Elektryczne wspomaganie kierownicy - jak działa i jak jest zbudowane?

Wszystkie podzespoły samochodu ewoluują z biegiem lat. Dotyczy to również układu wspomagania, który coraz częściej realizowany jest w sposób elektryczny. Jak jest zbudowany taki układ i jakie ma zalety w stosunku do klasycznego, hydraulicznego odpowiednika? Co sprawia, że mimo pewnych wad rozwiązanie to coraz bardziej zyskuje na popularności?

Nowoczesne auta muszą być coraz bardziej ekologiczne, a przez to oszczędniej obchodzić się z paliwem. W poprzednim artykule o hydraulicznym wspomaganiu kierownicy wspominałem, że układ hydrauliczny musi być skądś zasilany. Stąd dodatkowe obciążenie silnika, a co za tym idzie — straty mocy i zwiększenie zużycia paliwa.

Tę największą wadę wspomagania hydraulicznego usunięto we wspomaganiu elektrycznym. Energia elektryczna jest znacznie prostsza i bardziej ekonomiczna. Uzyskiwana z alternatora, może w łatwy sposób zasilać cały układ. Nie powoduje to przy tym zbyt wielkiego obciążenia silnika. Należy pamiętać, że energia w ten sposób i tak jest już pobierana choćby na potrzeby oświetlenia wewnętrznego czy systemu audio.

Z powodu większej doskonałości energetycznej wspomaganie elektryczne świetnie nadaje się także do aut miejskich, w których nawet niewielkie straty mocy i różnice w zużyciu paliwa są odczuwalne. Dla niewielkiego pojazdu zużycie paliwa na napęd wspomagania hydraulicznego (około 0,5 l/100 km) może stanowić nawet 10% całego spalania. Dzięki temu producenci mogą szczycić się niskim zużyciem paliwa i niską emisją zanieczyszczeń.

Eliminacja układu hydraulicznego powoduje, że wspomaganie elektryczne jest znacznie mniej skomplikowane. Zajmuje też znacznie mniej miejsca i jest tańsze w produkcji. Nie bez znaczenia jest też mniejsza waga całego układu. Wspomaganie elektryczne waży jedynie kilka kilogramów. Jego elementy są na tyle niewielkie, że łatwiej można kształtować cały układ. Przykładowo, silnik elektryczny da się zabudować bezpośrednio na wale kierownicy.

Dodatkowo wspomaganie elektryczne potrzebuje energii jedynie wówczas, gdy kierowca skręca kierownicą. To kolejna zaleta w stosunku do wspomagania hydraulicznego, które działało w sposób ciągły.

We wspomaganiu elektrycznym łatwo da się zmieniać wspomagania. Jest ona zapisana w układzie elektrycznym. Dzięki temu można łatwo zrealizować funkcję progresywnego dopasowywania się siły wspomagania do warunków na drodze. Wspomaganie elektryczne dopasowuje siłę wspomagania zależnie od prędkości i kąta skrętu kierownicy. Układy tego typu pozwalają na lekką pracę układu kierowniczego podczas manewrowania na parkingu, przy zachowaniu odpowiedniej sztywności podczas szybkiej jazdy na wprost.

Zobacz również: Tylko na Autokult.pl

Dodatkowo niektóre auta usztywniają układ podczas mocniejszych skrętów przy większych prędkościach, pozwalając na precyzyjniejsze prowadzenie auta w szybkich zakrętach. Dotyczy to nie tylko aut sportowych, ale też popularnych aut miejskich.

W niektórych autach miejskich wprowadzono dodatkowo włączane przyciskiem mocniejsze wspomaganie kierownicy, co jeszcze bardziej ułatwia kręcenie kierownicą podczas manewrów parkowania. Rozwiązanie takie proponuje m.in. Fiat w wielu popularnych modelach. Po włączeniu funkcji City na obrót kierownicą potrzeba około 2–3 Nm, podczas gdy standardowo jest to około 4–6 Nm. Mocniejszy tryb wspomagania włączany jest przyciskiem i wyłącza się automatycznie po przekroczeniu odpowiedniej prędkości.

Elektryczne wspomaganie kierownicy jest również częścią składową aktywnych układów kierowniczych, czyli układów kierowniczych o zmiennym przełożeniu. Są to konstrukcje na tyle skomplikowane i zajmujące dużo miejsca, że zbudowanie ich przy zastosowaniu układu hydraulicznego byłoby trudne i nieekonomiczne.

Jak wypada porównanie eksploatacji obu rodzajów układów wspomagania? W układzie elektrycznym jest mniej elementów i jest on prostszy. Co za tym idzie — stosunkowo trudno o awarię. Brak także spotykanych w układzie hydraulicznych wycieków. Dodatkowo układ elektryczny można łatwo zmusić do samodiagnostyki – to kwestia podpięcia kilka czujników.

Z drugiej strony układy elektryczne są podatne na przegrzanie podczas długotrwałego i intensywnego kręcenia kierownicą. Przypadłość ta jest znana instruktorom nauki jazdy i kursantom podczas długich ćwiczeń parkowania. Problemem jest również to, że w przypadku awarii zazwyczaj wymienia się cały zespół elektryczny. Jest to rozwiązanie kosztowne – widzą o tym choćby użytkownicy modelu Renault Modus, w którym często dochodzi do awarii elektrycznego wspomagania kierownicy.

fot. forum tlc.org.pl

Dodatkowo diagnostyka takiego układu powoduje konieczność posiadania odpowiedniego sprzętu. To nie jest układ hydrauliczny, który może spróbować naprawić każdy mechanik.

