Közúti járműrendszerek szerkezettana

Kádár, Lehel

Dr. Varga, Ferenc

Kőfalusi, Pál

A tananyag a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0042 azonosító számú „ Mechatronikai mérnök MSc tananyagfejlesztés ” projekt keretében készült. A tananyagfejlesztés az Európai Unió támogatásával és az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Kézirat lezárva: 2014 február

Lektorálták: Dr. Nagyszokolyai Iván

További közreműködők: Dr. Korondi Péter, Gräff József

A kiadásért felel a(z): BME MOGI

Felelős szerkesztő: BME MOGI

2014


Tartalom
1. Közúti járművek általános szerkezeti felépítése, a különböző rendszerek jármű specifikus ismertetése
1.1. A közúti jármű definíciója, fajtái
1.2. A közúti járművek története
1.3. A közúti járművek szerkezeti felépítése
1.4. A közúti járművek hajtása, erőátviteli rendszerek
2. Futómű rendszerek szerkezeti tagolása, leírása
2.1. Futómű általános szerkezeti felépítése
2.2. A futóművek szerkezeti leírása
2.2.1. Gumiabroncs
2.2.1.1. Követelmények és szerkezeti felépítés
2.2.1.2. A gumiabroncsok jellemző adatai
2.2.2. Keréktárcsa
2.2.2.1. Kerékpánt
2.2.3. Kerékfelfüggesztés
2.2.3.1. Lengőkarok, rudak
2.2.3.2. Gömbcsuklók
2.2.3.3. Gumiperselyek, szilentblokkok
2.2.3.4. A felfüggesztés állító elemei
2.2.4. Rugózás és elemei
2.2.4.1. A rugózási rendszer felépítése, dinamikai jellemzői
2.2.4.2. A rugózás szerkezeti elemei
2.2.4.2.1. Laprugók
2.2.4.2.2. Tekercsrugók
2.2.4.2.3. Torziós rugó
2.2.4.2.4. Hidropneumatikus gázrugó
2.2.4.2.5. Légrugók
2.2.4.2.6. Gumirugók, gumiütközők
2.2.4.2.7. Stabilizátorok
2.2.4.2.8. Lengéscsillapítók
3. Futóművek általános feladatai, követelményrendszere
3.1. Erőhatások az út és a jármű között:
3.2. A kerekeket leszorító erő
3.3. Tapadási tényező
3.4. Lengéskényelem
3.5. A dinamikus tényező
3.6. Futóművek aktivitása, önszabályozása
4. A futóművek jellemzői paraméterei
4.1. Alapparaméterek
4.1.1. Kerékdőlés (γ)
4.1.2. Kerékösszetartás
4.1.3. Csapgeometria
4.2. Leszármaztatott paraméterek
4.2.1. Billenési momentán centrum
4.2.2. Billenési momentán tengely
4.2.3. Bólintási centrum
4.2.4. A kerékdőlés változás
4.2.5. Összetartás változás
4.2.6. Nyomtávváltozás
5. Futóművek korszerű jellemző típusai, azok analízise
5.1. Merevhidas futóművek
5.1.1. Laprugós merevhidas futóművek
5.1.2. Tekercsrugós merevhidas futóművek
5.1.3. Légrugós merevhidas hátsó futóművek
5.2. Csatolt hosszlengőkaros futóművek
5.3. Független kerékfelfüggesztésű futóművek
5.3.1. Hosszlengőkaros futóművek
5.3.2. Ferde tengelyű hosszlengőkaros futóművek
5.3.3. Háromszög – trapéz keresztlengőkaros futóművek
5.3.4. McPherson típusú futóművek
5.3.5. Wiessach típusú futóművek
5.3.6. Multilink futóművek
5.3.6.1. Duplacsuklós futóművek
5.3.6.2. Többlengőrudas futóművek
6. Futóművek fejlesztésének irányai, intelligens futóművek
6.1. A futóművek fejlesztésének általános kérdései
6.2. A gépjármű futóművek járműmozgás szabályzó funkciója
6.3. Intelligens kerék
6.3.1. Gumiabroncs nyomás közvetett ellenőrzése
6.3.2. Gumiabroncs nyomás közvetlen mérése
6.4. Intelligens felfüggesztés
6.4.1. Felfüggesztés önszabályozással
6.4.1.1. Elmozdulás szabályozás
6.4.1.2. Erőszabályozás
6.4.1.3. Integrált szabályozás
6.4.2. Felfüggesztés külső szabályozással
6.4.2.1. Tengelycsonk külső szabályozása
6.4.2.2. Tengely külső szabályozása
6.5. Rugózás intelligens szabályozása
6.5.1. Hordrúgó szabályozás
6.5.1.1. Hidropneumatikus rugózás
6.5.1.2. Elektropneumatikus rugózás
6.6. Lengéscsillapító intelligens szabályozásai
6.6.1. A felépítmény mozgásszabályozása
6.6.2. ABC rendszer légrugózással
6.7. Intelligens stabilizátorok
6.7.1. Félaktív stabilizátor
6.7.2. Aktív stabilizátorok
7. Közúti járművek kormányzásának járműdinamikai követelményei, előírásai
7.1. Járművek kormányzásával szembeni általános követelmények
7.2. A járművek kormányzására kanyarodására vonatkozó elírások
7.2.1. Kanyarodási folyosószélesség
7.2.2. Farseprés szélessége
7.2.3. Kettős sávváltás tesztje
7.2.4. Állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt
8. Különböző kormányzási rendszerek geometriai, dinamikai elemzése
8.1. A közúti járművek kormányzási rendszereinek altípusai, általános geometriai jellemzők
8.2. Különböző kormányzási rendszerek elemzése
8.2.1. Tengelykormányzás
8.2.2. Alvázkormányzás
8.2.3. Tengelycsonk kormányzás
8.2.4. Többtengelyes járművek kormányzása
9. Közúti járművek kényszerkormányzási és sajátkormányzási tulajdonságai
9.1. A különböző kormányzási tulajdonságok elemzése
9.2. A rugalmas gumiabroncs ferdefutása, jellemző paraméterek
9.3. A kanyarodó jármű dinamikus mozgásviszonyai
10. Kormányrendszerek jellemző szerkezeti egységeinek elemzése
10.1. A kormányrendszer szerkezeti felépítése, jellemző típusok
10.2. A kormányrendszer geometriai jellemzői
10.2.1. Kormánytrapéz geometriája
10.2.2. Kormányzási hibagörbe, hibakarakterisztika
10.2.3. A kormányrendszer kinematikai áttétele
10.2.4. A kormánymechanizmus póluspontja
10.3. A kormányrendszer jellemző szerkezeti elemei
10.3.1. Kormánykerék, kormánykerék tengely és alkotórészei
10.3.2. Kormánygépek
10.3.2.1. Fogasléces kormánygépek
10.3.2.2. Globoid csigás kormánygépek
10.3.2.3. Golyósoros csavarorsós kormánygép
10.3.2.4. Hidraulikus szervós kormánygépek
10.3.3. Kormánymechanizmus rudazatai és csuklói.
11. Intelligens kormányrendszerek és szerkezeti elemeinek analízise
11.1. Az intelligens kormányrendszerek általános funkciói
11.2. Az intelligens kormányrendszerek jellemző típusai
11.2.1. Összkerék kormányzású rendszerek
11.2.2. Additív kormányzás
11.2.3. Autonóm kormányzás
11.3. Az intelligens kormányrendszerek új műszaki megoldásai
11.3.1. Elektromechanikus félaktív szervókormányok
11.3.2. Elektromechanikus aktív kormányzás
11.3.3. Elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzás
12. Közúti járművek fékezése, hazai és nemzetközi előírások, követelmények
12.1. A gépjárművek fékezésére vonatkozó hazai és nemzetközi előírások és követelmények
12.1.1. Alapfogalmak és a hazai fékezési előírások
12.1.2. A gépkocsik fékezési folyamatát befolyásoló tényezők
12.1.3. A fékrendszerekre vonatkozó nemzetközi előírások
12.1.4. A járművek fékvizsgálatára vonatkozófontosabb tudnivalók
12.1.5. A kétkörös fékrendszer
12.1.6. A fékrendszerrel szemben támasztott követelmények
12.1.7. Erők és nyomatékok fékezés közben
12.1.8. A fékrendszer működtetésének lehetőségei
13. Fékrendszer járműdinamikai elemzése
13.1. A fékezés folyamata
13.1.1. Reakció idő (tr)
13.1.2. Fékkésedelmi idő (t1)
13.1.3. A felnövekedési idő (t2)
13.1.4. A hatásos fékezés ideje (t3)
13.2. A fékrendszer minősítése
13.3. A gumiabroncs tapadása és a tapadás kihasználása
13.4. A fékezett kerék mozgásegyenlete
13.5. Fékerő felosztás
13.6. Ideális és effektív fajlagos fékerő eloszlás
13.7. Fékezési stabilitás
14. Korszerű hidraulikus fékrendszerek szerkezeti és működési analízise
14.1. A hidraulikus fékrendszer részegységei
14.2. Vákuumos fékrásegítők
14.2.1. Beépítése és működése
14.2.2. Két membrános tandem vákuumos fékrásegítő
14.2.3. A fékasszisztens feladatát ellátó aktív vákuumos fékrásegítő
14.3. Vákuumszivattyúk a vákuumos fékrásegítők működtetéséhez
14.3.1. Dugattyús vákuumszivattyú
14.3.2. Forgólapátos vákuumszivattyú
14.3.3. Membrános vákuumszivattyú
14.3.4. Villanymotorral hajtott vákuumszivattyúk
14.4. Hidraulikus fékrásegítő
14.4.1. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.4.2. Hidraulikus fékrásegítő, Toyota
14.5. „iBooster” az elektromechanikus fékrásegítő
14.6. Főfékhenger
14.7. A hidraulikus fékrendszer munkaközege a fékfolyadék
14.8. Fékerő módosítók
14.8.1. Tengelyterhelés függő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.2. Nyomásfüggő átkapcsoló pontú, nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.3. Lassulásfüggő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.4. Elektronikus fékerő felosztás
14.9. Fék munkahengerek
14.10. Hidraulikus működtetésű dobfékek
14.10.1. Szimplex dobfék
14.10.2. Duplex dobfék
14.10.3. Duo-duplex dobfék
14.10.4. Szervofék
14.10.5. Duo-szervo dobfék
14.10.6. A dobfékek részegységei
14.10.7. A fékpofák utánállítása
14.11. Hidraulikus működtetésű tárcsafékek
14.11.1. A tárcsafékek csoportosítása
14.11.2. Négy dugattyús fix nyerges tárcsafék
14.11.3. Úszónyerges tárcsafékek
14.11.4. Úszó keretes nyerges tárcsafék
14.11.5. Úszó ökölnyerges tárcsafék
14.11.6. Kombinált ököl és keretes nyerges tárcsafék
14.11.7. Különleges tárcsafékek
14.12. Korszerű mechanikus és elektromechanikus rögzítő fékek szerkezeti-, és működési analízise
14.12.1. Hagyományos, mechanikus működtetésű rögzítőfékek
14.12.2. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse)
14.12.2.1. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék (EPB-Ci)
14.12.2.2. A tárcsafékbe szerelt duo-szervo dobfék, mint elektromechanikus rögzítő fék EPB-DS
15. Korszerű légfékrendszerek szerkezeti és működési analízise
15.1. A haszonjárművek fékezésének sajátosságai
15.2. Egy haszonjármű légfékrendszerének részei:
15.3. A fékrendszerekre vonatkozó ECE13 nemzetközi előírás rövid összefoglalása
15.4. Sűrített levegő rásegítésű, hidraulikus fékrendszer
15.5. Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fékrendszer
15.6. Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer
15.6.1. Kompresszorok
15.6.2. A kompresszor után beszerelt hőcserélő
15.6.3. Olaj- és kondenzátum leválasztó
15.6.4. Légszárító
15.6.5. Air Processing Unit (APU)
15.6.6. Elektronikus sűrített levegő előkészítő egység (EAC)
15.6.7. Többkörös védőszelep
15.6.8. Légtartályok
15.6.9. Kiegészítő szerelvények
15.7. Haszonjárművek üzemi fék rendszere
15.7.1. Pedálszelep
15.7.2. A haszonjárművek fékezési sajátosságainak figyelembe vétele
15.7.3. . Fékerő módosító laprugós gépkocsikhoz:
15.7.3.1. Differenciál dugattyús, tengelyterhelés függő fékerő módosító
15.7.3.2. Relé hatású fékerő módosító laprugós futóműhöz
15.7.4. Fékerő módosító légrugós gépkocsihoz
15.7.5. Fékkamrák, fék munkahengerek
15.7.5.1. Dugattyús fék munkahengerek
15.7.5.2. Membrános fékkamrák
15.7.5.3. Rugóerő tárolós kombinált fék munkahenger:
15.8. Rögzítő fék rendszer
15.8.1. A rögzítő fék rendszer részei:
15.8.2. Rögzítő fék szelep
15.8.3. Relé szelep
15.8.4. Elektromechanikus rögzítő fék haszonjárművekhez
15.9. A pótkocsi fékvezérlése
15.9.1. A pótkocsi fékvezérlő szelep
15.9.2. A kapcsolófejek és a csőszűrő
15.10. A pótkocsi légfékrendszer
15.10.1. Pótkocsi fékező szelep
15.10.2. Kettős oldó (kapcsoló) szelep (park/shunt valve)
15.10.3. A pótkocsik speciális fékerő módosítója
15.10.4. A Vontató és pótkocsi fékezési kompatibilitás
15.10.5. Kompatibilitási vizsgálat
15.11. Haszonjárművek kerékfékszerkezetei
15.11.1. Dobfékek
15.11.1.1. A dobfék részei
15.11.1.2. Féktartó lemez
15.11.1.3. Fékdob
15.11.1.4. Fékpofák
15.11.1.5. A fékpofák szétfeszítése
15.11.1.6. A dobfék típusváltozatai
15.11.1.7. Fékkulcsos szimplex dobfék
15.11.1.8. Ékes szimplex dobfék
15.11.1.9. Ékes szétfeszítésű duo-szervo dobfék
15.11.1.10. A fékkarba beépített automatikus utánállítók
15.11.2. Tárcsafék
15.11.2.1. A haszonjárművek sűrített levegővel működtetett féknyergeinek kialakítása
15.11.2.2. A haszonjárművek tárcsafék működtetése
15.11.2.2.1. Csavarorsós tárcsafék működtetés
15.11.2.2.2. Ékes fékműködtetés
15.11.2.2.3. Emelőpályás fékműködtetés
15.11.2.2.4. A féknyergen belüli emelőkarral működő tárcsafék
15.11.2.2.5. Perrot emelőpályás tárcsafék
15.11.2.3. A sűrített levegővel működtetett tárcsafékek előnyös tulajdonságai
15.11.2.4. Knorr-Bremse sűrített levegővel működtetett úszónyerges tárcsafék
15.11.2.5. A féknyereg megvezetése
15.11.2.6. A tárcsafék nyomótagjainak tömítései
15.11.2.7. A fékkamra és tömítései
15.11.2.8. Automatikus és kézi utánállító
15.11.2.9. Az intelligens kerékfék modul
15.11.2.10. Villanymotorral működtetett tárcsafék
15.11.2.11. Haldex „ModulX” tárcsafék típuscsalád
15.11.2.12. Wabco PAN sorozatú tárcsafék
16. Intelligens fékrendszerek szerkezeti elemeinek analízise
16.1. Haszonjárművek blokkolásgátló rendszerei
16.1.1. ABS-re vonatkozó alapismeretek
16.1.2. ABS szabályzási módok
16.1.3. Kiegészítő ABS működések
16.1.4. Vontató gépkocsi ABS rendszerének részegységei
16.1.4.1. A Knorr-Bremse ABS 6 típusa ESP rendszerré bővíthető
16.1.5. Pótkocsi ABS rendszer
16.1.5.1. KB 91-A pótkocsi ABS rendszere
16.1.5.2. Pótkocsi ABS relészelep
16.1.5.3. Pótkocsi ABS modul TABS
16.2. Haszonjárművek elektronikus légfékrendszerei
16.2.1. Az EBS rendszer előnyei
16.2.2. Elektronikus légfékrendszerek adatátvitele a CAN hálózaton
16.2.3. A motoros (vontató) gépkocsik EBS rendszere
16.2.4. Az EBS rendszer működésmódjai
16.2.4.1. Alapműködés
16.2.4.2. Járműstabilitást és dinamikát támogató funkciók
16.2.4.3. Fékbetét kopást csökkentő, illetve összehangoló működésmódok
16.2.4.4. Fék állapotára figyelmeztető működések
16.2.4.5. Kiegészítő működések
16.2.5. ABS szabályozás
16.2.6. ASR szabályozás
16.2.6.1. Differenciális fékezés
16.2.6.2. Motor nyomaték szabályozás (DTC)
16.2.6.3. ASR kapcsoló
16.2.7. Fékbetét kopás kiegyenlítés
16.2.8. Kerékfék állapot megfigyelése
16.2.9. Kapcsolóponti erőszabályozás
16.2.10. Kiegészítő EBS működések
16.2.10.1. Fék-asszisztens
16.2.10.2. Az előre borulás megakadályozása (Tilt Prevention)
16.2.10.3. Automatikus befékezve tartás lejtőn (Hill Start Assistance)
16.2.10.4. Automatikus befékezés nyitott ajtónál (Door Brake)
16.2.10.5. Borulás elleni védelem (Roll Stability Program - RSP)
16.2.10.6. Külső fékezési igény (XBR)
16.2.11. Az EBS rendszer részei
16.2.11.1. EBS központi elektronika
16.2.11.2. Az EBS rendszer ellenőrzőlámpái
16.2.11.3. Terhelés érzékelő
16.2.11.4. Fékpedál modul a fékezési jeladóval
16.2.11.5. Egy csatornás nyomásmodul
16.2.11.6. Kétcsatornás nyomásmodul
16.2.11.7. Pótkocsi fék vezérlő modul (TCM)
16.2.12. Elektronikus stabilitás program (ESP)
16.2.12.1. Az ESP (elektronikus stabilitás program) alkalmazása és működése
16.2.12.2. ESP beavatkozás túlkormányzott gépkocsinál
16.2.12.3. ESP beavatkozás alulkormányzott gépkocsinál
16.2.12.4. Az ESP rendszer különleges érzékelői:
16.2.12.5. Az ESP rendszer öndiagnosztikája
16.2.13. Pótkocsik elektronikus légfék rendszere
16.2.13.1. A TEBS felépítés és működése
16.2.13.2. Kiegészítő működések
16.2.13.3. Az elektronikus pótkocsi fékrendszer részegységei
16.2.13.4. Pótkocsi EBS modul
16.2.13.5. Diagnosztikai lehetőségek a pótkocsik elektronikus fékrendszerénél
16.2.13.6. Pótkocsi ABS relészelep
16.2.13.7. Konténer-kapcsoló szelep
16.2.13.8. Elektronikusan vezérelhető liftestengely-vezérlő szelep
16.2.14. A TEBS második generációja
16.2.14.1. A második generációs TEBS G2 modul
16.2.14.2. TEBS G2 működése
16.2.14.3. Az elektronikus pótkocsi fék rendszer TEBS diagnosztikája
16.3. Wabco EBS rendszerek
16.3.1. Az EBS előnyös tulajdonságai
16.3.2. Fékezési jeladó (pedálszelep)
16.3.3. EBS központi elektronika
16.3.4. Arányos működésű relé szelep
16.3.5. Redundancia szelep
16.3.6. Tengelymodulátor
16.3.7. Pótkocsi fékvezérlő szelep
16.3.8. Pótkocsik elektronikus fékrendszere
Az ábrák listája
1.1. a közúti járművek felosztása.
1.2. Karl Benz találmánya – 1886.
1.3. Gottlieb Daimler találmánya – 1886.
1.4. Orrmotor – hátsókerékhajtás (BMW, Mercedes)
1.5. Farmotor – hátsókerékhajtás  (VW Bogár, Skoda, Porsche)
1.6. Középmotoros hátsókerékhajtás (versenyautók).
1.7. Orrmotoros elsőkerékhajtás (Audi).
1.8. Keresztmotoros elsőkerékhajtás.
1.9. Keresztmotoros összkerékhajtás.
2.1. A McPherson típusú futómű beépítési ábrája a hordrugókkal és lengéscsillapítókkal
2.2. A kormányzott kerék beépítése lengőkarral, hordrugókkal és a csillapítóval
2.3. Korszerű gumiabroncs szerkezeti felépítése.
2.4. Gumiabroncs kialakítások
2.5. A diagonál gumiabroncs szerkezete
2.6. Radiál abroncs betét.
2.7. Diagonál abroncs öv.
2.8. A radiál gumiabroncs szerkezete
2.9. Gumiabroncsok geometriai méreteinek variációi.
2.10. Korszerű gumiabroncsok haszonjárművekhez. K – 110 km/h; L – 120 km/h; M – 130 km/h sebességhatár
2.11. A gumiabroncs futófelületének jellemző kopásai
2.12. A keréktárcsa alkatrészei és jellemző méretei
2.13. Kerületén osztott (Trilex) keréktárcsa.
2.14. Gyűrűsen osztott kerékpántok: a – kétrészes; b – háromrészes; c – négyrészes
2.15. Kúp vagy gömbfelületen tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötése.
2.16. A kerékagy peremén tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötés.
2.17. Szabadon futó kerékagy, csapágy és tengelycsonk formája.
2.18. Dácia személygépkocsi első generációs csapágyazású szerelt tengelycsonkja.
2.19. Teljesen tehermentesített hajtótengelyes csapágyazás sémája
2.20. Teljesen tehermentesített hajtótengelyes futómű, második generációs csapágyazással.
2.21. Lada gépkocsik nem tehermentesített hajtótengelyes hátsó futóműve.
2.22. Félig tehermentesített hajtótengely.
2.23. Az Ikarus autóbuszok mellső futóművének elsőgenerációs csapágyazása.
2.24. SKF gyártmányú harmadik generációs csapágyazás pótkocsikhoz.
2.25. Opel Astra személygépkocsi harmadik generációs csapágyazású hátsó kerékagya.
2.26. Negyedik generációs csapágyazású integrált hajtott kerékagy.
2.27. A kerékfelfüggesztés elemei
2.28. Háromszög alakú, süllyesztékben kovácsolt könnyűfém lengőkar
2.29. Lengőkar csapágyazása két kúpgörgős csapággyal
2.30. BMW 3 első futómű, könnyűfém alsó lengőkar, a csatlakozó szilentblokkal és gömbcsuklóval
2.31. BMW 5 első futómű, könnyűfém felső lengőkar
2.32. Mercedes 180, 190 öt-lengőkaros, független kerék felfüggesztésű hajtott hátsó futómű lengőrúdja
2.33. Haszonjárműveknél alkalmazott lengőrudak
2.34. A hengeres szárú gömbcsuklók biztosítását a horonyhoz illeszkedő rögzítő csavar végzi
2.35. Kúpos szárú gömbcsukló, melynél a rögzítő csavarok számára kialakított ovális nyílások lehetővé teszik a kerékgeometria beállítását
2.36. Álló gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)
2.37. Függő gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)
2.38. Alumínium-magnézium összetételű lengőrúd a Mercedes 123 gépkocsihoz.
2.39. A gömbcsuklók kinyomatásához szükséges célszerszámok
2.40. A kúpos szárú gömbcsuklóknál alkalmazott lelapolások és belső kulcsnyílás teszi lehetővé a rögzítő anya meghúzását
2.41. Húzott anyagból forgácsolással gyártott kéregedzésű (bal oldalt) és süllyesztékben kovácsolt gömbcsukló, melynél elmaradt az edzés
2.42. A szilentblokk szerkezete és deformációs lehetőségek
2.43. Axiális erő felvételére alkalmas szilentblokk és a karakterisztikák
2.44. Különleges, nyomkövetés korrigált szilentblokk és az egymásra merőleges erőátviteli karakterisztikák
2.45. Rögzítő csavar középvonal irányú állítása C alátéttel
2.46. Állítás ovális furattal
2.47. Állítás menetes végű lengőrudaknál
2.48. Állítás excenteres kényszerpályás alátéttel
2.49. Állítási lehetőségek toronycsapágynál
2.50. A gépjármű három tömegű, négy-szabadságfokú lengéstani modellje.
2.51. Rugókarakterisztika
2.52. Különböző jellegű rugókarakterisztikák.
2.53. Különböző típusú lengéscsillapító karakterisztikák
2.54. Járművezető ülés átviteli karakterisztikája.
2.55. Optimális rugókarakterisztika.
2.56. Egyszerű laprugóköteg
2.57. A kötegelt laprugó szerkesztése.
2.58. Különböző rugószem kialakítások és rugólap bekötések.
2.59. Laprugó köteg segédrugóval.
2.60. A rugólapok közötti súrlódás csökkentése betétlappal, vagy betételemekkel.
2.61. laprugó karakterisztikák
2.62. Parabolikus keresztmetszetű laprugók.
2.63. A tekercsrugó menetemelkedésének, vagy tekercselési átmérőjének variálása
2.64. A tekercsrugó huzalátmérőjének variálása:
2.65. A Miniblock rugó és beépítése Opel gépkocsi hátsó futóművébe.
2.66. VW Golf gépkocsi integrált hátsó rugóstagja és karakterisztikája.
2.67. Torziós rugós beépítve a futóműbe.
2.68. A Citröen hidropneumatikus gázrugós rendszerének sémája.
2.69. Hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag
2.70. A hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag lengéscsillapító eleme.
2.71. Gördülőmembrános légrugó szerkezete és tömlője.
2.72. Gyűrűs légrugó szerkezete és tömlője.
2.73. Légrugó és szintszabályzó szelep beépítése autóbusz hátsó futóművébe.
2.74. Mechanikus szintszabályzó szelep felépítése és működése.
2.75. Szintszabályzás légrugó karakterisztika mezője.
2.76. Mercedes Travego autóbusz légrugózásának levegőellátó rendszere magasságállítóval.
2.77. Hydrolastic rugózás rugóstagja és beépítése az gépkocsiba.
2.78. Gumiszalagos és torziós gumiperselyes gumirugók.
2.79. VW Golf személygépkocsik hátsó rugóstagjához kifejlesztett poliuretán segédrugó.
2.80. A Ford-ba beépített kiegészítő rugó gyártója az Elastogan vállalat. Cellás poliuretán elasztomerből készül. Hidegben is rugalmas -40 ˚C-ig. A begörbülős felfekvő ajak lágy kezdeti rugóállandót eredményez, mint az ábrán is látható. A tekercsrugó belsejébe szerelik be.
2.81. Gépkocsi futómű egyfunkciós keresztstabilizátorral.
2.82. A Mercedes 123 gépkocsi első futóművének kétfunkciós stabilizátora.
2.83. Kétcsöves fenékszelepes, illetve fenékszelep nélküli hidraulikus lengéscsillapító elvi sémája.
2.84. Egycsöves gáztöltésű tömlős, ill. szabaddugattyús lengéscsillapító sémája.
2.85. Az Ikarus légrugós autóbuszokon is alkalmazott Girling FX kétcsöves lengéscsillapító.
2.86. Girling FX lengéscsillapító aszimmetrikus degresszív karakterisztikája
2.87. Sachs egycsöves gáztöltésű lengéscsillapító
2.88. Sachs kétcsöves rugóláb McPherson-típusú futóművekhez
2.89. Az Opel patronos lengéscsillapítós rugólába
2.90. Sachs gyártmányú PSD lengéscsillapító szerkezete és karakterisztikájának kördiagramja
3.1. Kerék talppontjában ébredő erők.
3.2. Kereszt- és hosszirányú átterhelődések gépjárműveknél.
3.3. Hossz- és keresztirányú tapadási tényező és szlip kapcsolata.
3.4. Dinamikus igénybevétel az alkatrészek élettartama során.
3.5. Elmozdulás szabályozás geometriai alapjai.
3.6. Fő és mellékmozgás összefüggése: z – főmozgás, y – mellékmozgás.
3.7. Erőszabályozás futóműveknél.
3.8. BMW kettős-csuklós elmozdulás szabályzás.
3.9. Első futómű integrált szabályozással.
3.10. Hátsó futómű integrált szabályozással.
4.1. Kerékdőlés értelmezése.
4.2. A külső kerék által felvehető oldalerő a kerékdőlési szög függvényében. A gumiabroncs 165 R13 méretű, a kerékterhelés 400 kg.
4.3. Oldalerő kialakulása a pozitív kerékdőlés hatására.
4.4. Oldalerő kialakulása a negatív kerékdőlés hatására
4.5. Kerékösszetartás értelmezése, ahol:
4.6. Kerékösszetartás dinamikai hatása.
4.7. Kerékösszetartás dinamikai hatása az elkormányzási sugár, és hajtásrendszertől függően.
4.8. Merevhidas első futómű (Ikarus) elkormányozási tengelye
4.9. Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű (Lada) - elkormányozási tengelye.
4.10. McPherson-típusú első futómű (Audi 80) - elkormányozási tengelye.
4.11. Audi A4 első futómű.
4.12. Duplacsuklós futóművek virtuális momentán elkormányzási tengelye.
4.13. Csapgeometria
4.14. Hagyományos és korszerű, valamint semleges csapgeometria.
4.15. Az elkormányzási sugár hatása a jármű menetstabilitására egyenlőtlen fékerők vagy gördülési ellenállások esetén
4.16. Csapterpesztés dinamikai hatása a kerék elkormányzásakor, ahol ΔH0 a felépítmény felemelkedése a kerék felett.
4.17. Csaphátradőlés és utánfutás hatása.
4.18. Billenési momentán centrum.
4.19. McPherson futómű momentán centruma
4.20. Háromszög - trapéz keresztlengőkaros futómű momentán centruma
4.21. Jellemző futómű típusok momentán centrumának szerkesztése.
4.22. Ferde tengelyű hosszlengőkaros futómű momentán centruma.
4.23. Négy-lengőrudas merevtengelyes futómű momentán centruma
4.24. Csatolt hosszlengőkaros futómű momentán centruma
4.25. A jármű billenési momentán tengelye
4.26. Momentán centrum és nyomváltozás kapcsolata.
4.27. Mitschke-féle diagram.
4.28. Bólintási momentán centrum szerkesztése.
4.29. Elől teleszkópos – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma
4.30. Elől – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma
4.31. BMW R 1100 motorkerékpár bólintási centruma
4.32. Különböző motorkerékpárok bólintási centruma
4.33. Kerékdőlés változás az elkormányzási szögek függvényében, paraméter a csaphátradőlés
4.34. Jellemző kerékösszetartás változási karakterisztikák
4.35. Az Audi A4 személygépkocsi kerékdőlés és összetartás változási karakterisztikái
4.36. A nyomtávváltozási karakterisztikák jellemző formái
4.37. A kerekek gördülésének nyomvonala ki-berugózáskor
4.38. A nyomtávváltozás és oldalerő összefüggése
5.1. Gépjármű koordinátarendszerek.
5.2. Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (elölnézet)
5.3. Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (felülnézet)
5.4. VW laprugós merevhidas futómű
5.5. Tengelyterhelés elosztás többtengelyes merevhidas, laprugós futóműveknél.
5.6. Mitsubishi Pajero tekercsrugós merevhidas futómű
5.7. Suzuki Ignis tekercsrugós hátsó futóműve
5.8. Suzuki Ignis hátsó futómű. (oldalnézet, hátulnézet)
5.9. Mercedes A osztály hátsó futóműve.
5.10. Mercedes A osztály (W 169) futóműve.
5.11. Lada gépkocsi hátsó merevhidas futóműve
5.12. Ikarus 415 légrugós hátsó futómű π-kerettel
5.13. ZF C-keretes légrugós hátsó híd
5.14. MAN H-keretes légrugós hátsó futómű
5.15. Daimler-Benz ikertengelyes hátsó futómű.
5.16. Mercedes Travego autóbusz futóműve. (oldalnézet, felülnézet)
5.17. SAF légrugós félpótkocsi futómű.
5.18. Opel Astra hátsó futóműve
5.19. Renault Megane hosszlengőkaros futóműve
5.20. Fiat Tempra hátsó futóműve
5.21. Subaru E12 hátsó futómű
5.22. BMW hátsó futómű
5.23. Alfa Romeo 147. első futóműve.
5.24. Formula 1 versenyautó aktív futóművel.
5.25. VAN HOOL T9 típusú autóbusz első futóműve.
5.26. A Peugeot 407 típusú személygépkocsi kéttagú, kéttengelyű tengelycsonkos háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóműve
5.27. Peugeot első futómű
5.28. Ford Focus C-MAX első futóműve
5.29. Mercedes A (W 169)
5.30. Suzuki Ignis mellső felfüggesztés
5.31. Mercedes C240 hátsó futómű
5.32. Elsőgenerációs Audi TT Weissach típusú hátsó futóműve
5.33. Mitsubishi Eclipse (Crysler Laser) Weissach típusú hátsó futóműve
5.34. Duplacsuklós futóművek alsó csuklópont vándorlása elkormányzás hatására.
5.35. BMW 5 integrált szabályzású első futóműve.
5.36. BMW 5 duplacsuklós első futóműve
5.37. Mercedes C240 típusú gépkocsi duplacsuklós McPherson futóműve
5.38. Mercedes CL típusú gépkocsi duplacsuklós háromszög lengőkaros futóműve
5.39. Audi DGP futómű
5.40. Lancia Thesis DGP futómű
5.41. Zomotor Ádám féle multilink futómű
5.42. BMW 5. széria integrált hátsó futómű
5.43. Golf V gépkocsi hátsó futóműve
5.44. Honda Civic gépkocsi hátsó futóműve
5.45. Ford Focus hátsó futóműve
6.1. Intelligens futómű szabályozások.
6.2. A guminyomás ellenőrzés közvetett módszerének sémája.
6.3. A guminyomás mérés közvetlen módszerének sémája
6.4. A guminyomás mérés közvetlen módszerének eszközei
6.5. Intelligens guminyomás-érzékelők a szelepre vagy a gumiabronccsal szerelve
6.6. Alfa Romeo 156 első futóműve.
6.7. Golf I (bal oldal) és Golf II (jobb oldal) hátsó futóművének rögzítése
6.8. Honda Accord hátsó felfüggesztés
6.9. Integrált szabályozás szemléltetése a Honda Accord futóművén
6.10. Integrált felfüggesztés szabályozású a BMW 5 hátsó futóműve
6.11. Tengelycsonk helyzetének szabályozása hidraulikus aktuátorokkal
6.12. Hullámhajtóműves elektromechanikus aktuátor multilink hátsó futóműben (BMW)
6.13. Tengely intelligens szabályzása hidraulikus aktuátorokkal.
6.14. Hordrugó szabályozás
6.15. Citröen hidraktiv rugózás
6.16. A hidraktiv rugózás nitrogén-gáz gömbjei
6.17. Légrugós és lengéscsillapítós rugóstag
6.18. Integrált levegőellátó rendszer
6.19. CDC lengéscsillapító
6.20. Az Audi TT lengéscsillapítási karakterisztika változtatása
6.21. A magneto rheológiai lengéscsillapító
6.22. ABC rendszerű aktív felfüggesztés „rugólábja” acél tekercsrugóval és hidraulikus állítóművel (Mercedes)
6.23. Az ABC futómű elvi felépítése
6.24. A Mercedes ABC futómű rendszere
6.25. Mercedes ABC futómű hidraulika rendszere
6.26. Aktív rugózás légrugókkal és szabályozott lengéscsillapítókkal (Mercedes Airmatic rendszer)
6.27. A stabilizátor felek közötti hidraulikus kapcsolat
6.28. Az első és a hátsó futómű stabilizátorai közötti hidraulikus összeköttetés hidraulikus kapcsolat
6.29. Az aktív stabilizátor hatása a felépítmény billenésére
6.30. A hidraulikus aktív stabilizátor konstrukciója
6.31. Hidraulikus lengőmotor beépítése és működése BMW Dynamic Drive (DD), hátsó futómű.
6.32. Elektromechanikus aktív stabilizátor beépítése (Lexus LS 660H/GS 450h)
6.33. Az elektromechanikus aktív stabilizátor aktuátora: BLDC villanymotorral hajtott hullámhajtómű
7.1. Kanyarodási folyosó szélesség geometria jellemzői.
7.2. A farseprés vizsgálatának sémája.
7.3. Farseprés szélesség jelölése.
7.4. A kettős sávváltás vizsgálati folyosója. (ISO TR 3888-1975 (E))
7.5. Az állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt alaprajza.
7.6. Sajátkormányzási karakterisztika.
8.1. A tengelykormányzás geometriája.
8.2. Alvázkormányzás kinematikai sémája.
8.3. A tengelycsonk kormányzás geometriája.
8.4. Háromtengelyes teherautó kormányzása.
8.5. Mercedes Tourismo autóbusz hátsókerék-kormányzással.
8.6. Négytengelyes teherautók kormányzása.
8.7. Háromtengelyes félpótkocsi hátsókerék-kormányzással.
8.8. BPW légrugós talajkormányzott pótkocsi futómű.
8.9. Hátsókerék-hajtású tolócsuklós autóbusz kormányzása.
8.10. Csuklós autóbusz hátsókerék-kormányzással.
9.1. A kényszerkormányzás folyamatábrája kéttengelyes járműveknél.
9.2. A kényszerkormányzás folyamatábrája hátsókerék kormányzású csuklósbusznál.
9.3. A sajátkormányzás hatása a kanyarodási folyamatra.
9.4. járművek önkormányzási folyamata.
9.5. A gépjárműkerék gördülése oldalerő nélkül és oldalerővel
9.6. Az oldalerő, a kerékterhelés, a sebesség, és a ferdefutási szög összefüggései
9.7. A visszatérítő nyomaték, a kerékterhelés, a sebesség és a ferdefutási szög összefüggései.
9.8. Az oldalerő, a kerékterhelés, a visszatérítő nyomaték, a gumiabroncs utánfutása és a ferdefutási szög összefüggései. Ez a Gough-féle diagram
9.9. A rugalmas gumiabroncs hatása a jármű kanyarodási folyamatára.
10.1. Merevhidas futóművel felszerelt jármű kormányrendszere.
10.2. Független kerékfelfüggesztésű futóművel szerelt jármű kormányrendszere.
10.3. Városi autóbusz merevhidas futóműve és kormányrendszere (ZF).
10.4. Távolsági autóbusz független felfüggesztésű futóműve és kormányrendszere (ZF).
10.5. Mercedes Travego autóbusz kormányrendszere
10.6. Merevhidas futómű kormánytrapéz mechanizmusa.
10.7. Kormánytrapéz kialakítása fogasléces kormánygéppel.
10.8. Egylengőkaros kormánygéppel működtetett mechanizmus kormánynégyszög és kormánytrapéz rudazattal.
10.9. A kormánytrapéz Causant szerkesztése.
10.10. Kormányzási hibagörbe szerkesztése.
10.11. Kormányzási hibagörbe szerkesztésének igazolása.
10.12. Fogasléces kormánymechanizmus mozgásviszonyai.
10.13. Golyósoros csavarorsós egylengőkaros kormánygép kinematikai sémája.
10.14. Merevhidas futómű kormányrendszerének kinematikai vázlata.
10.15. Független felfüggesztésű futómű fogasléces kormánygépes mechanizmusának póluspontja (T).
10.16. Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű kormányzási póluspontja.
10.17. McPherson-féle futómű kormányzási póluspontjának szerkesztése.
10.18. A VAZ-2108 Lada Samara kormánymechanizmusa.
10.19. Az Opel típusú gépkocsik bordás biztonsági kormánytengelye.
10.20. A Mercedes gépjárművek acél gégecsöves kormánytengelye, a légzsák és a deformálódó kormánykerék együttesen veszik fel az ütközés energiáját.
10.21. A Volvo gépkocsikhoz rendszeresített kéttagú csőtengely. A felső tag (2) csőrészei egymásba csúszhatnak, az alsó tag (1) gégecsöves, bordás tengelye maradandóan összenyomódhat.
10.22. Acél lemezből készült kardáncsukló hasított bordás szorító hüvellyel.
10.23. Ötvözött alumíniumból osztott kardáncsukló, tűgörgős csapágyazással hasított bordás szorító hüvellyel.
10.24. Ople Corsa gépkocsi fogasléces kormánygépe, a nyomtávrudak a fogasléc végéhez kapcsolódnak.
10.25. Jaguár – S típusú gépkocsi kormánygépének az áttételét a változó fogferdeségű fogasléc változtatja.
10.26. A LADA gépkocsik globoidcsigás kormánygépe.
10.27. Globoidcsigás kormánygép háromrészes görgővel.
10.28. Golyósoros kormánygép, biztonsági okokból két egymástól független golyósorral.
10.29. Fogasléces hidraulikus szervókormány rendszer vázlata.
10.30. A ZF golyósoros hidraulikus kormánygépe és a szervókormányrendszer sémája
10.31. Kormánymechanizmusok szerkezeti sémája különböző kormánygépek alkalmazásakor.
10.32. McPherson futóműves Mercedes személygépkocsi kormánymechanizmusa kormánynégyszöggel.
10.33. Kormánymechanizmus gömbcsuklója (Lemförder Fahrwerktechnik)
10.34. Állítható nyomtávrúd jobb-bal menetes gömbcsuklókkal (Lemförder Fahrwerktechnik)
11.1. Intelligens kormányrendszerek
11.2. Aktív kormányzás hidraulikus szervókormányzással összekapcsolva (BMW).
11.3. Hátsókerekek kormányzása az első kerekekkel ellentétes irányba.
11.4. Az első és hátsó kerekek azonos irányú kormányzása.
11.5. Mechanikus rendszerű összkerék kormányzás (Honda).
11.6. A mechanikus összkerék kormányzás kinematikai karakterisztikája
11.7. Számítógéppel vezérelt (második generációs) összkerék kormányzás
11.8. Elektromechanikus fogasléces szervókormányok.
11.9. Elektromechanikus szervókormányok alkalmazási területe.
11.10. Párhuzamos elrendezésű elektromechanikus szervókormányok.
11.11. Párhuzamos elrendezésű (DP) elektromechanikus szervókormány szerkezeti elemei.
11.12. Párhuzamos elrendezésű (APA) elektromechanikus szervókormány.
11.13. ESP funkció aktív kormányzási rendszerben.
11.14. A BMW adaptív kormányrendszere hidraulikus szervókormánnyal integrálva.
11.15. Az aktív kormányzás bolygóműves állítóegységének kinematikai vázlata (BMW).
11.16. Az aktív kormányzás állítóművének és arretáló szerkezetének konstrukciója (BMW).
11.17. Aktív kormányzás hidraulikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állítóművel (Audi-Active Front Steering – AFS)
11.18. A hullámhajtóműves állító egység szerkezeti kialakítása (Audi – AFS)
11.19. Aktív kormányzás elektromechanikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állító egységgel (Toyota, Lexus)
11.20. Nyomaték érzékelő és hullámhajtóműves állító egység a Toyota és Lexus gépjárművekben.
11.21. Csatolt hosszlengőkaros hátsó futómű elektromechanikus hullámhajtóműves aktuátorral (Renault Laguna GT).
11.22. A korrekciós összkerék kormányzás állítóművének rögzítése, rudazatai, tengelykapcsolata (Renault Laguna GT).
12.1. A fékrendszerre vonatkozó hazai és nemzetközi előírások
12.2. A fékkörök felosztása a DIN 7400 szabvány szerint
13.1. A fékezési folyamat.
13.2. Egy fékezés lassulás diagramja
13.3. Fékezett gépkocsi egyszerűsített foronómiai görbéi
13.4. Az MFDD értelmezése
13.5. A gumiabroncs fékezés irányú tapadási tényezője
13.6. A fékezett kerékre ható erők és nyomatékok
13.7. A gumiabroncs fékezés és oldal irányú tapadási tényezője
13.8. Kéttengelyes gépkocsi adhéziós diagramja
13.9. Fékezett kéttengelyes gépkocsira ható erők a légellenállás figyelmen kívül hagyásával
13.10. Az ideális fajlagos fék és vonóerő diagram
13.11. Az ideális és a fékerő módosító nélküli fékerő felosztások diagramja
13.12. Az ideális és a fékerő módosítóval szerelt effektív fékerő felosztások diagramja
13.13. Az ideális és az effektív fékerő karakterisztikák illesztése fékerőszabályozó nélkül és terhelés függő fékerőszabályozóval
13.14. A merev, kétkerekű gépkocsi modell.
13.15. Az „üres” és a „terhelt” gépkocsi perdülési gyorsulása d2β/dt2 a hidraulikus nyomás phydr függvényében.
14.1. A hidraulikus fékrendszer áttekintése.
14.2. Vákuumos fékrásegítő a pedálokkal.
14.3. Alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítő metszetben.
14.4. Vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben. A gumimembrán mindkét oldalán vákuum van (piros szín)
14.5. Vákuumos fékrásegítő részfékezési helyzetben.
14.6. Vákuumos fékrásegítő teljes fékezési helyzetben.
14.7. Vákuumos fékrásegítő működési diagramja és a konstrukciós jellemzők hatása
14.8. Két membrános vákuumos fékrásegítő a főfékhengerrel, fékfolyadék tartállyal és az elektromos szintérzékelővel.
14.9. Aktív vákuumos fékrásegítő.
14.10. A fékasszisztensek (aktív vákuumos fékrásegítők) különböző változatai.
14.11. A fékasszisztensnél elektronika és elmozdulás érzékelő egészíti ki a vákuumos fékrásegítőt.
14.12. A Continental Teves aktív, két membrános vákuumos fékrásegítője, mint fékasszisztens.
14.13. A vákuumos fékrásegítő normál működése és pirossal megrajzolva, amikor fékasszisztensként működik.
14.14. Continental Teves mechanikus fékasszisztens.
14.15. Continental Teves mechanikus fékasszisztensnél lecsökken a pedálerő és dinamikus lesz a fékező nyomás kivezérlés.
14.16. A TRW mechanikus fékasszisztens metszete
14.17. A TRW mechanikus fékasszisztens szétszerelve
14.18. EVA, hidromechanikus fékasszisztens (Robert Bosch GmbH) és működési diagramja.
14.19. Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú (Pierburg).
14.20. Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú metszeti ábrája (Pierburg).
14.21. Forgólapátos vákuumszivattyú (Pierburg).
14.22. Forgólapátos vákuumszivattyú felszerelve a motorra.
14.23. Forgólapátos vákuumszivattyú metszeti ábrája.
14.24. Membrános vákuumszivattyú
14.25. Villanymotoros vákuumszivattyú.
14.26. Villanymotoros vákuumszivattyú belső szerkezete
14.27. Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.28. Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.29. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.30. Ate H31 hidraulikus fékrásegítőnél alkalmazott nyomástároló.
14.31. A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (1)
14.32. A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (2)
14.33. A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer áttekintő vázlata.
14.34. iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (1)
14.35. iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (2)
14.36. ”Rövid”kivitelű, két körös tandem főfékhenger
14.37. Fékezéskor és a fékoldás kezdetén a tömítő karmantyú.
14.38. A fenékszelep két egymással szembe fordított visszacsapó szelep, mely a „visszamaradó nyomást" tartja.
14.39. Kétkörös tandem főfékhenger központi szeleppel.
14.40. A főfékhenger központi szelepe nyitott és zárt helyzetben.
14.41. A fékfolyadék tartály a záró sapkával és a szint érzékelővel.
14.42. Glikol alapanyagból készült fékfolyadékok.
14.43. A fékfolyadék tartály zárósapkáján feltüntetett fékfolyadék fajta.
14.44. A fékfolyadék forráspont változása a víztartalom függvényében.
14.45. Kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító.
14.46. A kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító működési diagramja.
14.47. nyomásfüggő fékerő módosító (becsavarható kivitel).
14.48. A nyomásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.49. Lassulásfüggő fékerő módosító a hátsó futómű közelében.
14.50. Lassulásfüggő fékerő módosító a főfékhenger közelében a motortérben.
14.51. Lassulásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.52. Lassulásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.53. Lassulásfüggő fékerő módosító szétszerelt állapotban.
14.54. A blokkolásgátlóval megvalósított elektronikus fékerő felosztás.
14.55. Egyszeres működésű, automatikus utánállítóval ellátott fék munkahenger.
14.56. Kettős működésű fék munkahenger.
14.57. Kettős működésű, fék munkahenger szimplex dobfékhez. A dugattyú belsejébe súrlódó gyűrűs automatikus utánállítót szereltek.
14.58. Kettős működésű, fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.59. A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító szétszerelve.
14.60. Könnyűszerkezetes szimplex dobfék alumínium ötvözetből készült fékdobbal és fék munkahengerrel.
14.61. A fékdob és a kerékagyközös egységet alkot.
14.62. A kerékagy peremén kialakított fogazat az ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke.
14.63. Szimplex dobféknél a fel- és a lefutó fékpofák, továbbá a rögzítő fék működtető rudazata.
14.64. A szimplex dobfék fel-, és lefutó fékpofáin ébredő erők.
14.65. A dobfékek különböző típusainak belső áttétele.
14.66. A dobfékek csoportosítása.
14.67. A dobfék fékpofáira a súrlódó betéteket felragasztják. A súrlódó betét anyagát az oldalsó szélén tüntetik fel.
14.68. A Szimplex dobfék fékpofái, a rögzítő fék működtető karja, visszahúzó rugók és alumínium ötvözetből készült hidraulikus munkahenger.
14.69. Fékpofák közötti csavarmenetes kézi utánállító
14.70. Súrlódó tárcsás (FIAT rendszerű) automatikus utánállító
14.71. Kilincsműves, menetes automatikus utánállító
14.72. Teljes és részleges tárcsafék
14.73. A tárcsafékek csoportosítása
14.74. A tárcsafékek próbapadi vizsgálata során a felmelegedés
14.75. A féktárcsa hőmérséklet eloszlása és a hő okozta deformációja a vékony fehér vonallal megrajzolt hideg állapothoz képest
14.76. Négy dugattyús fix nyerges Ate tárcsafék
14.77. Kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.78. Kis felfekvő felületű kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.79. Keretes úszónyerges fékszerkezet
14.80. Úszó, keretes nyerges, Ate tárcsafék
14.81. Úszó, ökölnyerges, Ate tárcsafék vezető csapokkal
14.82. VW Lupo úszó, ökölnyerges tárcsafék.
14.83. Úszó, ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékműködtető mechanikával és automatikus utánállítóval.
14.84. Úszó ökölnyerges tárcsaféknél a rögzítőfék-működtető bowden és a mechanikus áttételek kialakítása.
14.85. Az ököl és a keretes nyeregkombinációja
14.86. Könnyűszerkezetes féktárcsa (BMW 6)
14.87. Kerámia féktárcsa, nyolc dugattyús, fix féknyereggel, speciális fékbetéttel.
14.88. A mechanikus működtetésű fékberendezések alkalmazása.
14.89. Bowden huzallal működtetett, hátsó kerekekre ható rögzítő fék.
14.90. Bowdenes rögzítő fék karos működtetése dobfék belsejében.
14.91. A féknyeregre szerelt ollós feszítő szerkezettel működtetett, külön fékpofákkal ellátott rögzítő fék.
14.92. A féknyeregre szerelt mechanikus rögzítő fék működtető egység.
14.93. A féktárcsa kiöblösödő részében kialakított duo-szervo dobfék, mely a rögzítő fék feladatát látja el.
14.94. A féktárcsa kiöblösödő részében helyet kapó duo-szervo dobfék, mint rögzítő fék.
14.95. Az elektromechanikus, bowdennel működtetett rögzítő fék Lucas szabadalma.
14.96. Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a műszerfal bal oldalán gyermek biztonsági nyomógombbal is ellátva (Renault).
14.97. Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a sebességváltókar közelében elhelyezve (Ford).
14.98. Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék rendszer felépítése.
14.99. Continental Teves úszónyerges kerékfék szerkezetre szerelt EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egysége.
14.100. A Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység metszeti ábrája.
14.101. A Continental Teves EPB-DS elektromechanikus rögzítő fék rendszer.
14.102. A Continental Teves EPB-DS a féktartó lemezre szerelt villanymotoros működtető egység.
14.103. A Continental Teves EPB-DS működtető egység.
14.104. Az EPB-DS feszítő egysége a tányérrugókkal.
15.1. Pótkocsis szerelvény légfékrendszerének vázlata.
15.2. A fékrendszer részműködéseire vonatkozó hatósági előírások összefoglalása.
15.3. Sűrített levegős rásegítő hidraulikus fékhez.
15.4. Egykörös sűrített levegős rásegítő kétkörös hidraulikus fékhez.
15.5. Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék.
15.6. Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék 2x1 körös kivitel, a plató alatt az alváz segédtartójára szerelve (Iveco).
15.7. A jármű kompresszorok csoportosítása
15.8. Egy hengeres, „talpas” rögzítésű, Knorr-Bremse kompresszor, léghűtéses henger és vízhűtéses hengerfej. A henger leszerelhető a forgattyúsházról
15.9. A motorra felszerelt, ékszíjjal hajtott kompresszor a kenőolaj csatlakozással, a nagyobb átmérőjű visszafolyó csővel és a hűtőfolyadék csatlakozással.
15.10. Tengelykapcsolón keresztül hajtott kompresszor (Knorr-Bremse)
15.11. Az EAC vezérli a tengelykapcsolót (Knorr-Bremse)
15.12. A hajtórúd deformációja növeli az olajfelhordást.
15.13. WABCO e-comp™ a villanymotoros hajtású kompresszor
15.14. Magna villanymotor hajtású kompresszor hibrid haszonjárműre szerelve
15.15. Knorr-Bremse sűrített levegő ellátó és tároló egység hibrid járművekhez
15.16. A Knorr-Bremse szuper hűtésű kompresszornál kiegészítő hűtőcsatornákat alakítanak ki a hengerfejben
15.17. Knorr-Bremse energiatakarékos (ESS) kompresszor egyhengeres változata. Normál- és ESS működésnél
15.18. Knorr-Bremse energiatakarékos ESS kompresszor kéthengeres változata energiatakarékos működés közben.
15.19. Két hengeres, Voith gyártmányú vízhűtéses, peremes csatlakozású, monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel.
15.20. Három hengeres Voith gyártmányú két fokozatú sűrítéssel működő monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel
15.21. Azonos szilárdsági jellemzők mellett a süllyesztékben kovácsolt, alumínium hajtórúd könnyebb
15.22. A kompresszor működési jellemzői.
15.23. Feltöltési idők az ellennyomástól és a feltöltési térfogattól függően (maximális fordulatszámon).
15.24. A kompresszorból kilépő sűrített levegő hűtésére beszerelt hőcserélők különböző típusú haszonjárműveknél.
15.25. Automatikus működésű Haldex kondenzátum és olajleválasztó
15.26. A szerelvény belsejében található műanyag áramlás         terelő vastag olajkoksz lerakódása és a hő hatására bekövetkezett repedése
15.27. Sűrített levegővel működő automatikus működésű olaj és kondenzátum leválasztó
15.28. Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer a légszárítóval a DIN ISO 74253 szabvány szerinti jelképes ábrázolást alkalmazva.
15.29. A légszárító amikor a kompresszor tölti a légfék rendszert és az üzemi nyomást még nem érte el.
15.30. A légszárító amikor a kompresszor által szállított sűrített levegőt a szabadba engedi és a patron regenerálódik.
15.31. A légszárító működési diagramja
15.32. Ikerpatronos légszárító (Wabco).
15.33. Knorr-Bremse ZB 44 légszárító alsó része az olaj és kondenzátum leválasztó résszel és a négykörös védőszeleppel.
15.34. OSC patron
15.35. Knorr-Bremse Air Processing Unit (APU) Mercedes autóbusz alvázának végére szerelve.
15.36. Knorr-Bremse EAC (Electronic Air Control) Renault nyerges vontatón.
15.37. Knorr-Bremse EAC részegységek áttekintése.
15.38. Knorr-Bremse EAC 2.
15.39. Knorr-Bremse EAC 2.5 Renault-nak szállított változat
15.40. Knorr-Bremse EAC 2.5 részegységei
15.41. Több körös védőszelep beépítve a fékrendszerbe a DIN ISO 74253 szabvány szerinti jelképes ábrázolást alkalmazva.
15.42. Négykörös védőszelep.
15.43. Pótkocsi BPW futóműre szerelt műanyag légtartály.
15.44. Haszonjármű légfékrendszere (kiemelve a pedálszelep).
15.45. Laprugós gépkocsi fék adattáblája
15.46. Légrugós gépkocsi fék adattáblája
15.47. A pedálszelep fékoldási alaphelyzetben.
15.48. A pedálszelep befékezett helyzetben
15.49. A pedálszelep visszaengedve fékoldási helyzetben
15.50. Pedálszelep működési diagram
15.51. A tehergépkocsi tengelyterhelésének változása üres és terhelt állapotban.
15.52. Wabco 475 701 típusú, dinamikus tengelyterhelés függő fékerő módosító.
15.53. A fékerő módosító az alvázra szerelve a hátsó futómű közelében. Működtető rudazattal csatlakozik a futóműhöz
15.54. Laprugós gépkocsi fékerő módosítója a pedálszelep és a fékkamrák közé van bekötve
15.55. Differenciál membrános működésű fékerő módosító
15.56. Teljes fékezés üres és terhelt gépkocsinál
15.57. Fékerő módosító légrugós futóműhöz
15.58. A differenciáldugattyú membránját megtámasztó műanyag tárcsák a különböző légrugó nyomásoknak megfelelő helyzetekben.
15.59. Differenciál membrános fékerő módosító légrugós gépkocsihoz
15.60. A fékkamra elhelyezése a fékrendszerben
15.61. A membrán helyzete befolyásolja a működtető erő nagyságát
15.62. Dobféknél alkalmazott hagyományos fékkamra
15.63. Tárcsaféknél alkalmazott új „racionalizált” fékkamra
15.64. Rugóerő tárolós kombinált fék munkahenger a hátsó futóműre szerelve
15.65. Hagyományos kivitelű rugóerő tárolós munkahenger
15.66. Racionalizált kivitelű rugóerő tárolós munkahenger szükségoldó csavarral
15.67. A kombinált fék munkahenger működési diagramja
15.68. Rögzítő fék rendszer
15.69. Rögzítő fék szelep
15.70. Rögzítő fék szelep fékoldási helyzetben.
15.71. Rögzítő fék szelep befékezett helyzetben.
15.72. Rögzítő fék szelep a „kontrol” helyzetben.
15.73. Relé szelep
15.74. A relé szelep metszete
15.75. A relé szelep működési diagramja
15.76. Knorr-Bremse addíció-gátlós relé szelep.
15.77. Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a Volvo műszerfalán
15.78. A pótkocsi fékvezérlése
15.79. Két vezetékes pótkocsinál csatlakoztatva vannak a sűrített levegő csövek (piros - töltő vezeték, sárga - fékező vezeték), továbbá az elektromos és az ABS vezetékek (kábelcsatlakozók)
15.80. Knorr-Bremse pótkocsi fék vezérlő szelep metszete
15.81. Knorr-Bremse AB 2840 pótkocsi fékvezérlő szelep menet helyzetben
15.82. A kapcsolófejek metszeti és jelképes ábrázolása
15.83. Kapcsolófej összeépítve a csőszűrővel Knorr-Bremse szabadalom
15.84. Kéttengelyes, forgózsámolyos pótkocsi két vezetékes fékrendszere
15.85. Pótkocsi fékező szelep: menet helyzetben töltődik a légtartály
15.86. Pótkocsi fékező szelep: töltő vezeték sérült, automatikus befékeződés
15.87. Pótkocsi fékező szelep befékezett helyzetben
15.88. Kettős oldó szelep rugóerő tárolós rögzítő fékkel szerelt pótkocsihoz
15.89. Knorr-Bremse univerzális fékerő módosító pótkocsikhoz
15.90. Pótkocsis szerelvény stabilitása fékezés közben
15.91. Nyerges vontató és nyerges félpótkocsis kompatibilitási határ-egyenesei terhelt állapotban
15.92. Nyerges szerelvény kompatibilitási vizsgálat eredménye
15.93. Haszonjármű hátsó futómű dobfékkel
15.94. A fékpofákat szétfeszítő fékkulcs tengelyét a fékkar segítségével fordítja el a képen látható kombinált fék munkahenger
15.95. Felfutó és lefutó fékpofák fix csapos és önbeálló fékpofáknál.
15.96. A fékkulcs a fékpofákat görgők segítségével feszíti szét
15.97. Ékes szétfeszítésű duo-szervodobfék
15.98. A hagyományos kivitelű fogasléccel működtetett csigás utánállító a fékkarba szerelve
15.99. Fogaskerék áttétellel mozgatott csigás automatikus utánállító a fékkarba szerelve
15.100. Különféle féktárcsa és féknyereg konstrukciós megoldások
15.101. Ennél az úszónyerges konstrukciónál csavarorsó – csavaranya szorítja a fékpofákat a féktárcsára.
15.102. Ékes működtetésű úszónyerges tárcsafék
15.103. Emelőpályás úszónyerges tárcsafék
15.104. A féknyergen belüli karos működtetésű tárcsafék
15.105. Perrot úszónyerges emelőpályás működtetésű első tárcsafék képe
15.106. Perrot úszónyerges emelőpályás működtetésű első tárcsafék metszete
15.107. Az emelőpályás működtető mechanika az automatikus utánállítóval
15.108. KnorrBremse axiális elrendezésű sűrített levegővel működtetett tárcsafék. Elektromos fékbetét kopás jelzővel is ellátva.
15.109. KnorrBremse radiális elrendezésű sűrített levegővel működtetett tárcsafék Rába portál futóműre szerelve
15.110. KnorrBremse sűrített levegővel működtetett úszónyerges tárcsafék, monoblokk kivitel
15.111. A fékező nyomaték összehasonlítása a fékező nyomás függvényében dob, és a tárcsafék között
15.112. A fékezéskor a hiszterézis összehasonlítása dob és tárcsafék között
15.113. KnorrBremse sűrített levegővel működtetett úszónyerges tárcsafék metszete
15.114. A nyeregszerkezet megvezetése és az automatikus utánállító
15.115. Az automatikus utánállító és a fékbetét kopásjelző potenciométer
15.116. A fékbetét kopásmérő használata nyerges félpótkocsinál, melyet központi csatlakozóval elláttak
15.117. A nyomótagok és speciális tömítései (piros, illetve fehér)
15.118. Az utánállító működtetését az emelőkarra szerelt piros színű villa végzi
15.119. Intelligens tárcsafék modul
15.120. BPW fix nyerges villanymotorral működtetett tárcsafék
15.121. A Haldex „ModulX” tárcsafék családnál a működtető szerkezet külön is megrendelhető
15.122. Haldex „ModulX” tárcsafék szerelési egységei
15.123. Haldex úszónyerges tárcsafék működtető mechanikája
15.124. Haldex tárcsaféknél a vezetőcsapok és tömítései kettős védelmet kapnak
15.125. Wabco ”PAN19-1 plus” típusjelű tárcsafék
15.126. Wabco PAN 22-1 tárcsafék rugóerő tárolós rögzítő fékkel.
16.1. Egy blokkolóra fékezett kerék futófelületén az intenzív helyi kopás szükségessé teszi az abroncs cseréjét
16.2. A gumiabroncs tapadása különböző útfelületeken
16.3. Az egyik kerék fékező nyomás szabályozása az ABS működése közben
16.4. „gép állapot” szabályozás: a kerékcsúszás és a kerületi gyorsulás alapján működő úgynevezett kombinált szabályozás
16.5. Az ABS szabályozási filozófiák eredményei, a fékutak és a perdítő nyomatékok összehasonlítása
16.6. Az ABS terep fokozat kapcsolója és az ABS ellenőrző lámpák
16.7. ABS terep fokozatnál a keréksebesség változása
16.8. Kipörgésgátló beavatkozása differenciális fékezéskor nagyobb vonóerőt tesz lehetővé
16.9. Motor fékezőnyomaték szabályozás
16.10. Tehergépkocsi blokkolásgátló rendszere
16.11. ABS kerékfordulatszám érzékelő belső szerkezete
16.12. Hagyományos fogazással gyártott ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke és az érzékelő rögzítési helye
16.13. Új kivitelű lemezből sajtolt ABS póluskerék a kerékagyra szerelve
16.14. Az ABS elektronika részegységei
16.15. Az ABS6 elektronika panelje
16.16. Az újabb elektronikáknál alkalmazott Tyco elektromos csatlakozók kihúzásához felül a középső biztosító fület le kell nyomni
16.17. Knorr-Bremse ABS nyomásszabályzó szelep (metszet)
16.18. ABS szelep menetállás
16.19. ABS szelep fékezéskor
16.20. ABS beavatkozás nyomástartás
16.21. ABS beavatkozás nyomáscsökkentés
16.22. ASR fékezőszelep
16.23. arányos működésű szelep
16.24. Állító munkahenger
16.25. Az ESP rendszerré bővítéshez alkalmazott elektromágneses relé szelep és az ABS szelepek előszerelhetők
16.26. ABS 6 bővítve ESP rendszerré
16.27. Pótkocsi ABS elektromos csatlakozó
16.28. Kéttengelyes, kétvezetékes pótkocsi fékrendszere ABS-szel szerelve
16.29. Pótkocsik blokkolásgátló rendszerei
16.30. Pótkocsi ABS relészelep metszet. Felül az elektromágnesek, alul a relészelep
16.31. ABS relészelep menetállás
16.32. ABS relészelep fékezés; mindkét elektromágnes árammentes
16.33. ABS relészelep nyomástartás a bal oldali elektromágnes kap gerjesztő áramot
16.34. ABS relészelep nyomáscsökkentés a jobb oldali elektromágnes kap gerjesztő áramot
16.35. Két egymással szembe fordított „iker kivitelű” pótkocsi ABS relészelep
16.36. KB4TA pótkocsi ABS modul
16.37. Háromtengelyes nyerges félpótkocsi KB4TA blokkolásgátló rendszere.
16.38. A hagyományos légfék rendszer és az elektronikus légfékrendszer működésének összehasonlítása
16.39. Elektronikus légfékrendszer
16.40. Az EBS rendszer CAN hálózatai
16.41. A CAN brake és a CAN powertrain hálózatok résztvevői.
16.42. Az EBS egyik üzemi fék csatornájának felépítése
16.43. EBS rendszer elemei egy kéttengelyes nyerges vontatón
16.44. Felfektetési nyomás kompenzáció
16.45. A baloldali képen a borulást a kitámasztó mankókerék a jobb oldalin az RSP akadályozta meg
16.46. EBS pedálmodul
16.47. EBS egycsatornás nyomásmodul
16.48. EBS kétcsatornás nyomásmodul
16.49. Pótkocsi fék vezérlő modul
16.50. Az ESP rendszer CAN hálózata
16.51. Az ESP rendszer elvi működési vázlata
16.52. ESP beavatkozás túlkormányozott gépkocsinál
16.53. ESP beavatkozás túlkormányozott gépkocsinál
16.54. Az elektromos és a sűrített levegő bekötése a nyerges félpótkocsinál
16.55. TEBS pótkocsi modul
16.56. Kombinált oldószelep
16.57. A borulás elleni védelem
16.58. TEBS G2 fékrendszer elektromos RTR – el és pneumatikus LAC – al
16.59. TEBS G2 modul gyorscsatlakozókkal
16.60. A Knorr-Bremse NEO zöld diagnosztikai berendezés bekötése
16.61. A Knorr-Bremse NEO kék diagnosztikai berendezés bekötése
16.62. Wabco EBS fékrendszer
16.63. Wabco EBS fékezési jeladó és pedálszelep csatlakoztatása (régi kivitel)
16.64. Wabco EBS fékezési jeladó és pedálszelep fénykép (régi kivitel)
16.65. Wabco EBS központi fékező egység (új kivitel)
16.66. Wabco EBS központi fékező egység (új kivitel) részfékezési helyzet
16.67. Wabco EBS központi elektronika és csatlakozása (első generációs kivitel)
16.68. Wabco EBS arányos működésű relé szelep
16.69. Wabco EBS redundancia szelep
16.70. Wabco EBS tengelymodulátor
16.71. Második generációs Wabco EBS tengelymodulátor részfékezési helyzetben
16.72. Vontató jármű fékerő felosztása üres és terhelt állapotban.
16.73. Wabco EBS pótkocsi fék vezérlő szelep
16.74. Légrugós kéttengelyes, vonóháromszöges pótkocsi Wabco EBS fékrendszerrel ellátva
16.75. Légrugós nyerges félpótkocsi Wabco EBS fékrendszerrel
16.76. Wabco pótkocsi EBS modulátor
16.77. Wabco pótkocsi EBS modulátor metszet
16.78. Nyerges félpótkocsi tengelyterhelés függő fékező nyomások
16.79. Vonóháromszöges pótkocsinál a fékerő felosztás
16.80. Nyerges vontatónál és vonóháromszöges pótkocsinál a fékerő felosztás
A táblázatok listája
2.1. Gumiabronccsal szemben támasztott követelmények és futófelület mintázata közötti kapcsolat
2.2. Terhelhetőségi jelzőszámok (index), megengedett maximális terhelés kerekenként (kg).
2.3. Keréktárcsa jelölések
2.4. Kerékpánt kialakítások
10.1. Kormányzási hibakarakterisztika.
12.1. Az RREG 71/320/EWG és az ECE R 13 szerinti jármű kategóriák
12.2. Az M és az N kategóriás gépkocsik üzemi fékrendszerének vizsgálatára vonatkozó előírások

