UKA
AD KIEROWNICZY
Zadaniem układu kierowniczego jest umo\
liwienie kierowcy sterowania samochodem
poprzez odpowiednie ustawienie kół kierowanych. Dzieje się to za pośrednictwem koła
kierownicy, kolumny kierownicy (która przekazuje obroty koła kierownicy do przekładni
kierowniczej), przekładni kierowniczej (która zwiększa siłę przyło\
ona przyło\
oną przez
kierowcę do koła kierownicy w celu jej dalszego przeniesienia na drą\
ki kierownicze) oraz
drą\
ków kierowniczych (które przekazują ruch w wyjścia przekładni kierowniczej do
mechanizmu zwrotniczego). Ruch obrotowy koła kierownicy jest więc zmieniany na ruch
posuwisty drą\
ków kierowniczych.
Układ kierowniczy składa się z:
mechanizmu zwrotniczego, czyli:
- zwrotnic kół,
- ramion zwrotnic,
- zespołu drą\
ków poprzecznych
mechanizmu kierowniczego, czyli:
- przekładni kierowniczej,
- kolumny z kołem kierownicy.
Koło kierownicy
Drą\
ek
kierowniczy
Kolumna
kierownicy
Przekładnia
kierownicza
Zwrotnica
Układy kierownicze ró\
nią się miedzy sobą przede wszystkim rodzajem przekładni
kierowniczej. Obecnie w samochodach osobowych i dostawczych stosuje się dwa
podstawowe rozwiązania: przekładnie zębatkowe i kulkowe-śrubowe. To drugie rozwiązanie
spotyka się w samochodach cię\
szych.
Mechanizm zwrotniczy
Mechanizm zwrotniczy składa się z drą\
ków i ramion zwrotnic, które przekazują ruchy
przekładni kierowniczej do przednich kół. W samochodach z zawieszeniem przednim
niezale\
nym i przekładnią zębatkową mechanizm zwrotniczy stanowią dwa drą\
ki
kierownicze połączone przegubami kulowymi z ramionami zwrotnic. Równie\
przegubami
kulowymi drą\
ki te są połączone z końcówkami zębatki przekładni.
Końcówka drą\
ka kierowniczego jest nakręcana na drą\
ek. Takie połączenie umo\
liwia
łatwą wymianę samych przegubów końcówki, jeśli ulegną uszkodzeniu, a tak\
e regulację
zbie\
ności kół, którą wykonuje się przez obracanie drą\
ka kierowniczego.
Przeguby kulowe końcówek drą\
ków są bezobsługowe i nie przewiduje się ich naprawy.
Zwrotnice przejmują obcią\
enie przyło\
one do kół przednich oraz pełnią funkcję osi obrotu
kół. Zwrotnice obracają się wokół przegubów kulowych wahaczy lub sworzni (zale\
nie od
konstrukcji zawieszenia przedniego).
Przekładnia kierownicza
Przekładnia kierownicza oprócz sterowania kołami przednimi samochodu pełni tak\
e rolę
reduktora, który zwiększając moment doprowadzony do zwrotnic, zmniejsza siłę niezbędną
do obracania kierownicą.
Istnieje wiele typów przekładni kierowniczych, ale najczęściej stosowana w samochodach
osobowych z zawieszeniem niezale\
nym kół przednich jest przekładnia zębatkowa.
Przekładnia taka składa się z listwy zębatej (zębatki), umieszczonej poprzecznie do osi
samochodu, i współpracującego z nią walcowego koła zębatego (zębnika), związanego z
wałem kierownicy. Do końców listwy zębatej są umocowane przegubowo drą\
ki kierownicze.
Przekładnia zamienia ruch obrotowy koła kierownicy na poprzeczny ruch zębatki. Mieszki
gumowe umieszczone na końcach obudowy zębatki zabezpieczają przekładnię przed
przedostaniem się z zewnątrz wody i zanieczyszczeń.
We wszystkich przekładniach zębatkowych ma miejsce automatyczna regulacja luzu między
listwą zębatą a zębnikiem.
Kolumna kierownicy
Kolumna kierownicy składa się z wału kierownicy, który przekazuje obroty koła kierownicy do
przekładni, oraz z obudowy wału mocowanej do nadwozia. Górny koniec wału ma kształt
sto\
kowego wielowypustu, na którym jest osadzone koło kierownicy i przykręcone nakrętką.
Dolny koniec wału jest połączony z przekładnią kierowniczą za pomocą przegubu
krzy\
akowego lub przegubu elastycznego, którego zadaniem jest dodatkowo
minimalizowanie drgań przenoszonych z przekładni na koło kierownicy. Wał jest
uło\
yskowany w obudowie najczęściej za pomocą ło\
ysk igiełkowych i kulkowych, rzadziej
ślizgowych.
Obudowa i wał są tak skonstruowane, aby mogły się odkształcać w zaprogramowany
sposób w kierunku wzdłu\
nym i przy zderzeniu czołowym przeciwdziałać przesunięciu się
koła kierownicy w stronę kierowcy i nie zmniejszać skuteczności działania poduszki
powietrznej. Standardowym wyposa\
eniem ka\
dej kolumny jest blokada kierownicy, która
uniemo\
liwia obrócenie koła kierownicy po wyjęciu kluczyka ze stacyjki.
