Typy układów kierowniczych

person Andrzej Cichoń 6/11/2019

Na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci układy kierownicze w samochodach osobowych przeszły szereg modyfikacji. Dlatego dziś skręcanie pojazdem jest łatwiejsze.

Przekładnie kierownicze stosowane w samochodach osobowych mają stosunkowo prostą konstrukcję mechaniczną. Co ciekawe, konstrukcja ta nie uległa większym zmianom w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat. Jedyną poważną zmianą było stopniowe zastępowanie przekładni kierowniczych ślimakowych przekładniami z listwą zębatą. Miało miejsce w drugiej połowie XX w. i obecnie trudno spotkać samochód osobowy posiadający przekładnię kierowniczą inną niż zębatkowa.

 

Przyczyniły się do tego dwie główne zalety tego rozwiązania – prosta i kompaktowa budowa samej przekładni, oraz możliwość uproszczenia części układu kierowniczego znajdującej się poza przekładnią. W rozwiązaniu z listwą zębatą zazwyczaj mamy dwa wewnętrzne drążki kierownicze (prawy i lewy) połączone poprzez przeguby kuliste z przekładnię. Drążki wewnętrzne łączą się z końcówkami drążków, a te poprzez przegub kulisty ze zwrotnicą. Jak wiemy wszelkiego rodzaju przeguby kuliste są najbardziej newralgicznym elementem podwozia samochodu ze względu na możliwość pojawienia się w nich luzów. Dla przykładu w rozwiązaniach z przekładnią ślimakową przegubów kulistych znajdowało się zazwyczaj sześć. Dodatkowo potrzebny był jeszcze tzw. wspornik układu kierowniczego, który także podlegał zużyciu.

 

Tak więc zastosowanie przekładni z listwą zębatą pozwoliło na zmniejszenie masy i wymiarów poszczególnych elementów układu, a także ograniczyło koszty ewentualnych napraw.
Obecnie jednym z głównych trendów w konstrukcji samochodów jest zwiększenie komfortu ich użytkowania. Dotyczy to także układów kierowniczych. Naturalnym krokiem jest dążenie do zredukowania siły potrzebnej do obracania kołem kierownicy i wprowadzenie układów wspomagania. Początkowo mogliśmy je spotkać tylko w pojazdach klasy wyższej, a obecnie jest to standardowe wyposażenie praktycznie wszystkich nowych pojazdów.

 

O ile sama idea mechaniczna układów kierowniczych nie ulega większym zmianom konstrukcyjnym, to w układach wspomagania dokonał się ogromny postęp.
Pierwszym i do dziś spotykanym rozwiązaniem jest wspomaganie hydrauliczne. W tym rozwiązaniu listwa zębata przekładni jest zintegrowana z siłownikiem hydraulicznym Jako źródło ciśnienia służy pompa (najczęściej łopatkowa) napędzana paskiem napędu pomocniczego. Rozwiązanie to utrzymuje się tak długo, ponieważ jest proste i bardzo mało awaryjne. Pompy praktycznie się nie psują, jedynie w mocno wyeksploatowanych autach pojawiają się usterki typu głośna praca czy wycieki.

 

W przekładniach kierowniczych najczęstszą usterką są wycieki z uszczelniaczy listwy. Wycieki te są zazwyczaj wynikiem uszkodzenia harmonijkowych osłon wewnętrznych drążków kierowniczych (zwanych popularnie manszetami). Przez uszkodzoną osłonę dostaje się piasek i niszczy uszczelnienia. Wczesne wykrycie usterki i niezwłoczna wymiana uszkodzonej osłony zapewni bezawaryjną pracę przekładni przez długi czas. Podstawową wadą wspomagania hydraulicznego jest to, że pompa jest napędzana cały czas i pochłania pewną ilość energii niezależnie od tego czy kręcimy kierownicą, czy nie. Ograniczone są też możliwości sterowania wydajnością wspomagania.

 

Wady te zostały wyeliminowane w kolejnym rozwiązaniu, jakim jest wspomaganie elektrohydrauliczne. Podstawową zmianą jest w tym rozwiązaniu to, że pompa napędzana jest nie paskiem, a silnikiem elektrycznym. Gdy nie kręcimy kierownicą, to pompa nie pracuje i nie ma strat energii. Dużo większe są też możliwości sterowania wydajnością wspomagania (tzw. wspomaganie adaptacyjne,gdzie siła wspomagania zależy od prędkości jazdy).We wspomaganiu elektrohydraulicznym pompa może być zabudowana bezpośrednie na przekładni kierowniczej (takie rozwiązanie stosuje np. Opel) lub stanowić osobny podzespół (np. VW, Ford, Volvo). Podstawową zaletą pierwszego rozwiązania jest to, że wyeliminowano przewody hydrauliczne, jednak zintegrowanie pompy z przekładnią podniosło koszty napraw, ponieważ w razie awarii najczęściej wymienić trzeba cały podzespół, a nie np. samą pompę, czy przekładnię.