1. fejezet - Közúti járművek általános szerkezeti felépítése, a különböző rendszerek jármű specifikus ismertetése

1.1. A közúti jármű definíciója, fajtái

A közúton közlekedő szállító, vagy vontató eszközt, továbbá önjáró munkagépet vagy vontatott munkagépet közúti járműnek nevezzük.

A közúti járművek fajtái

  • Gépjármű: Közúti jármű, melyet beépített erőgép hajt, de nem gépjármű a mezőgazdasági vontató, a lassú jármű és a segédmotoros kerékpár.

  • Személygépkocsi: Személyszállításra készült gépkocsi, melyben a vezetőüléssel együtt maximum kilenc ülés van.

  • Autóbusz: Személyszállításra készült gépkocsi, melyben kilencnél több ülőhely van.

  • Trolibusz: Felső elektromos vezetékhez kötött személyszállító gépkocsi.

  • Vontató: Pótkocsi vontatására készült rakfelület nélküli gépkocsi.

  • Nyerges vontató: Olyan vontató, amely nyeregszerkezet révén félpótkocsit súlyá­nak jelentős részét átveszi.

  • Tehergépkocsi: Teherszállításra alkalmas rakfelülettel rendelkező gépkocsi.

  • Motorkerékpár: Két, vagy három kerékkel rendelkező gépjármű, melynek tervezett se­bessége 45 km/h-nál nagyobb. Motorkerékpárnak minősül az olyan gépjármű, mely­nek saját tömege legfeljebb 550 kg, maximális teljesítménye 15 kW és direkt áttételű kormánymechanizmussal irányítható.

  • Motoros tricikli: Teherszállításra szolgáló motorkerékpár, melynek a jármű hosszten­gelyére szimmetrikus elhelyezésű három kereke van.

  • Mezőgazdasági vontató: Elsősorban mezőgazdasági célú munkálatok elvégzésére alkalmas pótkocsik, munkagépek vontatására, működtetésére szolgál, legalább kéttengelyes, a közúton 25 km/h sebességnél gyorsabban is haladhat.

  • Lassú jármű: Erőgép hajtású jármű, mely maximálisan 25 km/h sebességgel haladhat.

  • Pótkocsi: Gépjárművel, mezőgazdasági vontatóval, lassú járművel vontatható jármű, amely 750 kg megengedett legnagyobb együttes tömegig könnyű pótkocsinak, azon felül nehéz pótkocsinak minősül.

  • Félpótkocsi: A vontató nyeregszerkezetére támaszkodik, súlyának jelentős részét a vontató veszi át.

  • Járműszerelvény: Gépjármű, mezőgazdasági vontató, lassú jármű a hozzákapcsolt pótkocsival közösen alkotott, egy vezetővel irányított járműegység.

  • Segédmotoros kerékpár: 2, 3 vagy 4 kerekű jármű, melynek belsőégésű motorja maxi­málisan 50 cm3, egyéb erőforrás esetén a motor teljesítménye legfeljebb 4 kW, saját tömege maximum 350 kg, legnagyobb sebessége 45 km/h.

  • Kerékpár: 2 vagy 3 kerekű jármű, melyet 1-2 személy emberi ereje hajt, esetleg maxi­mum 300 W teljesítményű motorral rendelkezik, melyre még egy 10 éven aluli gyermek részére pótülés felszerelhető, és egy meghatározott kerékpár utánfutót is von­tathat.

A közúti járművek felosztását a (1.1. ábra) ábrán vázolt gráf szemlélteti.

a közúti járművek felosztása.
1.1. ábra - a közúti járművek felosztása.


1.2. A közúti járművek története

A közúti járművek történetének kiemelkedő eredményeit az alábbi időrendhez kötött felsorolásban mutatjuk be:

1769

Cugnot francia tüzértiszt gőzüstös önjáró kocsija.

1820-1870

Különféle gőzhajtású kocsik és vontatók a közutakon.

1865

Angliában megalkotják a „vörös zászló” törvényt, mely szerint a gőzkocsik előtt egy vörös zászlós embernek kellett gyalogolni, és figyelmeztetni a veszélyre az arra járókat.

1877

Az első működő benzinmotor Otto és Zonz szabadalma.

1886

Karl Benz háromkerekű motoros kocsi szabadalma. Gottlieb Daimler négy kerekű motorkocsi szabadalma tekinthető a gépjárművek ősének.

1893

A benzin porlasztó (karburátor) szabadalmaztatása közel egy időben a magyar Bánki és Csonka, valamint a német Maybach feltalálók részéről. A bejelentés elsőbbsége a magyaroké, az első működő, motorra felszerelt karburátort May­bach készítette.

1898

Elkészült a Rudolf Diesel tervezte első dízelmotor.

1905

Csonka János elkészítette első postaautóját.

1906

Felépült az első magyar autógyár MARTA néven Aradon.

1908

Galamb József tervezte a világ első sorozatban, futószalagon gyártott autóját, a Ford T-modellt

1930-90

Magyar autógyárak: Rába, Ikarus, Csepel

Karl Benz találmánya – 1886.
1.2. ábra - Karl Benz találmánya – 1886.


Gottlieb Daimler találmánya – 1886.
1.3. ábra - Gottlieb Daimler találmánya – 1886.


Napjainkban a következő magyarországi autó- és járműgyárak működnek: Opel, Suzuki, Audi, Ikarus, Credo, Schwarzmüller. Az autóalkatrész gyártó társaságok: Knorr-Bremse, Thyssen-Krupp, Haldex, Bosch, Ford, Denso, Alcoa stb.

1.3. A közúti járművek szerkezeti felépítése

A közúti járművek a következő járműrendszerekből (korábbi elnevezéssel fődarabokból) é­pülnek fel:

  • Motor:

    • belső égésű Otto, Diesel

    • elektromotor

  • Erőátviteli rendszer:

    • tengelykapcsoló

    • sebességváltó

    • tengelyhajtások

    • differenciálmű

  • Fékrendszer:

    • üzemi fék

    • biztonsági fék

    • rögzítő fék

    • tartós, lassító fék

  • Kormányrendszer:

    • alvázkormányzási rendszer

    • tengelykormányzás

    • tengelycsonk (Ackermann) kormányzás

  • Futómű:

    • komplett kerék

    • kerékfelfüggesztés

    • rugózási rendszer

  • Felépítmény:

    • alváz

    • kocsitest

    • burkolatok

  • Elektromos rendszer:

    • generátorok

    • akkumulátorok

    • világító- és jelzőberendezések

  • Segédberendezések:

    • klíma és szellőztető eszközök

    • biztonsági berendezések

    • navigációs rendszerek

    • informatikai berendezések

1.4. A közúti járművek hajtása, erőátviteli rendszerek

Az erőátviteli rendszerek variációit tekintjük át specialisan belsőégésű motorral hajtott közúti járművek esetére. A következő jelölések vonulnak végig az erőátviteli rendszervariációk tárgyalása során: jelölések:

 

M

– motor,

 

T

– tengelykapcsoló,

 

V

– sebességváltó,

 

H

– véghajtómű

 

D

– differenciálmű,

 

th

– tengelyhajtás,

 

mi

– menetirány

A (1.4. ábra) ábrán az orrmotoros, hátsókerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mu­tatjuk be.

Orrmotor – hátsókerékhajtás (BMW, Mercedes)
1.4. ábra - Orrmotor – hátsókerékhajtás (BMW, Mercedes)


A (1.5. ábra) ábrán a farmotoros, hátsókerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mu­tatjuk be.

Farmotor – hátsókerékhajtás  (VW Bogár, Skoda, Porsche)
1.5. ábra - Farmotor – hátsókerékhajtás  (VW Bogár, Skoda, Porsche)


A (1.6. ábra) ábrán a középmotoros, hátsókerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mu­tatjuk be.

Középmotoros hátsókerékhajtás (versenyautók).
1.6. ábra - Középmotoros hátsókerékhajtás (versenyautók).


A (1.7. ábra) ábrán az orrmotoros, elsőkerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mu­tatjuk be.

Orrmotoros elsőkerékhajtás (Audi).
1.7. ábra - Orrmotoros elsőkerékhajtás (Audi).


A (1.8. ábra) ábrán a keresztmotoros, elsőkerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mutatjuk be.

Keresztmotoros elsőkerékhajtás.
1.8. ábra - Keresztmotoros elsőkerékhajtás.


A (1.9. ábra) ábrán a keresztmotoros összkerékhajtással megoldott erőátviteli rendszer elvi sémáját mu­tatjuk be.

Keresztmotoros összkerékhajtás.
1.9. ábra - Keresztmotoros összkerékhajtás.


2. fejezet - Futómű rendszerek szerkezeti tagolása, leírása

A futómű fogalmi elnevezés alatt a gépjárműtechnikai szakirodalomban különböző meghatározásokat találunk. A kontinentális európai szakirodalom leggyakrabban a futómű, mint önálló járműrendszer alatt a komplett kerékből, a kerékfelfüggesztésből és a rugózásból álló alkatrészcsoportot érti. Az angolszász és a japán szakirodalom viszont tágabban értelmezi a futóművet: a komplett kerék, a felfüggesztés, a rugózás mellé sorolja a kormányzást és a fékezést is. A komplett járműrendszereket vagy az egyes alkatrészeket gyártó vállalatokat áttekintve nagyon vegyes a paletta. Például a legismertebb világcég, a német ZF együtt fejleszti és gyártja a jármű futóműveket és a kormányrendszereket, a Thyssen-Krupp kormányrendszereket gyárt, a magyar RÁBA futómű gyártó a haszonjárművek első és hátsó tengelyeire koncentrál.

Jelen jegyzetünkben önálló járműrendszerként tárgyaljuk a futóművet, a kormányzást és a fékezést.

2.1. Futómű általános szerkezeti felépítése

Futóművek elemcsoportjait és alkatrészeit a (2.1. ábra és 2.2. ábra) ábrán mutatjuk be. Az alkalmazott számjelöléseket az alábbiakban adjuk meg:

  • Kerék:

    1 – gumiabroncs

    2 – kerékpánt

    3 – keréktárcsa

    4 – kerékagy

    5 – kerékcsavarok

    6 – kerékcsapágyak

    7 - tengely, tengelycsonk

    8 - dísztárcsa

  • Kerékfelfüggesztés:

    9 – rudak

    10 – lengőkarok

    11 – csuklók

    12 – gumiperselyek

  • Rugózás:

    13 – rugók

    14 – lengéscsillapítók

    15 – stabilizátorok

    16 - mozgáshatároló rugalmas elemek

A McPherson típusú futómű beépítési ábrája a hordrugókkal és lengéscsillapítókkal
2.1. ábra - A McPherson típusú futómű beépítési ábrája a hordrugókkal és lengéscsillapítókkal


A kormányzott kerék beépítése lengőkarral, hordrugókkal és a csillapítóval
2.2. ábra - A kormányzott kerék beépítése lengőkarral, hordrugókkal és a csillapítóval


2.2. A futóművek szerkezeti leírása

Ebben az alfejezetben a futómű szerkezeti elemcsoportjainak, jellemzőbb alkatrészeinek szerkezeti analízisét mutatjuk be.

