autótechnika

Szervokormányok - kormányszervók

2015.04.20.

Kezdetben a nehéz járműveknél jelentkezett az az igény, hogy a kormánykerék forgatásához szükséges erőt mérsékelni kell. A kormánygép áttételének és a kormánykerék átmérőjének növelése már nem volt járható út. Később a személyautók vezetői is kérték a segítséget, elsősorban a parkolási manőverek megkönnyítése érdekében. De az is kiderült, hogy a szervokormány a menetbiztonságot is jelentősen javítja: "durrdefekt" esetén például a kerékre hirtelen, ütésszerűen ható erő nem rántja ki a kormánykereket a vezető kezéből.

Szerző: dr. Lévai Zoltán

A szervokormányokkal szemben támasztott követelmények:

- a jármű akkor is kormányozható legyen (kézi erővel), ha  meghibásodás miatt a szervo nem működik (egészen nagy - 20...100 tonnás - járművek esetén ettől eltekintenek, ezeket ugyanis puszta kézierővel úgysem lehet kormányozni);
- ne legyen észrevehető holtjátéka, és ne legyen időkésedelme;
- ne legyen önzáró, de a kerekekre ható ütéseket nagyon letompítva közvetítse a kormánykerék felé;
- álló járműben is működjön;
- egyenes haladáskor ne segítsen, hogy a vezető "érezze" a kormányt;
- kormányzáskor fejtsen ki a kormánykerékre a kikormányzottság mértékével arányosan növekvő, de természetesen mérsékelt nagyságú reakció-nyomatékot, szintén azért, hogy a vezető "érezze" a kormányt.

A szervóhatáshoz szükséges erő forrása több féle lehet. Próbálkoztak sűrített levegővel, elsősorban nehéz járművekhez (ha úgyis van légtartály, akkor olcsó, de nagyok a méretei, s nem elhanyagolható az időkésedelme sem). Gyakorlatilag a hidraulikus szervók terjedtek el, az utóbbi évtizedekben azonban megjelentek, s rohamosan terjednek az elektronikus vezérlésű, villamos motorral működtetett szerkezetek.

A hidraulikus szervók két féle elv szerint működhetnek: aszimetrikus fojtás- vagy aszimetrikus nyomásváltoztatással. 

Aszimetrikus fojtás alatt azt kell érteni, hogy az áramló olaj vezetéke kétfelé ágazik (lásd fenn), majd újból egyesül, de a párhuzamos ágakban egymás után két-két fojtási lehetőség van, s mindkét ágban a két fojtó hely közötti vezetékszakasz összeköttetésben van egy munkahengerrel. Kormányzáskor valamilyen szerkezet a négy fojtó hely közül átlósan elkelyezkedő kettőben elkezd fojtani. 

A fojtás miatt nővekvő olajnyomás erőt fejt ki a munkahengerben, s az ott lévő dugattyú a szervóhatást szolgáltatja. 

Az alábbi ábra olyan modelt mutat, melyben egy elfordítható alkatrész fojt egyszerre két helyen. 

Ennek a modelnek az elvi alkalmazását mutatja a következő ábrán (lent) látható, fogasléces kormánygépből kialakított szervokormány kiindulási modelje. 

A kormánykerék és az orsó között egy cső látható, melynek a belsejében egy torziós rugó közvetíti a kormánykerékre kifejtett nyomatékot az orsóhoz. 

A cső alsó végére van beépítve a fent bemutatott fojtó-model úgy, hogy a torziós rugón van kialakítva a (barna) fojtószelep. Kormányzáskor a cső és a torziós rugó természetesen forog, de a torziós rugó a nyomaték miatt elcsavarodik, s ezért a fojtószelep fojtani kezd. A kialakuló nyomás a munkadugattyút nyomja, ereje hozzáadódik az orsó által a fogaslécre gyakorolt erőhöz. 

Ez a model azonban még nem hasonlít egy valóságos szerkezethez. Ugyanis a funkció helyes betöltéséhez még néhány kiegészítésre van szükség. Egy komplett szervó működési modeljét mutatja az alábbi ábra.

Az erős rugó modelezi azt az erőt, amit kormányzáskor le kell győzni. A gépkocsivezető a vezérlő szelepre fejt ki erőt piros nyil a bal oldalon), ami egy rugón keresztül átadódik egy (nagy) dugattyúra (kis piros nyíl), s azon keresztül már nyomja is az erős rugót. De azzal, hogy a vezérlő szelep a nagy dugattyúban elmozdult, fojtást idézett elő. A kialakuló nyomás a nagy dugattyú bal oldalára hat, így segíteni tud a gépkocsivezetőnek a kormányzási ellenállás legyőzésében (az erős rugó összenyomásában). Mindaddig, amíg a gépkocsivezető tolja befelé a vezérlő szelepet, a nagy dugattyú is folyamatosan halad előre, igaz, hajszállal lassabban, mint a vezérlő dugattyú. Ugyanis csak íly módon szűkül a fojtó rés, fokozódik a fojtás, nő az olajnyomás, ami az előrehaladáshoz kell. 

