differenciálművek (Torsen = Torque Sensing)
3. Elektrohidraulikus szervokormány EPHS
Angol rövidítése és elnevezése EPHS, vagyis Electrically Powered Hydraulic Steering. A kilencvenes évek végétől szerelik be a különböző gépkocsikba. Kezdetben kisebb városi autókban jelent meg, később aztán a nagyobb teljesítményű villanymotoros szivattyúk kifejlesztése után a felsőbb osztályban is alkalmazták.
Hamarosan megjelent a SUV kategóriában és a kis teherautókban is.
Az elektrohidraulikus szervokormány legfőbb előnye az, hogy a hagyományos ékszíjjal a belsőégésű motor főtengelyéről hajtott változathoz képest 0,3 l/100 km hajtóanyag megtakarítást tesz lehetővé.
További előnyei:
• A szállított olaj mennyiség a működtető elektronika segítségével a pillanatnyi igényeknek megfelelően szabályozható és ezért kisebb mennyiség is elegendő.
• Amikor a belsőégésű motor nem működik, akkor is van kormányrásegítés (hibrid, illetve elektromos hajtású gépkocsik).
• A rásegítési karakterisztika az elektronika programozása révén könnyen illeszthető a különböző gépkocsi változatokhoz.
• Az átlagos térfogatáram: 2,6 – 5,2 l/perc
• A legnagyobb térfogatáram: 6,9 l/perc
• A szervokormány fogaslécén kifejtett legnagyobb erő: 9000 N
Az elektrohidraulikus szervokormánnyal elérhető széndioxid kibocsátás csökkenés a hagyományos változathoz képest: 3,9%.
6.15. ábra - Az EPHS szervokormány rendszer működési elve.
6.16. ábra - A TRW által gyártott szervo-szivattyú működési karakterisztikája.
A korszerű, elektronikával vezérelt villanymotoros hajtású szervo-szivattyúknál megvalósítják az úgynevezett
„stand by” üzemmódot. Ez a megoldás az energia megtakarítás és a káros anyag kibocsátás szempontjából is fontos. Amikor az elektronika azt érzékeli, hogy nem mozdul a kormánykerék és a gépkocsi álló helyzetben van a villanymotor az üzemi értéknél kisebb fordulatszámon fog működni. Ez az állapot addig tart, amíg a fenti üzemi jellemzők valamelyikében nem következik be változás. Az üzemállapot megváltozásának pillanatában bekövetkezik a szivattyú újraindítása normál üzemi fordulatszámon. Az ekkor megvalósuló térfogatáramot nem csak a motor fordulatszáma, hanem a szivattyú szállítási teljesítménye is befolyásolja.
6.17. ábra - A „stand by” üzemmód után a szivattyú újraindítás jellemzőjének két
különböző szállítási karakterisztikája.
3.2. TRW elektrohidraulikus szervokormány szivattyúja és elektronikája
Ez az amerikai nagyvállalat az első hidraulikus szervokormányát 1998-ban hozta piacra. Nagy sorozatú beépítése az Opel Astra-ban volt. Az elektronika 12 V –os villanymotort működtet, mely a szivattyút hajtja, a szükségletnek megfelelően be-, kikapcsolja. Tüzelőanyag megtakarítás és CO2 emisszió csökkentés érhető el vele. Az elektromechanikus változattal további energia megtakarítás és emisszió csökkentés is elérhető.
6.18. ábra - Villanymotorral és az elektronikával egyetlen közös egységet alkotó fogaskerekes szervo-szivattyú.
3.3. Az EPHS szervokormány rendszer felépítése és működése
Electrically Powered Hydraulic Steering rendszert építenek be például az Audi A2 típusú gépkocsiba, mely két főbb egységből áll:
1. működtető elektronikával egybe épített szivattyú, 2. hidraulikus szervokormány.
A szervo-szivattyú egység részei:
• olajtartály,
• fogaskerék szivattyú a villanymotorral,
• elektronika.
