Kolejnym układem, mającym niebagatelny wpływ na bezpieczeństwo czynne pojazdu, jest układ kierowniczy. Jedną z podstawowych czynności należących do kierowcy podczas prowadzenia samochodu jest wybór kierunku jazdy. Składa się na to zarówno utrzymywanie wybranego toru jazdy (stateczność), jak i wykonywanie zadanego skrętu kół (zwrotność). Do realizacji tych czynności służy układ kierowniczy. Zmienia on ruch koła kierownicy wykonany przez kierowcę w odpowiednie położenie kół kierowanych (przednich). Odbywa się to przez zastosowanie przekładni kierowniczej. Powoduje ona zmianę ruchu obrotowego koła kierownicy w ruch posuwisto-zwrotny drążków kierowniczych poruszających zwrotnice kół.
Współczesny układ kierowniczy, ze względu na znaczne prędkości jazdy, musi zapewniać dużą szybkość reakcji. Nawet najmniejszy ruch koła kierownicy powinien powodować zmianę położenia kół. Rozwiązania konstrukcyjne w przeszłości wykorzystywały do realizacji tych zadań przekładnie ślimakowe. Niestety, jeśli chodzi o szybkość reakcji, czyli skrętu kół na ruch koła kierownicy, nie była ona wystarczająca przy zastosowaniu tego rodzaju przekładni kierowniczej. Zaletą stosowania tego rodzaju rozwiązania konstrukcyjnego było natomiast małe zapotrzebowanie siły niezbędnej do obracania kołem kierownicy. Wadą była duża liczba obrotów koła kierownicy potrzebna do uzyskania zmiany ustawienia kół pomiędzy dwoma ich skrajnymi położeniami.
Ponieważ reakcja kół na zmianę położenia koła kierownicy jest ze względów bezpieczeństwa we współczesnych samochodach kwestią najistotniejszą, konstrukcja przekładni kierowniczej została zmieniona. Obecnie w zdecydowanej większości pojazdów stosuje się przekładnie zębatkowe. W rozwiązaniu tym małe koło zębate zamocowane na osi koła kierownicy powoduje ruch listwy zębatej. Najmniejszy ruch koła kierownicy wymusza natychmiastową reakcję kół kierowanych. Ponadto zdecydowanie zmniejsza liczbę wymaganych obrotów koła kierownicy w celu uzyskania zmiany ustawienia kół pomiędzy dwoma ich skrajnymi położeniami. Jedyną wadą tego rozwiązania jest znacznie większa niż w poprzedniej konstrukcji siła niezbędna do poruszania koła kierownicy. Niedogodność tę wyeliminowano poprzez zastosowanie układu wspomagającego układ kierowniczy.
Zadaniem układu wspomagania jest ułatwienie kierującemu pojazdem manewrowania poprzez dostarczenie z zewnątrz dodatkowej energii w celu pokonania występujących oporów. Obecnie prawie wszystkie produkowane samochody osobowe wyposażone są w taki układ.
Pierwszym systemem wspomagania układu kierowniczego opracowanym w latach osiemdziesiątych był układ ze wspomaganiem hydraulicznym. W układzie tym wysokość ciśnienia wspomagania ulegała zmianom. Proste jak na możliwości dzisiejszej techniki układy elektroniczne zmieniały ciśnienie wspomagania w zależności od prędkości jazdy.
W początkowej fazie pracy, to znaczy przy mniejszych prędkościach jazdy, ciśnienie to miało maksymalną wartość. Wraz ze wzrostem prędkości jazdy ciśnienie to było redukowane. Układy tego typu wymagały jednak stosunkowo dużej liczby podzespołów (pompy oleju, zbiornika oleju, przewodów hydraulicznych, dodatkowych zaworów). W miarę upływu czasu, dzięki znacznemu postępowi w technice zaczęto eliminować tak rozbudowane układy wspomagania, które miały niekorzystny wpływ na związane z dodatkową masą pojazdu zużycie paliwa.
Kolejnym, nowszym rozwiązaniem konstrukcyjnym były elektro-hydrauliczne układy wspomagania. Zasada działania tych układów była podobna, lecz zastosowano w nich dodatkowy czujnik przepływu, sterowany elektronicznym układem kontrolnym. Sygnały docierające z czujnika określały aktualne zapotrzebowanie na wspomaganie układu kierowniczego przez silnik elektryczny. W rozwiązaniu takim, w chwili gdy nie ma potrzeby wspomagania układu kierowniczego, silnik znajduje się w stanie czuwania. Kiedy czujnik przepływu wysyła sygnały informujące o potrzebie wspomagania układu, silnik przechodzi z czuwania w stan pracy z określoną prędkością.