Ha a vezető abba hagyja a befelé való tolást, abban a pillanatban a nagy dugattyú is megáll, s tartós marad az egyensúly: a nagy dugattyúra balról hat egyrészt a gépkocsivezető által kifejett erő (a kis rugó közvetítésével), másrészt az olajnyomás szolgáltatta erő, s e két erő tart egyensúlyt a megnyomott erős rugó erejével. 

Ha a gépkocsivezető egy picit is visszahúzza a vezérlőszelepet, csökken a fojtás, csökken az olajnyomás, és az erős rugó egy kicsit tágulhat. 

Ha a gépkocsivezető tejesen visszaengedi a vezérlőszelepet (visszatekeri a kormánykereket), a fojtás teljesen megszűnik, visszaáll az alaphelyzet.

És most nézze meg azt a konkrét szerkezetet (katt a bal oldali ábrára!), ami e model szerint működik. A lényegen nem változtat az, hogy a "kis" rugó itt nem tekercs-, hanem torziós rugó. 

Egy másik alapelvet mutat az alábi ábra.

Itt a gépkocsivezető nem támaszkodik neki a falnak, hanem közvetlenül a nagy dugattyúra fejti ki az erőt, s ennek reakcióereje fogja a vezérlőszelepet mozgatni. Az eredmény ugyanaz, mint az előző model esetében: fojtás, nyomásnövekedés, rugóösszenyomás. Azért van némi különbség: a gépkocsivezető által kifejtendő erő itt nem egy kis rugó összenyomásával arányos, hanem az előállított nyomással! Vagyis a visszajelzés a végeredményből jön, míg az előző esetben a folyamatot elindító rugóösszenyomásból származik. 

Ha rákattint az alábbi ábrára, megnézheti azt a konrét szervót, aminek a működési modeljét most megismerte. 

Az előző modelnél nem szóltunk arról, hogy mi történik, ha az olaj kifolyik a rendszerből. Ott ugyanis magától értetődő, hogy továbbra is lehet a járművet kormányozni, mivel a torziós rúd közvetíti a gépkocsivezető akaratát. 

Ennél a modelnél azonban más a helyzet, de természetesen a szervo meghibásodása esetén ezzel is lehet kormányozni. Igaz, egy kicsit megnő az időkésedelem: a vezérlőszelepet egészen a falig el kell tolni, hogy ott felütközve, lehetőséget adjon a támaszkodásra (jobb oldali ábra).

Áttérve az aszimetrikus nyomásváltoztatáson alapuló rendszerre, azt az jellemzi, hogy egy lépcsős dugattyú két oldalára a dugattyúkeresztmetszetekkel fordított arányú nyomás tart egyensúlyt, amit az egyik nyomás megváltoztatása felborit, s az így létrejött erőkülönbség szolgál szervóhatásként.

A működési elvét az alábbi ábra mutatja.

Itt a lépcsős dugattyú két oldalának hatásos felülete (3 és 4) 2:1 arányú. Ugyanilyen arányú lépcsős dugattyú szolgál vezérlőszelepként (2 és 1). Amikor a rendszert alulról feltöltjük nagynyomású olajjal, a középen kialakuló px nyomás fele akkora lesz, mint az állandó po nyomás. Ez azt jelenti, hogy mind a vezérlőszelep, mind a munkadugattyú egyensúlyban van.

Ha a vezérlőszelepre valamelyik irányban F1 erőt fejtünk ki, az elmozdul, s a két csatorna közül az egyiket megnyitja. Tegyük fel, hogy balról jobbra ható erő érte a vezérlőszelepet. Ekkor a nagynyomású olaj be tud hatolni a középső térbe, s ott növeli a nyomást mindaddig, míg a nyomásnövekedés ki nem egyensúlyozza vezérlőszelepre kifejtett erőt. Ez a nyomásnövekedés természetesen a 3 dugattyúra is hat, s ezért megjelenik egy F2 erő, ami nem más, mint a kívánt szervohatás. 

Az alábbi lévő ábrára kattintva megnézheti az ezen elven működő konkrét szerkezetet. 

Eddig mindig szervokormányról beszéltünk, de a címben kormányszervó is olvasható. 

Nos, tulajdonképpen az első szerkezetek nem szervokormányok voltak, hanem kormányszervók, amiket az jellemez, hogy a klasszikus kormánygép és a mozgató mechanizmus közé kell beépíteni a kormánygép által előállított erő megnövelése, "feltranszformálása" céljából.

