Układy kierownicze

Geneza i zastosowanie.

Układ kierowniczy nieodzownie towarzyszy pojazdom od początku historii motoryzacji. Pełni kluczową rolę w zapewnieniu bezpiecznej i precyzyjnej kontroli nad kierunkiem jazdy. Jego zadania obejmują szereg funkcji, które mają na celu umożliwienie kierowcy efektywne manewrowanie pojazdem w różnych warunkach drogowych. Głównym zadaniem układu jest oczywiście realizacja życzenia kierowcy pojazdu co do utrzymania lub zmiany toru jazdy. Poprzez obracanie kierownicy, ruch ten jest przenoszony na koła skrętne (zazwyczaj przednie), co pozwala na skręt pojazdu w żądanym kierunku. Układ kierowniczy dostarcza również kierowcy informacje zwrotne na temat warunków drogowych, takie jak opór kół, nierówności nawierzchni i przyczepność opon. Dzięki temu może lepiej ocenić sytuację na drodze i odpowiednio dostosować sposób jazdy. Układ kierowniczy powinien także minimalizować przenoszenie drgań i wstrząsów z nawierzchni na kierownicę, co zwiększa komfort jazdy i zmniejsza zmęczenie kierowcy. W celu zapewnienia kierowcy większego komfortu i zredukowania siły potrzebnej do obrotu kierownicą z czasem rozpowszechniły się układy kierownicze ze wspomaganiem. Początkowo były to proste konstrukcje wspomagania hydraulicznego, w których pompa wspomagania napędzana była od silnika pojazdu. Rozwinięciem tej konstrukcji jest układ wspomagany elektrohydraulicznie, w którym zastosowano pompę napędzaną silnikiem elektrycznym (EHPS/EPHS). Najnowsze układy to konstrukcje ze wspomaganiem elektrycznym przekładni lub kolumny kierowniczej (EPS), które pozwalają na realizowanie szeregu funkcji dodatkowych takich jak: korekta toru jazdy, asystent pasa czy asystent parkowania.

Budowa i zasada działania.

Układ kierowniczy pojazdu składa się z kilku głównych elementów:

1. Koło kierownicy
2. Kolumna kierownicza (możliwe wspomaganie elektryczne)
3. Przekładnia kierownicza (możliwe wspomaganie hydrauliczne lub elektryczne)
4. Pompa wspomagania (napędzana mechanicznie lub elektrycznie)
5. Drążki kierownicze i końcówki drążków
6. Zwrotnice i elementy zawieszenia.

Wspomaganie układu kierowniczego może występować w konfiguracjach wymienionych poniżej.

Układy ze wspomaganiem hydraulicznym:

• z pompą mechaniczną
• z pompą elektrohydrauliczną

Układy ze wspomaganiem elektrycznym (EPS):

• przekładnia elektryczna ze wspomaganiem elektrycznym
• kolumna kierownicza ze wspomaganiem elektrycznym

Kolumna kierownicza ze wspomaganiem elektrycznym.

W tym rozwiązaniu moc silnika elektrycznego przekazywana jest poprzez odpowiednią przekładnię mechaniczną i sprzęgło na wałek kolumny kierowniczej. System posiada sterownik elektroniczny, który zapewnia odpowiednie zarządzanie układem oraz monitorowanie poprawności jego pracy, czyli funkcje diagnostyczne. Do ustalenia wartości siły wspomagania niezbędne jest dostarczenie szeregu sygnałów wejściowych rejestrowanych przez czujniki takie jak: czujnik momentu obrotowego na kierownicy, czujnik kąta skrętu, czujnik prędkości pojazdu i inne.

Przekładnia kierownicza ze wspomaganiem elektrycznym.