Najnowsze rozwiązania konstrukcyjne wspomagania układu kierowniczego nie wykorzystują już w ogóle układu hydraulicznego. Są to elektryczne układy wspomagania. Silnik elektryczny jest sprzężony w odpowiednim miejscu bezpośrednio z układem kierowniczym. Usytuowanie silnika zależne jest od indywidualnego usytuowania konstrukcyjnego w danym pojeździe. Silnik może być zabudowany przy kolumnie kierowniczej, przy zębniku lub bezpośrednio na zębatce.
W układzie kierowniczym dość istotną kwestią jest przełożenie przekładni kierowniczej, czyli liczba obrotów koła kierownicy niezbędna do uzyskania zmiany położenia kół pomiędzy skrajnymi ich położeniami.
Do wykonywania skrętów podczas jazdy w warunkach miejskich i manewrowania korzystniejsze jest przełożenie bardziej bezpośrednie, czyli mniejsza liczba obrotów koła kierownicy do wykonywania pełnego skrętu kół. Chodzi tu głownie o komfort prowadzenia pojazdu. Natomiast przy jeździe na trasie, poza terenami miejskimi, co zwykle związane jest ze znacznie większymi prędkościami jazdy, korzystniejsze i bezpieczniejsze jest przełożenie mniej bezpośrednie, czyli o zwiększonej liczbie obrotów koła kierownicy niezbędnej do uzyskania pełnego skrętu kół. Chodzi tu głownie o bezpieczeństwo prowadzenia samochodu. Przy położeniu bardziej bezpośrednim (mniej obrotów niezbędnych do wykonania pełnego skrętu kół) w warunkach drogowych, przy zwiększonych prędkościach, nawet niewielka zmiana kierunku jazdy może okazać się niebezpieczna.
W obecnie stosowanych układach kierowniczych powszechnie stosowanych pojazdów samochodowych, do uzyskania skrętu kół pomiędzy dwoma skrajnymi położeniami, niezbędne jest zwykle wykonanie trzech pełnych obrotów kołem kierownicy. Takie przełożenie układu kierowniczego stanowi swego rodzaju rozwiązanie kompromisowe pomiędzy komfortem i bezpieczeństwem.
Najlepszym jednak rozwiązaniem konstrukcyjnym układu kierowniczego jest zastosowanie przekładni zębatej o zmiennym przełożeniu. Wówczas nie trzeba dokonywać wyboru kompromisowego pomiędzy komfortem a bezpieczeństwem. Tego typu rozwiązanie jest jednak znacznie droższe i jak do tej pory wprowadza je nieznaczna liczba producentów samochodów. Listwa zębata w takiej przekładni posiada zróżnicowaną podziałkę. Na końcach listwy jest mniejsza niż na środku. Przy skręcie kierownicy powyżej określonego progu (około 350), czyli przy kątach występujących przy jeździe w warunkach miejskich (manewrowaniu) przełożenie jest bardziej bezpośrednie. Wymaga mniejszej ilości pełnych obrotów koła kierownicy między skrajnymi położeniami kół. Zapewnia to podwyższony komfort prowadzenia. Środkowa część listwy z podziałką większą zapewnia zwiększoną stateczność jazdy na wprost podczas jazdy przy podwyższonych prędkościach, dzięki temu, że do uzyskania jakiegokolwiek ruchu kół wymagany jest znacznie większy kąt obrotu koła kierownicy. Takie rozwiązanie układu kierowniczego zapewnia więc zróżnicowane przełożenia w zależności od kąta skrętu koła kierownicy.
Jeszcze bardziej doskonałym rozwiązaniem konstrukcyjnym, zapewniającym bezpieczeństwo czynne pojazdu, jest aktywny układ kierowniczy, wykorzystujący progresywne układy wspomagające. W układach tych wartość przełożenia zależna jest dodatkowo od prędkości jazdy. Układ taki wyposażony jest w dodatkową przekładnię planetarną i silnik elektryczny, umieszczony pomiędzy kołem kierownicy a przekładnią kierowniczą. Silnikiem steruje układ elektroniczny, otrzymujący informację z czujników o prędkości jazdy, kącie skrętu i prędkości obrotowej koła kierownicy. W razie potrzeby silnik wytwarza dodatkowy moment skręcający. Może być on zgodny lub przeciwny do wywoływanego przez kierowcę momentu obrotowego. Rozwiązanie takie zapewnia więc regulację przełożenia układu kierowniczego w zależności od prędkości jazdy (zmniejsza przełożenie przy prędkościach niższych, a zwiększa przy prędkościach wyższych). Taki układ podwyższa komfort prowadzenia podczas jazdy miejskiej, a jednocześnie podwyższa bezpieczeństwo przy jeździe na trasie przy większych prędkościach.
mgr Andrzej Kowalewski
Komentarze (0)