W celu zwiększenia komfortu kolumna mo\
e być wyposa\
ona w mechanizm regulacji
poło\
enia, który słu\
y do regulacji pionowego poło\
enia i kąta pochylenia koła kierownicy,
czy te\
w mechanizm wysuwania kierownicy, pozwalający na regulację jej odległości od
kierowcy.
Układ wspomagania kierownicy hydrauliczny
Układ wspomagania kierownicy zmniejsza siłę potrzebną do obracania koła kierownicy.
Dzięki temu pozwala zwiększyć komfort jazdy, szczególnie w pojazdach z szerokimi
oponami niskociśnieniowymi, które zapewniają powiększone pole styku opony z jezdnią.
Układ wspomagania hydrauliczny składa się z pompy oleju, zbiornika wyrównawczego i
przewodów ciśnieniowych. Pompa oleju jest napędzana paskiem klinowym od silnika.
Często w samochodach z klimatyzacją, która stanowi ju\
obcią\
enie dla silnika, stosowana
jest elektryczna pompa oleju (patrz rys. poni\
ej). Pompa zasysa olej hydrauliczny ze
zbiornika wyrównawczego i tłoczy go pod bardzo du\
ym ciśnieniem do przekładni
kierowniczej. Wytwarzane ciśnienie oddziałuje na tłok przesuwający się wewnątrz cylindra
siłownika. Tłok jest połączony z listwą zębatą przekładni kierowniczej. W zale\
ności od
kierunku skręcania kierownicy olej jest doprowadzany na jedną lub drugą stronę tłoka, o
czym decyduje zawór sterujący. Jest on połączony z zębnikiem i dzięki temu reaguje na
obrót kierownicy. Prócz tego zawór sterujący reguluje ciśnienie oleju w zale\
ności od
wielkości siły potrzebnej do skręcenia kół.
Pompa oleju mo\
e być wyposa\
ona w urządzenie do regulacji wydatku płynu
W przypadku zerwania paska klinowego lub awarii układu wspomagania, kierowca
zachowuje mo\
liwość kierowania pojazdem. Odbywa się to jednak bez wspomagania i
wysiłek konieczny do skręcenia kół będzie większy.
Na poni\
szym rysunku pokazano elektryczno-hydrauliczny układ wspomagania.
Układ wspomagania kierownicy elektryczny
Układ wspomagania kierownicy zmniejsza siłę potrzebną do obracania koła kierownicy.
Wspomaganie elektryczne jest realizowane za pomocą silnika elektrycznego sterowanego
elektronicznie zale\
nie od prędkości samochodu.
Układ wspomagania składa się z silnika elektrycznego, czujnika momentu obrotowego,
czujnika prędkości jazdy oraz elektronicznego urządzenia sterującego.
Silnik elektryczny układu wspomagania (2, rys. na następnej stronie) jest połączony
mechanicznie z wałem kierownicy (1) poprzez sprzęgło elektromagnetyczne jednotarczowe
oraz ślimakową przekładnię redukcyjną. Elektrycznie silnik jest połączony z urządzeniem
sterującym.
Lampka kontrolna (8) jest umieszczona na tablicy rozdzielczej i słu\
y do informowania o
braku wspomagania lub wystąpienia usterki w układzie.
Czujnik momentu obrotowego (3) jest typu magnetoindukcyjnego. Zespół czujnika składa
się z drą\
ka skrętnego, umocowanego do wału kierownicy, czujnika poło\
enia kątowego (4)
oraz układu elektronicznego, analizującego sygnał.
Czujnik prędkości samochodu jest typu elektromagnetycznego, z wbudowanym obwodem
elektronicznym. Czujnik jest zamontowany w skrzyni biegów, przy wyjściu napędu.
Elektroniczne urządzenie sterujące (7) rejestruje sygnały pochodzące od wymienionych
wy\
ej czujników, jak równie\
od czujnika prędkości obrotowej silnika, który współpracuje z
układem wtryskowym i jego sterownikiem (6). Urządzenie (7) steruje pracą silnika
elektrycznego, sprawdzając kierunek i natę\
enie prądu płynącego w uzwojeniu silnika.
Urządzenie kontroluje równie\
sprawność układu i umo\
liwia jego działanie w przypadku
uszkodzenia któregoś z jego elementów.
Zasada wspomagania kierownicy polega na oddziaływaniu silnika elektrycznego na wał
kierownicy. Kiedy kierowca rozpoczyna obracanie koła kierownicy, następuje odkształcenie
drą\
ka skrętnego, którego stopień jest mierzony elektrycznie i przekazywany w postaci
sygnały do urządzenia sterującego. Urządzenie sterujące rozpoczyna zasilanie silnika
elektrycznego prądem zale\
nym od wytworzonego momentu obrotowego oraz od prędkości
jazdy samochodu. Moment obrotowy silnika elektrycznego, przekazywany na wał poprzez
sprzęgło i przekładnię ślimakową, sumuje się z momentem przyło\
onym przez kierowcę.
Reakcja kół na skręcanie jest z powrotem przekazywana na drą\
ek skrętny, zapewniając
przepływ informacji w drugą stronę do urządzenia sterującego.
W nowszych rozwiązaniach układ wspomagania posiada funkcję aktywnego powrotu
kierownicy do poło\
enia środkowego. Ponadto w układzie kierowniczym stosuje się
specjalny element łączący kolumnę kierownicy z przekładnią (5) zapobiegający
przenoszeniu drgań na kierownicę.