Lab. Wysocki.docx

T: Badanie układu elektrohydraulicznego i elektrycznego wspomagania układu kierowniczego

Sprawdzenie stanu technicznego hydraulicznego mechanizmu wspomagającego wykonuje się metodami:

·    organoleptycznymi (oględziny zewnętrzne),

·    przyrządowymi.

Podczas oględzin zewnętrznych należy sprawdzić: kompletność, zamocowanie i stan zewnętrzny elementów, działanie mechanizmu, szczelność, poziom płynu w zbiorniku oraz naciągnięcie paska klinowego napędu pompy.

Do zasadniczych parametrów określających stan techniczny mechanizmu wspomagającego należą:

·    ciśnienie robocze w mechanizmie wspomagania,

·    natężenie przepływu (wydatek) oleju oraz temperatura oleju w czasie pomiaru,

·    prędkość obrotowa pompy (lub wału korbowego silnika przy znanym przełożeniu napędu pompy)

·    szczelność (spadek ciśnienia w funkcji czasu).

Podstawowym parametrem jest ciśnienie robocze, którego maksymalna wartość może zawierać informacje diagnostyczne o stanie technicznym pompy, o regulacji zaworu przelewowego (bezpieczeństwa), o szczelności połączeń instalacji oraz wewnętrznej szczelności siłownika.

Do przyrządowego diagnozowania instalacji hydraulicznych stosuje się: manometry (umożliwiające pomiar chwilowej wartości ciśnienia cieczy w układzie), przenośne przyrządy kasetowe (umożliwiające badanie instalacji hydraulicznej)

Umożliwiają pomiar ciśnienia roboczego, wydatku pompy, temperatury cieczy, prędkości obrotowej pompy, spadku ciśnienia w określonym czasie.

Głównym celem wyposażania układu kierowniczego samochodu w mechanizmy wspomagające jest zmniejszenie wysiłku kierowcy, przede wszystkim w czasie postoju i manewrowania przy małej prędkości jazdy, kiedy moment oporu skrętu kół jest największy. Wprowadzenie wspomagania daje możliwość zmniejszenia przełożenia, a tym samym zwiększenia czułości kinematycznej układu. W przypadku uszkodzenia mechanizmu wspomagającego zapewniona jest niezmieniona kierowalność pojazdu, z tym, że przyłożona do koła kierownicy siła musi być większa.

Ogólna zasada działania:

W przekładniach z wbudowanym mechanizmem wspomagającym następuje sumowanie energii włożonej przez kierowcę z energią z dodatkowego źródła, jakim jest układ wspomagający. Praca kierowcy staje się lżejsza, a kierowanie pojazdem bardziej komfortowe.

Przekładnie wspomagane dzielimy, w zależności od rodzaju nośnika energii, na:

·         hydrauliczne,

·         elektrohydrauliczne,

·         elektryczne

·         pneumatyczne.

Najbardziej powszechne i ciągle unowocześniane są mechanizmy wspomagające hydrauliczne, elektrohydrauliczne i elektryczne. Zaletami hydraulicznych mechanizmów wspomagających są: tłumienie drgań, minimalne opóźnienie wspomagania, łatwość sterowania oraz stosunkowo proste powiązanie układu sterującego z przekładnią mechaniczną.

Wspomaganie hydrauliczne

W systemie takim napędzana przez silnik pompa wspomagania pozwala uzyskać odpowiednie ciśnienie w układzie wspomagania. Dzięki zastosowaniu zaworu ciśnieniowego ciśnienie to jest niezależne od obrotów silnika.

Składa się z: pompy hydraulicznej, przekładni siłowników, przewodów wysokociśnieniowych.

Pompa napędzana przez silnik pracuję cały czas. Wytwarza wysokie ciśnienie do 10 (Mpa). Powyższy układ powoduje straty mocy oraz zwiększa zużycie paliwa do ok. 0,5 litra na 100 (km).

Wspomaganie ujawnia swoje działanie tylko podczas ruchów kierownicą. Podczas skrętu wytworzone w układzie ciśnienie „pomaga” kierowcy wykonać odpowiedni ruch kierownicą.

W nowoczesnych rozwiązaniach wspomaganie działa ze zmienną siłą. Specjalne zawory obniżają ciśnienie w układzie wraz ze wzrostem prędkości. Pozwala to uzyskać kierowcy odpowiednią kontrolę nad kołami pojazdu.

Wspomaganie elektrohydrauliczne

Zasada ich działania jest identyczna jak systemów hydraulicznych z tą różnicą, że pompa wspomagania jest napędzana silnikiem elektrycznym.