2.2.1. Gumiabroncs

2.2.1.1. Követelmények és szerkezeti felépítés

A gépkocsi és az útfelület közötti kapcsolatot valósítja meg tapadása révén, miközben hozzájárul a gépkocsi rugózásához is. Kis útegyenetlenségeknél a tömlőbe bezárt légpárna rugalmasságával csökkenti a lökésszerű erőátadást a kocsiszekrény felé. Terhelhetősége meg kell feleljen az adott gépkocsi kerékterhelésének.

A gumiabronccsal szemben támasztott követelmények:

  • Biztonság, a keréktárcsa és az abroncs közötti kifogástalan erőzáró kapcsolat és tömör zárás.

  • Hosszú élettartam.

  • Gazdaságosság, ide sorolható a beszerzési költség, a gördülési ellenállás és a kopás gyorsasága.

  • Komfort, melyhez a jó rugózási és csillapítási tulajdonság tartozik, az egyenletes futás, kis gördülési zaj, könnyű kormányozhatóság parkolási manővereknél.

  • Kedvező menettulajdonságok, melyet a legnehezebb pontosan megfogalmazni. Itt ugyanis szubjektív szempontok is érvényesülnek. Az abroncs gyorsan és maradéktalanul reagáljon a kormánymozdulatokra, egyenletes és arányos oldalvezető erő valósuljon meg.

  • Nagy fékerő- és oldalvezető erő megvalósítási lehetőség. Ezt a futófelület gumikeveréke, a mintázata, a felfekvő felületen a nyomáseloszlás befolyásolja.

  • Kis aquaplaning, kedvező vizenfutási tulajdonság,

  • Csereszabatosság, a különböző gyártmányú, de azonosan jelölt gumiabroncsokat lehessen egy adott járművön használni. Ennek érdekében a gumiabroncsok jelölésére ENSZ előírások vonatkoznak, személygépkocsikra az ECE 30, haszonjárművekre az ECE 54 irányelvek.

  • Környezetvédelem, újrahasznosíthatóság,

  • Defekttűrő képesség: a gumiabroncs meghibásodása esetén a vezető biztonsággal tudja leállítani a járművet.

  • Alacsony zajszint, amit a futófelület mintázatával lehet befolyásolni.

  • Hólánctűrő képesség, különösen a döntően hegyi utakon közlekedő járműveknél.

Korszerű gumiabroncs szerkezeti felépítése.

1 - Futófelület mintázat és alapgumi; 2 - Nylon stabilizáló betét; 3 - Acélkord övrétegek; 4 - Textil kordbetét; 5 - Légzáró lemez; 6 – Oldalfal; 7 – Peremprofil; 8 – Peremhuzal; 9 - Perem megerősítés

2.3. ábra - Korszerű gumiabroncs szerkezeti felépítése.


Mindezen követelményeknek csak egy nagyon bonyolult, összetett szerkezetű és anyagú gumiabroncs felel meg. Tulajdonságainak állandó javítása ma is a kutatók, fejlesztők és gyártók elsődleges törekvése.

A gumiabroncs teherviselő funkcióját a vázszerkezet adja, melynek részei:

  • Peremhuzal: általában acél sodronyok alkotják, ez garantálja a megfelelően szilárd kapcsolatot a keréktárcsával.

  • Szövetbetét, amely körbefutja az abroncs teljes keresztmetszetét és átfogja a peremhuzalt.

  • Öv: a futófelület alatt körbefut és tangenciálisan erősíti a betétet.

A vázszerkezet anyaga kordszövéssel készül: a 0,8-1 mm átmérőjű sodort teherhordó szálakat egymástól vékony 0,1-0,2 mm átmérőjű szálak tartják távol. A szövetváz anyaga szilárdsági tulajdonságok sorrendjében: textil, nylon, rayon, üvegszál, poliészter, acél, kevlár, aramid. A különböző szövetelemek között és az abroncs külső és belső felületén 20-25 féle különböző anyagból készült rétegek húzódnak. A speciális keveréke természetes és szintetikus gumik, töltőanyagok, öregedésgátló, lágyító anyagok, tapadást és kopást javító anyagok alkotják. A hideg állapotban felépített szerkezetet 6 bar nyomáson és 140°C-on vulkanizálják.

A különböző típusú gumiabroncsokat a szövetváz szerkezete alapján lehet megkülönböztetni. A ma is használatos abroncstípusok:

  • Diagonál

  • Radiál

  • Öves diagonál

Gumiabroncs kialakítások
2.4. ábra - Gumiabroncs kialakítások


Diagonál abroncsok:

A szilárdságot meghatározó váz többnyire négy rétegből áll. Az egyes rétegeknél a szálirány 37-40º-os szöget zár be az abroncs középsíkjával. Az abroncs emiatt viszonylagosan lágy, a rugózási tulajdonsága kedvezően lágy. Hátrányos, hogy sugár irányban nagy a tágulása és a melegedése. Oldal irányú erő hatására a szálirány torzul, nagy az oldalkúszási szöge.

A diagonál gumiabroncs szerkezete
2.5. ábra - A diagonál gumiabroncs szerkezete


A korszerű személygépkocsikban ma már nem használnak diagonál abroncsokat. A felhasználási területük beszűkült a kisteherautókra, a személygépkocsi utánfutókra, mezőgazdasági járművekre.

Radiál abroncsok:

A szövetbetét szálai sugár irányban futnak és közrefogják a peremhuzalt. Általában két betétet alkalmaznak. A megfelelő tangenciális szilárdságot a betét felett körbefutó két öv adja, ezek 15-25° közötti szöget zárnak be az abroncs középsíkjával és keresztezik egymást.

Radiál abroncs betét.
2.6. ábra - Radiál abroncs betét.


Diagonál abroncs öv.
2.7. ábra - Diagonál abroncs öv.


A radiál abroncsoknál nagy oldalvezető erőknél is kisebb az oldalkúszási szög és a gördülési ellenállás, mint a diagonál abroncsoknál. A futófelület alatt párna réteget alakítanak ki. A felfekvő felületen a felületi nyomás eloszlása lényegesen egyenletesebb, mint a diagonál abroncsnál. Gördülési ellenállása kisebb. Kisebb önsúly mellett nagyobb terhelhetőség jellemzi. Esős időben nagyobb fékerő valósítható meg és kevésbé hajlamos az aquaplaning jelenségre. Oldalgumija vékonyabb, mint a diagonál abroncsé, ezért rossz úton, terepen hajlamosabb a sérülésre.

A radiál gumiabroncs szerkezete
2.8. ábra - A radiál gumiabroncs szerkezete


Öves diagonál abroncsok:

A szövetváz betétek diagonálisak, a betétek felett övek húzódnak. A diagonál és a radiál abroncsok előnyös tulajdonságait egyesítik, nagyobb terhelésű, de kisebb menetsebességű személyautókon és kis teherautókon alkalmazzák, elsősorban az amerikai kontinensen. Európában nem szabványos, nem forgalmazzák.

Gumiabroncsok futófelülete:

A cél a lehető legnagyobb tapadás megvalósítása a gumiabroncs és az útfelület között. A keresztirányú mintaelemek a minél nagyobb vonóerő és fékező erő megvalósítását támogatják. Olyan keresztmetszetű csatornákat alakítanak ki, hogy minél nagyobb sebességnél képes legyen az abroncs és az útfelület közül a vízréteget kivezetni, ezzel csökken az aquaplaning a vizenúszás veszélye. A mintázat hosszanti barázdái a kerék egyenesbe vezetését végzik.

A különböző gumiabroncsok futófelülete igen változatos grafikai képet mutat, mely gyártásba kerülő formája rendes próbapadi és országúti tesztelés után alakul ki. A mintaárkok, a mintaelemek, azok lamellázása, a futófelülettel szemben támasztott, esetenként ellentétes követelményeknek megfelelően váltogatják egymást. (Táblázat 2.1)

2.1. táblázat - Gumiabronccsal szemben támasztott követelmények és futófelület mintázata közötti kapcsolat

Követelmények

Mintázat kialakítása

Kis kopás

Kevés mintaárok, sima kontúr, körkörös bordázat, nagy mintázat.

Jó vonóképesség

Sok mintaárok, sima keresztmetszet, keresztirányú mintázat.

Aquaplaning (vízen úszás)

Erőteljes futófelület-görbület, nyitott mintázat, kis mintaelemek, mély mintaárkok.

Hajtás/Fékezés

Sima kontúr, széles futófelület, sok lamella, keresztirányú osztottság.

Zaj

Hosszirányú mintázatok keresztirányú bevágások nélkül, lamellák nélküli mintázat szabálytalan elhelyezése.


2.2.1.2. A gumiabroncsok jellemző adatai

A gumiabroncsok jellemző adatait személygépkocsikra vonatkozóan az ENSZ ECE 30, haszonjárművekre az ECE 54 irányelveiben határozták meg, azokat a gumiabroncs oldalfelületén kell feltüntetni:

  • Abroncs gyártmánya, kereskedelmi megnevezése.

  • Jóváhagyási jel: E7 (Magyarország)

    Ennek jogi jelentése: a megjelölt ország kormányszinten felel azért, hogy az abroncs minden vonatkozásában megfelel az ECE előírásoknak.

  • Méretjel: (2.9. ábra)

    Személygépkocsiknál: pl. 195/65 R16.

    S=195 mm a gumiabroncs teljes szélessége a mérő keréktárcsára szerelt állapotban névleges guminyomás mellett.

    P=65% perességi mutató, ahol P=(H/S)*100; H – a gumiabroncs profilmagassága a mérő keréktárcsán. 80%-nál nagyobb értéket nem kell feltüntetni. A gumiabroncsok peressége fokozatosan csökkenő tendenciát mutat. Míg az 1970-es években a 60-70%-os értékek domináltak, addig napjainkban már a korszerűbb, dinamikusabb személyutóknál 35-45%-os értékek is gyakoriak.

    R – radiál gumiabroncs.

    16 – a keréktárcsa vállánál mért átmérő hüvelykben megadva.

    Haszongépjárműveknél (pl.)

    11.00-20 - 11 coll szélességű diagonál abroncs, tömlős, többrészes, pántátmérője 20 coll.

    11.00 R 20 - Radiál abroncs, tömlős, többrészes pánt.

    11 R 22,5 - Radiál abroncs, tömlő nélküli, egyrészes meredek vállú pánt.

    315/75 R 22,5        75%-os peres radiál abroncs, tömlő nélküli meredek vállú pánt.

    Gumiabroncsok geometriai méreteinek variációi.
    2.9. ábra - Gumiabroncsok geometriai méreteinek variációi.


  • Sebességhatár: az adott gumiabroncs használata esetén a jármű határsebessége a megjelölt betű alapján kiolvasható az ECE táblázatból. (Táblázat 2.2) Ma már az Y jelzés is előfordulhat, ami 300 km/h határsebességet jelöl. Autóbuszoknál, teherautóknál a sebességhatár jelölése általában a K-L-M betűkre terjed ki, ami 110-120-130 km/h a maximális sebességet jelent (2.10. ábra)

  • Terhelhetőség: Li index európai előírás névleges guminyomás esetén a kerék terhelhetősége kg-ban kiolvasható az ECE előírásban közölt táblázatból (lásd Táblázat 2.2) Az amerikai piacra került abroncsoknál pfund-ban megadják a maximális kerékterhelést (Max. Loads) és pfund/négyzetincs-ben a hozzá tartozó guminyomást (Pressures).

    Korszerű gumiabroncsok haszonjárművekhez. K – 110 km/h; L – 120 km/h; M – 130 km/h sebességhatár
    2.10. ábra - Korszerű gumiabroncsok haszonjárművekhez. K – 110 km/h; L – 120 km/h; M – 130 km/h sebességhatár


  • Tömlőre utaló jelölés:

    nincs jel: tömlős,

    TUBE TYPE, TT: tömlős,

    TUBELESS: tömlő nélküli,

  • Mintázat:

    nincs jel: általános használatú, köznyelven nyári gumi.

    M+S: téli gumi.

  • Kopásmutató, TWI: a futófelület gumielemei között, azoknál alacsonyabban összefutó gumigátat alakítanak ki, amelyik a megengedettnél nagyobb gumikopás esetén összeér az elemek felső síkjával. A gumiabroncs futófelületének a mintaárok mélysége szorosan összefügg a jármű fékezhetőségével. Számos kísérlet mutatja, hogy a mélység csökkenésével a teljes fékezés fékútja exponenciálisan növekszik. Például autóbusszal 8 mm profilmélységű új gumiabroncsokkal végzett fékezési kísérletek során 100 km/h sebességről a megállásig tartó teljes fékezés fékútja 70 m volt. 4 mm profilmélységű kopott abroncsokkal a fékút már 80 m-re adódott, míg 1 mm mélységnél a fékút már a 120 métert is elérte. A gumikopás alapján a futómű és a fékrendszer beszabályozására, meghibásodására is lehet következtetni. Ezt jól szemlélteti a 2.11. ábra. Az előírtnál nagyobb gumiabroncs végnyomásnál a futófelület középső része egyenletesen kopik, alacsony guminyomásnál a futófelület két szélén jelentkezik a folyamatos kopás. A futófelület egyik szélének folyamatos kopása a futómű geometria helytelen beállítására utal. Az egész futófelületen ritmusosan változó kopásfoltokat a hibás lengéscsillapító, az egy nagyobb kopási területet a vészfékezett blokkoló kerék okozza.

    2.2. táblázat - Terhelhetőségi jelzőszámok (index), megengedett maximális terhelés kerekenként (kg).


    A gumiabroncs futófelületének jellemző kopásai
    2.11. ábra - A gumiabroncs futófelületének jellemző kopásai


  • DOT kód: Az amerikai közlekedési hatóság (Departement of Transportation) vizsgálati száma, mely a gyártó cégről, a méretekről és a kivitelezés időpontjáról tájékoztat. Az utolsó négy számból meghatározható a gyártás időpontja. Pl.: 3513 szám jelentése: az abroncs 2013. év 35. hetében készült.

2.2.2. Keréktárcsa

Ennek az összetett alkatrésznek az egyértelmű elnevezéséről még szakmai viták folynak. A szakzsargon nyelvben ez a felni, amely a német Felge szóból magyarosodott, kerékpánt és a tárcsa, vagy tányér együttesére utal. Jelen tárgyalásunkban a felni helyett a keréktárcsa kifejezést alkalmazzuk, amely a gumiabroncsot megtartó kerékpántból és a kerékpántot a kerékaggyal összekapcsoló tárcsából áll. (2.12. ábra)

A keréktárcsa alkatrészei és jellemző méretei
2.12. ábra - A keréktárcsa alkatrészei és jellemző méretei


A keréktárcsa jellemző méretei:

  • A gumiabroncs peremének felfekvési felületéhez, szakmai elnevezéssel a vállhoz tartozó átmérő, melyet röviden tárcsaátmérőnek neveznek és nagyságát coll értékben adják meg.

  • A kerékpánt két szarva közötti távolság, szakmai elnevezéssel keréktárcsa szélesség, méretét coll-ban fejezik ki.

  • ET (Einpresstiefe) vagy e (excentricitás) értéke, amely a tárcsának a kerékagyhoz simuló felfekvő felülete és a keréktárcsa középvonala közötti távolságot jelenti, és nagysága mm-ben van kifejezve.

  • A tárcsa középső tehermentesítő furatának átmérője. Ez a furat lazán illeszkedik h7/F7 tűréssel a kerékagy megvezető pereméhez. Ez központosítja a keréktárcsát és nyírásra tehermentesíti a kerékcsavarokat.

  • Kerékcsavarok száma és a furatok osztókör átmérője.

A kerékpánt és a tárcsa összekapcsolása történhet csavarozással vagy hegesztéssel. Könnyűfém keréktárcsánál a két alkatrész egyesített formában készül.

2.2.2.1. Kerékpánt

A kerékpánt a gumiabroncs nyitott keresztmetszetét zárja le. Tömlő nélküli abroncsoknál és egyrészes kerékpántoknál ez a kapcsolódás teljesen légzáró, osztott kerékpántok alkalmazásakor az abroncs légterének szivárgásmentes lezárásáról külön gumitömlő gondoskodik.

A kerékpánt szerkezeti formáját tekintve lehet:

  • Osztott, amely tovább tagolható:

    • Kerületén osztott pánt

    • Gyűrűsen osztott pánt

  • Egyrészes, mely lehet:

    • Mélyágyas pánt

    • Meredek vállú mélyágas pánt

    • Széles pánt

A kerületén osztott kerékpánt Trilex elnevezéssel a haszonjárművek leggyakrabban használatos kerékalkatrésze volt. (2.13. ábra) Ma már kiszorította ebből a kategóriából is az egyrészes kerékpánt.

Kerületén osztott (Trilex) keréktárcsa.
2.13. ábra - Kerületén osztott (Trilex) keréktárcsa.


A laposágyú kerékpánt kerülete mentén három szeletre tagolódik. Az egyes szeleteket ki lehet billenteni a gumiabroncs belsejéből. A szeleteket a hatágú kerékagy csavarjai rögzítik. A Trilex keréknek nagy előnye, hogy szereléshez nem szükséges külső energiával működtetett szerelő berendezés, bár elég nagy emberi erővel ugyan, de egyszerű kéziszerszámokkal is szerelhető. Nagy hátránya, hogy az osztott pántszeletek nem zárnak légmentesen, így a gumiabroncs csak tömlővel szerelhető fel. Nagy tömege miatt a jármű határsebessége korlátozott. A gyártási, szerelési pontatlanságok következtében körülményes a forgási síkbeli és a dinamikus kiegyensúlyozása. A Trilex abroncsoknak konkurensei voltak a laposágyú, gyűrűsen osztott kerékpántok, de közel két évtizedes pályafutásuk után a haszonjárműveknél is átadták helyüket a mélyágyas acél vagy alumínium kerékpántoknak.

Gyűrűsen osztott kerékpántok: a – kétrészes; b – háromrészes; c – négyrészes
2.14. ábra - Gyűrűsen osztott kerékpántok: a – kétrészes; b – háromrészes; c – négyrészes


Ezekre a kerékpántokra is viszonylag egyszerűen lehetett felszerelni a gumiabroncsot, de a szivárgásmentes tömítést nem lehetett megoldani, így gumitömlőt kellett alkalmazni. Az egyes gyűrűk alakzáró összekapcsolására rugalmas, hasított acél biztosítógyűrűk szolgáltak, ezek szerelése balesetveszélyes volt, speciális szerszámokat igényelt. Napjainkban személygépkocsiknál, haszonjárműveknél szinte kizárólag mélyágyas kerékpántokat alkalmaznak.

A mély ágyazású keréktárcsa részei

  • Szarv vagy csúcs, melyre oldal irányban a gumiabroncs felfekszik és megakadályozza, hogy nagy oldalerő esetén legyűrődjön a keréktárcsáról.

  • Váll, kúpos (5º ± 1º) kialakítású perem rész, melyre a gumiabroncs radiálisan illeszkedik. Tömlő nélküli kivitelnél légzáró kapcsolat kell létesüljön. Itt adódik át a fékező és a meghajtó nyomaték.

  • Mély ágy, ami lehetővé teszi a gumiabroncs szerelését. Az abroncs acélsodrony betétes egyik peremét ide kell lenyomni, hogy vele szemben a peremen átbillenthető legyen.

  • Dudor, melyet a váll részen alakítanak ki azoknál a keréktárcsáknál. Tömlő nélküli gumiabroncsot csak dudorral ellátott keréktárcsára lehet szerelni. Kétféle változatát alkalmazzák. A jobban kiemelkedő a H-jelű (Hump vagy Höckler) a laposabb a C-jelű. Oldalirányú erő esetén az egyik oldalon a szarv, a másik oldalon a dudor akadályozza meg, hogy az abroncs a keréktárcsáról lenyomódjon.

2.3. táblázat - Keréktárcsa jelölések


A kerékpántok, keréktárcsák jelölései, méretmegadása nemzetközileg egységes formát mutat. Ez jól áttekinthető a (Táblázat 2.3) táblázatban. A kerékpánt és a gumiabroncs között a fékezés vagy hajtónyomatékot a két felület súrlódásából adódó erőkapcsolat viszi át. A kifejthető maximális nyomaték elsősorban az összeszorító erőtől függ, ezért a kapcsolódó méretek meghatározása, azok tűrései, illesztései elméleti számítások és validáló tesztelések során határozható meg. Személygépkocsik kerékpántjain a váll meredeksége 5°-os, haszonjárműveknél a jóval nagyobb nyomatékok átvitele érdekében alkalmazzák a meredek peremes vagy a lépcsőzött mélyágyas kerékpántot. (Táblázat 2.4) A keréktárcsa méretmegadásából lehet azonosítani a pánt geometriai formájára is.

2.4. táblázat - Kerékpánt kialakítások


Kerékagy, kerékcsapágy, tengelycsonk

A forgó kerék és a felfüggesztési rendszer külső csuklóit magába foglaló csonkállvány között a kerékcsavarok, a kerékagy, a csapágy és a tengelycsonk teremti meg az erőkapcsolatot. Méretük, anyaguk, formájuk egyaránt kritikus, minden térbeli mozgási lehetőség (szabadságfok) irányából sztochasztikusan változó mértékadó igénybevételnek vannak kitéve.

A kerékcsavarok tervezésekor fontos követelmény, hogy a csavarok szárát ne érje nyíró igénybevétel. Az átviendő nyomatékot a keréktárcsa és a kerékagy között a csavarok meghúzásából keletkező összeszorító erő keltette súrlódás közvetítse.

A csavarkötés formája lehet: (2.15. ábra és 2.16. ábra ábra)

  • Kerékagyba préselt csavar és anya a keréktárcsa külső oldalán

  • Menetes furat a kerékagyban és fejes csavar a keréktárcsa külső oldalán.

A csavarfej vagy a csavaranya felfekvő felülete különböző geometriájú attól függően, hogyan történik a keréktárcsa központosítása.

  • Gömb vagy kúp formájú ez a felület, ha a tárcsa központosítását a keréktárcsán kialakított csavarfészek végzi.

  • Lapos alátétes, ha a keréktárcsát a kerékagy vezető pereme központosítja. (2.15. ábra)

A kerékcsavarok anyaga legalább 8.8 szilárdságú acél. A leggyakoribb méretek személygépkocsiknál M12x1,5; M14x1,5; M16x1,5.

A kerékagy és tengelycsonk kialakítása, szerkezete attól függ, milyen a kerék funkciója.

Kúp vagy gömbfelületen tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötése.
2.15. ábra - Kúp vagy gömbfelületen tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötése.


A kerékagy peremén tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötés.
2.16. ábra - A kerékagy peremén tájolt keréktárcsák szabvány szerinti csavarkötés.


Szabadon futó keréknél a tengelycsonk tömör, arra kívülről csatlakozik a kerékagy. (2.17. ábra)

Szabadon futó kerékagy, csapágy és tengelycsonk formája.
2.17. ábra - Szabadon futó kerékagy, csapágy és tengelycsonk formája.


Hajtott keréknél a forgató tengely személygépkocsiknál alakzáró kötéssel vagy kerületi csavarozással közvetlenül a kerékagyhoz kapcsolódik és a cső formájú tengelycsonk a csapágyazás közvetítésével kívülről támasztja alá a kerékagyat. (2.18. ábra)

Dácia személygépkocsi első generációs csapágyazású szerelt tengelycsonkja.
2.18. ábra - Dácia személygépkocsi első generációs csapágyazású szerelt tengelycsonkja.


A kerekek csapágyazásának konstrukcióját elsődlegesen meghatározza a kerék funkciója. Hajtott kerekeknél a hajtótengely és a kerékagy csapágyazása együttesen alkotják a kerék csapágyazását, megvezetését. A korszerű gépjárműveknél olyan csapágyazási struktúra kialakítására törekednek, amely a hajtótengely igénybevételének egyszerűsítését, csökkentését eredményezi. A hajtótengely elsődleges funkciója a kerék felé a forgatónyomaték közvetítése, ez csavaró igénybevételnek teszi ki a tengelyt. Ha a hajtó tengelynek nem kell részt vállalni a kerék vezetésében, tartásában, akkor teljesen tehermentesített hajtótengely megnevezés illeti. Ebben az esetben a tengelycsonk egy keréktartó tengellyel, vagy tengelycsonkkal rendelkezik. Ha a hajtótengelyre közvetlenül illeszkedik a kerékagy, akkor a tengely a csavarónyomaték mellett már húzó-nyomó, nyíró és hajlító igénybevételt is kap. Ezt nevezik nem tehermentesített hajtó-tengelynek. A két struktúra közötti átmeneti konstrukció megnevezése: félig tehermentesített tengely. A teljesen tehermentesített hajtótengelyes kerékcsapágyazás esetén a gumiabroncs talppontjában ébredő x-y-z irányú erők által keltett, a csapágyazásra háruló egysoros golyós vagy kúpgörgős csapágy felveszi. (2.19. ábra)

Teljesen tehermentesített hajtótengelyes csapágyazás sémája
2.19. ábra - Teljesen tehermentesített hajtótengelyes csapágyazás sémája


A korszerű integrált csapágyazás esetén is megtalálható a két, egymástól megfelelő távolságban elhelyezkedő gördülőelemsor. (2.20. ábra) A teljesen tehermentesített hajtótengelyes csapágyazású szerkezeteknél a hajtótengely, féltengely a kerékcsapágyazás megbontása nélkül is önállóan kiszerelhető.

Teljesen tehermentesített hajtótengelyes futómű, második generációs csapágyazással.
2.20. ábra - Teljesen tehermentesített hajtótengelyes futómű, második generációs csapágyazással.


A nem tehermentesített hajtótengelyes futóműnél a hajtótengely veszi fel a kerékagyra jutó valamennyi igénybevételt. Ilyen szerkezeti megoldást alkalmaznak egyes személygépkocsiknál és kisteherautóknál. (2.21. ábra) Ezeknél a típusoknál a hajtó féltengely a kerékszerkezet szétszerelése után távolítható el.

Lada gépkocsik nem tehermentesített hajtótengelyes hátsó futóműve.
2.21. ábra - Lada gépkocsik nem tehermentesített hajtótengelyes hátsó futóműve.


A félig tehermentesített hajtótengelyes futóműveknél a kerékagyra ható x-y-z tengelyirányú erőket a kerékagy egysoros csapágya, az x és z tengely körüli nyomatékokat a külső csapágy és a differenciálműben elhelyezkedő belső csapágy veszi fel. Ennek sematikus szerkezetét mutatja a 2.22. ábra.

Félig tehermentesített hajtótengely.
2.22. ábra - Félig tehermentesített hajtótengely.


A gépjárműtechnika rohamos fejlődése, a nagy sorozatú járműgyártás technológia igényei a kerékcsapágyak speciális konstrukcióit eredményezte. Az SKF besorolása szerint már négy csapágy-generáció gyártása, alkalmazása különböztethető meg.

Első generációs kerékcsapágy esetén a kerékagy és a tengelycsonk közé 2 darab, szabványos gördülőcsapágyat építenek be. Kisebb személygépkocsiknál ez egyszerű mélyhornyú golyóscsapágy, nagyobb személygépkocsiknál, haszonjárműveknél kúpgörgős csapágy lehet. (2.23. ábra)

Az Ikarus autóbuszok mellső futóművének elsőgenerációs csapágyazása.

1 – Csapágyanya; 2 – Zárógyűrű; 3 – Zárótárcsa; 4 – Anya; 5 - Kerékagy sapka; 6 – Tömítés; 7 - Külső csapágy; 8 – Csavar; 9 – Kerékagy; 10 - Belső csapágy; 11 – Támgyűrű; 12 – Tömítőgyűrű; 13 – Fékdob; 14 – Féktartó; 15 – Fékbetét; 16 - Féktartó lemez; 17 – Fékpofa; 18 - Tengelycsonk persely; 19 – Tömítés; 20 - Tengelycsonk csapszeg; 21 - Szabályzó tárcsa; 22 – Tárcsa; 23 - Tengelycsonk csapágy; 24 – Tengely; 25 – Tengelycsonk; 26 - Nyomtávkar, bal

2.23. ábra - Az Ikarus autóbuszok mellső futóművének elsőgenerációs csapágyazása.


Második generációs csapágyakat elsősorban a McPherson-féle futóművekhez fejlesztették ki. Két ferde hatásvonalú golyóscsapágy integrálásával alakult ki egy olyan speciális csapágyegység, amelyik kenése egész élettartamára elegendő, a két külső gyűrű eggyé vált, a tömítést a csapágy gyűrűk közé illesztett teflon gyűrűk szolgálják. Ennek a generációnak az előnye, hogy nincs szükség szereléskor a tengelyirányú csapágyhézag beállítására, kisebb a tömege, utólagos kenést nem igényel. Hátránya, hogy nem univerzális, minden járműtípushoz egyedileg kell kifejleszteni és gyártani. (2.20. ábra)

Harmadik generációs csapágyazás további specializáció révén alakult ki. A külső gyűrűk teljesen eltűntek, a golyók vagy kúpgörgők pályáját a kerékagyban képezik ki. (2.24. ábra)

SKF gyártmányú harmadik generációs csapágyazás pótkocsikhoz.
2.24. ábra - SKF gyártmányú harmadik generációs csapágyazás pótkocsikhoz.


Negyedik generációs csapágyazásnál már mindkét csapágy gyűrű elmarad, a gördülőelemek pályáját a kerékagyhoz illetve a tengelycsonkban munkálják ki. (2.23. ábra) Újabban olyan integrált szerkezeteket is gyártanak, amelyeknél a kerékagy, és a homokinetikus féltengelycsukló háza is egy alkatrészt képez. (2.24. ábra) Ezek a racionalizált, integrált konstrukciók jelentős alkatrész szám és tömegcsökkenést eredményeztek.

Opel Astra személygépkocsi harmadik generációs csapágyazású hátsó kerékagya.
2.25. ábra - Opel Astra személygépkocsi harmadik generációs csapágyazású hátsó kerékagya.


Negyedik generációs csapágyazású integrált hajtott kerékagy.
2.26. ábra - Negyedik generációs csapágyazású integrált hajtott kerékagy.


2.2.3. Kerékfelfüggesztés

A kerékfelfüggesztés valósítja meg a kapcsolatot a kocsiszekrény és a kerék között. A kerék pontos vezetését végzi, miközben a könnyű és kifogástalan kormányozhatóságot biztosít és elszigeteli a kocsiszekrénytől a gördülési zajt. Előre meghatározott kerék elmozdulásokat tesz lehetővé, és erőátadást biztosít a kerék és felépítmény között. Kedvező, ha a futómű kis helyigényű és kis tömegű.

A kerék függőleges elmozdulásaival igyekszik kiegyenlíteni az útfelület egyenetlenségeit. Emellett más irányú elmozdulásokat és elfordulásokat is végez. A keréken menetközben ébredő erőket átadja a kocsiszekrénynek. Személygépkocsiknál általában a lengőkarokat, lengőrudakat nem közvetlenül a kocsiszekrényhez, hanem egy futómű testhez, a bölcsőhöz, segédvázhoz rögzítik. Ez megkönnyíti a szalagon történő szerelést, az előzetes beállítást és később a javítást is. Kedvező a passzív biztonság és a zajszigetelés miatt is.

Az első és a hátsó kerékfelfüggesztéseknél különböző irányú rudakat, lengőkarokat, gömbcsuklókat, gumiperselyeket és szilentblokkokat alkalmaznak. Az útfelület és a kerék között keletkező erőknek megfelelően a kerekeknél különböző geometriai beállítást kell megvalósítani. Az első kerekek kormányozottak, ezért egy térbeli ferde tengely körül, a függőcsap körül elfordíthatók.

2.2.3.1. Lengőkarok, rudak

A lengőkarok, lengőrudak létesítenek kapcsolatot a kerék és a kocsiszekrény között. Alakjuk és méretük olyan, hogy ki és berugózás közben megakadályozzák a kerék beállított geometriai paramétereinek kedvezőtlen megváltozását. Beszerelhetők hossz-, kereszt- és ferde irányban is. A rudak igénybevétele csak egy irányú, húzás, vagy nyomás. A lengőkarok legalább három csuklóval rendelkeznek, ezekre összetett igénybevételek hatnak, mert a húzáson, vagy nyomáson kivül hajlítás és csavarás is fellép. A lengőkarok merevsége az alkalmazási célnak megfelelő kell legyen, hogy ne deformálódjanak. Túlterhelés miatt bekövetkező alakváltozás esetén nem szabad egyengetni. Törés, vagy repedés estén hegesztéssel nem javítható, ki kell cserélni. Ezt követően el kell végezni a futómű beállítását.

A lengőkaroknál húzott hengeres-, vagy különböző változó keresztmetszetű (egyenszilárdságú) süllyesztékben kovácsolt tömör acél, vagy alumínium ötvözetből készült rudakat alkalmaznak. Csatlakozási lehetőségekkel, például a gömbcsuklók számára szemekkel látják el. Gyakran a gömbcsukló házát ebbe besajtolják. Ilyenkor a lengőkar a gömbcsuklóval együtt csak kompletten cserélhető. A lengőkar másik végéhez csatlakozik a szilentblokk. Sok lengőkaros futóműveknél alkalmaznak rugóacélból, süllyesztékben kovácsolt, piskóta keresztmetszetű lengőkarokat is, melyek nem csak hosszirányú erőket visznek át, hanem csavaró igénybevételnek is ki vannak téve.

A kerékfelfüggesztés elemei
2.27. ábra - A kerékfelfüggesztés elemei


Egy speciális változat a nyomtávrúd, melynél a végeinél kialakított hosszabb menetes csatlakozórészek a beállítást, hossz változtatását teszik lehetővé.

Ha nagyobb és több irányú az igénybevétel, háromszög alakú, kettős lengőkarokat alkalmaznak.

Jelentősebb erőhatásoknál a lengőkarok készülhetnek lemezből sajtolt szekrényes tartókét. Ezeket általában több darabból hegesztéssel gyártják. A csatlakozó részeket is, melyek forgácsolással készülnek, ráhegesztik. Előnye a nagy merevség és a kis tömeg.

Előfordulhatnak túlterhelés vagy, hirtelen nagy erőhatás miatt bekövetkező deformációk, vagy repedések. Ilyenkor megváltozik a futómű geometria is, ami fokozottabb gumiabroncskopáshoz vezet. A lengőkarokat nem szabad egyengetni, hegeszteni, hanem ki kell cserélni.

Háromszög alakú, süllyesztékben kovácsolt könnyűfém lengőkar
2.28. ábra - Háromszög alakú, süllyesztékben kovácsolt könnyűfém lengőkar


Lengőkar csapágyazása két kúpgörgős csapággyal
2.29. ábra - Lengőkar csapágyazása két kúpgörgős csapággyal


BMW 3 első futómű, könnyűfém alsó lengőkar, a csatlakozó szilentblokkal és gömbcsuklóval
2.30. ábra - BMW 3 első futómű, könnyűfém alsó lengőkar, a csatlakozó szilentblokkal és gömbcsuklóval


BMW 5 első futómű, könnyűfém felső lengőkar
2.31. ábra - BMW 5 első futómű, könnyűfém felső lengőkar


Mercedes 180, 190 öt-lengőkaros, független kerék felfüggesztésű hajtott hátsó futómű lengőrúdja
2.32. ábra - Mercedes 180, 190 öt-lengőkaros, független kerék felfüggesztésű hajtott hátsó futómű lengőrúdja


Haszonjárműveknél alkalmazott lengőrudak
2.33. ábra - Haszonjárműveknél alkalmazott lengőrudak


2.2.3.2. Gömbcsuklók

A biztonság szempontjából kiemelt fontosságú futómű alkatrész a gömbcsukló, melynél a kopás miatt elhasználódás következik be. Ezért az üzemeltetés során állapotát időnként ellenőrizni kell. Különböző irányú, jelentős mértékű elfordulásokat tesz lehetővé.

A csukló gömb részének nyúlványa DIN 71831 szabvány szerinti 1:10 kúpos, vagy hengeres végződésű lehet. Az önzáró kúpfelületek a rögzítő csavar meghúzása után egymásra szorulnak. Ezért a kiszerelésükhöz célszerszámot kell alkalmazni. A hengeres szárúnál a csatlakozó furatnál a szemet felhasítják és a gömbcsukló beszerelése után csavar segítségével összehúzatják. A csavar helyzete olyan, hogy meglazulása esetén alakzárással biztosítja a csapot kicsúszás ellen. A korábbi koronás anyákat jelenleg önbiztosítású, egyszer használatosak váltották fel. Az anyák úgy lazíthatók, vagy húzhatók meg, ha a kúpos szár végén különböző alakú lelapolást készítenek, vagy belső kulcsnyílással látják el. Ez a szerelésnél ellentartási lehetőséget biztosít. A gömbcsap rendszerint króm és molibdén ötvözésű, húzott acélból készül, kéregedzésű, felülete köszörült. Készülnek süllyesztékben kovácsolt kivitelű változatok is. A kúpos szár önzáró, ezért kiszereléskor kinyomató célszerszámot kell használni. A csukló gömbje karbantartást nem igénylő, élettartamkenéssel ellátott műanyag perselyben mozdul el. A házát elasztomer tömítéssel látják el, mely megakadályozza a szennyeződés és a víz bejutását, valamint a kenőanyag távozását.

Az úgynevezett „függő kivitelű” gömbcsuklónál a függőleges irányú erő egy kisebb gyűrű alakú felületen támaszkodik meg, ami kedvezőtlenebb. Az „álló kivitel” nagyobb felületű gömbcikk megtámasztása jelentősebb függőleges irányú erő átadására alkalmas. Vannak olyan változatok is, ahol a gömbcsukló házába a zajcsökkentés miatt elasztomer betétet is beépítenek.

A gömbcsuklót védő elasztomerből készült harmonika repedése, meghibásodása esetén a belső kopás intenzívebbé válik és hamar elhasználódik. A megengedettnél nagyobb hézag, „kotyogás, lógás” esetén a gömbcsuklót ki kell cserélni. Ehhez célszerszámot kell használni. Ha a gömbcsuklót a lengőkarba besajtolták (általában a könnyűfémből készült változatoknál) az csak kompletten cserélhető.

A hengeres szárú gömbcsuklók biztosítását a horonyhoz illeszkedő rögzítő csavar végzi
2.34. ábra - A hengeres szárú gömbcsuklók biztosítását a horonyhoz illeszkedő rögzítő csavar végzi


Kúpos szárú gömbcsukló, melynél a rögzítő csavarok számára kialakított ovális nyílások lehetővé teszik a kerékgeometria beállítását
2.35. ábra - Kúpos szárú gömbcsukló, melynél a rögzítő csavarok számára kialakított ovális nyílások lehetővé teszik a kerékgeometria beállítását


Álló gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)
2.36. ábra - Álló gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)


Függő gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)
2.37. ábra - Függő gömbcsukló. (Terhelés iránya lefelé mutat.)


Alumínium-magnézium összetételű lengőrúd a Mercedes 123 gépkocsihoz.
2.38. ábra - Alumínium-magnézium összetételű lengőrúd a Mercedes 123 gépkocsihoz.


A gömbcsuklók kinyomatásához szükséges célszerszámok
2.39. ábra - A gömbcsuklók kinyomatásához szükséges célszerszámok


A kúpos szárú gömbcsuklóknál alkalmazott lelapolások és belső kulcsnyílás teszi lehetővé a rögzítő anya meghúzását
2.40. ábra - A kúpos szárú gömbcsuklóknál alkalmazott lelapolások és belső kulcsnyílás teszi lehetővé a rögzítő anya meghúzását


A gömbcsuklók különböző gyártástechnológiával készülhetnek.

A süllyesztékben kovácsolt szilárdságilag kedvezőbb, de energia igényesebb gyártási eljárás. A mikroszkópi csiszolaton jól összehasonlítható a szálirány elrendeződése. Ha húzott anyagból forgácsolással készül viszonylag sok forgács keletkezik és szilárdságilag is kedvezőtlenebb ez a változat. A kopásállóság szempontjából nagyon fontos a többnyire betétedzéssel kialakított kemény réteg, mely jól látható a bal oldali ábrán. Ha hiányzik az edzett réteg, mint a jobb oldali ábrán látható, élettartama nagyon rövid lesz.

Húzott anyagból forgácsolással gyártott kéregedzésű (bal oldalt) és süllyesztékben kovácsolt gömbcsukló, melynél elmaradt az edzés
2.41. ábra - Húzott anyagból forgácsolással gyártott kéregedzésű (bal oldalt) és süllyesztékben kovácsolt gömbcsukló, melynél elmaradt az edzés


2.2.3.3. Gumiperselyek, szilentblokkok

Ez a rugalmas, zaj és rezgéscsillapító elem kis mértékű elfordulást, oldal irányú elmozdulást tesz lehetővé, radiális és axiális erők átvitelére is alkalmas. Előnyös tulajdonsága, hogy karbantartást nem igényel.