A kormányszervók az eddig ismertetett alapelvek szerint is működhetnek, de most egy új alapelvet mutatunk be az alábbi ábrán, ami hasonlít az elsőhöz azzal a különbséggel, hogy a visszajelző erő itt is a "végeredménnyel", a ténylegesen kialakított szervóhatással arányos ugyanúgy, mint a második modelnél (az olajnyomás ellen kell a kormányerőt kifejteni).

A hidraulikus szervokormányokat (kormányszervokat) az jellemzi, hogy a kifejtett szervohatás kizárólag a kormánykerékre ható forgató nyomatéktól függ, azzal arányos. Az utóbbi időben megjelent elektrohidraulikus és elektromos szervókat számítógép vezérli, ami azt jelenti, hogy a szervohatás mértéke több tényezőtől függhet (például a sebességtől is).

Az elektrohidraulikus szervóban az erő kifejtése továbbra is olajnyomással valósul meg, de annak mértékét elektronika vezérli. A bal oldali ábrán most is látható a kormányoszlopban a csőbe bújtatott torziós rugó, de a két alkatrész közé most elfordulás-érzékelő van beépítve, ami a számítógéppel (ECU) van összeköttetésben. 

Az általa szolgáltatott jel alapján - és az egyéb tényezők figyelembevételével - az ECU egy szolenoid tekercs segítségével valamelyik dugattyú-szelepet valamelyik irányba eltolja, s annak megfelelően jelenik meg az olajnyomás a munkahengerben (jelen esetben a bal oldalon).

Az elektromos kormányszervóban már nincs hidraulika, a rásegítést villamos áram, villamos motor szolgáltatja. A szervo-szerkezetet három lehetséges hely valamelyikére szerelik:

 

 

 

Az első esetben nem kell hozzányúlni a hagyományos kormánygéphez (esetünkben a fogasléceshez): a szervo egyszerűen megnöveli azt a forgató nyomatékot, amit a gépkocsivezető a kormánykerékre kifejt. A másik két esetben az egész kormánygép új konstrukció, a harmadik megoldás az egyszerűbb. 

A lenti képek az első és a második estre vonatkozó szerkezetet mutatnak.

A harmadik esethez tartozó elvi vázlatot az alábbi ábra mutatja. 

Itt a csavarorsón lévő, fogaskerék alakú "anyát" villamos motor forgatja egy bolygóműves áttételen keresztül, ami lent látható. 


 
 
 

Az elektromos szervónak jelentős előnyei vannak:
- változtatható jelleg, karakterisztikája állítható;
- precízebb úttartás és jobb manőverezési képesség;
- könnyebben megoldható vezetékezés;
- szerény szervizigény, az elektronika karbantartásmentes;
- parkoláskor teljes segítség;
- álló motor esetén is működik;
- csak működtetés közben igényel teljesítményt; 

Nemrég megjelentek olyan - sebességhez igazodó áttételű - szervokormányok, melyekben a mechanikus áttételt u. n. hullámhajtóművekkel valósítják meg. Mielőtt egy ilyet megnéznénk, ismerkedjenek meg a hullámhajtóművekkel.

Ezek után látható, hogy ennél a megoldásnál a kormánykerékkel a rugalmas hüvelyt forgatjuk, s a merev gyűrű tengelye megy a hagyományos kormánygéphez: 

A hullámgenerátortegy speciális villamos motor veszi körbe. Amikor a villamos motor nem kap áramot, a hulláhajtómű nem ad áttételt, viszont áram hatására a merev gyűrű gyorsabban vagy lassabban forog az áram irányától függően, amit a számítógép vezérel. 

 

 

 

 

 

Az oldal fő támogatója

 

2024.05.19
Két Bentley is áldozata lett egy közlekedési balesetnek, amelyet egy kisteherautó figyelmetlen....
2024.05.19
Az Egyesült Államokban 2029-től kötelezővé teszik az automatikus vészfékező rendszer beépítését....
2024.05.18
Amikor a hirdetés tételesen cáfolható. ..
2024.05.18
Szombaton délelőtt 28 km-es dugó volt a dél felé vezető autópályán – írja a Heute című osztrák....
2024.05.18
A címvédő és háromszoros világbajnok Max Verstappen, a Red Bull versenyzője volt a leggyorsabb a....
2024.05.18
Csaknem egy méter hosszú, villamosított V16-os szívómotor fogja működtetni az új Bugattikat a régi....
2024.05.18
Az egykori F1-es pilóta, Marc Gené lesz a vendéglátója, és egy Ferrari 296 GTB-vel még egy gyors ..
2024.05.18
2024-ben immár 39. alkalommal rendezik meg a Formula 1 Magyar Nagydíjat. A Hungaroring Sport Zrt-....
2024.05.18
A Német-Magyar Ipari és Kereskedelmi Kamara (DUIHK) immár hetedik alkalommal adta át a Megbízható....
2024.05.18
Az elmúlt évi tavaszi és téli tematikájú, a gyerekek körében nagy népszerűségnek örvendő....