugyan kormányozható marad, de óriási kézi erő kell a kormánykerék elfordításához. Van, akinek erre nincs is kellő izomereje.

Hogyan is működik a szervokormány?

A kerekek elfordításához szükséges forgatónyomatékot speciális hidro beavatkozó (folyadéknyomás hatására elmozdulást kiváltó szerkezet) vagy villanymotor hozza létre. A kormánykerék elfordításával szinte csak vezérlőjelet, a rásegítés számára parancsot adunk. Ha elfordítom a kormányt, érzékelhető késedelem nélkül, annak szögelfordításával és sebességével arányosan adagolja a nyomatékot. Ha nagyobb a normálisnál az elfordításhoz szükséges nyomatékigény, annak is – saját képességének határáig – utánamegy. Ha például laza terepen kell kormányozni, vagy akadályt kell leküzdeni, legyen ez egy járdaszegély, a rásegítés teszi a dolgát. A kézinyomaték (így nevezzük az általunk a kormánykerék többnyire erőpárral kifejtett nyomatékot, mert két kézzel fogjuk a kormányt!) a kormánytengelyen keresztül nyomatékérzékelő elemre hat. Annyira nem mélyülünk el a szerkezetben, hogy ennek mibenlétét is elemezzük, de elmondjuk, hogy általában egy elcsavarodásra képes mérőrúd, mérőpálca (torziós rúd) adja a lelkét. A nyomatékérzékelő jelét veszi a szervorendszer, és erre adja válaszként a nyomaték rásegítést. Aki e témában (is) mérnöki igényű ismeretterjesztő szerkezettani ismeretekre akar szert tenni, nyissa meg Lévai Zoltán emeritus professzor úr oktatási segédletét (http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/kormany/szervok/szervo.html). Itt megtudhatjuk, hogy mi a különbség a szervokormány és a kormányszervó között.

Ha elkormányzott helyzetben tartjuk a kormányt, természetesen ehhez nagy erő nem kell, de ekkor is segít tartani az adott helyzetet. Arra ügyelnek a szervokormány konstruktőrök, hogy a kormánykeréken legyen visszajelző nyomaték, arányosan a kerék elfordítás nyomatékával.

A hidraulikus szervokormány működéséhez nagynyomású munkafolyadék (szervoolaj) szükséges. Ezt a motor által hajtott szervo szivattyú állítja elő. Ez is a motor munkáját „csapolja” meg, benzinben, gázolajban mi fizetjük meg. A gépkocsi karbantartásánál a szivattyúhajtást, a csővezetékek állapotát, a szervóolaj szintjét ellenőrizni kell. Szerencsére ezzel igen ritkán van baj.

Az alábbi kép egy hidraulikus, mechanikus szervopumpa hajtású rendszert mutat.

A szervo-olaj a tartályból (A) a motor által hajtott szivattyúba kerül (D), az előremenő csővezetéken (E) jut el a nagy nyomású olaj kormányoszlop végén található rásegítőhöz, a szervóhoz. A kormánygép fogasléces (F) konstrukciójú, a kormányösszekötők (G) közvetlenül kapcsolódnak a fogasléchez.

A hidraulikus szervokormányok gépészeti konstrukciós remekek, számtalan, különféle változat volt belőlük, hajdan az USA, később Európa neves autógyártóihoz, beszállítóihoz kötődnek (GM, Saginaw Steering, Ross Gear and Tool co., Lockheed, ATE, ZF-Gemmer). Egy példát mutatunk a történelmi konstrukciók sorából.

Hidraulikus szervokormánnyal is megoldható, hogy a rásegítés mértéke gépjárműsebesség függő legyen. Nagy nyomatékot adjon parkolásnál, kissebességű manőverezésnél, parkolóházak szűk kanyarjaiban stb. Nagy sebességnél azonban tegye „nehézzé” a kormányt, hogy a nem kívánatos irányváltást megnehezítse. Például ha a telefonért, vagy az üdítőért nyúlunk, a gyerek szól a hátsó ülésen és hátrafordulunk, a megvan annak a veszélye, hogy önkéntelenül is elhúzzuk a kormányt. Szép példa erre a ZF Servotronic-2 kormánya.

Egy kis hazai

A szervokormány területén volt hazai fejlesztés, éllovasa a rendkívül nagy sorozatot megért 069-es, a CsepelAutó és JÁFI alkotása és gyártása, valamint egy licenctermék gyártása (Bendiberica) is jelentős darabszámban készült, elsősorban az Ikarus autóbuszokba építették be. A haszongépjármű szervokormányok kiszerelt állapotú és kiszerelés nélküli vizsgálatához próbapadot, illetve tesztberendezést a Közlekedési és Távközlési Műszaki Főiskola (KTMF-Győr) Autógépész tanszékének alkotógárdája készített, Oláh Imre docens úr vezetésével és szabadalmai alapján. Ezek a próbapadok az Ikarus autóbuszokkal a világ számos országába eljutottak.