Legegyszerűbb változata egy külső és egy belső cső közé vulkanizált gumiból áll, melynek rugókarakterisztikája progresszív és a különböző irányokban egymástól jelentősen eltérő lehet. Az oldalsó váll megtámasztási lehetőséget ad axiális irányban.

Túl nagy elmozdulások a gumi elszakadásához vezetnek, ezért beszerelés után a rögzítő csavarokat csak akkor szabad meghúzni a megadott nyomatékkal, amikor a gépkocsit visszaengedték a kerekeire és a lengőkarok a terhelés hatására a középső helyzetbe kerültek. Hosszú rugóutaknál szoktak alkalmazni siklócsapágy és sziletblokk kombinációját is.

A szilentblokk rugalmas eleme elöregszik, megrepedhet, túlterhelés esetén kiverődhet, elszakadhat. Ilyenkor menet közben kopogó hang hallható a futómű felől, ami a meghibásodásra figyelmeztet. Anyagát károsíthatják a különböző agresszív hatású vegyi anyagok ásványi olajok és az ózon is. Az elöregedett, meghibásodott sziletblokkot ki kell cserélni.

A szilentblokk szerkezete és deformációs lehetőségek
2.42. ábra - A szilentblokk szerkezete és deformációs lehetőségek


Nagytérfogatú korrigált szilentblokk

Ezt a típusváltozatot a középkategóriás személygépkocsik kapcsolt kerék felfüggesztésű hátsó futóműveihez fejlesztették ki. Különleges kivitelű szilentblokkoknak számítanak. A futómű ezzel kapcsolódik a kocsiszekrényhez. A gumielem nem teljesen tömör, hanem olyan „kikönnyítésekkel” látják el, melyek eleinte könnyű elmozdulást tesznek lehetővé, majd ezután például a menetirányban progresszív módon keményedő karakterisztika valósul meg. Oldal irányú erők hatására a kúpos alakú külső és belső cső kissé elmozdul egymáshoz képest, majd megtámaszkodik és egyre nagyobb erők átvitelére válik alkalmassá. Ezzel elérhető, hogy kanyarban a hátsó futómű az oldal irányú erők hatására néhány fokos szögben elforduljon és kedvezőbbé váljon a gépkocsi kormányzási tulajdonsága. Ezek a nagytérfogatú önbeálló gumiágyazások kinematikailag 4, 5 vagy 6 szabadságfokú csuklóknak számítanak, gyakran elasztomereknek nevezik a nagyobbakat.

Axiális erő felvételére alkalmas szilentblokk és a karakterisztikák
2.43. ábra - Axiális erő felvételére alkalmas szilentblokk és a karakterisztikák


Különleges, nyomkövetés korrigált szilentblokk és az egymásra merőleges erőátviteli karakterisztikák
2.44. ábra - Különleges, nyomkövetés korrigált szilentblokk és az egymásra merőleges erőátviteli karakterisztikák


2.2.3.4. A felfüggesztés állító elemei

A kerékfelfüggesztésnek tartalmazni kell olyan alkatrészeket, amelyekkel a futómű paraméterek az előírt értékre beállíthatóak. Ezekre a beállításokra szükség van:

  • Autógyártás során a gyártási tűrések, pontatlanságokból adódó eltérések kiigazítására.

  • Üzemeltetés közben fellépő kopások utánállítására.

  • Balesetek után az alkatrészek kijavítását, kicserélését követően az eredeti geometriai értékek újbóli beállítására.

Az egyes futóműparaméterek beállítási lehetősége, intervalluma különböző lehet:

  • Kerékdőlés általában állítható kis és közepes tartományokban kb. 30-60 fokpercben.

  • Kerékösszetartás minden járműnél kötelezően állítható a kormányzási geometria precíz működése érdekében. Ennek általános műszaki lehetőségét a menetes nyomtávrúd fejek jobb-bal menetes kiképzése adja.

  • Csapterpesztés önmagában nem állítható, a kerékdőléssel együtt változtatható.

  • Csaphátradőlés kis tartományban állítható a támcsapágy vagy az alsó lengőkar alváz bekötésénél.

  • Utánfutás önmagában nem állítható, a csaphátradőléssel együtt változik.

  • Elkormányzási sugár közvetett, de általában nem engedélyezett módon a gyári keréktárcsáétól eltérő ET értékű keréktárcsa felszerelésével, vagy nyomtávkarima alkalmazásával.

  • Nyomtáv állítás a kerékdőlés állításának van alárendelve; a kettő együtt változik, kivétel a meg nem engedett állítás nyomtávkarima vagy nem előírt gyári keréktárcsa alkalmazása.

Az állító elemek, alkatrészek konkrét formáját az határozza meg, hogy milyen szerkezetű a felfüggesztő rúdnak, karnak a csuklófelerősítése.

Csavarkötésnél a csavar középvonala irányú beállításhoz C alakú nyitott alátétek szolgálnak a csavar tengelyére merőleges állítás történhet ovális furatok kiképzésével, vagy excenteres kényszerpályás alátétek alkalmazásával. A különböző vastagságú C alátétek előnye, hogy a csavarkötést elegendő meglazítani az alátétek cseréjéhez, így lényegesen rövidül a beállítási műveleti idő.

Rögzítő csavar középvonal irányú állítása C alátéttel
2.45. ábra - Rögzítő csavar középvonal irányú állítása C alátéttel


Állítás ovális furattal
2.46. ábra - Állítás ovális furattal


Állítás menetes végű lengőrudaknál
2.47. ábra - Állítás menetes végű lengőrudaknál


Állítás excenteres kényszerpályás alátéttel
2.48. ábra - Állítás excenteres kényszerpályás alátéttel


Állítási lehetőségek toronycsapágynál
2.49. ábra - Állítási lehetőségek toronycsapágynál


2.2.4. Rugózás és elemei

2.2.4.1. A rugózási rendszer felépítése, dinamikai jellemzői

A korszerű gépjárművek rugózásának általános feladatai:

  • Utazási kényelem növelése,

  • A kerék-útfelület kapcsolatának optimális alakítása,

  • A járműalkatrészek dinamikus igénybevételének csökkentése,

  • Az útburkolat igénybevételének csökkentése.

Mindezen követelmények teljesítésére induló törekvés a gépjármű egy évszázados történelme alatt egyre bonyolultabb műszaki megoldásokat hozott.

Az ősautók elliptikus rugóitól eljutottunk az intelligens, interaktív rugózási szisztémákig. A széles spektrumú műszaki variációknak napjainkban két szélső határértékű konkrét szerkezeti formáját lehet megkülönböztetni:

  • passzív rugózás,

  • aktív rugózás.

A passzív rugózás központi eleme a rugó, amelyik képes a mozgási energiát potenciális energia formájában összegyűjteni és tárolni, majd azt ismét mozgási energiává alakítani. Ebben a rugózási rendszerben az útfelület egyenetlenségét követő kerék viszi be a mozgási energiát, ezen túl nincs más külső energia bevitel. Az útfelület emelkedésére a kerekek felfelé mozdulnak, összenyomódnak a gumiabroncsok és a hordrugók, majd az útfelület süllyedésekor a rugók potenciális energiája mozgatja a kerekeket lefelé. A másik rugózási elem a lengéscsillapító. Ennek a feladata a mozgási és potenciális energia átalakításának szabályozása, azáltal, hogy ezen energiák egy részét szétszórja, disszipálja. A passzív rugózási rendszerben a jármű lengését befolyásoló paraméterek optimális értékeit, karakterisztikáit előre meghatározzák, ezek alapján tervezik és kivitelezik a rugózás valamennyi szerkezeti elemét. A jármű mozgása közben nincs külső számítógépes szabályozás, vagyis mondható, hogy a szoftver benne van a hardverben, mintegy belefagyasztva. Így ez a passzív rendszer a működés során felbukkanó váratlan, zavaró jelenségre nem tud reagálni, nem tudja működését hozzá igazítani.

A teljesen aktív rugózási rendszerben valójában nincs is rugózó elem. A kerék mozgását külső szabályzású, külső energiával működő aktuátorok végzik. A szabályozás referencia jeleként a kerék talajnyomása és a felépítmény lengésgyorsulása szolgál. A kerék- illetve felépítmény mozgató szerkezetek, aktuátorok lehetnek elektropneumatikusak, elektrohidraulikusak, elektrodinamikus, vagy elektromechanikus működésűek. Az ilyen teljesen aktív rendszerek kifejlesztése ma még kezdeti stádiumban áll, de bíztató kísérletek, prototípusok jelzik a technikai fejlődés irányát, dinamikáját.

A két szélső műszaki variáció között számos félaktív, adaptív, sorozatgyártásban is megjelent rendszer található. A gépjárművek lengése legegyszerűbben háromtömegű, négy-szabadságfokú modellel vizsgálható. (2.50. ábra)

A gépjármű három tömegű, négy-szabadságfokú lengéstani modellje.
2.50. ábra - A gépjármű három tömegű, négy-szabadságfokú lengéstani modellje.


A háromtömegű, négy-szabadságfokú modell jellemző paraméterei:

 

L

– a jármű tengelytávja (m),

 

l1

– a kocsitest (alváz + felépítmény) súlypontjának (S) távolsága az első tengelytől (m)

 

l2

– a súlypont távolsága a hátsó tengelytől (m)

 

h1

– az útfelület emelkedése az első tengely alatt (m)

 

h2

– az útfelület emelkedése a hátsó tengely alatt (m)

 

m1

– az első futómű redukált tömege (kg)

 

m2

– a hátsó futómű redukált tömege (kg)

 

Sg1

– az első futómű gumiabroncsainak összesített merevségi tényezője (N/m)

 

Sg2

– a hátsó futómű gumiabroncsainak összesített merevségi tényezője (N/m)

 

Kg1

– az első futómű gumiabroncsainak összesített csillapítási tényezője (Ns/m)

 

Kg2

– a hátsó futómű gumiabroncsainak összesített csillapítási tényezője (Ns/m)

 

S1

– az első futómű redukált merevségi tényezője (N/m)

 

S2

– a hátsó futómű redukált merevségi tényezője (N/m)

 

K1

– az első futómű redukált csillapítási tényezője (Ns/m)

 

K2

– a hátsó futómű redukált csillapítási tényezője (Ns/m)

 

M

– a kocsitest tömege (kg)

 

Θ

– a kocsitest tehetetlenségi nyomatéka a súlyponton átmenő keresztirányú tengelyre (bólintó mozgásra) vonatkoztatva (kgm2)

 

υ

– a kocsitest inerciasugara bólintó mozgásra (m):

 

(2.1)

Egy adott jármű esetén a konkrét értékek meghatározása után megfelelő számítógépes programmal elvégezhető a lengés szimulációja, meghatározhatóak a különböző lengéstani mutatók. Az autóbuszok futómű és kocsitest tömegadatainak arányából a tengelytáv és az első és hátsó kinyúlások arányából következően nagy valószínűséggel teljesül az alábbi összefüggés.

 

(2.2)

Egy speciális, az autóbuszokra különösen jellemző lengéstani tulajdonságot eredményez: az egyik futómű lengőmozgása nem hat a másik futómű lengőmozgására, ami kedvezően hat a lengéskényelemre.

A jármű lengését jellemző paraméterek, mint például önlengésszám, sajátfrekvencia, lengésgyorsulás, dinamikus kerékterhelés elsősorban a beépített rugók, lengéscsillapítók tulajdonságaitól függnek. Ezeket a tulajdonságokat lengéstanilag a karakterisztikák írják le.

Rugókarakterisztika
2.51. ábra - Rugókarakterisztika


A 2.51. ábra egy általános, összetett rugó karakterisztikáját mutatja be. Az ábra jelölései:

 

CL

– a lengési középpont (munkapont)

 

FRSt

– a rugóterhelés nyugalmi helyzetben (N)

 

FRmax

– a maximális rugóterhelés a futómű berugózásának határolásakor (N)

 

Za

– kirugózási tartomány (m)

 

Zf

– berugózási tartomány (m)

 

Zst

– a virtuális statikus rugóbesüllyedés (m)

A (2.52. ábra) ábra: különböző típusú és anyagú rugók jellemző karakterisztikáit ábrázolja:

Különböző jellegű rugókarakterisztikák.
2.52. ábra - Különböző jellegű rugókarakterisztikák.


A karakterisztikából meghatározható az adott rugót numerikusan jellemző érték, a rugómerevségi tényező:

 

(N/m)

(2.3)

Lineáris karakterisztika esetén a merevségi tényező konstans.

 

(N/m)

(2.4)

A lengéscsillapítót jellemző karakterisztika a csillapító összenyomásának és széthúzásának sebessége függvényében mutatja az ellenállás, a csillapítás erejét. (2.53. ábra)

Különböző típusú lengéscsillapító karakterisztikák
2.53. ábra - Különböző típusú lengéscsillapító karakterisztikák


A csillapítási tényező:

 

(Ns/m)

(2.5)

Lineáris karakterisztika esetén

 

(Ns/m)

(2.6)

A relatív csillapítási tényező:

 

(2.7)

Ahol:

 

K

– a lengéscsillapító csillapítási tényezője

 

s

– a rugó merevségi tényezője

 

m

– a rugót terhelő tömeg

A gépjármű lengéseinek egzakt minősítésére különböző lengéskényelmi mutatók és átviteli karakterisztikák szolgálnak. A gyakran használatos lengéskényelmi mutatók:

  • Önlengésszám

  • Sajátfrekvencia

  • VDI lengéskényelmi mutató

  • ISO lengéskényelmi mutató

Önlengésszám (n 0 ):

Az álló helyzetben függőleges mozgásba hozott jármű felépítményének percenkénti lengéseinek száma. Személygépkocsiknál, autóbuszoknál az önlengésszám: 50 – 80 1/perc.

Sajátfrekvencia (f 0 ):

A másodpercenkénti szabad lengések száma, mértékegysége: Hz. Autóbuszoknál, személygépkocsiknál:

 

f0 = 0,8 – 1,3 Hz

 

Az önlengésszám, ill. sajátfrekvencia méréssel és számítással is meghatározható egy adott járműre. A mérés eljárása viszonylag egyszerű, jármű kerekeivel fel kell állni 15-20 cm magas dobogóra, majd innen leugratva a kocsitesten elhelyezett elmozdulás vagy gyorsulás érzékelő mérőrendszerrel rögzíteni kell időben a kocsitest függőleges mozgását, a periódus időből már könnyen kiszámítható a sajátfrekvencia:

 

(Hz)

(2.8)

A rugókarakterisztika és a statikus (álló helyzeti) rugóterhelés ismeretében közelítő számítással egyszerűen meghatározható a sajátfrekvencia. A rugóterhelés alapján a rugókarakterisztikán kijelölhető a lengési középpont (CL, munkapont), majd az ezen ponthoz húzott érintő kimetszi a virtuális statikus rugóbesüllyedés szakaszát. (Zst) A sajátfrekvencia jó közelítéssel:

 

(Hz)

(2.9)

A virtuális statikus rugóbesüllyedést cm mértékegységben kell megadni. Ebből az egyszerű képletből is jól látható, minél erősebb, merevebb a rugó, annál magasabb a sajátfrekvencia (önlengésszám), jobban „ráz” a jármű.

VDI 2057. sz. ajánlás szerinti lengéskényelmi mutató

Ez a mutató a lengés frekvenciája mellett már figyelembe veszi a lengésgyorsulásokat és az emberi érzékenység tartományait is.

A jármű vezetője és utasai menet közben bonyolult lengőmozgást végeznek. Maga az emberi test is többtömegű, több-szabadságfokú lengőrendszert képez. Az egyes testrészek más-más sajátfrekvenciával rendelkeznek. A bonyolult lengés következtében változik az ember kényelmi állapota, munkavégző képessége, bizonyos határérték felett akár egészségkárosodást is szenvedhet. Az egyes testrészek sajátfrekvenciájának értékei:

 

Fej

1,8 – 2,0 Hz ill. 20 Hz

 

Váll és kar

3,0 – 5,0 Hz

 

Törzs

4,0 – 5,0 Hz

 

Csípő

2,5 – 3,0 Hz

Az emberi szervezetre különösen a 4 – 8 Hz közötti értékek a legveszélyesebbek. A VDI mutató lényegében a lengés frekvenciája és a lengésgyorsulás szórása között az emberi frekvenciaérzékenység különböző tartományaiban adja meg a kapcsolatot. A mutató kiszámításához országúti mérést kell végezni különböző úttípusokon (beton, aszfalt, kockakő, makadám, földút) és különböző sebességek mellett (20,30,50,70,100 km/h). A mérési eredmények feldolgozását a frekvenciaanalízis eljárásával, számítógép segítségével kell elvégezni, majd a rész- és teljes mutatókat kiszámítani. A K mutató képzésének alapösszefüggései:

Ha

1 ≤ fk < 4 Hz

akkor

Ha

4 ≤ fk < 8 Hz

akkor

Ha

8 ≤ fk < 80 Hz

akkor

Ahol:

 

Dzi

– a lengésgyorsulás-szórás (m/s2)

 

fk

– a tercoktáv középfrekvenciája (Hz)

 

Ki

– az i-dik tercoktávsávhoz tartozó parciális lengéskényelmi mutató.

A parciális mutatók ismeretében, a K – redukált lengéskényelmi mutató az alábbi összefüggéssel számítható:

 

(2.10)

A K mutató értékét illetően három szintet határoztak meg:

 

A kényelemérzet határa

K=20

 

Munkavégző-képesség határa

K=63

 

Egészségkárosodási határ

K>63

Az ISO 2631. sz. szerinti lengéskényelmi értékelés

Az ISO 2631.sz. szabvány szerinti lengéskényelmi értékelés ma a legkorszerűbb, ez adja meg az utazási kényelem legösszetettebb, legpontosabb mutatóját. Ennél az eljárásnál is országúti lengésvizsgálatot és számítógépes frekvenciaanalízist kell végezni és ki kell számítani a redukált lengésgyorsulás szórás (Dze) értékét.

 

(2.11)

Ahol:

 

ai

– a súlyzótényező.

A súlyzótényezők meghatározására az alábbi függvényeket használhatjuk:

 

ai=0,5f1/2

ha

1 Hz ≤ f ≤ 4 Hz

 

ai=1

ha

4 Hz ≤ f ≤ 8 Hz

 

ai=8f-1

ha

8 Hz ≤ f ≤ 80 Hz

Ahol:

 

f

– a tercoktáv középfrekvenciája.

A szabvány három érzékelési szintet ír elő, amely a lengésgyorsuláson és a frekvencián kívül figyelembe veszi a lengés időtartalmát is. így például ha az igénybevétel 8 óra hosszat tart és a redukált szórás (Dze) értéke

  • 0,100 m/s2, akkor a lengés még fáradság nélkül elviselhető,

  • 0,315 m/s2, akkor az adott szintű munkavégző képesség még nem változik,

  • 0,630 m/s2, a felső határ, amelyet az egészséges emberi szervezet még károsodás nélkül elvisel.

A rugózás frekvenciakarakterisztikája

A jármű rugózási rendszerének összetett értékelésére a legtöbb információt nyújtó jellemző a frekvenciakarakterisztika, másként átviteli karakterisztika (korábban nagyítási függvénynek nevezték). Az átviteli karakterisztikából kiolvasható, hogy a jármű rugózási rendszere az útegyenetlenségekből adódó sztochasztikusan változó, különböző frekvenciájú gerjesztéseket milyen arányban szállítja egészen a járművezető vagy az utas adott testrészéig.

Járművezető ülés átviteli karakterisztikája.
2.54. ábra - Járművezető ülés átviteli karakterisztikája.


A frekvenciakarakterisztikából kiolvasható a kocsitest vagy a futómű saját frekvenciája (ahol a csúcsok vannak), a lengéscsillapítás hatásossága. A karakterisztikából következtetni lehet a rugómerevség, a lengéscsillapítás, a gumiabroncs helyes megválasztására, esetleges meghibásodásokra is.

PL: Ha ismerjük az útfelület és az utasülés párnája közötti átviteli karakterisztikát, akkor az első csúcsértékből meghatározhatjuk a teljes rugózási rendszer sajátfrekvenciáját. (2.54. ábra) Ennek nagyságából már megállapítható, hogy a rugó merevsége megfelelő-e. Ha az optimális 1-1,3 Hz értéknél kisebb a csúcshoz tartozó frekvencia, akkor túl lágy, ha nagyobb, akkor túl kemény a rugó. A csúcs magassága megmutatja, hogy az 1 cm útprofil emelkedés hány cm emelkedést idéz elő az ülés párnáján. Optimális érték 1,5 – 2,5 cm.

Autóbuszok, teherautók

A haszonjárművek rugózási rendszereinek tervezésekor vagy minősítő vizsgálatakor külön elemzik a vezető lengéskényelmét és a szállítandó személyek vagy áruk lengésdinamikai jellemzőit. A vezető számára az ülés és környezet jelenti a munkahelyét, ahol esetenként akár napi nyolc órát is eltölthet. Ennek figyelembe vételével alakítják ki a vezetőülés ergonómiáját és lengési szerkezetét. Autóbuszoknál a vezetőig terjedő rugózási láncolatot a gumiabroncs, a fő rugó és lengéscsillapító, az ülés rugója és lengéscsillapítója képezi. Vagyis a vezetőülés háromszor rugózott. Korszerű teherautóknál négyszeresen rugózott a vezetőülés: gumiabroncs, fő rugó és lengéscsillapító, vezetőfülke rugó és lengéscsillapító, vezetőülés és lengéscsillapító. A járművezető lengéskényelmét az 1 Hz körüli sajátfrekvencia és 0,1 g lengésgyorsulás követelményszint írja elő. Ezt a kényelmet a háromszoros illetve négyszeres rugózás garantálja.

Autóbuszok utasaira vonatkozó lengéskényelmi előírások: 1,2 Hz sajátfrekvencia és 0,1-0,3 g lengésgyorsulás. Teherautóknál a rakfelületen a sajátfrekvencia 1,5 Hz, a lengésgyorsulás max. 0,7 g lehet.

Autóbuszoknál további lengésdinamikai követelmény a padlószint terheléstől független magassága, a korszerű távolsági buszoknál már a padlószint szabályozása is. A megállókban az utasok kényelmes fel-leszállása érdekében a padlószintet a lehető legalacsonyabbra lesüllyesztik (letérdepeltetik az autóbuszt), majd a jármű sebességétől és az útviszonyoktól függően a padlószint automatikusan beáll az optimális magasságra.

Teherautóknál is általános követelmény lehetne a padlószint szabályozása, de a laprugós futóművek erre nem adnak lehetőséget. A nyerges szerelvények vontatóinál egy kompromisszumos megoldás alakult ki: az első futómű laprugós, míg a hátsó, a pótkocsi vontató nyereg alatti viszont légrugós, állítható, szabályozott szintállítással.

2.2.4.2. A rugózás szerkezeti elemei

A gépjárművek rugózási rendszerében különböző típusú rugókat alkalmaznak:

  • Acélrugók, melyek lehetnek:

    • laprugók

    • tekercsrugók

    • torziós rugók

  • gázrugók:

    • hidropneumatikus gázrugók

    • légrugók

  • gumirugók

A különböző típusú, formájú rugókat különböző követelmények, szempontok alapján lehet minősíteni. A rugó határozza meg a jármű lengési tulajdonságait, de fontos a jellemző rugó tömege, gyártási költsége, karbantartás igénye, élettartama. A rugónak a járműdinamikára kifejtett hatását a rugó karakterisztikája határozza meg. A legkedvezőbb hatás érdekében milyen az optimális rugókarakterisztika? Az optimálásnak két sarkalatos, meghatározó célja lehet:

  • maximális lengéskényelem,

  • a jármű menetközbeni össztömege ne befolyásolja a lengéskényelmet.

Az optimális rugókarakterisztikát a sajátfrekvencia (f), a hordrugó merevsége (s) és a felépítmény tömege közötti összefüggést kifejező képletből lehet kiszámolni:

 

(2.12)

Ebből kifejezve:

 

(2.13)

A rugómerevség értelmezéséből:

 

(2.14)

Ahol:

 

g

– a nehézségi gyorsulás: 9,81 m/s2

A két egyenletből:

 

 

A rendezés után:

 

 

A rugómerevség m-szerinti deriváltja:

 

 

Ebből:

 

(2.15)

Így a megoldandó differenciálegyenlet:

 

 

Integrálás után:

 

(2.16)

Ha a kiinduló igény szerint f0=const!, az optimális rugómerevség függvénye:

 

(2.17)

Ez exponenciális függvény, tehát az optimális rugókarakterisztikának exponenciálisan kell progresszívnek lennie. A 2.9. egyenlet ismeretében egy adott rugókarakterisztika grafikusan gyorsan minősíthető. (2.55. ábra)

Optimális rugókarakterisztika.
2.55. ábra - Optimális rugókarakterisztika.


A vizsgált rugókarakterisztikán a jármű tengelyéhez tartozó rugóterhelés kijelöli a lengés munkapontját, ez ehhez húzott érintő kimetszi a 0 terheléshez tartozó virtuális kezdőpontot, amiből már meghatározható a virtuális rugóbesüllyedés. Optimális karakterisztika esetén a menettömeg bármilyen változása esetén is a statikus virtuális besüllyedés azonos marad, így nem változik a lengés sajátfrekvenciája. A különböző típusú rugók elemzésekor megvizsgáljuk a rugókarakterisztikáját is.

2.2.4.2.1. Laprugók

A hagyományos kivitelű laprugókat nagyobb arányban ma már csak a haszonjárművekben, főleg a kis és közepes teherautókban alkalmaznak. (2.56. ábra)

Egyszerű laprugóköteg

1 – rugószem; 2 – rugókengyel; 3 – rugóösszefogó csavar; 4 – rugólapok; 5 – rugófőlap

2.56. ábra - Egyszerű laprugóköteg


A hagyományos kivitelű laprugók ma is nagy arányban fordulnak elő a haszonjárművekben, főleg a kis és közepes teherbírású teherautókban. A hagyományos laprugó egy-két főlapból és több melléklapból áll. A rugólapok szélessége és vastagsága állandó. Méretüket, lapszámukat a tengelyterhelés alapján lehet meghatározni. Tervezéskor elsődleges követelmény az egyenszilárdság. Ezt a kiterített lemez megfelelő darabolásával lehet elérni. (2.57. ábra)

A kötegelt laprugó szerkesztése.
2.57. ábra - A kötegelt laprugó szerkesztése.


A laprugók széleskörű alkalmazását az indokolja, hogy azok nem csak rugóerőt, hanem hossz- és keresztirányú erőt is képesek felvenni, ezáltal felfüggesztő elemként is szolgálnak. A futómű ki-berugózásakor a laprugó íveltsége és így a két vége közötti távolság változik. Ebből következőleg a laprugóköteg sajátos bekötése alakult ki. A főlap egyik szeme fix bekötésű fém vagy gumiperselyen átdugott csapszeggel csatlakozik az alvázhoz, míg a másik vége lengő kengyel vagy ívelt támaszték közbeiktatásával elmozdulhat. (2.58. ábra)

Különböző rugószem kialakítások és rugólap bekötések.
2.58. ábra - Különböző rugószem kialakítások és rugólap bekötések.


A laprugó előnye a viszonylag egyszerű szerkezet, kis karbantartási igény, a felfüggesztés egyszerűsítése, a kis helyigénye. Hátrányai elsősorban lengésdinamikai szempontból jelentkeznek. A több lap egymáson elcsúszása következtében nagy a hiszterézise, a belső csillapítása. Ez a csillapítás a Coulomb súrlódásból adódik, ami a rugózási sebességtől függetlenül közel állandó csillapító erőt ad. Ennek következtében kis járműsebességnél, rosszabb útfelületen túl nagy a csillapítás, nagyobb sebességnél viszont nem elegendő. Ezt a hátrányos tulajdonságát az egyes lapok közé behelyezett súrlódáscsökkentő műanyag betétekkel lehet csökkenteni. (2.60. ábra)

Laprugó köteg segédrugóval.
2.59. ábra - Laprugó köteg segédrugóval.


A rugólapok közötti súrlódás csökkentése betétlappal, vagy betételemekkel.
2.60. ábra - A rugólapok közötti súrlódás csökkentése betétlappal, vagy betételemekkel.


laprugó karakterisztikák
2.61. ábra - laprugó karakterisztikák


A laprugó másik hátránya karakterisztikájában rejlik. A rugókarakterisztika a rugóerő (rugóterhelés) és az elmozdulás (besüllyedés) közötti összefüggést mutatja. Ez a karakterisztika laprugónál lineáris, vagyis kétszer akkora terheléshez kétszer akkora besüllyedés tartozik. A lineáris karakterisztika következményeként a lengési frekvencia a terheléstől függően változik, méghozzá fordított arányban. Ha nő a terhelés, csökken a frekvencia. E lengéskényelmi szempontból kedvezőtlen tulajdonságon segédrugó beiktatásával lehet két fokozatban javítani.

A laprugós felfüggesztés esetén egyáltalán nem vagy csak bonyolult és drága mechanizmus révén lehet padlószintet, rakfelület magasságot változtatni, szabályozni.

Parabolikus keresztmetszetű laprugók.
2.62. ábra - Parabolikus keresztmetszetű laprugók.


A laprugók korszerű generációját jelentik az úgynevezett parabolikus rugók. (2.62. ábra) Ezeknél a rugólap vastagsága az egyenszilárdság követelményének megfelelően változó. Így elegendő egy esetleg két-három lap alkalmazása. De továbbra is lineáris marad ennek a rugótípusnak is a karakterisztikája.

2.2.4.2.2. Tekercsrugók

A kis- és középkategóriás személygépjárművekben szinte kizárólag tekercsrugókat alkalmaznak. Ezt számos előnyük támasztja alá. Könnyen gyárthatóak, kis tömegűek, korrózióvédelmük jól megoldható, karbantartást nem igényelnek, hosszú élettartamúak. Viszont szerkezeti sajátosságukból következően felfüggesztő elemként nem használhatóak. A tekercsrugó szerkezetét három mérettel lehet pontosan leírni:

  1. d – huzal átmérője,

  2. D – a tekercselés középátmérője,

  3. h – a tekercselés menetemelkedése.

A hagyományos tekercsrugónál mindhárom méret állandó, tehát hengeres a külső megjelenési formája. Az ilyen tekercsrugó a jármű hordrugójaként nem lehet optimális, miután lineáris karakterisztikával rendelkezik. Tekercsrugó alkalmazáskor az exponenciális karakterisztikát kétféle módon lehet megvalósítani:

  • a rugó három jellemző méretének változó kialakításával,

  • elasztikus segédrugó beépítésével.

A méretek variálásának mechanikai alapját a tekercsrugó merevségére vonatkozó képletből lehet levezetni:

 

(N/m)

(2.17)

Ahol:

 

n

– működő menetek száma,

 

G

– a rugó anyagára jellemző rugalmassági modulus.

A menetemelkedés, d tekercselési átmérő és a huzalátmérő egy rugón belüli variálásával (2.63. ábra és 2.64. ábra) el lehet érni, hogy a rugó összenyomásakor az egye menetek fokozatosan felütközzenek, így a működő menetszám csökken, a rugó merevsége nő, tehát kialakítható az exponenciális függvény, de a menetek felütközésének megfelelően egyenes szakaszokból álló tört görbe formájában.

A tekercsrugó menetemelkedésének, vagy tekercselési átmérőjének variálása
2.63. ábra - A tekercsrugó menetemelkedésének, vagy tekercselési átmérőjének variálása


A tekercsrugó huzalátmérőjének variálása:
2.64. ábra - A tekercsrugó huzalátmérőjének variálása:


Az acél tekercsrugók ma használatos korszerű változata a Miniblock elnevezésű rugó, amelynek tekercselése hordó alakú, huzalja változó átmérőjű, menetemelkedése a rugó széleinél kisebb, mint a középső részén. (2.65. ábra)

A Miniblock rugó és beépítése Opel gépkocsi hátsó futóművébe.
2.65. ábra - A Miniblock rugó és beépítése Opel gépkocsi hátsó futóművébe.


A tekercsrugó karakterisztikájának kompenzálásához egy összetett rugóstag kifejlesztése is megoldást hozott. A VW Golf típusú gépjárműveken alkalmazták a (2.66. ábra) ábrán bemutatott integrált rugó elemet. A tekercsrugóval párhuzamosan együtt összenyomódik a műanyagból készült harmonikus rugóelem.

VW Golf gépkocsi integrált hátsó rugóstagja és karakterisztikája.
2.66. ábra - VW Golf gépkocsi integrált hátsó rugóstagja és karakterisztikája.


2.2.4.2.3. Torziós rugó

A torziós rugó csavarásra igénybevett acélrúd, melynek egyik vége általában a felépítményhez, másikvége pedig a lengőkarhoz kapcsolódik. Hajlításra nem veszik igénybe, ezért általában védőburkolatban csapágyazva szerelik be. Megjelölik a bal és a jobb oldali tagot, hogy ne szereljék be fordítva, mert az ellentétes irányú igénybevétel hamar töréshez vezet. A jármű menettengelyéhez viszonyítva hossz- ill. kereszt irányban is elhelyezhető. A rudak legtöbbször kör keresztmetszetűek. Előfordul azonban négyszög, sőt lemezcsíkokból összeállított négyzetes keresztmetszetű is. A végeit alakzáró módon alakítják ki. (kerb fogazat). A különböző rugókat általában előfeszítve szerelik be.

Torziós rugós beépítve a futóműbe.
2.67. ábra - Torziós rugós beépítve a futóműbe.


2.2.4.2.4. Hidropneumatikus gázrugó

A Citröen gyár 1953–ban kezdte beszerelni a DS 19 típusú gépkocsikba a nitrogén gáz töltésű hidropneumatikus rugóstagot. (2.67. ábra) A szerkezet rugózó elemét a membránnal szétválasztott gömb felső felébe töltött nitrogén gáz képezi.

A Citröen hidropneumatikus gázrugós rendszerének sémája.
2.68. ábra - A Citröen hidropneumatikus gázrugós rendszerének sémája.


A felépítmény súlyereje a gáztölteten, a membránon, a lengéscsillapító elemen átfolyó hidraulikus olajon át jut el a futómű lengőkarjához kapcsolt dugattyúig. A hidraulikus munkahenger térfogatával lehet a felépítmény hasmagasságot és egyben a lengés munkapontját beállítani. Ez az állítási megoldás statikus szabályozást jelentett az első generációs szerkezeteknél. A vezető a műszerfalon lévő szabályzó kapcsolóval diszkrét értékekben tudta beállítani a kiválasztott magasságot. A legújabb fejlesztésű szerkezetekben már a szabályozás számítógéppel, 5-6 Hz frekvenciatartományban működik, így megvalósítja az ABC szisztémát, vagyis a felépítmény mozgásának aktív szabályozását. (lásd 6. fejezet fejezet) A betöltött nitrogén gáz mennyisége állandó, ebből következően ez a gázrugó állandó töltésű, változó térfogatú politrópikus állapotváltozás szerint működő integrált elem. Egyesíti magában a rugózás és a lengéscsillapítás funkcióit.

Hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag
2.69. ábra - Hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag


A hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag lengéscsillapító eleme.
2.70. ábra - A hidropneumatikus gáztöltésű rugóstag lengéscsillapító eleme.


2.2.4.2.5. Légrugók

Korszerű autóbuszoknál szinte általános, teherautóknál és személygépkocsiknál pedig rohamosan terjed a légrugók alkalmazása immár négy évtizede. Két típusú légrugó használatos:

Haszonjárműveknél mindkét légrugó csővezetékes összeköttetésben áll a jármű légfékrendszerével, a légrugó levegőáramlását szintszabályozó szelep irányítja. Korszerű személygépkocsiknál villanymotorral hajtott kompresszorral működő integrált levegőellátó rendszer táplálja a légrugókat. Ezek a légrugók állandó térfogatú, változó töltésű gázrugónak nevezhetők, melyekben ki- berugózáskor politrópikus állapotváltozás zajlik, ami kedvező progresszív rugókarakterisztikát eredményez.

Gördülőmembrános légrugó szerkezete és tömlője.
2.71. ábra - Gördülőmembrános légrugó szerkezete és tömlője.


Gyűrűs légrugó szerkezete és tömlője.
2.72. ábra - Gyűrűs légrugó szerkezete és tömlője.


Légrugó és szintszabályzó szelep beépítése autóbusz hátsó futóművébe.
2.73. ábra - Légrugó és szintszabályzó szelep beépítése autóbusz hátsó futóművébe.


A légrugó terhelésétől függő légnyomását a szintszabályzó szelep vezérli, a nyomás növelését levegő hozzávezetéssel, a nyomás csökkentését levegő elvezetéssel végzi. A szintszabályzó lehet mechanikus vagy elektronikus rendszerű. A (2.74. ábra) ábrán egy Knorr gyártmányú szintszabályzó szelep felépítése és működése látható. Ilyen szelepet szerelnek az autóbuszokba, teherautókba.

Mechanikus szintszabályzó szelep felépítése és működése.
2.74. ábra - Mechanikus szintszabályzó szelep felépítése és működése.


A szintszabályzó szelep háza a felépítményhez csatlakozik, a szelep szabályzó karja (4) a tengelycsonkhoz vagy tengelytesthez kapcsolódik. Az első képen a (4) kar középhelyzetben áll, a légrugóban lévő nyomás egyensúlyt tart a felépítmény súlyerejével. A visszacsapó szelep (12) és a szabályzó szelep (10) zár, nincs levegő hozzá- és elvezetés. A második ábra olyan állapotot szemléltet, amikor a felépítmény súlyereje megnő (utasok szállnak fel az autóbuszra, berakodás folyik a teherautón). A felépítmény a csökkenő nyomás miatt lesüllyed, a szabályzó kar felfelé fordul és felemeli a szabályzó szelepet (10). A légtartályból a tápvezetéken (9) át, a nyitott visszacsapó szelepen (12) keresztül a légrugó ellátó csonkon (8) át levegő áramlik a légrugóba. Ott a növekvő légnyomás hatására felfelé emelkedik a felépítmény, amíg el nem éri az első képen ábrázolt egyensúlyi állapotot.

Ha az utasok leszállnak az autóbuszról vagy kirakodnak a teherautóból, a felépítmény felfelé emelkedik a (4) kar lefelé fordul, (3. kép) és lehúzza a szeleptestet (1). A szabályzó szelep (10) és a visszacsapó szelep (12) bezár, de szabaddá válik a szeleptest furata, így a légrugóból a levegő kifelé áramlik, csökken a légrugóban a nyomás, a felépítmény emelkedése megszűnik, majd süllyedni kezd egészen az első kép szerinti nyugalmi helyzetig. Ez a szintszabályzás statikus, vagyis a jármű álló helyzetében és elinduláskor zajlik, de menet közben a felépítmény dinamikus ki-berugózásakor nincs levegő hozzá- és elvezetés. Ezt a kalibrált, kis átmérőjű furatok akadályozzák.

Szintszabályzás légrugó karakterisztika mezője.
2.75. ábra - Szintszabályzás légrugó karakterisztika mezője.


A szintszabályzás következményeként a felépítmény lengési középpontja a terheléstől függetlenül állandó magasságban helyezkedik el. Ez a pont a politropikus állapotváltozás görbéinek kiindulási pontja. A görbék lefutását a légrugó dugattyújának alakjával tovább lehet igazítani az optimális karakterisztikához. Ezáltal a minimális és maximális felépítmény súlyerő tartományához egy széles sávú karakterisztika mező tartozik, ami garantálja a lengéskényelem közel állandó színvonalát. (2.75. ábra)

Korszerű autóbuszoknál a szintszabályzás kiegészül a padlószint magasságának statikus állítási lehetőségével is. Az autóbusz vezetője a megállókban le tudja „térdeltetni” a felépítményt, megkönnyítve ezáltal az utasok fel-leszállását.

Mercedes Travego autóbusz légrugózásának levegőellátó rendszere magasságállítóval.
2.76. ábra - Mercedes Travego autóbusz légrugózásának levegőellátó rendszere magasságállítóval.