Główną zaletą takiego systemu w stosunku do systemów hydraulicznych jest oszczędność paliwa. Pompa hydrauliczna jest na stałe połączona z silnikiem co powoduje, że musi cały czas pracować, mimo, że nie jest potrzebna. Wspomaganie elektryczne gdy nie jest potrzebne nie zużywa zupełnie „zasobów” samochodu.

Wspomaganie elektryczne

W systemie tym urządzeniem, które pomaga kierowcy kręcić kierownicą jest silnik elektryczny. Silnik ten jest uruchamiany w odpowiednim momencie dzięki systemowi czujników.

Podobnie jak w układzie mechanicznym siła takiego wspomagania może być zmienna. Uzyskanie tego efektu jest jednak łatwiejsze.

Zasada działania:
W zależności od potrzeb kierowcy, wymaganego momentu na kole kierownicy i prędkości pojazdu, centralka sterowania elektrycznej przekładni kierowniczej steruje silnikiem elektrycznym, który wspomaga kolumnę kierownicy w obrotach. Poprzez mechanizm ślimakowy silnik przekazuje moment na kolumnę kierownicy zmniejszając siłę przy skręcaniu. Wspomaganie dokonuje także powrotu aktywnego koła kierownicy w zależności od kąta skrętu w stosunku do jego połażenia środkowego. Im większy kąt skrętu tym większe obciążenie silnika dla wyrównania kół.

Zalety:

·       niezależność od działania napędowego silnika samochodu (łatwość skręcania kół na postoju przy silniku nie pracującym),

·       zmniejszenie zużycia paliwa,

·       zmniejszenie ilości części w układzie (eliminacja pompy i jej napędu, zbiornika na ciecz, siłownika hydraulicznego, przewodów),

·       łatwość regulacji i powiązania siły wspomagania z prędkością jazdy bądź obciążeniem,

·       zwarta budowa,

·       łatwość eksploatacji.

Wadami natomiast są:

·       mała moc układu zasilanego prądem o napięciu 12 V (możliwość stosowania w pojazdach małych o niewielkich obciążeniach osi),

·       obecnie wysokie jeszcze koszty produkcji.

Istnieją trzy podstawowe koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych układów kierowniczych ze wspomaganiem elektrycznym. Różnią się one umiejscowieniem elektrycznego silnika mechanizmu wspomagającego:

·  na wale kolumny kierowniczej z boku; przeniesienie mocy od silnika elektrycznego następuje przez przekładnię ślimakową na wał kolumny kierowniczej,

·  z boku przekładni kierowniczej; moc od silnika przekazywana jest przez dodatkową przekładnię mechaniczną połączoną bezpośrednio z kółkiem zębatym przekładni kierowniczej,

·  wprost na przekładni kierowniczej, koncentrycznie w stosunku do listwy zębatej; pozwala to na bezpośrednie zasilanie układu kierowniczego oraz na zminimalizowanie oddziaływania siły bezwładności.

Do sterowania silnikiem elektrycznym układ wspomagania wykorzystuje następujące czujniki:

·  momentu obrotowego, który mierzy moment potrzebny do skręcenia kołem kierownicy,

·  kąta obrotu koła kierownicy,

·  napięcia prądu,

·  natężenia prądu,

·  prędkości jazdy samochodu.

Diagnostyka

Elektryczne wspomaganie układu elektrycznego jest wyposażone w samodiagnozę i pamięć niesprawności. Do diagnozowania całego systemu elektrycznego układ posiada 16 stykowe gniazdo diagnostyczne.

Podstawowe elementy układu, które należy zdiagnozować przed podjęciem decyzji o ewentualnej wymianie zespołu wspomagania kierownicy:

·  Sprawdzić zasilanie podłączając woltomierz. Obrócić kluczyk i odczytać napięcie akumulatora -12(V),

·  Sprawdzić połączenie z masa, tj. ciągłość połączenia pomiędzy stykiem konektora i masą,

·  Jeżeli występuje brak elektrycznego wspomagania kierownicy z zapaleniem się sygnalizacji awarii należy sprawdzić za pomocą przyrządu w węźle elektrycznej kierownicy, czujnik pozycji, momentu kolumny, ewentualna usterka akumulatora.

Należy pamiętać, że podczas wymontowywania i zamontowania układu wspomagania, układ kierowniczy musi być zablokowany

w środkowym położeniu. Ważne jest to by czujnik koła skrętu znajdował się dokładnie w położeniu środkowym, gdy koła są ustawione do jazdy na wprost.

