EPS, az elektromechanikus szervokormány

A jármű kormányzása egy olyan témakör, amely talán soha nem merül ki a témákból. Az alábbi cikkben egy olyan típust mutatunk be, amely bár nem rendelkezik nagy múlttal, népszerűsége miatt mégis megkerülhetetlen.

Története, tulajdonságai

1981-ben a ZF kifejlesztett egy elektromechanikus szervokormányt, de ez a helyigény, a kormányzási tulajdonságai és a felmerülő költségek miatt még nem volt érett a sorozatgyártásra, ezért viszonylag sok idő telt el a közúton való felbukkanásáig. Végül aztán 24 évvel később a ThyssenKrupp Presta SteerTec mutatott be egy korszerű elektromechanikus szervokormányt, mely után a versenytársak is komoly fejlesztésbe kezdtek.

Az EPS (Electronic Power Steering) rendszerével szembeni elvárások a következők:

• Kicsi legyen a szükséges kormányzási nyomaték parkoláskor.
• Egyenletes legyen a rásegítő nyomaték felépülés zavaró rásegítés kimaradás nélkül.
• Határozott egyenes meneti helyzet alakuljon ki.
• Jó visszacsatolás legyen az útról.
• Gyors rásegítési reakció valósuljon meg.
• Minimális energiafelhasználás működjön.

Ezek közül az ellentétes elvárásnak tekinthető a határozott egyenes meneti helyzet és a kis elkormányzási nyomaték parkoláskor. Ez úgy oldható fel, ha a rásegítést sebességfüggővé teszik, ami a hidraulikus szervokormányoknál jelentősen megnövelte a költségeket.

A jelenleg gyártásban lévő elektromechanikus szervokormányok általában tizenötszörösére növelik a kézi erőt.

A legnagyobb előnye az, hogy az EPS (Electronic Power Steering) az elektrohidraulikus szervokormányhoz viszonyítva 0,4 l/100 km hajtóanyag megtakarítást tesz lehetővé.

Az elektromechanikus szervokormány együttműködik az ESP rendszerrel és a fék rendszerrel is. A vezető a kormánykerékkel ennél csak egy kanyarodási igényt állít be. Ha például eltérő tapadási tényezőjű úton történik a fékezés és a gépkocsi félrehúz, ezt felismeri az ESP rendszer és utasítást ad az automatikus kormánykorrekcióra. Nem válik szükségessé például a fékező nyomáscsökkentés az egyik, vagy másik keréknél, ami növelné a fékutat. A rendszerek integrációjának egyre nagyobb a jelentősége.

A kormányzási nyomaték és az elkormányzási szög egy bizonyos mértékig egymástól függetlenül befolyásolható.

Előnyök

• Nem szükségesek csövek, olajtartály és szivattyú – ez a gépkocsi gyártásakor jelentős megtakarítást eredményez, mert egyszerűbbé válik a szerelés.
• Mivel az olaj, mint munkaközeg szükségtelenné vált a környezetvédelmi szempontok is jól érvényesülnek. Ez az üzemeltetés során is számos előnnyel jár, hiszen nem szükséges beszerezni, majd a használt olajat gyűjteni és elszállítani.
• A legnagyobb előny azonban az elérhető tüzelőanyag megtakarítás, hiszen csak akkor van áramfelvétel, amikor bekövetkezik a kormányzás.
• Az üzemeltetés során nagyobb biztonságot és komfortot képvisel.
• Egyszerűbb és hatékonyabb a diagnosztikája, mint a hidraulikus szervokormánynak.
• Jól együttműködik a különböző vezetéstámogató rendszerekkel

Az aktív biztonság növelése EPS-sel

• Veszélyes menethelyzetben, amit az ESP rendszer elektronikája ismer fel, lehetséges a vezető figyelmeztetése pl. kormánykerék vibrációval történhet.
• Asszisztens rendszerek alkalmazását is lehetővé teszi az EPS. Például intelligens stabilizáció oldalszélben az ESP rendszer segítségével. A hagyományos kormányműnél nincs adatátviteli kapcsolat az ESP és a szervokormány között. Lehetőséget ad a parkolási asszisztens megvalósításához.
• Vezetési hibák korrigálására is lehetőséget ad. Például akaratlan sávelhagyáskor a kormány rezgetésével figyelmeztet, és ha a vezető erre nem reagál, beavatkozik. A szomszédos sávok figyelése előzéskor. Ha nem szabad a sáv figyelmeztet és beavatkozik.