2.2.4.2.6. Gumirugók, gumiütközők

A gumirugók hordrugókénti alkalmazására korábban folytak kísérletek. A Hydrolastic nevű komplett rendszert az angol Austin gépkocsikban alkalmazták, de rövid élettartamuk, fokozott karbantartási igényük miatt nem lett versenytársa a hidropneumatikus rendszereknek. (2.77. ábra)

Hydrolastic rugózás rugóstagja és beépítése az gépkocsiba.
2.77. ábra - Hydrolastic rugózás rugóstagja és beépítése az gépkocsiba.


Önálló hordrugóként a gumirugókat ma már csak a személygépkocsi utánfutók hosszlengőkaros futóműveiben alkalmaznak. Két típusát forgalmazzák: (2.78. ábra)

  • Nyomásnak kitett 3-4 gumiszalagos rugó elemeket.

  • Csavarásnak kitett torziós gumirugó elemeket.

Gumiszalagos és torziós gumiperselyes gumirugók.
2.78. ábra - Gumiszalagos és torziós gumiperselyes gumirugók.


A gumirugónak nevezett elemek ma már általában nem gumiból készülnek, hanem különböző szintetikus műanyagokból, mint például poliuretánból. Széles körben alkalmazzák az acél rugók kiegészítő segédrugójaként (2.79. ábra) és a kerék ki-berugózását határoló rugalmas ütközőként. (2.80. ábra)

VW Golf személygépkocsik hátsó rugóstagjához kifejlesztett poliuretán segédrugó.
2.79. ábra - VW Golf személygépkocsik hátsó rugóstagjához kifejlesztett poliuretán segédrugó.


A Ford-ba beépített kiegészítő rugó gyártója az Elastogan vállalat. Cellás poliuretán elasztomerből készül. Hidegben is rugalmas -40 ˚C-ig. A begörbülős felfekvő ajak lágy kezdeti rugóállandót eredményez, mint az ábrán is látható. A tekercsrugó belsejébe szerelik be.
2.80. ábra - A Ford-ba beépített kiegészítő rugó gyártója az Elastogan vállalat. Cellás poliuretán elasztomerből készül. Hidegben is rugalmas -40 ˚C-ig. A begörbülős felfekvő ajak lágy kezdeti rugóállandót eredményez, mint az ábrán is látható. A tekercsrugó belsejébe szerelik be.


2.2.4.2.7. Stabilizátorok

Kanyarodáskor a felépítmény súlypontjában ható centrifugális erő oldalgyorsulást okoz. A kanyar külső oldalán lévő kerék berugózik a belső oldali kerék kirugózik. Az oldaldőlés hatására a kerékre ható függőleges erők átterhelődnek a külső kerék felé. Az átterhelődés következtében a külső keréken megnő, a belső keréken ugyanolyan mértékben csökken a függőleges leszorító erő. Viszont a kerékterhelés, a felvehető oldalerő és a kerék ferdefutási szöge között degresszív az összefüggés, így az oldalbillenés következtében oldalerő veszteség lép fel. Ha az első futómű oldalerő vesztesége nagyobb, mint a hátsóé, akkor a jármű sajátkormányzási tulajdonsága az alulkormányzottság felé változik, ha a hátsó futóműnél nagyobb az oldalerő veszteség, akkor a jármű sajátkormányzottsága a túlkormányzottság felé változik. Ez utóbbi kedvezőtlenebb a jármű menetstabilitására, tehát a felépítmény oldaldőlésének, billenésének csökkentése szükséges. Ezt megfelelő szerkezetű passzív vagy aktív stabilizátor rendszerekkel lehet elérni. Az aktív stabilizátor rendszerek ismertetését a 6. fejezet fejezet tartalmazza.

A passzív stabilizátor egyszerű szerkezet, a futómű két kereke közé alkalmas szögemelővel egy torziós rudat szerelnek. A két kerék azonos ki- és berugózásakor a stabilizátor rúd nem csavarodik, nem fejt ki stabilizáló nyomatékot a felépítményre. Oldalbillenéskor a két kerék ellentétes irányú rugózásakor már létrejön a stabilizáló nyomaték, ez akadályozza a felépítmény káros mozgását.

A passzív stabilizátor előnye a szerkezeti adottságából, egyszerűségéből következik. Működésének elvi hibája abból adódik, hogy csak a két keréknek a felépítményhez viszonyított elmozdulás különbségére reagál, azt igyekszik kiegyenlíteni. Pozitívan viselkedik jó minőségű útfelületen, kanyarodáskor, amikor csökkenti a felépítmény oldaldőlését. Ezzel szemben egyenes haladáskor, rossz útfelületen, vagy terepen, ahol jelentősek a keresztirányú egyenetlenségek, éppen billenti a kocsiszekrényt.

A mechanikus passzív keresztstabilizátort az alapfunkcióján túlmenően felfüggesztő szerkezeti elemként is lehet kialakítani. Az egyfunkciós stabilizátorra a 2.81. ábra, a kétfunkciós, vagyis a felfüggesztő elemként is működő kivitelre a 2.82. ábra mutat konstrukciós megoldást.

Gépkocsi futómű egyfunkciós keresztstabilizátorral.
2.81. ábra - Gépkocsi futómű egyfunkciós keresztstabilizátorral.


A Mercedes 123 gépkocsi első futóművének kétfunkciós stabilizátora.
2.82. ábra - A Mercedes 123 gépkocsi első futóművének kétfunkciós stabilizátora.


2.2.4.2.8. Lengéscsillapítók

Személygépkocsiknál, haszonjárműveknél ma egyaránt teleszkópos hidraulikus lengéscsillapítókat alkalmaznak. A teleszkópos hidraulikus lengéscsillapítókat alkalmaznak. A teleszkópos lengéscsillapító tulajdonképpen kettős működésű hidraulikus dugattyús munkahenger. A csillapító erőt a dugattyú különböző furatain átömlő folyadék ellenállása hozza létre. A lengéscsillapító a kerék és a felépítmény közötti mozgási energia egy részét hőenergia alakítja és szétszórja, disszipálja.

Az egyszerű működés ellenére a teleszkópos lengéscsillapítók összetett szerkezetek. A bonyolultságot az okozza, hogy a hidraulikus munkahengert két térre osztó dugattyú rúdja csak a henger egyik terén át nyúlik ki.

A dugattyú két oldalán nem azonos a térfogatváltozás.

A dugattyú alatti térfogatváltozás:

 

(2.18)

Ahol:

 

D

– a henger, ill. dugattyú átmérője,

 

l

– a dugattyú elmozdulásának hossza.

A dugattyú feletti térfogatváltozás:

 

(2.19)

Ahol:

 

d

– a dugattyúrúd átmérője.

A két térfogatváltozás különbsége:

 

(2.20)

A térfogatváltozás különbsége a ki-berugózás irányától függően lehet növekvő vagy csökkenő. Ezt a különbséget vagy el kell vezetni a munkatérből, vagy éppen hozzáadni. A térfogatváltozás kezelésének módjától függően két alaptípus alakult ki:

  • Kétcsöves munkahengeres

  • Gáztöltésű egycsöves, három munkahengeres.

Kétcsöves fenékszelepes, illetve fenékszelep nélküli hidraulikus lengéscsillapító elvi sémája.
2.83. ábra - Kétcsöves fenékszelepes, illetve fenékszelep nélküli hidraulikus lengéscsillapító elvi sémája.


Egycsöves gáztöltésű tömlős, ill. szabaddugattyús lengéscsillapító sémája.
2.84. ábra - Egycsöves gáztöltésű tömlős, ill. szabaddugattyús lengéscsillapító sémája.


Haszonjárműveknél nagyobb arányban a kétcsöves lengéscsillapítókat alkalmazzák. Gáztöltésű egycsöves lengéscsillapítókat inkább a személygépkocsiknál és kisteherautóknál találunk. Az egycsöves lengéscsillapítóval a térfogatváltozás különbségét nitrogén töltésű gáztér egyenlíti ki, amelyet a munkahenger meghosszabbított részén egy szabaddugattyú vagy rugalmas tömlő választ le. (2.83. ábra) A csillapítási karakterisztikát a dugattyú furatok keresztmetszete és az azokat lezáró visszacsapó szelepek rugóinak karakterisztikája határozza meg. Jellemző a nagyobb dugattyúátmérő, nagyobb nyomás, a kedvező hűtés. A gáztér kialakítása miatt hosszabb a szerkezet. Hátránya viszont, hogy a munkahenger sérülésre érzékeny.

A kétcsöves lengéscsillapítónál a dugattyú a belső csőben mozog, a kiegyenlítő cső ezt veszi körül. A dugattyúba az egyik szelepsort, a két cső közé a másik szelepsort szerelik, ez a fenékszelep. (2.82. ábra) A kétcsöves lengéscsillapító rövidebb a hasonló karakterisztikájú egycsöves lengéscsillapítónál, érzéketlen a külső sérülésre, de kedvezőtlenebb az olaj hűtése, intenzív igénybevételnél az olaj viszkozitásának csökkentése miatt csökken a csillapítás ereje.

Mindkét alaptípusú lengéscsillapítónál hasonló csillapítású karakterisztikák figyelhetők meg.

A széthúzási csillapító erő kettő-négyszerese az összenyomási csillapítási erőnek. Az útfelület hirtelen emelkedése a kerék nagy gyorsulású függőleges mozgását idézi elő. ami erős csillapítás esetén nagy dinamikájú, lökésszerű erőt irányítana a felépítményre. Viszont gyenge csillapítással ezt az ütést mérsékelni lehet. Ha a jármű kereke egy útmélyedésbe, kátyúba esne, gyenge csillapítás esetén a kerék talajfogásakor ébredne túl nagy dinamikus erő, míg erős csillapítás ezt csökkenthetné. A felsorolt dinamikai követelmények teljesítéséhez aszimmetrikus és enyhén degresszív karakterisztikájú lengéscsillapító a legalkalmasabb. Erre mutat jó példát a (2.85. ábra és 2.86. ábra) ábrákon ismertetett Girling FX kétcsöves lengéscsillapító, melyet az Ikarus buszok légrugós futóműveiben alkalmaznak, továbbá a (2.87. ábra) ábrán látható Sachs egycsöves gáztöltésű lengéscsillapító.

Az Ikarus légrugós autóbuszokon is alkalmazott Girling FX kétcsöves lengéscsillapító.

2 - Rögzítő anya; 3 - Külső tárcsa; 4 – Gumipogácsa; 6 – Porvédőcső; 8 - Hegesztett tartálycső; 9 - Szerelt dugattyúrúd; 10 – Hengercső; 11 – Visszafolyócső; 12 – Tartórugó; 13 - Szerelt zárófedél; 14 - Dugattyúrúd egység; 15 – Zárócsavar; 16 – Tömítőgyűrű; 17 – Tömítésház; 18 - Dugattyúrúd tömítés; 19 – Tömítéstámasztó; 20 - Kúpos rugó; 21 - Dugattyúrúd vezeték; 22 – Ütközőgyűrű; 23 – Támasztólap; 26 - Alsó szelep (2db); 27 – Dugattyú; 28 - Hornyos szelep-lap; 29 – Szelepalátét; 30 – Alátétgyűrű; 31 – Rugótámasz; 32 – Szeleprugó; 33 - Dugattyúrúd anya; 35 – Zárófedél; 36 - Beömlőszelep-lap; 37 - Beömlőszelep-rúd; 38 – Rugótányér; 39 – Szeleprugó; 40 – Rugótartó; 41 – Fojtószelep; 42 – Rugógyűrű; 43 - „M” lengéscsillapító olaj; 44 – Támasztógyűrű; 45 – Távtartógyűrű; 46 - Kúpos szeleprugó

2.85. ábra - Az Ikarus légrugós autóbuszokon is alkalmazott Girling FX kétcsöves lengéscsillapító.


Girling FX lengéscsillapító aszimmetrikus degresszív karakterisztikája
2.86. ábra - Girling FX lengéscsillapító aszimmetrikus degresszív karakterisztikája


Sachs egycsöves gáztöltésű lengéscsillapító
2.87. ábra - Sachs egycsöves gáztöltésű lengéscsillapító


A McPherson-típusú futóműveknél a lengéscsillapító egyben felfüggesztő elem szerepét is betölti. A tengelycsonk felső nyúlványához mereven hozzákapcsolt lengéscsillapító függőlegesen vezeti a kereket és felveszi az x és y tengelyirányú erőket. Erre a feladatra két típusú lengéscsillapító szerkezet is alkalmas:

  • Integrált kétcsöves lengéscsillapító láb,

  • Patronos lengéscsillapító láb.

Az integrált kétcsöves lengéscsillapító külső kiegyenlítő tartálya egyben a rugóstag tartócső szerepét is betölti. (2.88. ábra)

A patronos lengéscsillapítós szerkezetben egy önálló tartócső képezi a teherviselő lábat és ebbe menetes zárókupakkal lehet rögzíteni az egy vagy kétcsöves lengéscsillapítót. (2.89. ábra)

Sachs kétcsöves rugóláb McPherson-típusú futóművekhez
2.88. ábra - Sachs kétcsöves rugóláb McPherson-típusú futóművekhez


Az Opel patronos lengéscsillapítós rugólába

1 – rugóláb; 2 – menetes záró persely; 3 – lengéscsillapító

2.89. ábra - Az Opel patronos lengéscsillapítós rugólába


Változó minőségű úton közlekedő járművek, elsősorban terepjárók futóművéhez fejlesztették ki a rugózási löket függvényében változó csillapító erőt kifejtő lengéscsillapítót, melynek egyre ismertebb elnevezése PSD = Position Sensitive Damping. Ennél a csillapítónál a munkahenger belső palástján a löket középső részénél változó szélességű hornoyt készítenek. Jó minőségű úton közlekedve a dugattyú kisebb intervallumbanmozog, ezen a szakaszon az olaj a szelepeken kívül a hornyon is átáramolhat, így csökken a csillapítás. Rossz úton a dugattyú hosszabb mozgása következtében már túlfut a hornyon, az olaj csak a szelepeken át áramolhat, erősebb a csillapítás. (2.90. ábra)

Sachs gyártmányú PSD lengéscsillapító szerkezete és karakterisztikájának kördiagramja
2.90. ábra - Sachs gyártmányú PSD lengéscsillapító szerkezete és karakterisztikájának kördiagramja


3. fejezet - Futóművek általános feladatai, követelményrendszere

A futóműveknek az alábbi funkciókat, illetve feladatokat kell ellátni:

  • Közvetíteni az erőhatásokat az út és a jármű között

    • kellő tapadási képességgel kell rendelkezni hossz - és keresztirányban

    • maximális dinamikus kerék-, ill. tengelyterhelést kell szolgáltatni

  • Megfelelő lengéskényelmet nyújtani az utasok, illetve az áruk számára

    • optimális önlengési jellemzőkkel kell rendelkezni

    • megfelelő lengésátviteli karakterisztikája legyen

  • Csökkenteni a járműalkatrészek dinamikus igénybevételét

  • Aktívan elősegíteni a jármű menetstabilitását

    • fékezéskor kedvezően befolyásolni a jármű irányítását

    • kanyarodáskor önkormányzással csökkenteni a jármű sodródását

3.1. Erőhatások az út és a jármű között:

A jármű kerekeire menet közben különböző erők hatnak. Ilyenek:

  • a jármű tömegéből adódó súlyerő (Gi)

  • a járműre ható légellenállásból adódó függőleges leszorító vagy felhajtó erő (FWZ)

  • a jármű lassításához, megállításához szükséges fékezőerő (FF)

  • a jármű haladásához, gyorsulásához szükséges vonóerő (F)

  • a jármú kanyarodásakor fellépő oldalerő (FS)

Ezek az erők a gumiabroncs érintkezési felületén koncentrálódnak és a gumiabroncs és az útfelület közti tapadási viszonyoktól függően adódnak át az útra (3.1. ábra). Ha a tapadásból adódó erők nagyobbak a jelentkező aktív erőknél, akkor a jármű fékezhető, gyorsítható, kormányozható, vagyis a jármű menetstabilitása megfelelő. Ellenkező esetben a kerekek megcsúsznak, blokkolnak, kipörögnek, vagyis a jármű elveszti stabilitását. Tehát a gumiabroncs és az útfelület közti tapadási erők természetes korlátai a jármű dinamikus mozgásának.

A tapadási erő meghatározható a kereket az útra szorító erő és a tapadási viszonyokat minősítő tényező ismeretében.

Kerék talppontjában ébredő erők.
3.1. ábra - Kerék talppontjában ébredő erők.


 

 

ahol:

 

Fz

– a kereket leszorító tényleges erő;

 

Fx

– a jármű menetirányába eső tapadási erő (itt hat F és FF);

 

Fy

– a jármű oldalirányába eső tapadási erő (itt lép fel Fs);

 

φx

– a hosszirányú tapadási tényező;

 

φy

– a keresztirányú tapadási tényező;

 

N

– a kerék talppontja.

3.2. A kerekeket leszorító erő

A látszólag egyszerű egyenlet a jármű dinamikus mozgása során igen bonyolulttá válik. A kereket az út felületéhez szorító erő állandóan változik a rugózás, a felépítmény billegő, bólintó mozgása, a menet és az oldalszél következtében fellépő átterhelődések miatt (3.2. ábra):

 

Fzi = Zsti ± ΔZR ± ΔZW ± ΔZ1 ±ΔZ2±ΔZ3 ± ΔZ4

 

ahol

 

Fzi

–az egy kerékre ható tényleges, dinamikus leszorító erő;

 

Zsti

– egy kerék statikus terhelése a jármű álló helyzetében;

 

ΔZR

– a kerék és a felépítmény rugózásaiból adódó kerékterhelés változás;

 

ΔZW

– a menet – és oldalszél hatására fellépő kerékterhelés változás;

 

ΔZ1

– a járműre ható oldalerő hatására bekövetkező kerékterhelés változás:

 

 
 

ΔZ2

– a felépítmény oldalbillenése következtében fellépő súlypont eltolódás (b) hatására fellépő kerékterhelés változás: (Gk-felépítmény súlyereje)

 

 
 

ΔZ3

– a fékezéskor vagy gyorsuláskor fellépő hosszirányú tehetetlenségi erő hatására bekövetkező kerékterhelés változás:

 

 
 

ΔZ4

– a felépítmény bólintó mozgása következtében fellépő súlypont eltolódás (a) hatására jelentkező kerékterhelés változás:

 

 

Az átterhelődések következtében a kereket az útfelülethez szorító erő nulla és akár ötszörös értékek között változhat.

Kereszt- és hosszirányú átterhelődések gépjárműveknél.
3.2. ábra - Kereszt- és hosszirányú átterhelődések gépjárműveknél.


3.3. Tapadási tényező

A tapadási tényező a gumiabroncs és az útfelület közötti tapadás minőségét fejezi ki. Nagysága nulla és egy közötti értékek között változik.  Így többek közt a gumiabroncs és az út közötti fajlagos csúszástól (slip), a gumiabroncs mintázatától, anyagától, légnyomásától, az útfelület érdességétől, hőmérsékletétől, szennyezettségétől, vizességétől függ. Járműdinamikai szempontból a slip alakulása alapvetően kihat a tapadási tényezőre.

A slip a kerék és az útfelület közötti csúszás mértékére utal.

Értelmezése:

  • fékezés esetén:

     

     
  • hajtás esetén:

     

     

ahol:

 

Vgk

– a gépkocsi haladási sebessége,

 

Vk

– a kerék kerületi sebessége.

A slip érték 0-1 között változik. Fékezéskor blokkolás esetén a kerék megáll, a jármű tovább halad, a slip értéke 1. Hajtáskor a kipörgő kerék esetén a slip értéke 1. A különböző blokkolás – vagy kipörgésgátló rendszerek éppen ezt a fajlagos sebességkülönbséget ellenőrzik és szabályozzák.

A korszerű járműdinamikai elméletek szerint a hosszirányú és a keresztirányú tapadási tényező eltérően változik a slip függvényében. A slip is tágabb értelmezést kap. Keresztirányú csúszás esetén is változik a hosszirányú tapadási tényező (3.3. ábra).

Hossz- és keresztirányú tapadási tényező és szlip kapcsolata.
3.3. ábra - Hossz- és keresztirányú tapadási tényező és szlip kapcsolata.


Ezzel az elmélettel megmagyarázható a jármű fékezhetőségének és gyorsíthatóságának csökkenése, amennyiben a hibás futóműgeometria vagy túl nagy oldalerő miatt a jármű kereke oldalirányba megcsúszik.

3.4. Lengéskényelem

A közúti járművek olyan úton haladnak, amelynek makroprofilja (függőleges vonalvezetése) és mikroprofilja (felületi egyenetlenségei) is véletlenszerű (sztochasztikus) függvény szerint változik. A futómű rugózási rendszerének kell gondoskodnia arról, hogy a mozgás közben az utasok és az áruk lengései megfelelő méretűek legyenek.  Ennek egzakt minősítésére szolgálnak a különböző lengéskényelmi mutatók.

Ezek közül a leggyakrabban használatosak:

  • Önlengésszám:

    Az álló és lengésbe kényszerített jármű percenkénti lengésszáma, melynek kedvező értéke 60 lengés/perc.

  • Saját frekvencia:

    A másodpercenkénti lengésszám, melynek kedvező értéke:

    f0=0,75-1,45 Hz.

  • A VDI 2057. számú ajánlás szerinti lengéskényelmi mutató:

    Ez a mutató már figyelembe veszi a lengés frekvenciája mellett a lengésgyorsulásokat és az emberi érzékenység különböző tartományait. A redukált mutató értéke 1-63 érték között változhat. A kényelmes érzet 1-20 értékek tartományába esik.

  • ISO 2631. számú szabvány szerinti lengéskényelmi mutató:

    Ez a legkorszerűbb, legösszetettebb és a legpontosabb lengéskényelmi mutató. Kiszámításához országúti lengésvizsgálatot és számítógépes frekvencia analízist kell végezni., ki kell számítani a redukált lengésgyorsulás szórás értékét. A kényelmes jármű ISO mutatója 0,1-0,3 m/s2 értékek közé esik.

3.5. A dinamikus tényező

A járműalkatrészek igénybevétele az álló helyzetben mért statikus terhelésen túl menet közben dinamikus többletterheléssel megnövekszik (3.4. ábra). A növekedés mértékét az ún. dinamikus tényező (d) fejezi ki.

Dinamikus igénybevétel az alkatrészek élettartama során.
3.4. ábra - Dinamikus igénybevétel az alkatrészek élettartama során.


 

 

ahol:

 

a

– a terhelő tömeg függőleges lengésgyorsulása (m/s2)

 

Fö

– az összes igénybevétel (N);

 

Fst

– statikus terhelés (N);

 

Fdin

– dinamikus többletterhelés (N);

 

m

– terhelő tömeg (kg);

 

g

– nehézségi gyorsulás (9,81 m/s2)

A dinamikus tényező értéke 2-3 között változik. Csökkenteni lehet megfelelő lengéscsillapítókkal, helyesen megválasztott gumiabroncsokkal, gumiperselyekkel (szilentblokkokkal).

3.6. Futóművek aktivitása, önszabályozása

A gépjárművek menetstabilitását a különböző futóműparaméterek megfelelő szabályozásával lehet növelni.

A szabályozás történhet:

  • számítógépes külső szabályozással;

  • önszabályozással (pl. intelligens futóművek).

A számítógépes külső szabályozós futóművek jelenleg még fejlesztés alatt állnak, szélesebb körű alkalmazásukat egyelőre műszaki, jogi és gazdasági problémák akadályozzák.

Az intelligens futóműveknél a megfelelő paraméterek szabályozása történhet:

  • elmozdulás szabályozással;

  • erőszabályozással;

  • integrált szabályozással.

Az önszabályozás megvalósítható különböző hosszirányú (R) és beépítési szögű (κ) lengő rudakkal, lengő karokkal és nagy térfogatú önbeálló gumiágyazásokkal (elasztométerekkel).

Az elmozdulás szabályozása:

Elmozdulás szabályozás geometriai alapjai.
3.5. ábra - Elmozdulás szabályozás geometriai alapjai.


Ahol:

 

 

Fő- és mellékmozgás összefüggése a kikötőrúd helyzetétől függően:

Fő és mellékmozgás összefüggése: z – főmozgás, y – mellékmozgás.
3.6. ábra - Fő és mellékmozgás összefüggése: z – főmozgás, y – mellékmozgás.


A főmozgás lehet például a tengelycsonkon lévő gömbcsukló függőleges elmozdulása (3.6. ábra), a mellékmozgás keresztirányú elmozdulása, amely a kerékdőlést vagy a kerékösszetartást változtatja meg.

Erőszabályozás

Erőszabályozás futóműveknél.
3.7. ábra - Erőszabályozás futóműveknél.


 

 

A tengelycsonk gömbcsuklójára ható erő deformálja a lengőrúdhoz kapcsolódó elasztométert (3.7. ábra), a gömbcsukló elmozdul, ami a kerékdőlést vagy kerékösszetartást változtatja.

Kettős elmozdulás szabályozás

A BMW gépkocsikhoz alkalmazott megoldás. A tengelycsonkhoz rögzített gömbcsukló R sugarú köríven tud elmozdulni, de a két rúdrész által bezárt szög változtatásával az R sugár is változtatható, így a gömbcsukló keresztirányú elmozdulása degresszív vagy progresszív pályán is történhet (3.8. ábra).

BMW kettős-csuklós elmozdulás szabályzás.
3.8. ábra - BMW kettős-csuklós elmozdulás szabályzás.


 

 

Integrált szabályozás

Első futómű integrált szabályozással.
3.9. ábra - Első futómű integrált szabályozással.


A kerékösszetartás a fékerő és a kormánymechanizmus elmozdulása hatására változik a menetstabilitás igényéből meghatározott célfüggvény szerint. A korszerű első futóműveknél arra törekednek, hogy fékezéskor az összetartás ne változzék vagy kissé a széttartás felé módosuljon (3.9. ábra).

Hátsó futómű integrált szabályozással.
3.10. ábra - Hátsó futómű integrált szabályozással.


A fékerő és a rudak elmozdulása együttesen alakítja ki a kerékösszetartás megfelelő értékét. A hátsó futóműveknél leggyakrabban a változás az összetartás irányába mutat (3.10. ábra).

4. fejezet - A futóművek jellemzői paraméterei

A futóművek vizsgálatakor, minősítésekor használatos geometriai, dinamikai jellemzők, paraméterek:

  1. Alap paraméterek:

    • Kerékdőlés (γ),

    • Kerékösszetartás (ν,αν),

    • Csapterpesztés (δ),

    • Csaphátradőlés (ε),

    • Utánfutás (na),

    • Kormánylegördülési sugár (R0),

    • Nyomtáv (B),

    • Tengelytáv (L)

  2. Leszármaztatott paraméterek:

    • Billenési momentán centrum,

    • Momentán tengely,

    • Bólintási centrum,

    • Kerékdőlés változás,

    • Összetartásváltozás,

    • Nyomtávváltozás.

Az alapparamétereket statikus paramétereknek, néha nullgeometriának is nevezik, mivel ezeket a jármű álló helyzetében lehet megmérni, beállítani.

A leszármaztatott paramétereket dinamikus paraméterként is említi a szakirodalom.

4.1. Alapparaméterek

4.1.1. Kerékdőlés (γ)

Kerékdőlés értelmezése.
4.1. ábra - Kerékdőlés értelmezése.


A kerékdőlés a korszerű gépjárműveknél a legfontosabb, egyben sok vitát kiváltó paraméter. A nagyobb teljesítményű személygépkocsiknál és valamennyi versenyautónál negatív értékek jellemzőek (4.1. ábra). Más a követelmény a kerékdőléssel szemben kanyarodáskor és egyenes haladáskor. Kanyarodás közben a külső keréknek a keresztirányú álterhelődés következtében megnő a függőleges terhelése, vagyis dominánssá válik. A negatív dőlésszögű külső kerék így a nagyobb leszorító erő és a negatív dőlésszög miatt nagyobb oldalerőt képes felvenni akár két - , háromszorost is. A belső oldali kerék is negatív szögű a kocsitesthez viszonyítva, de a kerék teteje kifelé dől a kanyarodás középpontjához viszonyítva, így az oldalerő felvétel szempontjából pozitívszögűnek minősül, ami kedvezőtlen a jármű kanyarstabilitására. A korszerű, intelligensnek nevezhető futóműveknél ezért elsődleges szabályozási cél a belső kerekek dőlésszögének változtatása a kocsitesthez viszonyítva pozitív irányba, vagyis a kerék tetejét a kanyar középpontja felé dönteni. A meghatározott célfüggvény szerinti kerékdőlés szabályozását a kocsitest billenésére és az oldalerő növekedésére reagáló felfüggesztési rendszerrel lehet megvalósítani.

A külső kerék által felvehető oldalerő a kerékdőlési szög függvényében. A gumiabroncs 165 R13 méretű, a kerékterhelés 400 kg.
4.2. ábra - A külső kerék által felvehető oldalerő a kerékdőlési szög függvényében. A gumiabroncs 165 R13 méretű, a kerékterhelés 400 kg.


Egyenes haladáskor a döntött kerekek köríven akarnak gördülni, de a két kerék ellentétes irányba, így kénytelenek egyenesen haladni, ez a gumiabroncs deformálódásához vezet. Ezt kikényszerített ferdefutásnak nevezzük. (lásd részletes ismertetését a kormányzás kiegészítés fejezetben). Ha a gumiabroncs ezt a ferdefutást nem képes oldalrugalmasságából adódóan kiegyenlíteni, akkor gumikopás és a tapadási erő csökkenése következhet be. Mindezekből következően egyenes haladáskor a 0 kerékdőlés kedvező lenne, de a kanyarstabilitási igény ezzel ellentétes. Intelligens futómű igazodik az ellentétes követelményekhez, viszont a nem szabályozott futóműveknél már kompromisszumot köt a konstruktőr.

Korszerű személygépkocsiknál az első futómű kerékdőlési szöge 0° - (-0,5°) közötti, a hátsó futóművé (-1°) – (-2°) közti értékű. Általános követelmény, hogy egy futóművön a két keréknek azonos legyenek a kerékdőlési szöge, már 0,1 – 0,2° eltérés esetén a jármű félrehúz.

Pozitív kerékdőlés:

Oldalerő kialakulása a pozitív kerékdőlés hatására.
4.3. ábra - Oldalerő kialakulása a pozitív kerékdőlés hatására.


Negatív kerékdőlés:

Oldalerő kialakulása a negatív kerékdőlés hatására
4.4. ábra - Oldalerő kialakulása a negatív kerékdőlés hatására


4.1.2. Kerékösszetartás

Kerékösszetartás értelmezése, ahol:
4.5. ábra - Kerékösszetartás értelmezése, ahol:


 

 

ahol, αv =  összetartási szög egy kerékre vonatkoztatva.

A korszerű személygépkocsiknál a kerékösszetartás értékei nagy szórást mutatnak. Az első futóműnél általánosan 0° - 0,5°, a hátsó futóműnél 0,5° - 1° a leggyakoribb érték.  Az alapösszetartás ugyanis számos tényezőtől függ így többek között a kerékdőléstől, a kerékdőlés elkormányzás közbeni változásától, a nyomtáv változásától, a hajtásrendszertől az összetartás menetközbeni változtatásától, az úgynevezett csapgeometriáról (ld. később). Az első futóműnél az összetartás a jármű sajátkormányzási tulajdonságát az oldalgyorsulástól függően a túlkormányzás felé változtatja, amíg a hátsó keréknél az alulkormányzás felé. A 4.6. ábra az első kerekek összetartásának hatását mutatja. Figyelembe véve a kerékterhelés kanyarodás közbeni változását, vagyis azt a szabályt, hogy kanyarodáskor a külső kerekek válnak dominánssá, jól látható, hogy a kanyarodás középpontja befelé tolódik, vagyis a kanyarodási sugár csökken.

Kerékösszetartás dinamikai hatása.
4.6. ábra - Kerékösszetartás dinamikai hatása.


A kerékösszetartás dinamikai hatásai a jármű egyenes haladásakor elsősorban a kerekek elkormányzási sugarából (l. később) és a hajtásrendszertől függően változik. Ezt a 4.7. ábra sorozatképei jól szemléltetik.

  • 1. eset: hátsókerék hajtású jármű +R0 érték mellet. A kerekekre kifelé irányuló kormányzási nyomaték hat, ezért célszerű a kerekeket összetartás felé beállítani.

  • 2. eset: elsőkerék hajtású jármű, +R0 érték. A kerekekre befelé irányuló kormányzási nyomaték hat, így a kerekeket széttartás felé kell beállítani.

  • 3. eset: elsőkerék hajtású jármű, -R0 érték. A kerekekre kifelé irányuló kormányzási nyomaték hat, a kerekeket összetartás felé szükséges beállítani. Korszerű személygépkocsikra a 3. eset jellemző.

Kerékösszetartás dinamikai hatása az elkormányzási sugár, és hajtásrendszertől függően.
4.7. ábra - Kerékösszetartás dinamikai hatása az elkormányzási sugár, és hajtásrendszertől függően.


4.1.3. Csapgeometria

A kormányzott kerekek kényszerkormányzáskor vagy önkormányzáskor a függőlegeshez közelálló tengely körül elfordulnak. Ezt a tengelyt nevezzük elkormányzási tengelynek. Ez lehet valós (4.8. ábra), mint például a merev hidas futóművek függőcsapszegének középvonala (innen ered a csapgeometria, csapterpesztés, csaphátradőlés elnevezés) vagy lehet virtuális. Az alsó – felső gömbcsuklós tengelycsonk esetén a gömbcsuklók középpontját összekötő egyenes az elkormányzás tengelye (4.9. ábra). A McPherson futóműveknél (4.10. ábra) az alsó gömbcsukló közepét és a támcsapágy deformációs középpontját összekötő egyenes körül fordul el a tengelycsonk. A dupla csuklós futóműveknél (ld. Audi 4-6-8; 4.11. ábra) a tengelycsonk alsó és felső nyúlványai a lengőrudak által meghatározott pillanatnyi középpontok (momentán centrumok) körül fordulnak el (4.12. ábra). Miután a kerék ki – berugózása és a rudakra ható oldalerők következtében a momentán centrumok állandóan változnak, így az elkormányzás tengelye is állandóan változik, vagyis ez a tengely virtuális és momentán.

Az elkormányzási tengely dőlésszögei és a keréktalppont (N) és az elkormányzási tengelynek az útfelülettel alkotott dőléspontja (D) közti távolságok alkotják a csapgeometriát. (4.13. ábra, 4.14. ábra)

Merevhidas első futómű (Ikarus) elkormányozási tengelye

1 – csapágyanya; 2 – zárógyűrű; 3 – zárótárcsa; 4 – anya; 5 – kerékagy sapka; 6 – tömítés; 7 – külső csapágy; 8 – csavar; 9 – kerékagy; 10 – belső csapágy; 11 – támgyűrű; 12 – tömítőgyűrű; 13 – fékdob; 14 – féktartó; 15 – fékbetét; 16 – féktartó lemez; 17 – fékpofa; 18 – tengelycsonk persely; 19 – tömítés; 20 – tengelycsonk csapszeg; 21 – szabályozó tárcsa; 22 – tárcsa; 23 – tengelycsonk csapágy; 24 – tengely; 25 – tengelycsonk; 26 – nyomtávkar, bal

4.8. ábra - Merevhidas első futómű (Ikarus) elkormányozási tengelye


Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű (Lada) - elkormányozási tengelye.
4.9. ábra - Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű (Lada) - elkormányozási tengelye.


McPherson-típusú első futómű (Audi 80) - elkormányozási tengelye.
4.10. ábra - McPherson-típusú első futómű (Audi 80) - elkormányozási tengelye.


Audi A4 első futómű.
4.11. ábra - Audi A4 első futómű.


Duplacsuklós futóművek virtuális momentán elkormányzási tengelye.
4.12. ábra - Duplacsuklós futóművek virtuális momentán elkormányzási tengelye.


Csapgeometria

δ – csapterpesztés; ε – csaphátradőlés; R 0 - kormánylegördülési sugár (elkormányzási sugár); n a - utánfutás

4.13. ábra - Csapgeometria


Csapterpesztés, kormánylegördülési sugár (elkormányzási sugár)

Hagyományos és korszerű, valamint semleges csapgeometria.
4.14. ábra - Hagyományos és korszerű, valamint semleges csapgeometria.


Az elkormányzási sugár hatása a jármű menetstabilitására egyenlőtlen fékerők vagy gördülési ellenállások esetén

M F – a járműre ható elfordító nyomaték, M FK – az egyenlőtlen kerékerőkből adódó elkormányzási nyomaték

4.15. ábra - Az elkormányzási sugár hatása a jármű menetstabilitására egyenlőtlen fékerők vagy gördülési ellenállások esetén


Csapterpesztés dinamikai hatása a kerék elkormányzásakor, ahol ΔH0 a felépítmény felemelkedése a kerék felett.
4.16. ábra - Csapterpesztés dinamikai hatása a kerék elkormányzásakor, ahol ΔH0 a felépítmény felemelkedése a kerék felett.


Csaphátradőlés és utánfutás:

A csaphátradőlés hatására elkormányzáskor a külső kerék teteje befele, a belsőjé kifelé dől, ez javítja a kanyarstabilitást. Az utánfutás következtében a kerekek a menetirányba igyekeznek beállni.

Csaphátradőlés és utánfutás hatása.
4.17. ábra - Csaphátradőlés és utánfutás hatása.


4.2. Leszármaztatott paraméterek

4.2.1. Billenési momentán centrum

Billenési momentán centrum.

SK –  a kocsitest súlypontja; Sf –  a futómű súlypontja; Gk –  a kocsitest súlya; Gf –  a futómű súlya; M  –  a billenési momentán centrum; Zk –  a külső kerék terhelése; Zb –  a belső kerék terhelése; Fky –  a kocsiestre ható oldalerő; Ffy  –  a futóműre ható oldalerő.

4.18. ábra - Billenési momentán centrum.


A kocsitestre ható oldalerő (ez lehet kanyarodás közbeni centrifugális erő, oldalszél, oldallejtő) következtében a kocsitest megbillen ψ szöggel a pillanatnyi középpont (momentán centrum) körül. A billenés következtében a kocsitest súlypontja oldalra, b távolságra eltolódik. Ennek hatására megváltozik mindkét kerék függőleges terhelése, bekövetkezik a már bemutatott első és második átterhelődés:

 

 

Az egyenletek azt mutatják, hogy amennyivel csökken a belső kerék függőleges terhelése ugyanannyival növekszik a külső kerék terhelése. A kerék függőleges terhelése és az általa felvehető oldalerő közt viszont nem lineáris, hanem degresszív az összefüggés. Például ha a külső kerék függőleges terhelése kétszeresére nő, akkor az általa felvehető oldalerő nem kétszeresére, hanem másfélszeresére növekszik. Vagyis az átterhelődés következtében oldalerő vesztesség lép fel, ami a jármű kanyarodás stabilitását csökkenti. Tehát a felépítmény oldalbillenése kedvezőtlen jelenség, azt mérsékelni kell.

Az oldaldőlés csökkenthető:

  • rugók merevítésével (de a lengéskényelmi követelmények korlátozzák);

  • a rugóbázis növelésével;

  • a kocsitest súlypontjának csökkentésével;

  • a momentán centrum emelésével;

  • keresztstabilizátor beépítésével;

  • számítógépes felépítmény szabályozással (ABC, Active Body Control – rendszer).

A billenési momentán centrum magassága függ a futómű típusától és a felfüggesztés geometriai kialakításától. A momentán centrum meghatározható szerkesztéssel és számítással. A szerkesztés lényege, hogy először meghatározzuk a kerék talppontjának mozgásirányát a felépítmény billenése közben, majd a mozgásirányra merőleges egyenest húzva az kimetszi a futómű függőleges szimmetria tengelyén a momentán centrumot. A legjellemzőbb futómű típusok momentán centrumainak szerkesztése (4.19. ábra - 4.24. ábra):

McPherson futómű momentán centruma
4.19. ábra - McPherson futómű momentán centruma


Háromszög - trapéz keresztlengőkaros futómű momentán centruma
4.20. ábra - Háromszög - trapéz keresztlengőkaros futómű momentán centruma


Jellemző futómű típusok momentán centrumának szerkesztése.
4.21. ábra - Jellemző futómű típusok momentán centrumának szerkesztése.


Ferde tengelyű hosszlengőkaros futómű momentán centruma.
4.22. ábra - Ferde tengelyű hosszlengőkaros futómű momentán centruma.