Zalety wspomagania elektrycznego w porównaniu ze wspomaganiem hydraulicznym:

•          urządzenie posiada mniejszą ilość elementów a zatem mniejszy ciężar zespołu,

•          łatwiejsza obsługa w krótszym czasie

•          wspomaganie elektryczne  pochłania  energię  silnika tylko wtedy  kiedy żądane jest wspomaganie kierownicy, zmniejszając zużycie paliwa i emisję zanieczyszczeń,

•          zmniejszenie zanieczyszczeń (energia elektryczna jest czysta);

•          tłumienie drgań w układzie kierownicy - mniejsza hałaśliwość

wspomaganie selekcyjne

Wymagania

Mechanizmy wspomagające powinna cechować wysoka czułość i dokładność oraz trwałość i niezawodność działania. Powinny także zapewniać:

•      dodatkowe zmniejszenie siły na kierownicy,

•      samopowracalność kół kierowanych po chwilowym zakłóceniu prostoliniowego kierunku jazdy w całym zakresie prędkości pojazdu,

•      odczuwanie na kole kierowniczym reakcji oddziaływania drogi,

•      możliwość prowadzenia pojazdu w razie awarii układu wspomagającego. Ocenę jakości wspomagania układu kierowniczego można przeprowadzić według poniższych wskaźników:

•      wartość współczynnika wspomagania,

·         czułość działania mechanizmu.

Obowiązek wyposażenia pojazdów samochodowych w układy kierownicze z mechanizmami wspomagającymi występuje jedynie w przypadku przekroczenia nacisku 45 kN na osi kierowanej (lub przekroczenia tej wartości przez sumę nacisków na kilku osiach kierowanych). Mechanizmy wspomagające stosowane są jednak powszechnie nawet w średnich i małych samochodach osobowych.

Układ kierowniczy – mechanizm stosowany w pojazdach, wykorzystywany do zamierzonych zmian i bieżącego korygowania kierunku jazdy. Powinien umożliwiać kierowcy:

·       precyzyjne sterowanie kołami pojazdu w całym zakresie uzyskiwanych prędkości,

·       natychmiastowe reagowanie na zmieniające się warunki ruchu drogowego, oraz zapewniać:

·       komfort pracy,

·       warunki czynnego i biernego bezpieczeństwa jazdy.

Wymagania związane z zapewnieniem bezpieczeństwa i komfortu pracy kierowcy wymuszają ograniczenie wartości sił występujących na kierownicy, zmniejszenie oporów skrętu kół, zwiększenie czułości układu, zmniejszenie drgań i wibracji przenoszonych z jezdni na koło kierownicze. Należy zaznaczyć, że opory skrętu kół kierowanych wokół osi zataczania zwrotnicy rosną wraz ze zwiększeniem się obciążeń przypadających na osie kierowane, co jest szczególnie zauważalne w samochodach ciężarowych i autobusach. W związku z powyższym pomiędzy kołami kierowanymi a kołem kierowniczym zabudowuje się coraz bardziej skomplikowane układy, dopasowujące możliwości człowieka do wyżej przytoczonych wymagań.

Układy kierownicze umożliwiają w miarę skutecznie rozwiązywanie następujących problemów związanych z kierowaniem pojazdami:

·       zróżnicowanie kątów skrętu poszczególnych kół (uzyskiwane dzięki odpowiedniej geometrii układu drążków kierowniczych i ramion zwrotnic);

·       samoczynne utrzymywanie kierunku jazdy na wprost i samoczynny powrót układu do położenia neutralnego po wykonaniu skrętu (uzyskiwany wskutek odchylenia osi obrotu zwrotnic od pionu -kąty pochylenia i wyprzedzenia osi zwrotnic oraz wskutek oddalenia tych osi od kół kierowanych -promień zataczania w płaszczyźnie jezdni i przesunięcie koła);

·       zmniejszenie wysiłku kierowcy potrzebnego do skutecznego kierowania pojazdem (uzyskiwane dzięki specjalnym konstrukcjom przekładni kierowniczych i dodatkowo montowanym urządzeniom wspomagającym).

Zadania stawiane układom kierowniczym, wynikające z istnienia momentu oporu skrętu kół, występowania momentów stabilizacji, ograniczenia dopuszczalnych sił na kole kierowniczym oraz maksymalnej liczby obrotów i szybkości, z jaką kierowca jest w stanie obracać kołem kierownicy, stanowią podstawowe kryteria uwzględniane przy projektowaniu przekładni kierowniczych. Każda mechaniczna przekładnia kierownicza może być przekładnią wspomaganą. Różnica między przekładnią wspomaganą a zwykłą polega na tym, że w przekładni wspomaganej zostaje zainstalowane dodatkowe źródło energii, które stanowi zasilanie układu wspomagającego