Układ wspomagania kierownicy i przekładnia kierownicza
W układzie wspomagania kierownicy pojazdu znajduje się kilka elementów, które ułatwiają skręcanie i precyzyjne kierowanie pojazdem. Stare samochody miały ogromne kierownice i wymagały dużo siły, aby zarządzać ręcznym układem kierowniczym. Dzięki technologii nowoczesne pojazdy są znacznie łatwiejsze do skręcania i kierowania.
Mechanik samochodów. Elementy układu wspomagania
Główne elementy układu wspomagania kierownicy między kierownicą a przekładnią kierowniczą obejmują samą kierownicę, kolumnę kierownicy, sprzęg kierownicy, przekładnię kierowniczą, węże wspomagania kierownicy i pompę wspomagania kierownicy. Zazwyczaj układ wspomagania kierownicy był hydrauliczny, ale elektryczne układy wspomagania kierownicy stają się coraz bardziej powszechne. Elektryczne systemy wspomagania kierownicy składają się z dodatkowych elementów, w tym różnych czujników, przewodów, siłowników, silników i elektronicznej jednostki sterującej.
W pojazdach występują trzy podstawowe typy układów wspomagania kierownicy: hydrauliczne wspomaganie kierownicy (HPS), elektryczne wspomaganie układu kierowniczego (EPHS) oraz w pełni elektryczne wspomaganie kierownicy (EPS). Zarówno elektryczne, jak i elektroniczne wspomaganie kierownicy odnoszą się do tego samego systemu.
Hydrauliczne wspomaganie kierownicy (HPS) wykorzystuje ciśnienie hydrauliczne dostarczane przez pompę napędzaną silnikiem, znaną jako pompa wspomagania kierownicy, aby wspomagać ruch obrotowy kierownicy. Pompa wspomagania kierownicy jest obracana przez napęd akcesoriów lub pasek serpentynowy i dostarcza płyn pod ciśnieniem do przewodu wspomagania kierownicy po stronie wysokiego ciśnienia, który dostarcza go do wejściowej strony zaworu sterującego wspomagania kierownicy przy przekładni kierowniczej. Płyn wspomagania kierownicy jest pobierany ze zbiornika płynu wspomagania kierownicy, który jest utrzymywany na odpowiednim poziomie przez wąż wspomagania kierownicy po stronie niskiego ciśnienia, który zwraca płyn z przekładni pod znacznie niższym ciśnieniem.
HPS ma wiele wad. Ponieważ pompa wspomagania kierownicy, wyposażona w większość pojazdów, pracuje stale i przez cały czas pompuje płyn, marnuje moc. Ta zmarnowana moc przekłada się na zmarnowane paliwo i wyższe emisje. Ponadto system ten jest podatny na przecieki i hałasy i często powoduje awarię z powodu zerwania paska.
Elektryczne wspomaganie hydraulicznego układu kierowniczego (EPHS) to hybryda układu hydraulicznego i elektrycznego. W tym systemie pompa hydrauliczna czerpie energię z silnika elektrycznego zamiast paska napędzanego silnikiem. W EPHS zwykłe paski napędowe i koła pasowe, które napędzają pompę wspomagania kierownicy, zostały zastąpione silnikiem bezszczotkowym. Wspomaganie kierownicy jest napędzane przez ten silnik elektryczny, co zmniejsza ilość mocy, którą należy pobrać z silnika.
W układzie elektrycznego wspomagania kierownicy (EPS) silnik elektryczny zastępuje pompę hydrauliczną i powstaje w pełni elektryczny układ wspomagania kierownicy. Silnik elektryczny jest przymocowany do drążka kierowniczego lub do kolumny kierownicy. Elektroniczna jednostka sterująca kontroluje dynamikę kierowania. EPS jest często preferowanym systemem, ponieważ zapewnia lepszą oszczędność paliwa i niższe emisje.
EPS zapewnia wiele dodatkowych korzyści. Poziom wspomagania zapewnianego przez EPS można łatwo dostosować do typu pojazdu, prędkości na drodze, a nawet preferencji kierowcy. Kolejną korzyścią jest eliminacja zagrożeń środowiskowych związanych z wyciekiem i utylizacją płynu hydraulicznego wspomagania kierownicy. Ponadto wspomaganie elektryczne nie zostaje utracone, gdy silnik ulegnie awarii lub zgaśnie, natomiast wspomaganie hydrauliczne przestaje działać, gdy silnik się zatrzyma.
Projektowane i wdrażane są również systemy sterowania „steer-by-wire” lub „drive-by-wire”. Systemy te eliminują mechaniczne połączenie między kierownicą a układem kierowniczym, zastępując je czysto elektronicznym systemem sterowania. Ten system zwalnia dużo miejsca w desce rozdzielczej, którą można wykorzystać na inne rzeczy.
Przekładnie kierownicze
Istnieją dwa główne typy przekładni kierowniczych stosowanych w większości nowoczesnych pojazdów: przekładnia kierownicza z zębatką i przekładnia z kulką recyrkulacyjną. Styl zębatkowy jest zdecydowanie najbardziej powszechny, ale kula recyrkulacyjna jest nadal używana w niektórych ciężarówkach i cięższych pojazdach i zawsze wykorzystuje ramię Pitmana do przenoszenia ruchu na układ kierowniczy.
Zębatkowa przekładnia przekłada ruchy kierownicy na ruch przednich kół w celu skręcania. W tym systemie zębnik jest połączony z wałem kierowniczym, co oznacza, że gdy kierownica jest obracana, obraca zębnik ruchem okrężnym, a następnie porusza zębatką ruchem liniowym. Zasadniczo wykorzystuje ruch obrotowy kierownicy, a następnie przekształca ten ruch obrotowy w ruch liniowy, który jest wymagany do skręcania kół. Na obu końcach zębatki kierownicy znajdują się gumowane plastikowe mieszki, które mocują się do korpusu zębatki i ruchomej części zębatki, aby zapobiec przedostawaniu się kurzu i zanieczyszczeń do zębatki i zębnika.
Przekładnia kierownicza z kulką z recyrkulacją przekłada również ruch kierowany przez kierowcę na ruch kół w celu skręcania. W tym systemie skrzynka mocowana jest na napędzie ślimakowym, który zawiera wiele łożysk kulkowych. Te łożyska kulkowe krążą wokół napędu ślimakowego i przemieszczają się do kanału recyrkulacji, a następnie z powrotem do napędu ślimakowego. Gdy kierownica jest obracana, napęd ślimakowy obraca się i zmusza kulki do dociskania do kanału wewnątrz nakrętki.