Do wad układów elektrycznych przez wiele lat zaliczano niską precyzję prowadzenia. To prawda, jeszcze do niedawna większość tego typu rozwiązań nie dawała kierowcy poczucia panowania nad samochodem. Stąd widoczna niechęć wielu producentów do odchodzenia od wspomagania hydraulicznego.

Przykładem może być np. BMW, które w modelu serii 1 (E87) stosowało do 2007 roku właśnie wspomaganie hydrauliczne ze względu na większą precyzję prowadzenia. Dopiero podczas modernizacji i po wprowadzeniu hasła Efficient Dynamics zastąpiono je wspomaganiem elektrycznym.

Długo z wprowadzeniem elektrycznego wspomagania kierownicy zwlekało m.in. Porsche w modelu 911. Tego typu wspomaganie zadebiutowało w najnowszej odsłonie 991. Nasz test tego modelu pokazuje, że można skonstruować odpowiednio precyzyjny elektrycznie wspomagany układ kierowniczy.

Warte wspomnienia są układy elektryczno-hydrauliczne. Ich budowa oparta jest na tradycyjnym systemie wspomagania, ale wyeliminowano zasilanie pompy wspomagania układem hydraulicznym. Zasila ją układ elektryczny.

Jak zatem zbudowane jest wspomaganie elektryczne? Kluczem jest silnik elektryczny, który może być umieszczony na wale kierownicy, obok przekładni zębatkowej lub nawet w jej wnętrzu. Sterowanie silnika odbywa się zmianą wartości momentu obrotowego. Do tego potrzebny jest czujnik momentu, który przekazuje dane o tym, jak silnie kierowca skręca kierownicą.

Czujnik ten jest zazwyczaj montowany na dolnym końcu wału kierowniczego lub na obudowie przekładni ślimakowej. Dodatkowo układ wspomagania zbiera sygnały o parametrach takich jak prędkość jazdy, aktualne przełożenie skrzyni biegów oraz to, czy auto hamuje. To wszystko decyduje o wartości płynącego prądu zasilającego silnik elektryczny. Niestety, silnik sam w sobie ma zazwyczaj niewielką moc, co ogranicza zakres stosowalności wspomagania elektrycznego jedynie do aut o niewielkich obciążeniach osi kierowanej.

Silnik elektryczny używany do wspomagania pracy układu hydraulicznego fot. zssplus.pl

Przy zastosowaniu przekładni ślimakowej napęd od silnika elektrycznego jest przekazywany na koło zębate. Dzieje się to za pośrednictwem przekładni ślimakowej oraz zazwyczaj gumowego łącznika, który tłumi hałasy oraz jest rodzajem bezpiecznika. Ten ostatni ulega rozerwaniu, aby silnik elektryczny nie mógł zablokować układu kierowniczego. Wałek centralnego koła zębatego jest połączony z wałem kierownicy, a w drugim miejscu z przekładnią kierowniczą.

Silnik elektryczny może być skonstruowany na kilka różnych sposobów. Popularne są m.in. silniki asynchroniczne np. z magnesami stałymi.

Zobacz więcej artykułów z serii: Zawieszenie i układ kierowniczy

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Regeneracja wtryskiwaczy Common Rail Smarowanie mechanizmów różnicowych - czy wymiana oleju jest konieczna? Eksploatacja świec zapłonowych – ocena wyglądu świecy Łańcuchy tekstylne - lepsza alternatywa dla stalowych? Świece zapłonowe - budowa i zasada działania Jak eksploatować samochód z instalacją gazową? Tramwaj czy auto - kto ma pierwszeństwo? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - ciecze magnetoreologiczne Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - sterowanie zaworami elektromagnetycznymi Porównanie napędu Mazda SKYACTIV kontra Škoda TSI&DSG Opony zimowe - na co zwrócić uwagę Škoda Octavia 1,2 TSI - którą wersję silnika i jaką skrzynię lepiej wybrać? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia Jak dbać o oświetlenie pojazdu? Jaka prędkość na autostradzie jest najlepsza? Strefa ruchu i strefa zamieszkania - czym się różnią? Dlaczego opona zimowa lepiej sprawdza się podczas zimy? Jak kupować używane auto z instalacją LPG? – strona techniczna Czujniki ciśnienia w oponach TPMS – jak to działa? Czy zakup oszczędnego silnika się zwróci? Wtryskiwacze Common Rail – zasada działania Jak zabezpieczyć auto przed solą? Światła w samochodzie - kiedy włączyć jakie? Światła – oczy Twojego samochodu

Popularne w tym tygodniu:

Wymieniłeś opony przed zużyciem bieżnika? Może dałeś się nabrać Jakość paliw: kontrole UOKiK w 2017 roku - niektóre stacje to pułapki Bardzo wysokie OC dla młodych kierowców. Jak można je obniżyć? Gdzie policja najczęściej sprawdza prędkość? Mandaty za granicą. Kary są znacznie wyższe niż w Polsce Czy mity o LPG są uzasadnione? Znaki zakazu (typ B) z opisem Niebezpieczne zachowania pasażerów - zaciągnięcie ręcznego i łapanie za kierownicę nie są najgorsze Czy kierowcy są oszukiwani w sprawie opon? Sprawdzi to UOKiK Tarcze hamulcowe lakierowane metodą UV. Skuteczny sposób na korozję Świece żarowe: kiedyś niezbędne zimą, dziś mogą sprawiać kłopoty latem W których krajach zapłacimy za przejazd autostradą (2017)