 

Jeśli pompa stanowi osobny podzespół, to najczęściej konstruktorzy umieszczają ją w przedniej części nadwozia nisko pod zderzakiem. Takie rozwiązanie wymusza zastosowanie dość długich przewodów hydraulicznych. Istnieje też ryzyko uszkodzenia pompy przez najechanie na wysoki krawężnik ( takie usterki zdarzają się np. w sam. VW Polo).

 

Poza pompą elektryczną ten typ wspomagania musi posiadać także sterownik (zabudowany najczęściej w module pompy) i dodatkowe czujniki (np. kąta skrętu kierownicy, prędkości pojazdu).

 

Jeśli chodzi o usterki w tego typu wspomaganiach, to najczęściej są one typu elektrycznego. Uszkodzeniu ulegają zarówno pompy i zabudowane w nich sterowniki, jak i czujniki kąta skrętu.Objawy usterki mogą być różne – całkowity lub okresowy zanik wspomagania, a w niektórych przypadkach ciągłą praca pompy nawet po wyłączeniu silnika.Według producentów pojazdów uszkodzenie pompy lub sterownika oznacza konieczność wymiany całego podzespołu, co niesie za sobą spore koszty. Na rynku jest jednak wiele firm z dużym powodzeniem wykonujących regenerację tych podzespołów.

 

Dość częste są też awarie czujników kąta skrętu kierownicy. Czujniki te mogą stanowić osobny i wymienny element lub być zintegrowane np. z modułem przełączników zespolonych znajdujących się pod kierownicą. W tym drugim przypadku także można skorzystać z usług firm zajmujących się regeneracją, co pozwoli znacznie ograniczyć koszty naprawy. Jeśli czujnik stanowi oddzielny element, to zazwyczaj jego wymiana jest dość prosta i niezbyt droga. Przy okazji czujników kąta skrętu warto też wspomnieć o ich kalibracji. Kalibracja może być konieczna zarówno po wymianie czujnika, jak i po innych naprawach wykonywanych w układzie kierowniczym i zawieszeniu. W zależności od producenta układu do wykonania kalibracji może być potrzebny tester diagnostyczny lub nie. W tym drugim przypadku może wystarczyć jazda próbna lub wykonanie określonych czynności (np. skręcenie kierownicą od oporu do oporu).

 

O usterce w tym typie wspomagania kierowca informowany jest także przez zaświecenie odpowiedniej kontrolki w zestawie wskaźników. Zazwyczaj układy te posiadają samodiagnozę i przy pomocy testera diagnostycznego można odczytać usterki zapisane w pamięci błędów, co znacznie upraszcza proces naprawy. Warto też wspomnieć, że przyczyną braku wspomagania w tym rozwiązaniu może być uszkodzenie alternatora.

 

Obok usterek elektrycznych w tym typie wspomagania mogą się zdarzyć także wycieki z przekładni kierowniczej. W tym przypadku możemy zamontować nową przekładnię lub zregenerować zużytą. Pierwszym objawem wycieków z przekładni może być konieczność uzupełnienia płynu hydraulicznego. W tego typu układach nie są to typowe płyny ATF, lecz dedykowane produkty.

 

Trzecim rozwiązaniem są wspomagania elektromechaniczne. Nie ma w nich układu hydraulicznego, a moment obrotowy wspomagający kierowcę generuje silnik elektryczny. Zazwyczaj jest on zabudowany na wałku łączącym kierownicę z przekładnią kierowniczą.
Podobnie jak w przypadku układu elektrohydraulicznego tutaj też można realizować dodatkowe funkcje w postaci zmiennej siły wspomagania. W rozwiązaniu tym możliwa jest też sytuacja, gdy silnik elektryczny skręca kołami bez udziału kierowcy. Jest to już wykorzystywane w seryjnych samochodach, które same wykonują manewr parkowania. Jest to duży krok w kierunku pojazdów autonomicznych.

 

Jak pokazała praktyka układy elektromechaniczne są stosunkowo mało awaryjne. Tutaj jednak także wystąpienie usterki może oznaczać konieczność wymiany całego podzespołu – taki sposób naprawy zalecają producenci pojazdów. Podobnie jak przy układach elektrohydraulicznych tutaj także są firmy oferujące usługę regeneracji. Patrząc na wszystkie opisane układy kierownicze łatwo zauważyć, że posiadają one wspólną cechę, jaką jest mechaniczne połączenie koła kierownicy z przekładnią, a przekładni z kołami. Z punkty widzenia technicznego możliwe jest zbudowanie układu, w którym kierowca kręcąc kierownicą będzie wysyłał jedynie sygnał do układu wykonawczego skręcającego koła. Podstawową problemem we wprowadzeniu tego rozwiązania do produkcji seryjnej jest zapewnienie jego bezawaryjności. W samochodach autonomicznych układy takie zapewne się pojawią i wyeliminują stosowane obecnie rozwiązania mechaniczne.

 

Zdjęcie główne: BMW

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.