Villanyszervó

A villanymotoros hidraulikus szervokormánynál a szervoszivattyút nem a belső égésű motor, hanem villanymotor forgatja. Ez azért jó, mert így lehet igény szerinti a hajtás, tehát takarékos: ha nem kell növelni a folyadéknyomást, nincs kormányzás, nem megy a villanymotor. Természetesen a villanymotor működéshez szükséges energiát is mi fizetjük, benzinben vagy gázolajban.

A hidraulikus rásegítésnek „csak” az a baja, hogy hidraulikus, annak minden hátrányával. Maga a folyadék, a csővezeték, a szivattyúhajtás stb.

A mai villamosított világban teret nyernek a tisztán villamos szervók. Villanymotor erejével forgatjuk a kormányoszlopot vagy közvetlenül mozgatjuk a fogaslécet. Nem mai fejlesztés, például a „mi autónk”, a Suzukik is régóta ezt használják.

Vannak FIAT-ok (például Punto, Panda - ezek sem hidraulikusak, hanem tisztán villanyszervósok), ahol CITY feliratú gombot találunk a műszerfalon, ennek megnyomásával a szervo rásegítést erősítjük, kis kézinyomatékra már nagy kerékre ható nyomatékot kapunk.

Egy újjal is könnyen tudunk kormányozni például parkolási beállásnál. Ha a gombot a műszerfalon benyomjuk visszajelző lámpa is jelzi az aktiválást. A fokozott rásegítés kb. 45 km/h sebesség felett megszűnik. Ha a sebesség később ez alá esik, a „CITY” funkció ismét élni fog. Tehát maradhat a CITY „örökre” benyomva.

Fogasléces elektromos szervokormány

A korszerű, szinte ma már egyeduralkodó kormánygép a fogasléces kialakítás.

A képen a kormánygép házára épített villanymotor konstrukciós megoldását látjuk.

A kormányoszlop kormánygép felöli végén van a nyomatékérzékelő torziós rúd, melynek elcsavarodását, tehát a kézinyomatékot, elektromos úton érzékeljük, ennek jele alapján vezérli a rendszer a villanymotor működését.

A következő képen egy integrált ún. koaxiális elrendezésű fogasléc és villanymotor együttest látunk, golyós, csavarorsós a kis súrlódás miatt a kapcsolat. Gépészember elismerését méltán kiérdemli.

A szervokormány nagyszerű találmány, e nélkül már nem autó, az autó. A fejlődés az autótechnikában nem áll meg…

Vannak további igényeink!

Kis sebességű manőverezésnél kis kormányelfordulásra nagyot forduljon el a kerék. Ne kelljen ilyenkor is többször körbetekerni.

Nagy sebességnél pedig ellenkezőleg, a kormányelfordítás kis kerékmozgással járjon, hogy ne tudjuk könnyen elrántani az autót a menetirányából. Tehát a kormánygép legyen képes szögáttételét változtatni.

Ezt a technikát sorozatunk következő részében mutatjuk be.

 

Dr. Nagyszokolyai Iván

az Autótechnika főszerkesztője

(a témához kapcsolódó további szakmai cikkek az Autótechnika folyóiratban, illetve a http://autotechnika.hu oldalon olvashatóak.)

Fotók: a címkép Hanula Barna fotója, a 14. kép forrása a „jofogas.hu”, a többi fényképet a szerző készítette.

 

Az oldal fő támogatója

 

2022.09.29
A Citroën Berlingo külső stíluselemekkel tiszteleg a legendás Kacsa furgonváltozata, a 2CV AU előtt....
2022.09.29
Nagyon népszerű közlekedési eszköz a segédmotoros kerékpár jármű-kategóriába tartozó robogó. Sokan....
2022.09.29
A járvány nagy lökést adott az online autókereskedelmnek és a lendület azóta sem állt meg. Van aki....
2022.09.29
Hetek óta attól hangos a magyar sajtó, hogy a Volkswagen akkumulátorgyárat akar építeni a győri....
2022.09.29
A legmodernebb teszt- és önvezető autók bemutatójától kezdve a statisztikai kvízjátékig sokszínű,....
2022.09.29
A Széchenyi István Egyetem (SZE) és a Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet (SZTAKI)....
2022.09.29
A baleset Pilisvörösvár és Piliscsaba között történt, a mentés idejére az utat lezárták - írja a....
2022.09.29
A Bagon történt balesetben egy 29 éves nő vesztette életét - írja a police.hu. ..
2022.09.29
Az európai energiaválság miatt az EV-ek töltése veszélyben van.   ..
2022.09.28
A hétszeres Formula 1-es világbajnok egy interjúban kendőzetlenül beszélt félelmeiről, mindennapi....