Négy-lengőrudas merevtengelyes futómű momentán centruma
4.23. ábra - Négy-lengőrudas merevtengelyes futómű momentán centruma


Csatolt hosszlengőkaros futómű momentán centruma
4.24. ábra - Csatolt hosszlengőkaros futómű momentán centruma


4.2.2. Billenési momentán tengely

A jármű billenési momentán tengelye
4.25. ábra - A jármű billenési momentán tengelye


Az első és a hátsó futómű billenési momentán centrumát összekötve kapjuk a jármű billenési momentán tengelyét. (4.25. ábra)

A momentán tengely helyzete lehet:

  • előre lejt, az első futómű billenési merevsége kisebb, mint a hátsó;

  • hátrafelé lejt, az első futómű billenési merevsége nagyobb, mint a hátsóé;

  • vízszintes, a futóművek billenési merevsége azonos.

Az első és hátsó futómű oldalbillenési merevségének aránya befolyásolja a jármű sajátkormányzási tulajdonágainak változását az oldalgyorsulás függvényében. Ha a billenési momentán tengely előre lejt, akkor a jármű sajátkormányzása az alulkormányzottság felé változik, ha hátrafelé lejt a változás a túlkormányzottság felé mutat.

Momentán centrum és nyomváltozás kapcsolata.
4.26. ábra - Momentán centrum és nyomváltozás kapcsolata.


A jármű billenési momentán centrumát egyszerűen geometriai számítással is meghatározhatjuk, ha ismerjük a jármű egy kerekére vonatkoztatott nyomváltoztatási karakterisztikáját. Ez a karakterisztika tulajdonképpen a kerék talppont mozgási pályáját írja le a kerék ki-berugózásakor. A pálya adott pontjához húzott érintő a mozgás irányát (a sebességvektort) adja, amelyre húzott merőleges sugár a futómű szimmetriai „z” tengelyében kimetszi a momentán centrumot (4.26. ábra).

Mitschke-féle diagram.
4.27. ábra - Mitschke-féle diagram.


A jármű sajátkormányzási tulajdonságának változását legszemléletesebben a Mitschke-féle diagramon lehet bemutatni. (4.27. ábra) Ezt a diagramot az úgynevezett körteszt eredményei alapján lehet megszerkeszteni. A jármű 100 m átmérőjű körpályán halad, 5 km/h sebességlépcsőben növekvő, de egy lépcsőn belül körönként állandó sebességgel. Mérni kell a sebességet és a kormánykerék elfordítási szögét. A kiindulási értéket lépésben haladva (2-3 km/h) kell felvenni. A diagram vízszintes tengelye a fajlagos oldalgyorsulást mutatja, a függőleges tengely a tényleges és a lépésben felvett kormánykerék elfordítási szög hányadosát. Számos teszt és országúti vizsgálat azt mutatja, hogy a legbiztonságosabb a jármű, ha alulkormányzott és ez a tulajdonsága 0,5 g fajlagos oldalgyorsulás alatt nem változik.

4.2.3. Bólintási centrum

A jármű felépítménye fékezéskor vagy gyorsuláskor a tehetetlenségi erő hatására a bólintási centrum körül elfordul. (4.28. ábra) Ennek következtében a felépítmény súlypontja elmozdul előre, illetve hátra, aminek következtében megváltoznak a függőleges tengelyterhelések.

Bólintási momentán centrum szerkesztése.
4.28. ábra - Bólintási momentán centrum szerkesztése.


 

 

Ahol

 

Ze

– az első tengelyterhelés;

 

Zh

– a hátsó tengelyterhelés;

 

Zest

– az első tengely statikus terhelése;

 

Zhst

– a hátsó tengely statikus terhelése;

 

FT

– tömegerő;

 

h

– a súlypont magassága;

 

L

– a tengelytáv;

 

Gh

– a kocsitest súlya (N);

 

a

– a súlypont hosszirányú elmozdulása.

A hosszirányú átterhelődés is káros hatású, a tapadási erő csökkenéséhez vezet, aminek következtében romlik a jármű menetstabilitása. Az átterhelődés a bólintási centrum emelésével csökkenthető. A bólintási centrum magassága a futóművek típusától, a felfüggesztés geometriájától függ.

A bólintás csökkenthető a rugók merevségének növelésével természetesen a rugózási kényelem megszabta keretek közt. Az ABC szabályozó rendszer a bólintó mozgást is figyeli és akadályozza. A bólintás különösen a motorkerékpárok stabilitását befolyásolja. A különböző típusú motorkerékpár felfüggesztéseket elsősorban a bólintási centrum emelésének céljával fejlesztették. (4.29. ábra - 4.32. ábra)

Elől teleszkópos – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma
4.29. ábra - Elől teleszkópos – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma


Elől – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma
4.30. ábra - Elől – hátul lengővillás motorkerékpár bólintási centruma


BMW R 1100 motorkerékpár bólintási centruma
4.31. ábra - BMW R 1100 motorkerékpár bólintási centruma


Különböző motorkerékpárok bólintási centruma
4.32. ábra - Különböző motorkerékpárok bólintási centruma


4.2.4. A kerékdőlés változás

A korszerű járművek futóműveinek kerékdőlése vagy külső számítógépes szabályozással vagy önszabályozással változtatható a jármű stabilitásának megtartása vagy növelése érdekében. A szabályozás célfüggvényének kimenő paramétere azonos: a kanyar külső oldalán a kerékdőlést negatív, a belső oldalán pozitív irányba kell változtatni. Számítógépes külső szabályozáskor ezt a változtatást a jármű stabilitását meghatározó több paraméter függvényében lehet megadni, mint például a jármű sebessége, a különböző irányú gyorsulásai, a tapadási tényező változásai, stb. Az önszabályozós intelligens futóműveknél a kerékdőlés leggyakoribb esetben a kerék és a felépítmény közti elmozdulás, vagyis a kerék ki-, berugózása függvényében változik. A felépítmény kanyarodás közbeni billenése következtében a külső kerék berugózik, a belső kirugózik, ennek megfelelően határozható meg az önszabályozás célfüggvénye.

Kerékdőlés változás az elkormányzási szögek függvényében, paraméter a csaphátradőlés
4.33. ábra - Kerékdőlés változás az elkormányzási szögek függvényében, paraméter a csaphátradőlés


A kerék ki-berugózásával szabályozott kerékdőlés változás jól megvalósítható a háromszög trapéz keresztlengőkaros felfüggesztésű futóműveknél, viszont egyáltalán nem a merev hidas futóműveknél. A McPherson futóműveknél csak a nyomtáv változásával érhető el kedvező kerékdőlés változás.

A kormányzott kerekeknél a kerékdőlés változik az elkormányzási szögek (α, β) függvényében. (4.33. ábra) A kerékdőlés nagyságát a csaphátradőlési szög (ε) határozza meg. Ε= 10-12° esetén a dőlési szög elérheti a 4-6° értéket is. Jól megfigyelhető ez a jelenség az 1980-as évek Mercedes és BMW típusainál.

4.2.5. Összetartás változás

Az összetartás menetközbeni szabályozása is a jármű stabilitásának megtartását, növelését szolgálja elsősorban a jármű sajátkormányzási viselkedésének ellenőrzése, befolyásolása révén. Nevezetesen a jármű túlkormányzottá válását kell megakadályozni. Ennek megfelelően a kanyarodás közben a hátsó futóműnél a külső kereket befelé, az összetartás irányába kell kormányozni. Az első futóműnél a túlkormányzás elkerülése érdekében éppen fordított a korrekció iránya. Az önkormányzott intelligens futóműveknél ez a szabályozás a kerekek ki – berugózásával valósítható meg.

Jellemző kerékösszetartás változási karakterisztikák
4.34. ábra - Jellemző kerékösszetartás változási karakterisztikák


Az Audi A4 személygépkocsi kerékdőlés és összetartás változási karakterisztikái
4.35. ábra - Az Audi A4 személygépkocsi kerékdőlés és összetartás változási karakterisztikái


4.2.6. Nyomtávváltozás

A nyomtáv az egy futómű két kerékének talppontjai közti távolság. A nyomtáv változását ebből következően a talppontok keresztirányú elmozdulása idézi elő. A nyomtáv változását egyenes irányú haladás esetén vizsgálják, miközben a felépítmény változó bólintó mozgást végez, amit a váltakozó lassítás – gyorsítás idéz elő. A nyomtávváltozás általában káros jelenség, miután a keresztben elmozduló kerekek megcsúszhatnak, melynek következtében csökken a kerék tapadása, a jármű elvesztheti a stabilitását. A merev hidas futóműveknél nincs nyomtávváltozás, míg független felfüggesztési futóműveknél a kerék ki-berugózása, a kerékdőlés, az összetartás változása a nyomtáv jelentős változását idézheti elő.

A már említett vizsgálati eljárás során a kerekek talppontjai szinuszos pályát írhatnak le. (4.37. ábra) A kerék haladási irányát minden pontban a pálya érintője adja meg, amely α szöget zár be a kerék síkjával. Ez azt jelenti, hogy a csúszásmentes gördülés érdekében a kerék síkjának ebben a változó irányába kellene fordulnia, ha viszont ezt a felfüggesztés rendszere nem teszi lehetővé, akkor a kerék ilyen szögbe ferde futást végez. Ez az úgynevezett kikényszerített ferde futás. Ha a kerék teljesen merev, akkor a ferde futás a kerék megcsúszásával jár. Ha a kerék oldalirányban rugalmas, akkor képes ezt a kikényszerített ferdefutást oldalcsúszás nélkül teljesíteni. Ennek az a feltétele, hogy az adott keréknek az adott jellemzők mellett meghatározható saját ferdefutási szöge (vagyis az a szög, amelynél a kerék oldalcsúszás nélkül képes a saját síkjával ferdén futni), melyet δ - val jellemezhetünk, nagyobb legyen a nyomtávváltozásra kikényszerített ferdefutási szögnél. Ilyen esetben a futóművet nyomtávváltozása korrigáltnak nevezzük. Ha viszont a kikényszeríttet ferdefutási szög nagyobb a kerék saját ferdefutási szögénél a kerék oldalra megcsúszhat. Számos vizsgálat azt mutatja, hogy személygépkocsiknál, ha a nyomtávváltozás a kerék ± 40 mm-s ki – berugózási tartományában kisebb 25 mm-nél, akkor a gumiabroncs rugalmassága következtében nincs oldalcsúszás.

A nyomtávváltozási karakterisztikák jellemző formái
4.36. ábra - A nyomtávváltozási karakterisztikák jellemző formái


A kerekek gördülésének nyomvonala ki-berugózáskor
4.37. ábra - A kerekek gördülésének nyomvonala ki-berugózáskor


A nyomtávváltozás és oldalerő összefüggése
4.38. ábra - A nyomtávváltozás és oldalerő összefüggése


5. fejezet - Futóművek korszerű jellemző típusai, azok analízise

A jelenleg is gyártott futóműveket konstrukciójuk alapján az alábbiak szerint lehet csoportosítani:

  1. Merevhidas futóművek:

    • laprugós merevhidas futóművek;

    • tekercsrugós merevhidas futóművek;

    • légrugós merevhidas futóművek;

    • kombinált lap – és légrugós futóművek.

  2. Csatolt hosszlengőkaros futóművek:

    • rugóstagos csatolt kerekes futóművek;

    • különálló tekercsrugós csatolt kerekes futóművek

  3. Független kerék-felfüggesztésű futóművek:

    • egy keresztlengőkaros futóművek,

    • hosszlengőkaros futóművek,

    • ferde tengelyű hosszlengőkaros futóművek,

    • háromszög-trapáz keresztlengőkaros futóművek,

    • Mc Pherson típusú futóművek

    • elosztokinematikai futóművek

  1. kettős csuklós elven felépülő futóművek;

  2. soklengőkaros (Multilink, Mehrlenker, Raumlenker) futóművek.

A három főcsoportba sorolás azon alapul, hogy egy futóművön belül a két kerék egymáshoz képest milyen mozgásokat végezhet.

A térben hatféle mozgást különböztetünk meg (5.1. ábra):

  1. x – tengely irányú mozgás;

  2. y – irányú mozgás;

  3. z – irányú mozgás;

  4. x – tengely körüli elfordulás;

  5. y – tengely körüli elfordulás;

  6. z – tengely körüli elfordulás.

A kinematika meghatározása szerint a térben való mozgásnak 6 szabadságfoka van.

A táblázat adatait szabadságfokokban kifejezve:

  • merev hidas futómű szabadságfok: 0;

  • csatolt hosszlengőkaros futómű szabadságfoka: 2;

  • független kerékfelfüggesztésű futómű szabadságfoka: 6.

A különböző futóműtípusok esetén az ismertetett alap (statikus) és leszármaztatott (dinamikus) paraméterek jellemző módon és értékben fordulnak elő. A futóműtípusok az alábbiak szerint minősíthetőek:

  • kinematikai paraméterek,

  • konstrukció bonyolultsága,

  • gyárthatóság,

  • tömeg,

  • karbantartási igény,

  • beépítési helyszükséglet.

A futómű vizsgálat koordináta rendszerei

Gépjármű koordinátarendszerek.
5.1. ábra - Gépjármű koordinátarendszerek.


Az egyes kerékfelfüggesztési rendszerek kinematikai vizsgálatát a felépítmény súlypontjához kötött x-y-z koordináta rendszerben végezzük, vagyis azt elemezzük, hogy a felépítményhez képest az egyes kerék milyen fő – és melléktípusokat folytat. A dinamikus paramétereket ilyen vizsgálat keretében lehet minősíteni.

5.1. Merevhidas futóművek

A merev hidas futóműveknél a két kerék egymáshoz viszonyítva nem végezhet semmiféle mozgást, vagyis a futómű szabadságfoka nulla. A két kereket szilárdságilag merev tengelytest vagy híd kapcsol össze. A kerekek a felépítményhez a tengelytest felfüggesztésén keresztül kapcsolódnak. A kerékfelfüggesztés szabadságfokát a felépítményhez viszonyított mozgásokból vezethetjük le. A tengelytest és így a két kerék x és y irányban nem mozoghat. Ezt kényszerekkel lehet megakadályozni.

A kényszer lehet:

  • lengőrúd, mely egyszeres kényszer;

  • lengőkar, mely kétirányú kényszer;

  • laprugó, mely mozgást és forgást is képes megakadályozni.

Tehát az Ikarus 200 típusú autóbusz első merev hídjának a mozgását az egyes és a kettes számú rudakkal lehet megakadályozni. (5.2. ábra, 5.3. ábra) A z – irányú mozgás a lengés iránya. Ezt a mozgást a rugó és lengéscsillapító által szabályozva megengedjük. A tengelytest az x – tengely körül elfordulhat, de az y – és a z - tengely körüli elfordulását a harmadik és a negyedik számú rudakkal megakadályozzuk. Tehát a kerékfelfüggesztés rendszere két szabadságfokú, a többi négy szabadságfokot négy elemi (koordináta tengely irányú) rudakkal megakadályozzuk. A különböző merevhidas futóműveknél a rudak, laprugók, lengőkarok variációival alakítják ki a szükséges kényszereket.

Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (elölnézet)
5.2. ábra - Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (elölnézet)


Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (felülnézet)
5.3. ábra - Ikarus 200 típusú autóbusz merevhidas első futóműve. (felülnézet)


5.1.1. Laprugós merevhidas futóművek

Laprugós merevhidas futóműveknél a keményebb, több lapból álló rugókötegek a felfüggesztő elemek funkcióját is betöltik. A két hosszanti beépítésű laprugó lehetővé teszi a merev tengely „z” irányú mozgását és az x tengely körüli elfordulását, de a többi 4 mozgási lehetőséget megakadályozza. (5.4. ábra)

VW laprugós merevhidas futómű
5.4. ábra - VW laprugós merevhidas futómű


Két- vagy háromtengelyes merevhidas futóműveknél szerkezetileg gondoskodni kell a tengelyterhelés szétosztásáról, vagyis az egyes tengelyek terhelésének kiegyenlítéséről. (5.5. ábra) Laprugós futóműveknél erre a célra különböző himbák, terhelő rudak szolgálnak. A laprugós merevhidas futóműveket elsősorban nagy teherbírású haszonjárműveknél alkalmazzák.

Tengelyterhelés elosztás többtengelyes merevhidas, laprugós futóműveknél.
5.5. ábra - Tengelyterhelés elosztás többtengelyes merevhidas, laprugós futóműveknél.


5.1.2. Tekercsrugós merevhidas futóművek

A futóművek beépített tekercsrugók felfüggesztős elemként nem szolgálhatnak, miután csak a rugó tengelyének irányában képesek erőfelvételre. Ezek az elemek csak a jármű lengéseinek, rugózásának szabályozására alkalmasak. A tengelytest x és y irányú elmozdulását, valamint az y és a z tengely körüli elfordulását megfelelő beépítésű lengőkarok és rudak akadályozzák. Tekercsrugós merevhidas futóműveket általában a kisebb személy és teherautókba, terepjáró személygépjárművekbe szerelnek. Ezek leggyakoribb konstrukciós változatában két hosszirányú lengőkart és egy keresztrudat (Panhard rúd) találunk. (5.6. ábra - 5.8. ábra)

Mitsubishi Pajero tekercsrugós merevhidas futómű
5.6. ábra - Mitsubishi Pajero tekercsrugós merevhidas futómű


Suzuki Ignis tekercsrugós hátsó futóműve
5.7. ábra - Suzuki Ignis tekercsrugós hátsó futóműve


Suzuki Ignis hátsó futómű. (oldalnézet, hátulnézet)
5.8. ábra - Suzuki Ignis hátsó futómű. (oldalnézet, hátulnézet)


Különleges konstrukciós kialakítású a Mercedes A kategóriás személyautók merevhidas hátsó futóműve (5.9. ábra).

Mercedes A osztály hátsó futóműve.
5.9. ábra - Mercedes A osztály hátsó futóműve.


A parabolikus geometriájú merev tengely középső pontja nagytérfogatú gumiágyazással, úgynevezett elasztométerrel kapcsolódik a kocsitesthez, amely megakadályozza a tengelytest x és y irányú mozgását és az y tengely körüli elfordulását. A speciális geometriájú Watt-féle lengőrudas felfüggesztés kényszert jelent az y tengely irányú elmozdulással szemben, ugyanakkor a tengely z irányú mozgását függőleges egyenesben vezeti, szemben a Panhard rúd íves vezetésével. Ezáltal megakadályozza egyenes haladáskor a kerekek nyomvonalának változását. (5.10. ábra)

Mercedes A osztály (W 169) futóműve.
5.10. ábra - Mercedes A osztály (W 169) futóműve.


Jellemző a Lada gépkocsik merevhidas tekercsrugós hátsó futóművének felfüggesztési rendszere. A 4 szabadságfokkal szembeni kényszerhez elegendő lenne a 4 lengőrúd is, általában mégis ötöt szerelünk be. A tengelytest x tengely irányú mozgását és az y és z tengely körüli elfordulását elegendő lenne három x irányú rúddal megakadályozni, amelyből kettő alul oldalt, egy pedig felül középen helyezkedne el, amely rúd viszont belenyúlna az utastérbe, ezért helykímélés érdekében ezt két szélső rúddal helyettesítették. (5.11. ábra)

Lada gépkocsi hátsó merevhidas futóműve
5.11. ábra - Lada gépkocsi hátsó merevhidas futóműve


5.1.3. Légrugós merevhidas hátsó futóművek

A légrugók alkalmazása a korszerű autóbuszoknál általánossá vált, de teherautóknál is dinamikusan terjed.

A légrugó csak a szimmetriatengelye irányában tud terhelést felvenni, ebből adódóan már megismert 4 irányú kényszert kell létrehozni a felfüggesztés elemeiből.

Ikarus 415 légrugós hátsó futómű π-kerettel
5.12. ábra - Ikarus 415 légrugós hátsó futómű π-kerettel


A leggyakoribb korszerűnek mondható felfüggesztés 4 lengőrúdból áll. Ezek kétféle elrendezésben használatosak:

  • 3 db X irányú és 1 db Y irányú rúd

  • 2 db X irányú és 2 db V elrendezésű rúd,

A 10 tonna tengelyterhelésű hátsó futóművekbe leggyakrabban 4 db légrugót építenek be. Ez abból következik, hogy a járművek légrugózási rendszerét is a légfékrendszer levegőellátó hálózatából táplálják. Így egy-egy rugó statikus középnyomását 5-6 bar körül lehet választani. A légrugók optimális geometriai méretéből következően egy légrugó statikus középterhelése 2,5 tonna lehet. Így nyilvánvalóan 4 db légrugó szükséges a 10 tonna terhelésfelvételéhez. Ezeket a rugókat a futómű tengelytestéhez erősített segédkeretre lehet helyezni. A segédkeret alakjáról nevezik ezeket az elemeket H (5.14. ábra), π (5.12. ábra), C (5.13. ábra), CH keretnek.

ZF C-keretes légrugós hátsó híd
5.13. ábra - ZF C-keretes légrugós hátsó híd


MAN H-keretes légrugós hátsó futómű
5.14. ábra - MAN H-keretes légrugós hátsó futómű


Daimler-Benz ikertengelyes hátsó futómű.
5.15. ábra - Daimler-Benz ikertengelyes hátsó futómű.


Mercedes Travego autóbusz futóműve. (oldalnézet, felülnézet)
5.16. ábra - Mercedes Travego autóbusz futóműve. (oldalnézet, felülnézet)


Az 1970-es évek elején a 6-8 tonna tengelyterhelésű autóbuszok hátsó rugózásához gyakran alkalmaztak A vagy Δ kerethez kapcsolt 2 db légrugót. A vonóerőt a segédkeret csúcsában kialakított vonógomb adta át a kocsitestnek. Ezek a megoldások éppen a gömbcsuklók túlzott igénybevétele, kopása miatt mára eltűntek az autóbuszokból.

SAF légrugós félpótkocsi futómű.
5.17. ábra - SAF légrugós félpótkocsi futómű.


Európában a legnagyobb terhelésű teherszállító járművek jellegzetes típusa a kéttengelyes nyerges vontató és hozzákapcsolt háromtengelyes félpótkocsi. A vontató első merevtengelye leggyakrabban parabola alakú laprugó, míg a hátsó duplakerekes hajtott hídja 4 db légrugós, 4 lengőrudas felfüggesztéssel. A félpótkocsi tengelyeihez 2-2 db hosszirányú lengőkar mereven kapcsolódik, a karok nagytérfogatú gumiágyazással kapcsolódnak a felépítményhez, a karok hátsó konzoljaira egy-egy légrugó támaszkodik. (5.17. ábra) Az ellasztikus gumiágyazások lehetővé teszik a tengely függőleges mozgását és a jármű hossztengelye körüli billenését. További felfüggesztő elem nem szükséges. Az oldalanként három légrugót közös légvezeték köti össze, melyben a levegő áramlását a középső tengely által vezérelt szintszabályozó szelep irányítja. Ez a kapcsolási és szabályozási rendszer az egyes tengelyek egyenlő terhelését és a pótkocsi kellő oldalbillenési merevségét eredményezi.

5.2. Csatolt hosszlengőkaros futóművek

Opel Astra hátsó futóműve
5.18. ábra - Opel Astra hátsó futóműve


A csatolt hosszlengőkaros futóműveket félig független futóműveknek is nevezik, miután az egy futómű két kereke egymáshoz viszonyítva két szabadságfokú mozgást végezhet: elmozdulhat z – tengely irányába és a tengelycsonkok elfordulhatnak részlegesen az y - tengely körül. Egy kerék felfüggesztése viszont csak egy szabadságfokú: az x - irányú mozgást és az y - tengely körüli elfordulást a hosszirányú lengőkar megakadályozza, az y - irányú mozgást és az x - és a z – tengelyek körli elfordulást a csatló rúd meggátolja. A csatlórúd keresztmetszete nyílt, T,U, V alakú, ezáltal hajlításra, nyomásra merev, de csavarásra lágy, rugalmasan deformálodik. (5.18. ábra)

A csatolt hosszlengőkaros futóművek dinamikus paraméterei általában kedvezőtlenek, a kerékdőlés változásuk, az összetartás változásuk csekély, momentán centrumuk alacsony, viszont nyomtávváltozásuk kedvező. Ezek a futóművek igen széles körben elterjedtek a kis és közepes kategóriájú autóknál, szerkezetük egyszerű, kis tömegűek, könnyen gyárthatóak, karbantartást szinte nem igényelnek, kicsi a helyszükségletük, ami nagyobb csomagteret, rakfelületet eredményez. Nagyobb kategóriájú dinamikus járműveknél, versenyautóknál nem alkalmazzák.

5.3. Független kerékfelfüggesztésű futóművek

A független kerékfelfüggesztésű futóműveknél az egy futóművön lévő két kerék egymástól függetlenül mozoghat, vagyis a futómű szabadságfoka hat. Viszont egy keréknek a felépítményhez képest csak egy szabadságfoka van, csak z – irányba., a lengés irányába mozoghat, de a rugók, lengéscsillapítók korlátozása mellett. Az ilyen futóművek kerekének tengelycsonkján általában három kapcsolópontot alakítanak ki. Ennyi elegendő a tengelycsonk határozott megfogásához. A speciális, önszabályozott, elasztókinematikus futóműveken négy – öt kapcsolópontot is találunk. Ha a kerékfelfüggesztést csak lengőrudak alkotják, akkor kerekenként ötre van szükség. Ilyenek a multilink futóművek (pl. Mercedes, Honda Accord stb).

A független felfüggesztésű futóművekben a lengőkarok, lengőrudak különböző variációkban fordulnak elő. A lengőkarok, lengőrudak hosszainak, bekötési szögeinek célszerű megválasztásával, rugalmas, önbeálló csuklókkal (úgynevezett elasztométerekkel) különféle önszabályozó konstrukciókat lehet kialakítani.

5.3.1. Hosszlengőkaros futóművek

Renault Megane hosszlengőkaros futóműve
5.19. ábra - Renault Megane hosszlengőkaros futóműve


A hosszlengőkaros futóművek lengési tengelye merőleges a jármű hosszirányú, x-z szimmetria síkjára. Ebből adódóan a momentán centruma a talajon van, kerékdőlés változásra nem képes, viszont nincs nyomtávváltozása. Dinamikusabb járműveken igényesebb keresztstabilizálással és rugózással együtt alkalmazzák (pl. Renault, Citroen stb). Ilyen futóműve van az elsőgenerációs Mercedes A személyautóknak.

Fiat Tempra hátsó futóműve
5.20. ábra - Fiat Tempra hátsó futóműve


5.3.2. Ferde tengelyű hosszlengőkaros futóművek

A hosszirányú lengőkar tengelye szöget zár be a jármű hossz- és kereszttengelyével egyaránt. Kedvező a momentán centruma, a kerékdőlés változása, kedvezőtlen az összetartás változása és a nyomtávváltozása. Előnye az egyszerű szerkezet, könnyű gyárthatóság, kis karbantartási igény, nagy szilárdság. Évtizedekig a közepes és nagy kategóriájú gépkocsik jellemző futóműve volt (5.21. ábra). Ma már alig alkalmazzák.

Subaru E12 hátsó futómű
5.21. ábra - Subaru E12 hátsó futómű


Jellemző futóműve volt a BMW 5. és 7. sorozatának egészen kilencvenes évek közepéig. (5.22. ábra)

BMW hátsó futómű
5.22. ábra - BMW hátsó futómű


5.3.3. Háromszög – trapéz keresztlengőkaros futóművek

Háromszög – trapéz keresztlengőkaros futóműveknél a tengelycsonkon három csukló található. Az alsó és felső csuklóhoz kapcsolódnak a hárompontos keresztirányú felfüggesztő elemek, míg a középső csuklóhoz első futóműnél a nyomtávrúd, hátsó futóműveknél az önkormányzást szabályozó rúd vagy az összkerékkormányzású rendszer esetén a hátsó nyomtávrúd. A korszerű típusoknál a tengelycsonk felső nyúlványa egészen a gumiabroncs fölé emelkedik. Ilyen konstrukció először a Mercedes 123 típusú személyautón jelent meg az 1970-es évek elején. A leggyakrabban alkalmazott futómű típus. A kis és közepes kategóriájú autóknál a McPherson típusú futómű versenytársa, a nagyobb kategóriájú gépkocsiknál, versenyautóknál, autóbuszoknál egyre szélesebb körben alkalmazzák. A felfüggesztés geometriai méreteinek helyes megválasztásával szinte valamennyi dinamikus paraméter kedvezően alakítható.

Alfa Romeo 147. első futóműve.
5.23. ábra - Alfa Romeo 147. első futóműve.


Formula 1 versenyautó aktív futóművel.
5.24. ábra - Formula 1 versenyautó aktív futóművel.


A háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóművek újabb speciális változata az úgynevezett kéttagú, kéttengelyű tengelycsonkos háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű. A tengelycsonk két részre tagolódik: a kerekeket a csapágyazással felfogó külső csonkrészre és a lengőkarok kiindul befogási csuklópontjait magukba foglaló csonkállványra. A két tagot egyszabadságfokú csuklómechanizmus kapcsolja össze, amely lehet ez függőcsapszeg vagy két gömbcsukló. Az összekötő elem geometriai tengelye adja az első futóműnél az elkormányzás tengelyét. A csonkállványon lévő csuklók viszont a kerék ki-berugózásának tengelyét határozzák meg. Ennek a kéttengelyű megoldásnak az előnye megmutatkozik a kormányzási csapgeometriában, továbbá a lengőkarok variálható elhelyezésében. Ilyen szerkezeteknél az elkormányzás tengelyének geometriáját, vagyis a csapgeometriát optimálisan lehet kialakítani. Elsősorban a csapterpesztés (δ) és az elkormányzási sugár (R0) kedvező értékűre változtatható. A rugózás tengelyének kifelé döntésével a keresztlengőkarok kevésbé nyúlnak be a motor- illetve utastérbe. Ez a speciális konstrukció először a független felfüggesztésű légrugós autóbuszoknál jelent meg. (5.24. ábra) Itt a tengelycsonk két végét a függőcsapszeg köti össze, a kormányrendszer trapézkarja a külső csonkrészhez kapcsolódik. Így a kormánymechanizmus csak a külső tagot fordítja el a függőcsapszeg körül. A belső csonkállványon elegendő egyszabadságfokú csuklókat alkalmazni, miután ez a tag csak „z” irányú mozgást végez.

VAN HOOL T9 típusú autóbusz első futóműve.
5.25. ábra - VAN HOOL T9 típusú autóbusz első futóműve.


A személygépkocsiknál a Peugeot 407 típuson alkalmaztak először ilyen kéttagú, kéttengelyű, háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóművet. (5.25. ábra) Ennél a futóműnél a kéttagú tengelycsonk két része között két gömbcsukló teremti meg a kapcsolatot. A gömbcsuklók középpontján áthaladó egyenes adja az elkormányzási tengelyt. Az alsó és felső keresztlengőkarok gumipersellyel csatlakoznak a tengelycsonk belső feléhez, melynek felső nyúlványa egészen a gumiabroncs széléig húzódik. Ezáltal a felső lengőkar belső bekötése a rugóstag pereménél nem kerül beljebb, vagyis nem csökkenti a motortér méretét. Ezzel a tulajdonságával az ilyen futóművek a McPherson típusú futóművekkel azonos előnyökkel rendelkeznek, ugyanakkor kedvezőbb a kerékdőlésváltozási és nyomtávváltozási karakterisztikájuk.

A Peugeot 407 típusú személygépkocsi kéttagú, kéttengelyű tengelycsonkos háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóműve
5.26. ábra - A Peugeot 407 típusú személygépkocsi kéttagú, kéttengelyű tengelycsonkos háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóműve


5.3.4. McPherson típusú futóművek

Az első generációs, úgynevezett koncentrikus McPherson futómű az (5.27. ábra) ábrán látható.

Peugeot első futómű
5.27. ábra - Peugeot első futómű


A McPherson – típusú futóművek fél évszázada a kis és közepes autók egyik leggyakoribb futóműve. A kerék tengelycsonkját alul gömbcsuklós hárompontos keresztirányú felfüggesztés, a tengelycsonk felső részét pedig a teleszkópos lengéscsillapító vezeti meg. A lengéscsillapító akkor tölti be ezt a szerepét, ha a csillapító hengere mereven kapcsolódik a tengelycsonkhoz (pl. két csavarral rögzítve vagy besajtolva) és a csillapító rúdját a támcsapágy révén a felépítményhez rögzítik.

A McPherson – típusú futóművek paraméterei csak részben felelnek meg a korszerű követelményeknek. A kerékdölés változás az első futóműnél a nagyobb csaphátradőléssel és nyomtávváltoztatással valósítható meg, hátul csak nagyobb nyomtávváltoztatás árán. Nagyarányú elterjedésének az oka egyszerű szerkezete, kis helyfoglalása, mely elsősorban az elöl keresztben elhelyezett motorok számára előnyös. A korszerű McPherson futóművek excentrikus kialakításúak, ezeknél az alsó gömbcsukló nem a lengéscsillapító középvonalába esik, ezáltal az elkormányzási tengely terpesztése 15 -18° is lehet, ami az R0 elkormányzási sugár negatív értékét eredményezi. Ez javítja a jármű iránytartását.

Ford Focus C-MAX első futóműve
5.28. ábra - Ford Focus C-MAX első futóműve


A különböző típusú McPherson futóművek elsősorban a tengelycsonk alsó bekötésének szerkezetében térnek el. A tengelycsonk alsó bekötésének a kerékmozgás szabadságfokai közül kettőt kell kényszerként megakadályozni, nevezetesen az x és y tengely irányú elmozdulásokat. Ilyen kényszert lehet szerkezetileg kialakítani hárompontos keresztirányú lengőkarral vagy két lengőrúddal (5.31. ábra) kisebb személyautóknál egy rúddal és a keresztstabilizátor megfelelő csapágyazásával. (5.30. ábra) A keresztirányú lengőkar lehet háromszög alakú (l. Mercedes A), lehet sarló alakú (l. Ford Focus).

Mercedes A (W 169)
5.29. ábra - Mercedes A (W 169)


Suzuki Ignis mellső felfüggesztés
5.30. ábra - Suzuki Ignis mellső felfüggesztés


Mercedes C240 hátsó futómű
5.31. ábra - Mercedes C240 hátsó futómű


5.3.5. Wiessach típusú futóművek

A Weissach típusú futómű a csatolt hosszlengőkaros futómű továbbfejlesztett változata. (5.32. ábra, 5.33. ábra) A tengelycsonk továbbra is mereven kapcsolódik a hosszirányú lengőkarhoz. Ez a kapcsolat kivitelezhető csavarkötéssel vagy hegesztéssel is. Ez a hoszirányú lengőkar megakadályozza a kerék x tengely irányú elmozdulását és megakadályozza a tengelycsonk y tengely körüli elfordulását, vagyis felveszi a fékerő és hajtóerő reakciónyomatékát. A tengelycsonk alsó és felső nyúlványához egy-egy keresztirányú lengőrúd csatlakozik, amelyek belső csuklója a kocsitesthez vagy segédkerethez csatlakozik. A csuklókat kis térfogatú gumiperselyek, szilentblokkok alkotják. Egyes konstrukcióknál az alsó lengőrúdhoz kapcsolódik a hordrugó vagy a rugóstag, ezért erősített kivitelű, általában lemezből sajtolt alkatrész, de alakjától függetlenül kinematikailag rúdnak számít. Ez a rúd megakadályozza a kerék y tengely irányú elmozdulását. A felső, rövidebb keresztrúd az alsó rúddal együttműködve felveszi az x és a z tengely körüli reakciónyomatékokat. Tehát ennél a típusú futóműnél a kerék a felépítményhez viszonyított mozgásában egyetlen szabadságfokkal rendelkezik. Ugyanakkor a keresztrudak hosszának, bekötési szögének megfelelő variálásával elérhető, hogy a tengelycsonk kis tartományban mellékmozgásként az x tengely körül elfordulhat, ami a kerékdőlés változását eredményezi. Tehát ez a futómű önszabályzásra képes, de nem tudja változtatni az összetartás értéket, viszont kedvező a billenési és bólintási centruma és a nyomtávváltozási karakterisztikája. Ilyen futóművel szerelték fel a Golf IV, Audi TT, BMW 3, Mitsubishi, Chrysler középkategóriás személygépkocsikat.

Elsőgenerációs Audi TT Weissach típusú hátsó futóműve
5.32. ábra - Elsőgenerációs Audi TT Weissach típusú hátsó futóműve


Mitsubishi Eclipse (Crysler Laser) Weissach típusú hátsó futóműve
5.33. ábra - Mitsubishi Eclipse (Crysler Laser) Weissach típusú hátsó futóműve


5.3.6. Multilink futóművek

A multilink futóművek elnevezés arra utal, hogy valamely felfüggesztő elemből több van, mint amennyi a kerék mozgásának megfelelő szabadságfokú szabályzásához szükséges. A tengelycsonk egyik nyúlványhoz elegendő egy gömbcsuklóval csatlakoztatni egy felfüggesztő lengőkart, de ha ott két csuklót találunk, akkor a tengelycsonk elfordulásakor a tényleges forgáspont a két csuklóponton kívüli momentán centrum formájában szerkeszthető meg. Az ilyen futómű jogosan kapta az elnevezést: dupla csuklós (DGP: dual gelenk princip) futómű. Ha a felfüggesztő rudakból a szükségesnél több található, akkor többrudas (Mehrlenker, Raumlenker) futóműről beszélünk.

5.3.6.1. Duplacsuklós futóművek

Az első duplacsuklós futóművek a BMW 5 típusú gépkocsikon jelentek meg az 1980-as évek elején. A konstrukció a McPherson típusú futómű továbbfejlesztésével, korszerűsítésével alakult ki. A tengelycsonk függőleges megvezetését továbbra is a lengéscsillapító végzi, viszont az alsó csonknyúlványon két gömbcsuklós található, melyekhez egy-egy alumíniumból készült lengőrúd csatlakozik. Első futóműről lévén szó, meg kell határozni az elkormányzási tengelyt. A tengely felső pontját a támcsapágy deformációs középpontja adja, míg az alsó pontja momentán centrum formában határozható meg. A két rúd pozíciójának ismeretében ez a momentán centrum meghatározható. Így az elkormányzási tengely virtuális és momentán tengelyként jelentkezik, aminek kerékdőlése és az útfelülettel adódó döféspontja lényegesen eltér a hagyományos egycsuklós változatoktól. A csapterpesztési szög jóval nagyobb lesz, döféspont a kerék talppontján kívülre kerül, ami negatív elkormányzási sugarat eredményez. Ezek a geometriai változások javítják a jármű iránytartásának menetstabilitását. A momentán centrum pozícióját a lengőrudak helyzete határozza meg, amely függ a kerekek elkormányzási szögétől, a ki-berugózástól és a kerekekre ható hossz- és keresztirányú erőktől. (5.34. ábra) Mindezek együttesen szabályozzák a kormányzási csapgeometriát, tehát az önszabályzás elmozdulás és erő alapú, integrált szabályzás. (5.35. ábra)

Duplacsuklós futóművek alsó csuklópont vándorlása elkormányzás hatására.
5.34. ábra - Duplacsuklós futóművek alsó csuklópont vándorlása elkormányzás hatására.


BMW 5 integrált szabályzású első futóműve.

1 - stabilizátor kapcsoló rúd; 2 - hátsó kereszt lengőrúd; 3 - stabilizátor; 4 - kormánygép; 5 - rugós tag; 6 - futómű test; 7 - középső összekötő rúd; 8 - első kereszt lengőrúd

5.35. ábra - BMW 5 integrált szabályzású első futóműve.


BMW 5 duplacsuklós első futóműve
5.36. ábra - BMW 5 duplacsuklós első futóműve


A korszerű intelligens futóművek elmozdulás és erő hatására egyaránt változtatják a jármű stabilitására leginkább kiható paramétereket. Az erőszabályozást elasztóméterek végzik, ezek általában nagytérfogatú önbeálló gumiágyazások, de már megjelentek az acélrugóval kombinált elasztóméterek (ld. Ford Focus C-MAX, vagy a VW Golf VII hátsó futóműve).

A Mercedes C240 típusú gépjármű DGP első futóművének felfüggesztése azonos szerkezetű a BMW-kel. (5.37. ábra) A Mercedes CL gépkocsinál a tengelycsonk megvezetése nem a lengéscsillapítóval, hanem háromszög alakú keresztlengőkarral történik (5.38. ábra).

