Aktywne układy kierownicze - jak to działa?

Wspomaganie kierownicy to wynalazek mający już ponad wiek, nic dziwnego więc, że doczekało się kilku udoskonaleń. W tradycyjnych rozwiązaniach ze stałym przełożeniem wynosiło ono około 1:18. Oznacza to, że przekręcenie kierownicy o 18 stopni skutkowało zmianą położenia kół o jeden stopień. Tymczasem np. podczas parkowania optymalnym przełożeniem jest wartość około 1:10, zapewniająca łatwe manewrowanie.

Jazda samochodem z takim przełożeniem z większą prędkością byłaby wręcz niemożliwa. Aby poruszać się na wprost, konieczne byłoby ciągłe kontrowanie kierownicy. Dlatego wraz z prędkością przełożenie powinno się zwiększać. Przy prędkości 100 km/h dobrze, aby wynosiło około 1:25. Stałe przełożenie było kompromisem między zwrotnością a statecznością auta.

Wspomaganie kierownicy w autach osobowych realizowane jest w praktyce na trzy sposoby. Hydrauliczne układy wspomagania są zastępowane układami elektrycznymi ze sterowaniem elektronicznym lub układy mieszane - elektrohydrauliczne. W układzie mieszanym pompa hydrauliczna napędzana jest silnikiem elektrycznym. Coraz szerzej stosowany jest układ elektryczny.

W 1981 roku opatentowano w USA elektryczne wspomaganie układu kierowniczego, a w 1988 roku elektryczne wspomaganie znalazło zastosowanie w małym aucie Suzuki. Dlaczego elektryczne wspomaganie jest coraz bardziej popularne? Mówiąc krótko, jest to układ prosty w budowie i lżejszy od hydraulicznego. Jest przy tym tańszy, bezawaryjny i bardziej precyzyjny.

Składa się z silnika elektrycznego połączonego sprzęgłem z przekładnią redukcyjną i wałem kierownicy. Osobną częścią jest elektronika wyposażona w czujniki określające siłę przyłożoną do kierownicy oraz kąt skrętu.

W porównaniu z układem hydraulicznym elektryczny pracuje i zużywa energię tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Dzięki temu spalanie może być mniejsze nawet do ok. 5 proc. (w porównaniu z układem hydraulicznym). Układ elektryczny jest przy tym niemal dwukrotnie lżejszy (ok. 7 kg) od hydraulicznego, a jego główny element – silnik elektryczny – można zabudować poza komorą silnikową, na samym wale kierowniczym.

Całym układem steruje komputer zbierający i analizujący sygnały płynące z czujników siły, prędkości jazdy i obciążenia silnika. Działanie układu polega na włączeniu wspomagania po wykryciu przez komputer wychylenia kierownicy z położenia neutralnego.

W układzie elektrycznym siła wspomagania zapisywana jest w komputerze, co pozwala na jej niemal dowolną regulację. Ponadto elektryczny układ wspomagania kierownicy potrafi dokonywać samodiagnozy i informować kierowcę o ewentualnych uszkodzeniach.

Zastosowanie wspomagania sterowanego elektronicznie pozwala na jego integrację z innymi systemami. Układ o zmiennym przełożeniu montowanym w BMW serii 5 i 6 współpracuje z systemami Servotronic oraz DSC.

Przy niewielkim obrocie pojazdu wokół własnej osi aktywny układ kierowniczy błyskawicznie zmienia kąt skrętu kół przednich, korygując niestateczność auta. Jak widzicie, takie rozwiązanie to nie tylko wygoda, ale również bezpieczeństwo.

Jaka jest przyszłość układów kierowniczych? Obecnie koncerny pracują nad zbudowaniem układu, w którym połączenia mechaniczne między kołami a kierownicą zostaną zastąpione przewodami elektrycznymi. Koła jezdne będą skręcane siłownikiem, ale będzie on sterowany elektrycznie. Obrót kierownicy będzie przetwarzany przez elektroniczny sterownik na impulsy elektryczne.