W tych konstrukcjach silnik elektryczny umieszczono na obudowie lub wewnątrz obudowy przekładni kierowniczej. Poprzez odpowiednio dobrane przełożenie ruch silnika przekazuje siłę wspomagania na listwę zębatą znajdującą się wewnątrz korpusu przekładni. W celu odpowiedniego zarządzania pracą układu wspomagania sterownik elektroniczny otrzymuje szereg sygnałów wejściowych takich jak, prędkość pojazdu, moment skrętu, kąt skrętu i inne. Sterownik posiada również funkcje diagnostyczne i zapisuje błędy związane z nieprawidłową pracą układu.

Przekładnia kierownicza ze wspomaganiem hydraulicznym.

Do wspomagania ruchu listwy zębatej wykorzystywany jest płyn (olej) hydrauliczny, który doprowadzany jest do przekładni pod odpowiednio wysokim ciśnieniem. W związku z tym część przekładni kierowniczej pracuje jako cylinder hydrauliczny, a na listwie zębatej znajduje się tłok. W związku z tym wiele elementów wyposażonych jest w szereg odpowiednich uszczelnień. Ważną rolę pełni dystrybutor (zwany także rozdzielaczem), w którym znajduje się zawór kierujący olej hydrauliczny do odpowiedniej komory cylindra już po niewielkim ruchu koła kierownicy. Z racji swojej funkcji dystrybutor również wyposażony jest w szereg odpowiednich uszczelnień. Za wytworzenie wysokiego ciśnienia odpowiedzialna jest pompa wspomagania, która może być napędzana mechanicznie od silnika spalinowego lub elektrycznie.

Pompa elektrohydrauliczna.

Pompa tego typu posiada napęd realizowany silnikiem elektrycznym, w związku z tym jej wydajność nie jest zależna od prędkości obrotowej silnika spalinowego. Moduł pompy tworzy zwykle szereg zintegrowanych podzespołów takich jak: zbiornik płynu wspomagania, pompa wytwarzająca wysokie ciśnienie (zwykle łopatkowa lub zębata), sterownik elektroniczny oraz silnik elektryczny. Sterownik elektroniczny dopasowuje siłę wspomagania na podstawie kilku informacji wejściowych, takich jak m.in. prędkość pojazdu, prędkość obrotowa silnika oraz wskazania czujnika skrętu kierownicy.

Proces regeneracji.

Mamy świadomość jak ważne jest zachowanie odpowiednich standardów oraz restrykcyjnej kontroli jakości w procesie regeneracji układu kierowniczego ze względu na bezpośredni wpływ tego systemu na bezpieczeństwo jazdy. Każdy komponent, który jest poddawany regeneracji, musi być dokładnie sprawdzony pod kątem zużycia, uszkodzeń i jakości materiałów. Stosowanie wysokiej jakości części zamiennych i precyzyjne przeprowadzanie wszystkich procedur regeneracyjnych są kluczowe, aby zapewnić, że układ kierowniczy będzie działał niezawodnie I bezpiecznie.

Z zasady proces regeneracji każdego podzespołu układu kierowniczego którym się zajmujemy składa się z następujących czynności:

1. Wstępna weryfikacja
2. Oczyszczenie
3. Weryfikacja po oczyszczeniu
4. Demontaż na elementy składowe
5. Weryfikacja elementów składowych
6. Wymiana uszkodzonych i kluczowych elementów składowych danego podzespołu
7. Montaż elementów składowych, kompletacja podzespołu
8. Kontrola jakości
9. Końcowy test diagnostyczny
10. Ocena wyników testu funkcjonalnego

Regeneracja przekładni kierowniczych ze wspomaganiem hydraulicznym.