Mercedes C240 típusú gépkocsi duplacsuklós McPherson futóműve
5.37. ábra - Mercedes C240 típusú gépkocsi duplacsuklós McPherson futóműve


Mercedes CL típusú gépkocsi duplacsuklós háromszög lengőkaros futóműve
5.38. ábra - Mercedes CL típusú gépkocsi duplacsuklós háromszög lengőkaros futóműve


Audi DGP futómű
5.39. ábra - Audi DGP futómű


A DGP futóművek csúcstípusát az Audi 4, 6, 8 járművek első futóművei képviselik. (5.39. ábra) Ezeknél a tengelycsonk felnyúlik a gumiabroncshoz, és a megvezetésére két alumíniumból készült rúd szolgál. Ezeknél a futóműveknél a csapgeometria mind a négy összetevője (csapterpesztés, csaphátradőlés, elkormányzási sugár, utánfutás) integrált módon önszabályozott. Hasonló szerkezetű a Lancia Thesis duplacsuklós első futóműve. (5.40. ábra)

Lancia Thesis DGP futómű
5.40. ábra - Lancia Thesis DGP futómű


5.3.6.2. Többlengőrudas futóművek

A többlengőkaros futóművek első típusát Zomotor Ádám magyar mérnök tervezte 1981-ben, melyet napjainkban is kisebb szerkezeti módosításokkal gyártanak. A felfüggesztés rendszerét áttekintve joggal lehet multilink, mehrlenker vagy raumlenker futóműnek nevezni.

A hátsó futómű tengelycsonkján a szokásos három helyett öt tengelycsonk nyúlvány található, a hozzájuk csatlakozó lengőrudak nagytérfogatú gumiszilentblokkok révén kapcsolódnak a jármű hátsó segédvázához. (5.41. ábra) Az öt lengőrúd alaphelyzetben a tengelycsonk öt szabadságfokával szemben kényszert képez, de a kerékre ható erők és a kerék ki-, berugózása következtében a tengelycsonk különbözőképpen elmozdul és a futómű paraméterek változását idézi elő. Dinamikusan változik a kerékdőlés, a kerékösszetartás, az elkormányzási tengely pozíciója, miközben a futómű nyomtávja alig változik. A felépítmény billenési momentán centruma magasan helyezkedik el. Ez a futómű indokoltan nevezhető interaktívan szabályozott rendszerűnek (IDS).

Zomotor Ádám féle multilink futómű
5.41. ábra - Zomotor Ádám féle multilink futómű


BMW 5. széria integrált hátsó futómű
5.42. ábra - BMW 5. széria integrált hátsó futómű


A multilink futómű továbbfejlesztett típusa a BMW 5. széria integrált hátsó futóműve.  (5.42. ábra) Ezen két új elem is megjelent: a szabad csuklós kétrészes lengőrúd és az elasztikus szabályozó rúd. Ezek hatására a futómű már kis oldal és hosszirányú erők és kis oldalbillenés esetén is önszabályozással változtatja a paramétereket. Ez különösen előnyös az aktív felépítmény szabályozó rendszerrel (ABC) felszerelt járműveknél, amelyeknél a felépítmény szinte nem végez billenő és bólintó mozgást.

A Weissach-típusú futómű továbbfejlesztésével a közép- és felsőközép-kategóriás gépjárművek jellemző és egyre inkább használatos multilink futóműve alakult ki. Ha szerkezeti jellemzői alapján kívánjuk megnevezni, akkor a háromszögtrapéz keresztlengőkaros futómű elnevezés mintájára egy hosszlengőkaros három keresztrudas futóműként azonosíthatjuk.

Ennél a futóműnél a tengelycsonk a hosszirányú lengőkarhoz mereven csatlakozik, az alsó és felső csonknyúlványhoz kapcsolódik a két keresztrúd. Így épül fel az eredeti Weissach futómű. Lényeges változást hozott egy harmadik keresztirányú lengőrúd beszerelése, amelyik a kerék ki-berugózásakor egy a függőlegeshez közeli tengely körül elforgatja a tengelycsonkot, vagyis változtatja a kerékösszetartást, ezáltal a hátsó kerekek kormányzását valósítja meg, méghozzá elmozdulás-szabályzás alapján.

A tengelycsonk elfordításához a hosszirányú lengőkar működését elasztikussá kell kialakítani. Ez elérhető a hosszlengőkar gumiágyazású csuklójának olyan kialakításával, amelyik a nagyobb térfogata révén az y tengely irányú elmozdulást lehetővé teszi. Ilyen kialakítású a Golf V és a Honda Civic gépkocsik hátsó futóműve. (5.43. ábra, 5.44. ábra)

Golf V gépkocsi hátsó futóműve
5.43. ábra - Golf V gépkocsi hátsó futóműve


Honda Civic gépkocsi hátsó futóműve
5.44. ábra - Honda Civic gépkocsi hátsó futóműve


A Ford Focus, majd a Golf VII járműveknél a lengőkar nagytérfogatú gumiágyazása mellett a lengőkar laprugó-szerű kialakításával megnövelték a tengelycsonk elkormányzási tartományát. (5.45. ábra)

Ford Focus hátsó futóműve
5.45. ábra - Ford Focus hátsó futóműve


6. fejezet - Futóművek fejlesztésének irányai, intelligens futóművek

6.1. A futóművek fejlesztésének általános kérdései

Napjainkban korszerű futóművek alatt azokat a konstrukciókat értjük, amelyek képesek valamilyen szinten a vezetőre, a járműre és a környezetére vonatkozó információkat érzékelni és értékelni, és ennek folyományaként jellemző paramétereit úgy változtatni, hogy növekedjen a jármű stabilitása, hogy növekedjen a jármű stabilitása, mozgási dinamikája, üzemeltetési paraméterei. A futómű fejlesztés tartalma és iránya mindezekből következik: a reagálás szintjének, vagyis az intelligenciájának kiterjesztése, növelése.

Az intelligens futóművek elnevezésére a szakirodalomban leggyakrabban két változatot találunk:

  1. IDS - Intelligent Driving System

  2. ISS – Intelligent Steering System

A két megjelölés használata leginkább divat kérdése, a konkrét tartalmat az adott futómű funkciójának és szerkezeti kialakításának elemzése alapján lehet megjelölni.

Általánosságban egy futóművet csak akkor minősíthetünk IDS vagy ISS jelzővel, ha annak a legjellemzőbb kinematikai vagy dinamikai paraméterei változnak a jármű menetbiztonságának vagy utazási kényelmének követelményei szerint.

Egy – egy korszerű futómű elnevezésére vagy minősítésére általában két vagy több hárombetűs kódot használnak. A második és a többi kód megjelöli azt a részrendszert, amelyre az intelligens vagy más elnevezéssel az interaktív szabályozás irányul.

Például:

  • IDS – intelligens futóművet jelöl,

  • IDS ABC – intelligens futómű, amelyik aktív felépítmény szabályozással (Active Body Control) rendelkezik,

  • IDS ABC CDC – intelligens futómű, mely folyamatos lengéscsillapító szabályozással (Continous Damping Control) valósítja meg a felépítmény aktív szabályozását,

  • IDS ABC CDC ASS – intelligens futómű, amely folyamatos lengéscsillapító szabályozással befolyásolja a felépítmény relatív mozgását ás additív kormányrendszerrel (Additív Steering System) rendelkezik.

A futóművek fejlesztésekor a különböző műszaki követelmények mellett gazdasági és jogi követelmények, és előírások elemzése és betartása is alapvető, meghatározó szempont. Ezt felismerve az ENSZ már az ötvenes évek elején létrehozott egy olyan nemzetközi szervezetet, amelyik a közúti közlekedés biztonságára kiható műszaki követelményeket világszinten koordinálja, és állásfoglalásaival, ajánlásaival, szabványaival irányítja. Ezek ECE TRANS, ENSZ EGB dokumentumokban jelennek meg.

A közúti járművek intelligens minősítése, szabályozása a blokkolásgátló rendszerrel kezdődött, mely 1979-ben kapott hivatalos, világszintű minősítést. Az elmúlt három évtizedben az intelligens rendszerek számos típusát fejlesztették ki, ezek különbözőképpen járultak hozzá a közúti járművek menetbiztonságának, utazási kényelmének jelentős javításához.

A legismertebb intelligens szabályozások jelölései, elnevezései, tartalma és a nemzetközi jóváhagyásának éve az alábbi táblázatban látható.

Kód

Funkció leírása

Jóváhagyás éve

ABS

(Antiblockier system, Antilock Braking System) a fékezett kerék megcsúszását megakadályozó rendszer

1979

ASR

(Antriebsschlupfregelung) a hajtott kerék kipörgését szabályozó rendszer

1986

ESP

(Elektronishes Stabilitätsprogram, Elektronic Stability Program)  a jármű menetstabilitását szabályozó program

1995

BA

(Bremsassistent) fékasszisztens, mely vészfékezéskor növeli a fékerőt

1996

EPS

( Electrical Power Steering) elektromechanikus kormányzás

1996

EAS

( Elektronische Luftfeder, Electronical Airbag System) elektronikus légrugózás

1998

ACC

(Adaptive Cruise Control) útsáv követő rendszer

1999

ABC

(Active Body Control) aktív felépítmény szabályozás

1999

EHB

(Elektrohydraulische Bremse) elektrohidraulikus fék

2001

CDC

(Continuous Damping Control) folyamatos szabályozású lengéscsillapítás

2002

AFS

(Active Front Steering) aktív első kerék kormányzás

2003

DDC

(Dynamic Drive Control) dinamikus hajtás szabályozás

2003

BBW

(Brake by wire) elektromos vezetéken keresztül működtetett fékezés

?

SBW

(Steer by wire) elektromos vezetéken át működtetett kormányzás

?

ACA

(Anti Collision Avoidance) ütközést megakadályozó rendszer

?

APS

(Automatic Parking System) autómatikus parkoló rendszer

?

SGC

( Stop and go control) megállás és elindulás közbeni motorvezérlő rendszer

?

Megjegyzés: ? – még nincs jóváhagyva

A futóművek intelligens vagy interaktív szabályozása a lengéscsillapítók szabályozásával kezdődött, majd kiterjedt az egész rugózási rendszerre is. Ma már szériatermék az intelligens felfüggesztésnek az önszabályozott konstrukciói. A kutatási programok már megjelentek az intelligens kerék fejlesztésében is. Az intelligens kerékfelfüggesztés és rugózás különböző szerkezeti variációit a 6.1. ábra mutatja be. A feltüntetett megoldások között vannak már sorozatban gyártott, nemzetközileg jóváhagyott rendszerek és még csak kísérleti jellegű prototípusok.

Ez az ismertetés kiterjed a futómű teljes szerkezetére, mind a három alkatrészcsoportjaira, mind alrendszereire.

Intelligens futómű szabályozások.
6.1. ábra - Intelligens futómű szabályozások.


6.2. A gépjármű futóművek járműmozgás szabályzó funkciója

A gépjármű mozgásszabályozás feladata – ebbe értendő a menetdinamikai szabályozás is – a gépjárműre ható, a kívánt nyomvonalon való haladást zavaró külső és belső hatások kiküszöbölésére való törekvés.

Miért van szükség mozgásszabályozásra?

Azért, hogy a gépjármű

  • irányítható maradjon (fékezés alatti irányítás, vonóerő átvihetőség), ABS, ASR funkció,

  • ne törjön ki (perdülés), ESP funkció

  • átlagos vezetői képességgel kezelhető legyen.

Külső zavaró hatás:

  • útpálya tapadási tényező változás, akár keréknyomonként,

  • útpálya hiba,

  • oldalszél.

Belső zavaró hatás:

  • kritikus gépjárművezetői irányítás,

  • gépjármű sebességfüggő sajátkormányzási tulajdonságok,

  • rakományból eredő zavarás.

A gépjármű közlekedésbiztonságát külső és belső tényezők határozzák meg. Meghatározó és továbbra is első helyen áll – minden korszerű technikai segítség ellenére is - a gépkocsi vezető magatartása, szituációs döntései és vezetéstechnikai tudása.

Technikai segítség (technikai asszisztencia) szükséges:

  • a rossz emberi szituációs járműirányítási döntések miatt (figyelmetlenségből, helytelen manőverek végrehajtásából, kényszerhelyzetek elkerüléséből eredően),

  • információhiányból (pl. észlelhetetlenség, pl. tapadási viszonyok nem ismerete, váratlan hatások) származóan.

A technikai segítség (technikai asszisztencia) lehet

  • információ szolgáltató, azaz érzékelést segítő, figyelmeztető (holt-tér figyelő, éjjellátó, távolságérzékelő stb.),

  • előrejelző, megelőző figyelmeztető, megelőző beavatkozó (prediktív),

  • irányíthatóság fenntartó (ABS), kitörésgátló (ESP),

  • következményi hatás mérséklő (aktív - vészfékező, kikerülő; passzív – sérülés csökkentő, pl.: légzsák, fejtámasz).

6.3. Intelligens kerék

A gépjármű menetstabilitását alapvetően befolyásolja a gumiabroncs rugalmassága, ferdefutási tulajdonsága, tapadása, gördülő ellenállása, vízkiszorító képessége. A futóműbe beépített gumiabroncs ezen tulajdonságai széles tartományban változhatnak a guminyomás függvényében. Ebből következően a menetbiztonság szempontjából lényeges követelmény az optimális nyomás beállítása és menet közbeni ellenőrzése, szabályozása.

A guminyomás menet közbeni ellenőrzésének két féle eljárása és konstrukciója is kialakult:

  • közvetlen mérés piezoelektromos úton, vagy forgócsatlakozós légvezetékkel;

  • közvetett mérés a jármű különböző szenzoraiból összegyűjtött adatok kiértékelése, megfelelő szoftver segítségével.

A mért adatok figyelmeztetik a vezetőt a guminyomás beállítására. Egyes terepjáró gépkocsiknál, katonai járműveknél ezt a vezető menet közben is el tudja végezni. Ezt a folyamatot statikus szabályozásúnak lehet minősíteni. Kísérletek folynak olyan dinamikus gumiabroncsok szabályozási rendszerek kifejlesztésére, amelyek a kerék dinamikus függőleges terhelését is figyelembe véve, a kerék függőleges lengési ciklusán belül is képes a nyomást változtatni. Ehhez 50 – 80 Hz frekvenciájú zárt ciklusú szabályozási kör szükséges.

Az Európa Parlament elrendelte a személyautók gumiabroncs-nyomásmérő/ellenőrző rendszerének szériafelszerelését 2012. november 1-jétől az új autók számára és 2014. november 1-jétől az újonnan forgalomba helyezett autók számára. Nemcsak a biztonság vezérelte a jogalkotókat, hanem az energiatakarékosság is. Felmérések szerint ugyanis az autóvezetők mintegy 65 százaléka túl kicsi abroncsnyomással közlekedik, ami veszélyes és a fogyasztást is növeli.

6.3.1. Gumiabroncs nyomás közvetett ellenőrzése

A guminyomás ellenőrzés közvetett módszerének sémája.
6.2. ábra - A guminyomás ellenőrzés közvetett módszerének sémája.


A gumiabroncs nyomásának egyszerűbb rendszere közvetett módon ad jelzést a gépkocsivezető számára. (6.2. ábra) Az ABS rendszer programját oly módon egészíti ki, hogy a kerék jeladóktól összegyűjtött jelekből a kerekek gördülési rezgése kiszámítható és annak változásából már lehet következtetni a gumiabroncs levegő nyomására. Ez a módszer kevésbé pontos, fényjelzéssel tájékoztatja a vezetőt a nyomásról:

  • zöld fény: megfelelő a guminyomás

  • sárga fény: figyelmeztetés, a nyomás 0,4-0,5 bar nyomással csökkent

  • vörös fény: riasztás, a nyomáscsökkenés 0,5 bárnál nagyobb is lehet, ez már veszélyes lehet a jármű menetbiztonságára.

6.3.2. Gumiabroncs nyomás közvetlen mérése

A gumiabroncs nyomásának közvetlen mérése a gumiabroncs-kerékpánt légterében elhelyezett nyomás és hőmérséklet szenzorok jelei alapján folyik. A jeladók rádióhullámmal továbbítják az adatokat a megfelelő antennákhoz. Lehet egy központi antennát alkalmazni, vagy kerekenként a kerékjárati dobba felszerelni. (6.3. ábra)

A guminyomás mérés közvetlen módszerének sémája
6.3. ábra - A guminyomás mérés közvetlen módszerének sémája


A jeladó elhelyezése: (6.4. ábra)

  • a kerékpánt ágyban acélszalaggal rögzítve,

  • a szeleppel egységet képezve, szeleppel szerelve,

  • a gumiabroncs belső felületére rögzítve.

A jeladó tápfeszültség ellátása:

  • akkumulátor a jeladóban (élettartam 10 év is lehet),

  • jeladóra ható mozgással kiváltott feszültség-gerjesztés,

  • transzponder, induktív csatolás.

Kijelzés:

  • kerekenként (nyomás, nyomásváltozás, hőmérséklet, jeladó azonosítás (ID), jeladó akkumulátor töltöttség, kommunikáció státusz),

  • kerékfüggetlen, nyomás értékhatár átlépés figyelmeztetés.

Értékelés, figyelmeztetés:

  • nyomás értékhatár átlépés figyelmeztetés (0,3 – 0,4 bar közötti csökkenés = figyelmeztetés, 0,4 bar vagy nsgyobb csökkenés = riasztás), a határértékadat a kerekenkénti értékelőrendszernél beállítható.

  • nyomásváltozás trend figyelmeztetés (0,2 bar csökkenés percenként).

A guminyomás mérés közvetlen módszerének eszközei
6.4. ábra - A guminyomás mérés közvetlen módszerének eszközei


A TPMS keréknyomás-ellenőrző rendszert (Tire Pressure Monitoring System) az összes gépkocsiba ajánlott felszerelni, a defekttűrő vagy „defekten is futó” gumiabroncsok esetében abszolút követelmény. A 'RunOnFlat' gumiabroncsoknál a fedélzeti ellenőrző rendszer nélkül a vezető nem rendelkezne információval arra vonatkozóan, hogy történt-e defekt és a gumiabroncsnak szüksége van-e szervizre. Ezért a 'RunOnFlat' gumiabroncsok csak olyan gépkocsikra szerelhetők fel, amelyekben van TPMS rendszer.

Intelligens guminyomás-érzékelők a szelepre vagy a gumiabronccsal szerelve
6.5. ábra - Intelligens guminyomás-érzékelők a szelepre vagy a gumiabronccsal szerelve


Az intelligens gumiabroncsnyomás-ellenőrző rendszer a jármű elektronikájának elküldi a következő adatokat is: a gumiabroncs típusa, sebesség- és terhelési index. A 7 gramm tömegű érzékelő modul egy speciális tartóban foglal helyet, melyet tartósan összekapcsolnak a gumiabroncs futófelületének belső oldalával (ragasztással, vulkanizálással). (6.5. ábra) Ezáltal sikerül egyrészt a felni relatív nagy hőmérsékleti ingadozásainak hatását lecsökkenteni, másrészt a szelepnél fellépő centripetális erőket redukálni az érzékelőnek a szeleptől való elválasztásával, melyek a tömítetlenség okozói lehetnek. Az összeszerelésnél elmentett adatokat (gyártás módja és ideje, végsebesség és töltőnyomás) az aktuális futómű- és kerékterhelés-eloszlásokkal összevetve optimalizálhatók az olyan vezetői biztonsági rendszerek, mint az ABS vagy az ESP. Ha az ABS tudja ugyanis, hogy az autó milyen típusú gumiabroncsokkal van szerelve, a 100 km/h-ról mért fékút lerövidíthető. Ehhez elegendő lenne a gumiabroncsokat teljesítményosztályokba sorolni, majd ezeket az információkat elküldeni a fékszabályzónak, amely így kiválaszthatja az optimális szabályozási algoritmust. Haszonjárművek esetén integrálnak egy pótlólagos kerékterhelés-szenzort is, amely például felismeri, ha elmozdult a rakomány, és vészjelzést ad le, vagy csökkenti a kanyarsebességet a motorra és az ESP-re való ráhatással.

6.4. Intelligens felfüggesztés

Az intelligens felfüggesztések a kerékgeometria azon paramétereinek szabályozását célozzák, amelyek alapvetően befolyásolják a jármű menetstabilitását. Ezek a következők:

  • kerékdőlés,

  • kerékösszetartás,

  • keréktalppont keresztirányú mozgása.

Ezek szabályozási célfüggvényeit a rendszer referencia jelének függvényében határozzák meg az adott futóművekre. A referencia jel lehet:

  • a kerék felépítményhez viszonyított ki – berugózása,

  • a járműre ható oldalgyorsulás,

  • a fékerő,

  • a vonóerő,

  • a kormánykerék elfordítási szöge,

  • a felépítmény oldalbillenési szöge,

  • a felépítmény bólintó mozgási szöge,

  • a jármű függőleges tengely körüli szöglengése.

A felfüggesztés szabályozás, vagyis a meghatározott célfüggvény szerinti kerékmozgatás történhet számítógéppel irányított külső energia bevezetésével vagy önszabályozással.

6.4.1. Felfüggesztés önszabályozással

Az önszabályozású felfüggesztés nem igényel külső energiát a kerékgeometria célfüggvény szerinti változtatásához. A konstrukció olyan felépítésű, amely saját maga képezi a referencia jel szenzorjait és a végrehajtás szerveit (aktuátorait). Valójában ezeknél az önszabályozott rendszereknél a szoftver benne van a hardverben.

A referencia jel lehet:

  • a kerék ki – berugózása,

  • oldalirányú erő,

  • fékerő,

  • vonóerő.

Az aktuátorok szerepét a megfelelő hosszúságú és beépítési szögű lengő rudak és lengőkarok, valamint a nagy térfogatú gumiágyazások (elasztométerek) töltik be. Az önszabályozott felfüggesztések lehetnek:

  • elmozdulás szabályozása;

  • erőszabályozású;

  • integrált szabályozású

6.4.1.1. Elmozdulás szabályozás

Alfa Romeo 156 első futóműve.
6.6. ábra - Alfa Romeo 156 első futóműve.


A rövid felső lengőkar befelé és hátrafelé lejt, ennek következtében a kerék ki-berugózásakor változtatja a kerékdőlést, a csapterpesztést és a csaphátradőlést. (6.6. ábra) Mindezek következtében a kerékdőlés a jármű oldalgyorsulásától függő kerékmozgás függvényében változik. Kis járműsebességnél parkolás közben a kerékdőlés nem változik. A kocsitest dőlését szabályzó (ABC) rendszer az intelligens háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóműveknél csökkenti az önszabályozás intervallumát.

Az egy hosszlengőkaros, három keresztlengőkaros futóművek (lásd: 5.43. ábra - 5.45. ábra) is elmozdulás szabályzásúak, tehát azok is igénylik a felépítmény oldalbillenését.

6.4.1.2. Erőszabályozás

Golf I (bal oldal) és Golf II (jobb oldal) hátsó futóművének rögzítése
6.7. ábra - Golf I (bal oldal) és Golf II (jobb oldal) hátsó futóművének rögzítése


A csatolt hosszlengőkaros hátsó futóműveknél alkalmazott aszimmetrikus nagytérfogatú gumiágyazás következtében a kanyarodás közben fellépő oldalerő hatására az egész futómű a függőleges tengely körül elfordul, ezáltal változik a kerékösszetartási szöge, ami csökkenti a jármű hátsó részének sodródását (kifarolását) vagyis a jármű túlkormányzását. (6.7. ábra)

6.4.1.3. Integrált szabályozás

Honda Accord hátsó felfüggesztés
6.8. ábra - Honda Accord hátsó felfüggesztés


Integrált szabályozás szemléltetése a Honda Accord futóművén
6.9. ábra - Integrált szabályozás szemléltetése a Honda Accord futóművén


Az oldalerő hatására bekövetkező összetartás növekedés megakadályozza a jármű oldalcsúszását, túlkormányzását. (6.9. ábra) A kerék ki-berugózásakor változik a kerékdőlés szöge. Az erő és az elmozdulás alapú önszabályozás kiegészíti egymást. Az integrált szabályozású futóművek nem érzékenyek a felépítmény billenésének csökkentésére, szabályozására.

Integrált felfüggesztés szabályozású a BMW 5 hátsó futóműve
6.10. ábra - Integrált felfüggesztés szabályozású a BMW 5 hátsó futóműve


A kanyarodás közben fellépő oldalerő hatására a szabályozó (regulátor) rudak a belső nagytérfogatú gumiágyazásuk következtében keresztirányba elmozdulnak és elfordítják a tengelycsonkokat. A kanyar külső oldalán a szabályozó rúd befelé mozdul, vagyis a kerékösszetartás növekszik, míg a belső oldalon a rúd kifelé mozdul, ott a kerékösszetartás csökken, esetleg széttartásba vált.

6.4.2. Felfüggesztés külső szabályozással

A külső szabályzású futóműveknél a jármű menetstabilitását alapvetően befolyásoló kerékgeometriai paramétereket (kerékdőlés, kerékösszetartás, keréktalppont, oldalirányú mozgása) számítógépes zártciklusú rendszer változtatja a megtervezett célfüggvények szerint. A fedélzeti számítógép összegyűjti a jármű menetstabilitásának jellemzésére vonatkozó információkat, meghatározza a kerékgeometriai beállítandó paraméter értékeket és a kerékkörnyezetében működő aktuátor azokat beszabályozza, az új értékeket visszacsatolja a számítógéphez.

Az aktuátor lehet:

  • hidraulikus;

  • pneumatikus;

  • elektrohidraulikus;

  • elektromechanikus;

  • elektrodinamikus.

A pneumatikus aktuátorok csak lassú szabályozású rendszerekben a statikus állításokhoz használhatóak, miután nagy az időkésedelmük.

Az eddig ismertetett külső szabályozású futóművek még kísérleti jellegűek. Ezeknél az aktuátoroknak a feladatát elektromos irányítású hidraulikus munkahengerek vagy elektromechanikus hullámhajtóműves aktuátorok látják el. Az elektrodinamikus aktuátorok valójában lineáris egyenáramú elektromotorok, fejlesztésük még kezdeti stádiumban van.

6.4.2.1. Tengelycsonk külső szabályozása

A fedélzeti számítógép utasítására a hidraulikus munkahenger (aktuátor) (1) a tengelycsonk felső nyúlványát (4) a felső lengőkarhoz (3) támaszkodó szabályozó himba (2) segítségével mozgatja, ezáltal megváltoztatja a kerékdőlési szöget (δ) és a kerék talppontjának (N) pozícióját. A kerékösszetartást a második aktuátor (6) szabályozza. Hátsó futóműnél az ilyen konstrukcióval a jármű összkerékkormányzása is megvalósítható. (6.11. ábra)

Tengelycsonk helyzetének szabályozása hidraulikus aktuátorokkal
6.11. ábra - Tengelycsonk helyzetének szabályozása hidraulikus aktuátorokkal


Az első futómű esetén a kerékösszetartás külső szabályozása a kormányrendszer alapvető átalakítását igényli. A két kerék összetartásváltozása egymástól eltérő irányú és méretű lehet, ami a trapézmechanizmus kiiktatását feltételezi és helyette a számítógépes irányítású, a kormánykerekekhez csak elektromos vezetékkel kapcsolt úgynevezett steer by wire rendszert kell alkalmazni. Ezt a rendszert azonban a nemzetközi előírások még nem engedélyezik. A kísérleti járművekben az első és hátsó futóművek külső szabályozási rendszerei jól működnek és javítják a jármű menetstabilitását.

Már elkészült a BMW gépkocsi hátsó futóművéhez egy olyan multilink típusú konstrukció, amelynél a kerék összetartását szabályzó rudat elektromechanikus hullámhajtóműves aktuátorral helyettesítették. (6.12. ábra)

A kerekek összetartásának szabályozott változtatásával tulajdonképpen az összkerék kormányzást lehet megvalósítani, annak a jármű menetstabilitására gyakorolt valamennyi kedvező hatásával együtt.

Hullámhajtóműves elektromechanikus aktuátor multilink hátsó futóműben (BMW)
6.12. ábra - Hullámhajtóműves elektromechanikus aktuátor multilink hátsó futóműben (BMW)


6.4.2.2. Tengely külső szabályozása

Az autóbuszok merev hidas hátsó futóművének intelligens szabályozására is már bemutattak prototípus modelleket. A négy lengőrudas légrugós hátsó futómű külső szabályozásához a két menetirányú lengőrudat váltják ki a fedélzeti számítógéppel irányított hidraulikus munkahengerekkel.

Tengely intelligens szabályzása hidraulikus aktuátorokkal.
6.13. ábra - Tengely intelligens szabályzása hidraulikus aktuátorokkal.


A hidraulikus munkahengerek (1,2) az egész hátsó hidat (3) ± 6 ÷ 8° szögtartományban forgatják el, ezáltal csökkenthető az autóbusz a hátsó részének sodródása, túlkormányzása. A külső szabályozású felfüggesztési rendszerek a jövőben a kormány alapú ESP szabályozásnak is eszközei lehetnek.

6.5. Rugózás intelligens szabályozása

A rugózási rendszer intelligens szabályozása irányulhat a lengéscsillapítóra, a hordrugóra, a stabilizátorra. A felépítmény függőleges lengéseinek szabályozása az energia származása szerint lehet:

  • passzív;

  • félaktív;

  • aktív.

A passzív rugózásnál nincs külső energia bevitel. A kerekeket és a felépítményt a kerekek berugózásakor a hordrugókban összegyűjtött potenciális energia mozgatja. A lengéscsillapító az összegyűjtött energia egy részét szétszórja, disszipálja. A rugó és lengéscsillapító paramétereit előzetesen optimalizálják, menetközben azokat már nem szabályozzák.

A félaktív rugózás esetén sincs külső energia felhasználás. A szabályozott lengéscsillapító a disszipálódó energia mennyiségét a lengéskényelmi követelményekhez, az útviszonyokhoz igazítja. Ezért ezt a szabályozást adaptívnak is nevezik.

Aktív rugózás esetén már külső energia is bekerül a rendszerbe. A bevitel történhet a lengéscsillapítón, a hordrugón, a stabilizátoron keresztül vagy közvetlenül a felépítményt mozgató valamilyen aktuátor segítségével. A rugózás szabályzásának jelenlegi legkorszerűbb rendszere a felépítmény mozgásának aktív szabályozása (Active Body Control - ABC)

6.5.1. Hordrúgó szabályozás

Hordrugó szabályozás

Zst=Zn; f=konstans

6.14. ábra - Hordrugó szabályozás


A hordrugó szabályozás történhet:

  • szintszabályozás

  • karakterisztika szabályozás formában.

Szintszabályozás esetén a rugó merevségi tulajdonsága, karakterisztikája változatlan marad, a szabályozás a felépítmény lengésének munkapontjára irányul, ami konkrétan a padlószint magasságát jelenti. Ez a szabályozás lehet statikus vagy dinamikus. (6.14. ábra) Statikus szintszabályozás a felépítmény padlószintjének (hasmagasságának) álló helyzeti beállítását továbbá egyes megoldásoknál, mint például autóbuszoknál a kocsitest leültetését jelenti. A dinamikus szintszabályozás képes menetközben is a padlószintet változtatni. Ha ez 4 – 6 Hz frekvenciával történik, akkor már általa a felépítmény aktív szabályozása (ABC) is megvalósítható.

Karakterisztika szabályozás esetén a rugó merevségi tulajdonsága is változik a lengéskényelmi és menetstabilitási igényeknek megfelelően. Ebbe a kategóriába tartozik a hidropneumatikus rugózás (pl. Citroen) és az elektropneumatikus rugózás.  Mindkét típus alkalmas az ABC szabályozás megvalósítására.

6.5.1.1. Hidropneumatikus rugózás

Citröen hidraktiv rugózás
6.15. ábra - Citröen hidraktiv rugózás


A hidraktiv rugózás legfejlettebb rendszerét a Citröen C5 típusú gépkocsikban találjuk. Ez a rendszer számos elemet integrál.

Érzékelők:

  1. Kormánykerék elfordítás érzékelő

    Az opto-elektronikus jeladó előtt a kormánykerék tengelyére szerelt nyílásokkal ellátott tárcsa fordul el. A mozgás irányról, a szögsebességéről és az elfordítási szöghelyzetről ad információt.

  2. Gázpedál szöghelyzetét érzékelő

    A beszerelt potenciométer a gázpedál lenyomásának és visszaengedésének gyorsaságát érzékeli. Az elektronika azt érzékeli, hogy mennyi idő szükséges a gázpedál teljes elmozdulásának 10%-ához.

  3. Fékezőnyomás érzékelő

    Az első fékkörhöz csatlakozik, egy bizonyos nyomásküszöb felett keményebb rugózási fokozatra kapcsol.

  4. Kocsiszekrény elmozdulás érzékelő

    Az első futómű kereszt-stabilizátorára szerelik, mely az elfordulást optikai úton érzékeli. Ez arányos a felépítmény elmozdulásával és annak sebességével. Ki- és be-rugózáskor, ha az amplitúdó egy bizonyos küszöböt átlép, keményebb fokozatra kapcsol.

  5. Sebesség érzékelő

    A sebességváltóra szerelik. Jele alapján számítja ki az elektronika a gépkocsi gyorsulását és lassulását, melyet a küszöbértékekkel hasonlít össze. Így az átkapcsolás és a prioritás sebességfüggő lehet. Kis járműsebességnél az elsődleges beavatkozási jelet a kocsiszekrény elmozdulás érzékelője, nagy járműsebességnél pedig a kormánykerék elfordulás érzékelője adja.

Elektronika

Memóriája jellegmezőket tárol, melyekkel a mikroprocesszor folyamatosan összehasonlítja az érzékelők jeleit. Megállapítja, hogy mikor kell változtatni a felfüggesztés paraméterein. A végfokozaton keresztül 0,05 másodpercen belül működteti a beavatkozó elektromágneses szelepeket.

A hidraulika rendszer

A hagyományos hidro-pneumatikus rendszerhez hasonló egységek:

  • gázrugók

  • lengéscsillapító szelepek

  • A szintszabályzó szelep, melyet a stabilizátor közepére felszerelt rudazat működtet. A terhelés függvényében szabályozza a lengéscsillapítókban a nyomást.

A nagynyomású csövek keresztmetszetét az alap rendszerhez képest jelentősen megnövelték. Ez alapján felismerhető a Hydractive felfüggesztés.

Kiegészítető egységek

Futóművenként egy kiegészítő gázrugó és lengéscsillapító szelep, elektromágnessel működtetett tolattyús átkapcsoló szelep, mellyel az elektronika a rugózási és a csillapítási fokozatokat változtatja.

A gépjármű vezetője kétféle szabályozási fokozatot állíthat: sport és automata működésmódot.

A sport fokozatban az elektromágneses szelep alaphelyzetben marad. Ekkor a rugózás és a csillapítás kemény marad. Automatikus fokozatban az elektromágneses szelep gerjesztést kap, és így lágy rugókarakterisztikára és kis csillapításra kapcsol. Ha az érzékelők jelei alapján az elektronika a tárolt jellegmezőkkel történő összehasonlítás alapján szükségesnek ítéli meg automatikusan átkapcsol kemény fokozatra.

Keményebb fokozat

Az elektromágneses szelep árammentes nyugalmi helyzetben van. Ez az alaphelyzet, így elektromos hiba esetén ezzel a kevésbé kényelmes, de biztonságos fokozattal lehet autózni. A tolattyúk leválasztják a rendszerről a középső gázrugó elemeket és lengéscsillapító szelepeket. Optimális útfekvés, rövid rugóút, keményebb csillapítás jellemzi. Kanyarban kisebb lesz a kocsiszekrény dőlése, mert a bal- és a jobboldali hidraulikaterek egymástól elválasztódnak. Fékezéskor és gyorsításkor a rugózási és csillapítási paraméterek megváltozása miatt csökken a kocsiszekrény bólintása.

Lágy rugózás, komfort fokozat

Ha az útviszonyok és a vezetési stílus lehetővé teszi, az elektronika bekapcsolja az elektromágneses szelepet. A rugó ellenében a tolattyú elmozdul és futóművenként egy-egy gázrugót hozzákapcsol. Növekszik a gázrugó térfogat és lágyabb lesz a rugózás. A lengéscsillapító szelepekkel párhuzamosan még egy-egy bekapcsolódik, ezért nagyobb az átáramlási keresztmetszet és a csillapítás kisebb lesz. A jobb és baloldali kerékfelfüggesztés egymással összekapcsolódik. Hosszabb rugóút és kisebb csillapítás.

A hidraktiv rugózás nitrogén-gáz gömbjei
6.16. ábra - A hidraktiv rugózás nitrogén-gáz gömbjei


6.5.1.2. Elektropneumatikus rugózás

Az elektropneumatikus rugózási rendszereket elsősorban a nagyobb kategóriás luxus személygépkocsikon alkalmazzák (Audi, Mercedes). A levegőellátást integrált egység szolgáltatja, amelyik elektromotoros meghajtású kompresszorból, nyomás szabályozó és levegőtisztító egységekből (6.18. ábra), légtartályból áll. A rugózó elem gördülőmembrános tömlős légrugó és vele egybeépítve CDC szabályozású lengéscsillapító. (6.17. ábra) A légrugók szabályozását elektronikus szintszabályzó szelepek végzik. A dinamikus elektronikus szintszabályozás és a fokozat nélküli lengéscsillapítás szabályozás együttesen a felépítmény mozgásának aktív irányítását (ABC) lehetővé teszi. Az elektropneumatikus légrugózást szabályzó központi egység számára a minden egyes kerékhez és a felépítményhez kapcsolt gyorsulásszenzorok, irány és sebességérzékelők továbbítják az információkat.

Légrugós és lengéscsillapítós rugóstag
6.17. ábra - Légrugós és lengéscsillapítós rugóstag


Integrált levegőellátó rendszer
6.18. ábra - Integrált levegőellátó rendszer


6.6. Lengéscsillapító intelligens szabályozásai

A lengéscsillapító szabályozására jelenleg két rendszert alkalmaznak:

  • DDC- (Diskret Damping Control) a lengéscsillapító különböző konkrét beállítása;

  • CDC- (Continuous Damping Control) a lengéscsillapító folyamatos (fokozatmentes) szabályozása.

A DDC szabályozás általában három fokozatba állítható:

  • normál

  • komfort

  • sportos

Az egyes fokozatok beállítását a jármű vezetője végzi, tehát nem automatikus, szubjektív érzeten alapul.

A CDC szabályozás során a lengéscsillapító karakterisztikája széles mezőt ír le, a beavatkozás automatikus, elsősorban a felépítmény billenő és bólintó mozgását szabályozó aktuátor funkcióját teljesítheti. Az egész jármű számítógépes rendszerébe integrálva már alkalmas a felépítmény billenő és bólintó mozgásának dinamikus szabályozására (ABC).

CDC lengéscsillapító
6.19. ábra - CDC lengéscsillapító


A lengéscsillapító keménysége három fokozatban állítható be. Az állítást a vezető végezheti a műszerfalon elhelyezett háromfokozatú kapcsoló beállításával. Így a beállítás teljes egészében a vezető szubjektív érzetétől függ. A három fokozat:

  • normál

  • kényelmes

  • sportos

CDC szabályzás esetén a lengéscsillapító karakterisztikája összenyomás és a széthúzás ütemében is széles szabályzási sávban fokozatmentesen változik. (6.20. ábra)

Az Audi TT lengéscsillapítási karakterisztika változtatása
6.20. ábra - Az Audi TT lengéscsillapítási karakterisztika változtatása


A fokozatmentes szabályozásra különböző műszaki megoldásokat fejlesztettek ki:

  • A hidraulikus lengéscsillapító két munkatere közötti szelep fokozatmentes elektronikus mozgatásával lehet változtatni a hidraulika olaj áramlását, és ezáltal a csillapító erőt.

  • Működési elvében is újszerű a mágneses folyadékos lengéscsillapító, amelyben a csillapító olaj áramlását nem szelepekkel, hanem elektronikusan változtatható erősségű mágneses térrel szabályozzák. (6.21. ábra) A „magnetic ride”-nak nevezett folyadékban mágnesezhető részecskék lebegnek, amelyek szabadon, egyenletesen oszlanak el a folyadékban. Ilyenkor a furatokon átáramló folyadék a legkisebb ellentmondást fejti ki. A dugattyúba beépített tekercsben folyamatosan változtatható mágneses mező építhető fel, amely hatására a mágnesezhető részecskék a dugattyú mozgására merőleges sorban, láncba rendeződnek, megnő a hidraulikus ellenállás és így a lengéscsillapítás ereje is.