Az egység elhelyezés a gépkocsiba olyan, hogy az olajtartály feltöltése, illetve utántöltés előtt a bal oldali fényszórót ki kell szerelni. Azért igyekeznek az utastértől minél messzebb elhelyezni a szivattyút, hogy a működési zaj távol tartható legyen. A tartályról a csőcsatlakozókat nem szabad leszerelni.
A szivattyú egységre szerelt szervokormány elektronika folyamatosan kiértékeli a bemeneti adatokat, melyek a következők:
• motor fordulatszám,
• gépkocsi sebesség,
• kormánykerék helyzete, illetve elfordítási sebessége,
A fogaskerék szivattyú hajtása a menetsebességtől és kormányzási helyzettől függ. A gépkocsi többi elektronikus rendszerével a kommunikáció és diagnosztika a hajtáslánc CAN hálózatán keresztül történik. A hibajelzés a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámpa segítségével történik. A kormánykerék elfordításának szögsebességétől és gépkocsi sebességétől függ a rásegítés. A fogaskerék szivattyú bekapcsolt gyújtásnál és járó motornál működik. Az elektronika szabályozza a villanymotor fordulatszámát és ezzel a szállított olaj térfogatáramát. Ismételt bekapcsolás ellen védett (például hiba és ütközés esetén). A szivattyú kikapcsol a gyújtás kikapcsolásakor. Túlmelegedés esetén csak 15 perc elteltével indul újra.
6.19. ábra - Elektrohidraulikus szervokormány rendszer.
A szervokormány a hagyományos kivitelnek annyiban felel meg, hogy a torziós rúd egyik végéhez a forgó vezérlő tolattyú, a másikhoz a fogaskerék és a vezérlő hüvely csatlakozik.
6.20. ábra - Elektrohidraulikus fogasléces szervokormány.
3.4. A hidraulikus szervokormány vezérlő tolattyúja
A hidraulikus szervokormányoknál úgy a haszonjárműveknél, mint a személyautóknál a rásegítés szabályozására vezérlő tolattyút alkalmaznak. Ez a kormánykerék tengelyéhez csatlakozik.
A vezérlő tolattyú helyzete egyenes menetben:
Egyenes menetben a szervokormány torziós rúdjára nem hat nyomaték. Ezért a forgó tolattyú és a vezérlő hüvely is semleges, középhelyzetben van. Egyik csatornánál sem alakul ki fojtás. A szögelfordulás érzékelő nem ad elmozdulási jelet. Az olaj szinte nyomásmentesen átáramlik a vezérlő tolattyún és vissza jut az olaj tartályba.
Nagy térfogatáram alakulhat ki, de szinte nyomásmentes a rendszer.
6.21. ábra - A hidraulikus szervokormány vezérlő tolattyúja egyenes meneti helyzetben.
Ba lra kanyarodáskor a vezérlő tolattyú:
A torziós rúd elcsavarodása miatt egymáshoz képest elfordul a forgó tolattyút és a vezérlő hüvely. Kialakul egy bizonyos fojtás, ami nyomásnövekedéssel jár. A vezérlő hornyok a jobb oldali munkahengert összekötik a visszafolyó ággal. Az olaj nyomással áramlik a másik oldali munkahengerbe és a szervokormány ballra kormányoz.
Ezzel egy időben a tolattyú zárja a bal oldali munkahenger nyomó ágát és nyitja a visszafolyót. Így a jobb oldali munkahenger kinyomja az olajat a bal oldaliból.
Ha kormányzási folyamat befejeződik, a torziós rúd visszaállítja a tolattyút semleges helyzetbe és ismét lecsökken az olajnyomás.
6.22. ábra - A vezérlő tolattyú balra kanyarodáskor.
3.5. Kapacitív működésű szögjel adó
A kormánykerék tengelyére szerelik fel az érzékelő forgó részét. Ez az állórészbe szerelt 9 db kondenzátor fegyverzete felett fordul el elkormányzáskor. Emiatt bizonyos szegmenseknél változni fog a kapacitás. Ebből számítja ki az érzékelő elektronikája a kormánykerék pillanatnyi szöghelyzetét és az elfordítás sebességét.