Regeneracja przekładni kierowniczej ze wspomaganiem hydraulicznym polega przede wszystkim na przywróceniu jej szczelności. Wymieniane są wszystkie uszczelnienia, a pod kątem uszkodzeń lub zużycia sprawdzane i w razie potrzeby wymieniane są wszystkie podzespoły mechaniczne, m.in. listwa zębata, zębnik, rozdzielacz, obudowa itd. Wszystkie elementy przekładni kierowniczej sprawdzane są szczegółowo pod kątem zużycia oraz występowania uszkodzeń mechanicznych takich jak wytarcia czy pęknięcia. Kontroli poddaje się stopień zużycia zębów zębnika i listwy zębatej. Sprawdzana jest również osiowość listwy zębatej. Często konieczne jest bardzo dokładne szlifowanie powierzchni współpracujących z uszczelniaczami, ze względu na ich miejscowe zużycie lub korozję. Wymianie podlegają również niesprawne łożyska. Elementy zakwalifikowane do ponownego użycia są dokładnie oczyszczane, a wszystkie uszkodzone części zastępowane są nowymi. Po naprawie każda przekładnia przechodzi test na dedykowanym stanowisku pomiarowym, który ma na celu sprawdzenie jej szczelności oraz siły wspomagania działającej na listwę podczas jej ruchu w obu kierunkach.

Regeneracja kolumn i przekładni kierowniczych ze wspomaganiem elektrycznym (EPS). 

W przypadku przekładni kierowniczych wspomaganych elektrycznie naprawa polega głównie na kontroli i wymianie uszkodzonych podzespołów mechanicznych i elektronicznych. Bardzo często uszkodzeniu ulega czujnik skrętu kierownicy. Wymiana czujnika wymaga precyzji i odpowiedniego sprzętu diagnostycznego niezbędnego do jego kalibracji. Problem może pojawić się również w układzie elektronicznym zarządzającym pracą wspomagania przekładni lub kolumny kierowniczej. Usunięcie tego typu usterki wymaga zwykle wymiany komponentów elektronicznych sterownika układu wspomagania. Po naprawie działanie przekładni lub kolumny kierowniczej sprawdzane jest na specjalnie w tym celu zaprojektowanym stanowisku diagnostycznym. Test składa się z kilku lub kilkunastu kroków, podczas których symulowane są warunki pracy układu wspomagania dla różnych warunków jazdy – manewry na parkingu, ruch miejski, autostrada.

Regeneracja pomp elektrohydraulicznych (EHPS/EPHS).

Nasze stanowiska pozwalają również na sprawdzenie działania elektrycznie napędzanych pomp, które są elementami składowymi elektrohydraulicznych układów wspomagania kierownicy. Najczęstsze niedomagania pomp wspomagania polegają na wystąpieniu nieszczelności, ograniczeniu ich wydajności, głośnej pracy oraz uszkodzeń mechanicznych. Zwykle naprawa pompy polega na wymianie kompletu uszczelnień, łożysk i innych zużytych podzespołów mechanicznych. Z powodu wycieków i nieszczelności uszkodzeniu ulec mogą również elementy elektryczne lub elektroniczne (silnik elektryczny, elektroniczny sterownik pompy i inne). Każda pompa po naprawie przechodzi test wydajności na stanowisku probierczym, podczas którego symulowana jest jej praca odpowiadająca różnym wartościom prędkości pojazdu.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń.

Najczęstsze objawy uszkodzenia układu kierowniczego ze wspomaganiem:

1. Stuki dochodzące z okolic zawieszenia pojazdu
2. Brak wspomagania lub ograniczone wspomaganie kierownicy
3. Mniejsza siła wspomagania w jednym kierunku
4. Wycieki płynu hydraulicznego
5. Hałas słyszalny podczas obrotów kierownicą
6. Tendencja do samoczynnego ruchu kierownicy w jednym kierunku, niestabilność toru jazdy
7. Drgania i wibracje odczuwalne na kole kierownicy
8. Świecąca kontrolka na desce rozdzielczej

Najczęstsze uszkodzenia: 

1. Uszkodzenia mechaniczne w postaci wytarcia zębów, obudowy, ślizgów, uszczelnień.
2. Korozja elementów wewnętrznych.
3. Uszkodzenia elektroniki sterownika układu wspomagania.
4. Uszkodzenia czujnika skrętu.