Típusok

• EPS c – (column): villanymotor a kormányoszlopon
• EPS p – (pinion): villanymotor a kis fogaskeréknél
• EPS dp – (dual pinion): két kis fogaskerekes
• EPS apa – (axis paralell): fogasléccel párhuzamos villanymotor

Villanymotorok

Az EPS-hez választott elektromotorokban igen szigorú követelményeket kell teljesíteniük, hiszen ez az egység képezi a szervokormány „szívét”.

A fontosabb elvárások:

• jó hatásfok,
• minél kisebb méret és helyigény,
• nagy-, és gyorsan megvalósuló nyomaték.

Fontos leszögezni, hogy azok az egységek, amelyeket a szervokormányokra szerelnek, nem sorozatban gyártott közönséges villanymotorok, hanem az adott célnak megfelelően speciálisan fejlesztik ki őket.

Többnyire közvetlenül erre szerelik a vezérlő elektronikát is. Leggyakrabban állandó mágneses szinkron motorokat alkalmaznak, de a kisebb városi autóknál egyenáramú motor is használnak.

A 12 V-os hálózat (amennyiben még erről van szó) korlátozza a lehetőségeket. Rövid időre max. 80 A-el terhelhető. Ez 1 kW teljesítménynek felel meg. A szinkronmotoroknál elektronikus kommutációt alkalmaznak, melyet a forgórész szöghelyzet érzékelő vezérel.

A fogaslécnél a nagy erőre van szükség, ami nagy áramfelvételt (120 A) jelent. Az alkalmazott nagy frekvenciával együtt és a motor közeli elektronika elhelyezés nagy követelményeket támaszt az elektromágneses összeférhetőség vonatkozásában az elektronikával szemben. A villanymotor tekercselése rövidzárlattal szemben védett kell legyen.

EPS elektronika

Ha már volt szó a beépítéséről mindenképp érdemel néhány szót az elektronika is. Ahogy fent említettük, általában közvetlenül a szervokormány villanymotorjára szerelik.

Részei:

• Mikroprocesszoros vezérlés, mely védett a téves működésekkel szemben és folyamatosan ellenőrzi a rendszert.
• Illesztő áramkör (interface) az érzékelők és az elektronika között.
• Teljesítmény végfokozat, amely a villanymotort vezérli.

A kommunikáció az egyes részegységek között soros adatbuszon keresztül történik.

Kategorizálás

A gyakorlati megvalósítás nagyban függ attól, hogy pontosan milyen méret- és ár kategóriában foglal helyet az autó.

A fenti szemlélet alapján a következő osztályozást hajthatjuk végre:

Kompaktok (C szegmensig)

Ebben a gépkocsi kategóriában viszonylag kicsi az erőigény. A kormányoszlopra felszerelhető az elektromechanikus szervokormány, annak érzékelői, a villanymotor a csigahajtással, és az elektronika.

Középkategória (D szegmens)

Ezeknél a gépkocsiknál a fogaslécen a kormányzáshoz már nagyobb erőre van szükség. A szervohatás a fogasléchez kapcsolódó fogaskeréken érvényesül. A mechanikus rész is nagyobb szilárdságú kell legyen, mint az előző kategóriánál.

Felsőkategória (E szegmenstől)

Nagyobb a gépkocsi tömege, nagyobb lehet a sebessége is, így nagyobb az első kerekek terhelése, ezért nagyobb a kormányzási erőszükséglet. A villanymotor golyósoros csavarhajtáson keresztül közvetlenül a fogaslécre fejti ki az erőt.