A magneto rheológiai lengéscsillapító
6.21. ábra - A magneto rheológiai lengéscsillapító


6.6.1. A felépítmény mozgásszabályozása

A gépjármű felépítménye menetközben a futóműhöz, illetve a talajhoz képest különböző mozgásokat végezhet:

  • mozoghat függőlegesen a z tengely irányában, a rugózás következtében,

  • oldalra billenhet a kerékfelfüggesztés billenési momentum tengelye körül,

  • előre-hátra bólinthat a kerékfelfüggesztés bólintási centruma körül.

Ezek a mozgások károsak a lengéskényelem és a kerék-talaj kapcsolat szempontjából egyaránt. Mindhárom irányú mozgás a dinamikus kerékterhelések véletlenszerű változását okozza, amivel közvetlen dinamikusan változik a kerék által a talajon felvehető reakcióerők nagysága. Ezt a szakirodalom kerék átterhelődésnek nevezi, mely a jármű hossz és keresztirányú stabilitását károsan befolyásolja. Az ABC (Active Body Control) rendszer a kocsitest mindhárom irányú mozgásának szabályozására irányul . Több korszerű műszaki megoldást fejlesztettek ki, ezek különböző konstrukciós elven működnek, például:

  • a lengéscsillapító fokozatmentes szabályozása (CDC – Continuous Damping Control),

  • a nem szabályozott hordrugóval szorosan összekapcsolt hidraulikus állító egység,

  • szabályozott (változtatható rugómerevségű) hordrugóval és CDC lengéscsillapítóval.

Napjainkban két különböző ABC rendszert találunk a korszerű személygépkocsikban:

  • Elektrohidraulikus aktuátorral sorba kapcsolt acélrugós rendszer.

  • Elektropneumatikus légrugós rendszer

ABC rendszer acélrugókkal

A felépítmény mozgatását végző munkahenger az acélrugó tányérjára támaszkodik, a rendszer harmadik eleme a hidraulikus lengéscsillapító, mely lehet DDC vagy CDC típusú. (6.22. ábra)

ABC rendszerű aktív felfüggesztés „rugólábja” acél tekercsrugóval és hidraulikus állítóművel (Mercedes)

a - berugózási ütköző, b – olajlehúzó felül, c – rugótányér felül, d - dugattyú, h - vezetőpersely alul, i – lehúzó alul, j és k - belső ütközők, l - rugótányér alul, m - kirugózási rugóütköző, gumi-fém csapágy, q - nagynyomású tömítés, r - tekercsrugó, s - védőmandzsetta, t - hidraulikahenger ütköző lent, u - lengéscsillapító rúd, v - lengéscsillapító, f - pozíció mágnes, g - hidraulika munkahenger, n - rugóláb támasztócsapágy, o - hidraulikavezeték, p - felső vezetőhüvely, w – gömbcsukló

6.22. ábra - ABC rendszerű aktív felfüggesztés „rugólábja” acél tekercsrugóval és hidraulikus állítóművel (Mercedes)


A hidraulikus munkahenger nyomása fokozatmentesen változik annak érdekében, hogy a felépítmény úttest feletti magassága a kerekek lengőmozgása ellenére alig változzon. A hidraulikus rendszer normál üzemben 180 és 200 bar közötti nyomáson üzemel, a motorról ékszíjjal hajtott radiáldugattyús szivattyú 11 liter/perc szállítási teljesítményű.

Az ABC futómű elvi felépítése
6.23. ábra - Az ABC futómű elvi felépítése


A hidraulikus rendszer is részt vesz felépítmény mozgásának csillapításában. A rugózást és a csillapítást a kocsiszekrény kisebb frekvencia tartományban 5-6 Hz-ig a hidraulikus rendszer látja el. Ennél nagyobb frekvenciájú tartományban a csillapítás az önálló lengéscsillapító veszi át.

Különleges szoftver alkalmazása révén a vezető különböző körülményekhez optimalizált futómű tulajdonságokat programozhat be. Nagyon sportos, kevésbé sportos, vagy komfortos változatok közül választhat. Ezen változatok mindegyikénél a gépkocsi mindig biztonságos marad. Olyanok a futóművek konstrukciói, hogy mindegyik rugóhoz kettős működésű hidraulikus munkahengert szerelnek, amivel nagyon érzékeny szabályzást lehet megvalósítani, menet közben a kerekek és a felépítmény között ébredő erőket tudják megváltoztatni. Egy olyan szabályozási folyamatot valósítanak meg, amely állandóan figyelembe veszi a különböző érzékelők jeleit.

A fontosabb alapadatok:

  • a perdülés szögsebessége,

  • a hosszanti gyorsulás

  • a keresztirányú gyorsulás,

  • a felépítmény függőleges irányú gyorsulásai,

  • a kerék és a felépítmény közötti relatív elmozdulás.

Ezek a paraméterek folyamatosan kiegyenlítődnek. Kanyarban például nem dől meg a kocsiszekrény, de elmarad a bólintás a hirtelen fékezéskor, vagy lassításkor.

A Mercedes ABC futómű rendszere
6.24. ábra - A Mercedes ABC futómű rendszere


Mercedes ABC futómű hidraulika rendszere
6.25. ábra - Mercedes ABC futómű hidraulika rendszere


Ez a rendszer számos előnnyel rendelkezik. Gyorsan alkalmazkodik a mindenkori útviszonyokhoz, elsőrangú útfekvést téve lehetővé. A különösen dinamikus autózás érdekében 60 km/h fölött körülbelül 10 milliméterrel lesüllyeszti a kocsiszekrényt a sebességfüggő szintszabályozás. Ezáltal csökken a légellenállás és a fogyasztás, illetve fokozódik a komfort és a biztonság. Az elindulási és fékezési bólintás éppúgy jelentősen csökken, mint kanyarban az oldaldőlés. A kerekekre ható terhelés eloszlásából a rendszer felismeri az erős oldalszelet és segít a vezetőnek irányban tartani a járművet. Ugyanakkor ennek a rendszernek a felépítéséből következő elvi hiányossága, hogy az acélrugó karakterisztikája adott, azt nem tudja szabályozni, így a kerék-talaj kapcsolatot csak kismértékben javítja.

6.6.2. ABC rendszer légrugózással

A légrugózással kombinált ABC rendszer a kocsitest mindhárom szabadságfokú mozgását képes felügyelni és szabályozni. A gördülő membrános légrugók dinamikus levegőellátást szabályozva lehetővé teszi a jármű lengéskényelmének szabályozását. Ez különösen előnyös a változó terhelés esetén is a legnéskényelmi mutatók (percenkénti lengésszám, sajátfrekvencia, VDI lengéskényelmi mutató, ISO lengéskényelmi érték) kedvező érétken tartáshoz. De képes szabályozni a kocsitestnek a talajtól mért távolságát, vagy kézi kiválasztott érték szerint, vagy dinamikusan a jármű menetstabilitásának érdekében, például nagyobb sebességnél csökkenti a beállított szintet. Tehát megvalósítja a dinamikus padlószint (hasmagasság) szabályzását.

Aktív rugózás légrugókkal és szabályozott lengéscsillapítókkal (Mercedes Airmatic rendszer)
6.26. ábra - Aktív rugózás légrugókkal és szabályozott lengéscsillapítókkal (Mercedes Airmatic rendszer)


Az Airmatic rendszer légrugóit elektromotorral hajtott kompresszor integrált levegőelőkészítő, nyomásszabályzó és szintszabályzó egységeken keresztül táplálja. A járművezető a műszerfal középkonzolján elhelyezett kezelőszerven keresztül tud beavatkozni a szintállítás és a lengéscsillapítás paramétereibe.

6.7. Intelligens stabilizátorok

A karosszéria (felépítmény, kocsitest) oldaldőlésének szabályozására leggyakrabban a torziós keresztstabilizátort alkalmazzák. A keresztstabilizátor egy rúd formájú torziós rugó, mely két rugalmas csapággyal a kocsitesthez kapcsolódik. A torziós rúd két végéhez csavaró nyomaték kifejtésére alkalmas karok csatlakoznak. Ezek a karok a kerék melletti tengelycsonk nyúlványokhoz, vagy merev tengelytesthez kapcsolódnak rugalmas gumi csapágyakkal vagy kétcsuklós rudakkal. A kocsitest függőleges lengésekor a két kerék azonos fázisban ki-berugózik, így nem kap csavarónyomatékot a torziós rúd, ezáltal a lengési jellemő paramétereket nem befolyásolja. A kocsitest dőlésekor viszont a két kerék ellentétesen mozog a felépítményhez képest. A torziós rúdcsavarodik, ezáltal a billenést akadályozó ellennyomatékot szolgáltat. Tehát megállapítható, hogy sima útfelületen oldalszél, vagy kanyarodáskor fellépő oldalerők ellenében a torziós keresztstabilizátor kedvező szerepet tölt be: mérsékli a kerék függőleges irányú átterhelődését vagyis segíti a menetstabilitást. Ugyanakkor egyenes haladáskor keresztirányban egyenetlen, hullámos útfelületen haladó járműnek az egy futóműhöz tartozó kerekei ellentétesen ki-berugózhatnak, ilyenkor a hagyományos passzívnak minősíthető keresztstabilizátor a felépítményt az útegyenetlenséget követő káros billenő mozgásra kényszeríti. Az ilye egyszerű, nem szabályozott passzív stabilizátorokat csak kompromisszumos méretűre tervezik: oldalerőre valamelyest kisebb csillapítást szolgáltat, de kevésbé billenti a felépítményt keresztirányú útegyenetlenségeken.

Az intelligens stabilizátor torziós rúdja két félből áll, közöttük különböző elvi működésű és konstrukciójú elem teremti meg a kapcsolatot. Félaktív stabilizátorokban ez a kapcsolat kétállású: a két rúdrészt vagy teljesen összekapcsolja vagy szétválasztja. Aktív stabilizátor esetén a ketté választott rúd közepén egy feszülő lengő szerkezet helyezkedik el, amelyik külső energia bevitelével fokozatmentesen szabályozza a két rúd közötti torziós nyomaték áramlását és így lényegében a stabilizátor merevségét fokozatmentesen változtatja nulla és maximális érték között. A feszítő szerkezet lehet hidraulikus vagy elektromechanikus rendszerű.

6.7.1. Félaktív stabilizátor

A Tenneco félaktív stabilizátor hidraulikus szerkezettel teremti meg a kapcsolatot a torziós rúd kétfelé szétválasztott részei között. Az egyik félhez szögemelővel egy különálló hidraulikus munkahenger háza, a másik félhez a dugattyúja kapcsolódik. A munkahengernek a dugattyúval kettéválasztott részei között az olaj áramlását szelepek szabályozzák.

Ha a szelepek zárva vannak, a folyadék megakadályozza a stabilizátor felek egymáshoz képesti elfordulását. A teljes hidraulikus egység merev testként viselkedik. Ilyenkor hagyományos stabilizátorként működik. Kanyarodáskor az egyik végén megjelenő csavaró nyomaték megjelenik a másik végén, a felépítmény oldaldőlése mérsékelt marad.

Nyitott szelepeknél létre tud jönni a folyadék áramlás, a stabilizátor mindkét vége szabadon elmozdulhat. Nem alakul ki csavaró nyomaték a stabilizátorban ez az állapot használatos terepen.

Az előző két eseten kívül a valóságban végtelen sokféle kombináció fordulhat elő, mint például kanyarodás terepen, vagy nem egyforma kerék elmozdulások. Ezért tehát a szerkezet nem mindig működik ideálisan, de mindig jobban, mint a hagyományos stabilizátor.

A stabilizátor felek közötti hidraulikus kapcsolat
6.27. ábra - A stabilizátor felek közötti hidraulikus kapcsolat


Az első és a hátsó futómű stabilizátorai közötti hidraulikus összeköttetés hidraulikus kapcsolat
6.28. ábra - Az első és a hátsó futómű stabilizátorai közötti hidraulikus összeköttetés hidraulikus kapcsolat


6.7.2. Aktív stabilizátorok

Az aktív stabilizátorok félbevágott torziós rúdjait hidraulikus lengőmotor vagy elektromechanikus hullámhajtóműves szerkezet köti össze. Az első és hátsó aktív stabilizátorok között elektronikus kapcsolat van, így a szabályzó rendszer lehetővé teszi a felépítmény oldaldőlésének és bólintásának mérséklését.

Az aktív stabilizátor hatása a felépítmény billenésére
6.29. ábra - Az aktív stabilizátor hatása a felépítmény billenésére


BMW Dynamic Drive (DD) rendszerében „félbevágott” stabilizátor rudakat egy lengőmotor, illetve az abban lévő hidraulikaolajjal köti össze. A nyomás nagyságát az első és hátsó tengelyekre a DD központi irányítóegysége az oldalgyorsulás függvényében vezérli ki, az előre programozott és tanult jellegmezőknek megfelelő mértékben. Adott nyomás kivezérlésének hatására a stabilizátorrúd-felek egymáshoz képest elfordulnak a lengőmotor hosszanti tengelye körül. Az elfordulás hatására nyomaték ébred (Ms). Az aktív stabilizáló nyomaték a BMW E65 esetében 0,3 g oldalgyorsulásig teljesen meg tudja szüntetni a felépítmény dőlését. A 0,3 g feletti oldalgyorsulás hatására a felépítmény már megdől. A lengőmotorban a nyomás rendkívül gyorsan tud felépülni, az ECU által meghatározott értékre. Az oldalgyorsulás mértékétől függően elöl 5–80 barig, hátul 5–170 barig változhat a nyomás nagysága. Az útváltó szelep a folyadék áramlásának irányát határozza meg.

A hidraulikus aktív stabilizátor konstrukciója
6.30. ábra - A hidraulikus aktív stabilizátor konstrukciója


Ennek az aktív stabilizátornak az aktuátora egy szárnylapátos hidraulikus lengőmotor. A motor háza a félbevágott torziós rúd egyik feléhez, míg a szárnylapát a másik feléhez csatlakozik. A két párból összetevődő munkaterekhez irányított olaj nyomásának fokozatmentes szabályozásával lehet beállítani a szükséges relatív elmozdulást a két fél rúd között.

Hidraulikus lengőmotor beépítése és működése BMW Dynamic Drive (DD), hátsó futómű.
6.31. ábra - Hidraulikus lengőmotor beépítése és működése BMW Dynamic Drive (DD), hátsó futómű.


A Lexus aktív stabilizáló rendszer esetében a félbevágott stabilizátorrudakat egy kefe nélküli DC-motor köti össze. Az egyik fél a villamos motor forgórészéhez, a másik pedig a házhoz van erősítve, közéjük egy nagy áttételű hullámhajtóművet szereltek. A két stabilizátor rúd egymáshoz viszonyított elfordulását, az első és hátsó stabilizátor rudakhoz tartozó ECU határozza meg

  • az elkormányzási szög,

  • a járműsebesség,

  • a legyezésiszög-sebesség és

  • az oldalgyorsulás

érzékelőinek jelei alapján.

Elektromechanikus aktív stabilizátor beépítése (Lexus LS 660H/GS 450h)
6.32. ábra - Elektromechanikus aktív stabilizátor beépítése (Lexus LS 660H/GS 450h)


Ez a rendszer ívmenetben, sávváltáskor, fékezéskor, gyorsításkor egyaránt csökkenti a felépítmény billenő, bólintó mozgását, ezáltal javítja az utazási kényelmet és a jármű sajátkormányzási tulajdonságát, csökkenti a jármű sodródását. A szabályzó motorokra kivezérelt feszültségarányában a két stabilizátor rúd és a két futómű stabilizátorai között stabilizáló nyomaték ébred. Az ABC szabályzás ebben a fázisban kiterjed a lengéscsillapítóra is, az AVS (Adaptive Variable Suspension System = alkalmazkodóan változó lengéscsillapító rendszer) „sport” fokozatra átvált.

Az elektromechanikus aktív stabilizátor aktuátora: BLDC villanymotorral hajtott hullámhajtómű
6.33. ábra - Az elektromechanikus aktív stabilizátor aktuátora: BLDC villanymotorral hajtott hullámhajtómű


7. fejezet - Közúti járművek kormányzásának járműdinamikai követelményei, előírásai

7.1. Járművek kormányzásával szembeni általános követelmények

A közúti járművek kormányrendszere a biztonságkritikus generál alkatrészek, jármű fődarabok közé tartozik. A vezető a kormánykerék elfordításával csak kijelöli követendő útvonalat, vagyis csak szándékot fejez ki, de a kanyarodás közben a járműre számos, véletlenszerű tényező hat, ami eltéríteni igyekszik a járművet ettől az úgynevezett normagörbétől.

A vezető menetirány változtatási szándékát kifejező normagörbe és a tényleges pályagörbe között nincs egyértelmű függvénykapcsolat. A kormánykerék elfordítási szög, a kerekek elfordítási szöge, a kormányzási oldalerők, a futómű elemeiben fennálló rugalmasság, a kerék és az útfelület közötti erőkapcsolatok között nemlineáris, több részletében sztochasztikus a kapcsolat. Menet közben a vezetőnek folyamatosan újra kell gondolnia a kormánykerék elfordítása és a menetirány megváltozása közötti összefüggést, és végrehajtani a kialakított korrekciós mozdulatokat, amelyek közé értendő a gázpedál, a fékek, a sebességváltó működtetésének mozdulatai is. Erre a bonyolult, összetett feladatra számos olyan információ készteti, amelyek jelentősen túlmennek az optikai érzékelő képességén. Ilyen például a kocsitest billenő, bólintó mozgása, a jármű kereszt és hosszirányú gyorsulása, a kormánykerékre ható – a kerék által kifejtett – visszatérítő nyomaték. A vezető számára vizuális információk mellett a legfontosabb visszajelzést a kormánykeréken érzett nyomaték adja, ami a keréken kialakuló erőviszonyokat tükrözi.

Az eddigiekből következően a kormányrendszer általános feladata, hogy a kormánykerék elkormányzási szögét átalakítsa a kerekek egymástól különböző elkormányzási szögévé és egyértelmű információkat csatoljon vissza a jármű mozgásáról a kormánykerék, vagyis a vezető felé- Ez az általános feladat számos dinamikai és szerkezeti követelmény és előírás betartása, teljesítése révén teljesíthető.

A közúti járművek kormányrendszerének a következő általános követelményeknek kell megfelelnie:

  1. Kanyarodás közben a jármű kerekei oldalcsúszás nélkül gördüljenek.

    A kerekek oldalcsúszása a jármű menetstabilitására leginkább kiható negatív jelenség. Az oldalra csúszó kerék erőkapcsolati tényezője menetirányban 50-60%-ra, keresztirányban 10-20%-ra csökken, ezáltal lényegesen csökken a kerekek által felvehető menetirányba és oldalirányba mutató erő. Fékezéskor a kerekek megcsúszhatnak, blokkolhatnak, gázadáskor a hajtott kerekek kipöröghetnek, a kanyarodó jármű vízen sodródhat. A problémákat súlyosbítja az elektronikus menetszabályzók jelenleg még meglévő hiányossága, hogy csak a hosszirányú csúszást érzékelik, az a szabályzás referenciajele, de a keresztirányú csúszást – ami éppen a kormányzás következtében léphet fel – közvetlen érzékelő szenzorokkal nem követi. Ezt a követelményt a kormányzott kerekek elkormányzási szögének, a kerekek dőlésszögének és összetartási szögének precíz összehangolásával lehet teljesíteni. Kiinduló tételként kimondható, hogy akkor nem csúsznak oldalra a kerekek, ha forgástengelyük keresztülmegy a kanyarodás középpontján.

  2. A jobbra és balra kormányzás szimmetrikus legyen.

    A szimmetria követelménye egyaránt vonatozik az elkormányzási szögekre, a kormányrendszer áttételére és az elkormányzási nyomatékra. Ezeknek a paramétereknek a konkrét értékei különbözőek lehetnek akkor, ha a kanyarodás szempontjából a külső vagy a belső kerekekre vonatkoztatjuk. A szimmetria megvalósulását akkor lehet kijelenteni, ha a jobbra és balra kanyarodás esetén a pozíciót váltó külső és belső kerekekre ugyanazokat az értékeke, ugyanazokat a jellemző karakterisztikákat kapjuk. Ez műszakilag gyakran nehezen kivitelezhető feladatot jelent.

  3. A kormánykerék kerületén kifejtendő maximális erő ne haladja meg az előírt értéket.

    Rásegítési rendszer (szervórendszer) nélküli gépjárműveknél ez az érték jelenleg 150 N. Szervókormányos járműveknél a szervórendszer meghibásodása, a rásegítés kimaradása esetén kormányozható maradjon a jármű, akkor a maximális kerületi erő 400 N lehet.

  4. Az elkormányzás szögével arányosan növekedjen a kormánykeréken kifejtendő nyomaték.

    A vezető számára a jármű mozgási pozíciójáról, a különböző dinamikai hatásokról visszaérkező információk közül a kormányzási nyomaték a domináns jelzés. Ha a kormányzási nyomaték arányosan, fokozatmentesen növekszik a kormánykerék elfordítási szögével, akkor a vezető értékelheti a kerekek elkormányzási szögeinek irányát és nagyságát, követve a kanyarodás sugarát, várható ívét, biztonságérzetet ad számára, és zavaró jelenségek felbukkanásakor a szükséges korrekciós mozdulatokat nyugodtabban tudja végiggondolni és kivitelezni.

  5. A kormánykerék és a kormányzott kerekek között mechanikus kapcsolat legyen.

    Ez a követelmény nagymértéken növeli a kormányzás biztonságát. Ez a szigorú követelmény azonban ma már a különböző előírásokkal korlátozva bizonyos rugalmassággal értelmezhető. A tisztán, az egész járműre vonatkozó csak vezetékes, számítógépes rendszer (Steerbywire) még nincs engedélyezve, de összkerék kormányzású járműveknél a hátsó futómű kormányzását már nem szükséges mechanikus kapcsolattal a kormánykerékkel irányítani. Az adaptív intelligens kormányrendszereknél adódhat olyan szabályozási művelet, amikor a számítógép szabályozta rendszer a vezető által végzett kormánykerék elfordításával szemben éppen ellentétes irányba fordítják el a kormányzott kerekeket. Ilyenkor a jármű vezetőjének jogi felelőssége kérdésessé válik. Ennek a rendszernek a nemzetközi engedélyezésére dokumentumban szigorú követelményt írtak elő: a rendszer meghibásodása, helytelen működése esetén azonnal helyre kell állítani a közvetlen egyenes mechanikus kapcsolatot a kormánykerék a vezető visszavehesse az irányítást a jármű felett. Ennek műszaki lehetőségeivel, konkrét szerkezeti megoldásaival a 11. fejezet fejezet foglalkozik.

  6. Kanyarodás közben a jármű vagy járműszerelvény meghatározott sebességű folyosón belül haladjon.

    Sorozatgyártású járművek típusvizsgálata során, továbbá az egyedi gyártmányú járművek forgalomba állását megelőző vizsgálatok során számításokkal és járműtesztelésekkel igazolni kell, hogy az adott jármű a nemzetközileg szabványosított előírásoknak megfelel.

  7. Az egyenes menetirányból elkanyarodó jármű farseprése megadott értéken belül maradjon.

    Ezen követelmény teljesítése elsősorban hosszú járművek, járműszerelvények, mint például autóbuszok, csuklós autóbuszok, pótkocsis járműszerelvények esetén kíván speciális műszaki megoldásokat.

7.2. A járművek kormányzására kanyarodására vonatkozó elírások

A járművek kormányzására, kanyarodására világszinten az ECE TRANS 79, az európai szinten a 70/311/EGK; a 74/297/EGK; 91/662/EGK; a 92/62/EGK uniós irányelvek számos konkrét előírást, vizsgálati eljárást tartalmaznak. Ezek közül az alábbiakban a járművek kormányzási, kanyarodási képességeit, tulajdonságait leginkább minősíteni képes vizsgálati eljárásokkal foglalkozunk.

7.2.1. Kanyarodási folyosószélesség

A vizsgált jármű vagy járműszerelvény egyenesen haladva befordul a 12,5 m sugarú előre kijelölt körpályára oly módon, hogy a jármű elülső külső része a kijelölt kört folyamatosan érintse. (7.1. ábra)

Kanyarodási folyosó szélesség geometria jellemzői.
7.1. ábra - Kanyarodási folyosó szélesség geometria jellemzői.


Különösen fontos előírás ez a pótkocsis szerelvényekre és a csuklós autóbuszokra: Rk=12,5 m, Rb≥5,3 m. A jármű fokozatos kormánykerék elfordításával rátér a körívre, a kormánykerék állandósult helyzetében már a jármű határozott szélességű folyosón halad, miközben az elülső külső rész a megadott 12,5 m sugarú kört érinti. A körfolyosó belső körét a jármű hátsó belső része írja le, melynek sugara 5,3 m-nél nem lehet kisebb. Ennél a tesztnél nincs előírva a vizsgálati sebesség. Hosszú járműszerelvényeknél, tartószerkezeteket szállítós járműveknél gyakran ezt a szigorú előírást csak hátsókerék vagy összkerék kormányzással lehet teljesíteni.

7.2.2. Farseprés szélessége

A farseprés szélességének vizsgálatához nincs hozzárendelve konkrét vizsgálati sebessége. Ahogy a kanyarodási folyosószélesség méréséről, úgy erről a vizsgálatnál is megjegyezhetjük, hogy a statikus tesztek körébe tartozik. A vizsgálat kezdetén a jármű egyenesen áll és ebben a helyzetben a vezető jobb irányba teljesen ütközésig elfordítja a kormánykereket. Ezáltal valójában kijelöli a jármű minimális kanyarodási sugarát és a kanyarodás középpontját. (7.2. ábra)

A farseprés vizsgálatának sémája.
7.2. ábra - A farseprés vizsgálatának sémája.


A jármű elindul és kis sebességgel halad (2-5- km/h) és kijelölik a jármű hátsó külső pontja által leírt pályát. (7.2. ábra) Az egyenes haladni irányától való maximális értéke általánosan 0,8 m lehet, de csuklós autóbuszoknál ez elérheti az 1,5 m-t is. De a 0,8 m megengedett értéknél nagyobb farseprést csuklós autóbusz hátsó felületén jelezni kell, pl.:

Farseprés szélesség jelölése.
7.3. ábra - Farseprés szélesség jelölése.


7.2.3. Kettős sávváltás tesztje

A kettős sávváltás tesztje már dinamikus vizsgálat. Ennek során a szabványosított folyosón végighaladó jármű sebességét lépcsőzetesen növelni kell, de egy futam alatt a sebességet a kiválasztott konstans értéken kell tartani.

A kettős sávváltás vizsgálati folyosója. (ISO TR 3888-1975 (E))
7.4. ábra - A kettős sávváltás vizsgálati folyosója. (ISO TR 3888-1975 (E))


A kettős sávváltás elemzéséhez a vizsgálati folyosó alaprajzát az ISO TR 3888 számú nemzetközi szabvány írja le. (7.4. ábra) A folyosó sarkait műanyag bójákkal kell jelölni. A folyosó menetirányú koordinátái rögzített értékűek, a keresztirányú méreteket a vizsgálandó jármű szélessége alapján lehet meghatározni. A vizsgálati sebességet 5 km/h lépcsőkben kell növelni. Az első bójaütés sebessége jelenti a járműre vonatkozó kritikus sávváltási (előzési) sebességet. Ez a teszt gyors minősítést tesz lehetővé a jármű sajátkormányzottsági tulajdonságára, a kereszt stabilizátorok helyes működésére, a futómű paraméterek értékeire. Az alulkormányzott járművek kritikus előzési sebessége általában nagyobb, mint a túlkormányzott járműveké. A sebességet növeli a futóművek önkormányzási viselkedése, különösen a hátsó futóműnek a kifelé sodródás csökkentésére irányuló kerékösszetartás változási tulajdonsága. Ez a teszt alkalmas a gumiabroncsok vizsgálatára is. A gumiabroncs mérete, peressége, levegő nyomása érzékelhetően változtatja a kritikus sebességet. A kettős sávváltás vizsgálata a külső szemlélődő számára s látványos esemény, gyakran része is egy új gépkocsi nyilvános bemutatójának.

7.2.4. Állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt

Az állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt a jármű sajátkormányzottsági vizsgálatára szolgál. A körpálya sugara 50 m, a próbapályán jól látható vonallal kell ezt a kört felrajzolni. A vezető ezen a vonalon futtatja a jármű első baloldali kerekét. (7.5. ábra)

Az állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt alaprajza.
7.5. ábra - Az állandó sebességű, állandó sugarú körpályás teszt alaprajza.


A vizsgálat során mérni kell a kormánykerék elfordulási szögét 2-3 km/h lassú sebességnél. Ez a βL0 kiindulási értéke. A kormányszögadó a mérési sebességeknél (5-10-15- … -vmax) rögzíti a tényleges βL szöget. A kettő hányadosa a sajátkormányzási tényező:

 

(7.1)

A jármű sebességét (v) mérőkerékkel kell mérni, mivel a gépjárművek többségének a sebességmérő rendszere a sebesség növekedésével általában növekvő hibával működik. A jármű sebességét 5 km/ó lépcsőkben kell növelni, de egy körön belül a sebesség nem változhat. A jármű sebességéből és a kanyarodás sugarából meghatározható a jármű oldalgyorsulása:

 

(7.2)

Illetve a fajlagos oldalgyorsulása:

 

(7.3)

A számított értékekből meghatározható a jármű sajátkormányzási karakterisztikája. (7.6. ábra)

Sajátkormányzási karakterisztika.
7.6. ábra - Sajátkormányzási karakterisztika.


A jármű sajátkormányzottsági tulajdonsága és a sajátkormányzottság dinamikus változása a diagram alapján egzaktul minősíthető.

  1. Stabilan alulkormányzott a jármű: Sk>1, μs teljes tartományában, 1. karakterisztika.

  2. Stabilan túlkormányzott a jármű: 0<Sk<1, μs teljes tartományában, 2. karakterisztika.

  3. Alulkormányzott jármű az oldalgyorsulás növekedésével tulajdonságot vált és túlkormányzott lesz: 3. karakterisztika.

  4. A túlkormányzott jármű az oldalgyorsulás növekedésével tulajdonságot vált és alulkormányzott lesz: 4. karakterisztika.

  5. Az Sk<0 tartomány az ellenkormányzásra jellemző. Ebben a tartományba a jármű mozgása instabil, közúti közlekedésben életveszélyes, a salakmotorok, egyes versenyautók speciális tulajdonsága.

Közúton közlekedő járműveknél a legkedvezőbb, biztonságos sajátkormányzási tulajdonságot az 1. karakterisztikát képviseli. A jármű mindig enyhén túlkormányzott a vezető által végrehajtandó kormánykorrekció iránya megegyezik az elkormányzás kezdő irányával. Túlkormányzott jármű esetén a vezető korrekciós kormánymozdulata ellentétes az elkormányzás kezdő irányával, majd a keresztirányú növekvő amplitúdójú belengése. A változó kormányzottságú járművek irányítása a vezetőtől az átlagosnál nagyobb koncentrációt, nagyobb rutint igényel. Gyakorlati tapasztalatok, balesetelemzések alapján általános következtetésként megállapítható, az a jármű vezethető biztonságosabban, melynek a sajátkormányzottsági tulajdonsága 0,5 g értékig nem változik vagy a változás az alulkormányzottság felé mutat.

A járművek sajátkormányzási tulajdonságát leginkább meghatározza az első és hátsó futóművek billenése merevsége, momentán centruma, a kerekek, különösen a hátsó kerekek összetartás változási tulajdonsága. A sajátkormányzás mértékét keresztstabilizátorral illetve a hátsó kerekek kényszerkormányzásával jelentősen lehet csökkenteni. A körpályás teszteléssel minden felsorolt szerkezeti elem paramétert gyorsan és egyértelműen lehet minősíteni.

8. fejezet - Különböző kormányzási rendszerek geometriai, dinamikai elemzése

8.1. A közúti járművek kormányzási rendszereinek altípusai, általános geometriai jellemzők

A közúti járművek kormányzásának különböző rendszereit három altípusba lehet sorolni:

  1. Tengelykormányzás

  2. Alvázkormányzás

  3. Tengelycsonkkormányzás

Az alaptípusokon belül további jellegzetes konstrukciók találhatók, amelyek a jármű tengelyeinek számából következőn különböznek egymástól:

  • Kéttengelyes pótkocsik kormányzása

  • Háromtengelyes félpótkocsik kormányzása

  • Kéttengelyes gépjárművek kormányzása

  • Háromtengelyes gépjárművek kormányzása

  • Négytengelyes gépjárművek kormányzása

  • Csuklós autóbuszok kormányzása

A különböző kormányrendszerek geometriai, kinematikai elemzéséhez különböző általános jellemzők, paraméterek szolgálnak. Ezek közül a gyakoribbak:

  • Kerekek elkormányzási szögei: ezek még egy futóművön is különbözőek lehetnek. A kanyarodó jármű kerekei különböző kanyarodási sugáron gördülnek. A kerekek oldalcsúszás nélküli gördülésére vonatkozó követelmény akkor teljesül, ha a kerék síkja a gördülési körhöz húzott érintő irányába, vagyis a kerék kerületi sebesség vektorának irányába esik. Az érintő és a jármű hossztengelye által bezárt szög a kerék elkormányzási szöge. A kanyarodó jármű belső oldalán gördülő kerekek elkormányzási szögei β (β1, β2, … βi) a külső oldali kerekek elkormányzási szögeit α (α1, α2, … αi) betűkkel jelöljük:

  • Az adott futóműre vonatkozó elkormányzási szög jele Θ (Θ1, Θ2, … Θi), amely a futómű geometriai közepe által leírt kör érintője és a jármű hossztengelye által bezárt szög.

  • A kormánykerék elfordítási szöge βL, ami a jármű egyenes irányából az adott sugarú körön haladásig történő elkormányzás szögtartományát jelenti.

  • A kormányrendszer kinematikai áttétele:

  • Kanyarodási sugár, R: a jármű hossztengelyének távolsága a kanyarodás középpontjától

  • Legkisebb kanyarodási sugár, ρ: a kanyar közepétől a legmesszebben gördülő kerék távolsága.

  • Külső fordulási sugár, Rk: a jármű legkülső pontjának távolsága a kanyarodási középponttól.

  • Belső fordulási sugár, Rb: a jármű legbelső pontjának távolsága a kanyarodási középponttól.

  • Nyomtáv, B: az egy futóműhöz tartozó két kerék felfekvő felületeinek súlypontja (talppontja) közötti távolság.

  • Tengelytáv, L: két futómű geometriai tengelye közötti távolság.

8.2. Különböző kormányzási rendszerek elemzése

8.2.1. Tengelykormányzás

A tengelykormányzás geometriája.
8.1. ábra - A tengelykormányzás geometriája.


Ezt a kormányzási rendszert az úgynevezett vonóháromszöges pótkocsiknál ma is használják.

A kerekek forgástengelye a vonóháromszöggel elforgatott futómű tengely révén mindig átmegy a kanyarodás középpontján, így nincs szükség külön kormánymechanizmusra. A kerekek kis sebességnél oldalcsúszás nélkül gördülnek. Nagyobb sebességnél a fellépő centrifugális erő hatására ennél a kormányzási rendszernél is elkezdődik a kerekek rugalmas ferdefutása, majd oldalcsúszása.

Elhanyagolható oldalerők esetén viszonylag egyszerű ennek a kormányzási rendszernek a geometriai összefüggései:

Az elkormányzási szögek egyformák:

 

(8.1)

Így a jármű kanyarodási sugara:

 

(8.2)

A kormányzás szerkezeti felépítése igen egyszerű. Könnyű, kis sebességre tervezett pótkocsiknál elegendő egy függőleges csap, az úgynevezett királycsap kialakítása és az y tengely körül elforduló vonóháromszög beépítése. Korszerű, nagyobb pótkocsiknál a tengely elkormányzását és a vonóerő egyenletes szétosztását golyós koszorú garantálja.

8.2.2. Alvázkormányzás

Alvázkormányzás kinematikai sémája.
8.2. ábra - Alvázkormányzás kinematikai sémája.


Ez a kormányzási rendszer elsősorban a mobil munkagépek, vontatók kormányzását jellemzi. A jármű alváza két részre tagolódik, a két felet egy- vagy kétszabadságfokú csukló kapcsolja össze. Egyszabadságfokú csaukló akkor elegendő, ha az egyes alvázrészekhez tartozó futóművek felfüggesztése és rugózása lehetővé teszi az x tengely körüli elfordulást és a z tengely irányú mozgást. Ilyen konstrukciót alkalmaznak a vontató járműveken, ha a nagyobb sebesség és a jobb minőségű útfelület ezt megkívánja illetve megengedi.

Terepjáró vontatók, mobil munkagépek futóműveit mereven erősítik az alvázhoz, ezért a két alvázrésznek egymáshoz viszonyítva az x tengely körüli elfordulását lehetővé kell tenni. Ezt szolgálja az alvázrészek közötti kétszabadságfokú csukló. A z tengely körüli elfordítás jelenti az ilyen járműveknél a kényszerkormányzást. Kisebb ízelt alvázú járműveknél, mint például kerti kistraktoroknál, könnyű félpótkocsis vontatóknál az elkormányzáshoz elegendő egyszerű mechanikus szerkezet. Nagyobb tömegű járműveknél már hidraulikus szervórendszerek beépítése szükséges.

Az alvázkormányzású járműveknél a kormányzás geometriája viszonylag egyszerű: az alváz becsuklási szöge egyben az elkormányzási szögek (Θ) felel meg. A kerekek elkormányzási szöge egyenlő és megegyezik az elkormányzási szögel:

 

 

A központi alvázcsukló a tengelytáv felében helyezkedik el, így felírható:

 

(8.3)

Ebből a kanyarodás sugara:

 

(8.4)

Hasonlítsuk össze a három kanyarodási rendszert a jármű fordulékonysága szempontjából. Tengelykormányzás és tengelycsonkkormányzás esetén a kanyarodási sugár összefüggése egyaránt:

 

 

45°-os elkormányzást választva:

 

 
 

 

Az eltérés ilyen elkormányzáskor már 20%-os is lehet. Természetesen kis szögeknél a különbség elhanyagolható. Tehát nem a jármű fordulékonyságában mutatkozik meg az alvázkormányzás előnye, hanem a szerkezet egyszerűségében és a kerekek garantált oldalcsúszás nélküli gördülésében. Ugyanakkor jelentős hátránya ennek a kormányzási rendszernek a túl nagy farseprése és az álló helyzetben való elkormányzáskor a kerekek nagymértékű x és y tengely irányú elmozdulása. A hidraulikus szervókormányzású ízelt járművek kormánykerekek mellett gyakran látni a figyelmeztető táblát: „álló helyzetben kormányozni tilos!” Mindezekből következik a nemzetközi előírás, közúti gépjárműveken az alvázkormányzási rendszer nem alkalmazható.

8.2.3. Tengelycsonk kormányzás

A tengelycsonk kormányzás a közúti gépjárművek általánosan alkalmazott járműrendszere, melyet a korábbi szakirodalom feltalálója után Ackermann kormányzás néven is említ.

A tengelycsonk kormányzás szerkezetében a futómű három tengelyrészre tagolódik:

tengelytest és a két komplett kerék. A tengelytest a jármű felépítményéhez csatlakozik és a z tengely körüli elfordulását megfelelő kényszerek akadályozzák. A tengelytesthez a komplett kerék csonkállványán kialakított csuklós szerkezettel kapcsolódik a két kerék. A kerekek a tengelycsonk csuklók által meghatározott elkormányzási tengely körül fordíthatók el a kormánymechanizmus által. Az elkormányzás tengelyét különböző paraméterekkel lehet jellemezni. Ezzel részletesen a csapgeometria témakörének tárgyalásakor a 4. fejezet fejezetben foglalkoztunk.

A tengelykormányzás geometriai vizsgálatakor a jármű kinematikai sémáját a talaj síkjában ábrázoljuk. A járműmozgás sebességvektorait a kerekek talppontjába (N) illetve a tengelytest geometriai középpontjába helyezzük, a kerekek elkormányzásának középpontját az elkormányzási tengelynek a talaj síkjával képzett döféspontjába (D) pozícionáljuk. A 8.3. ábra ezt a kinematikai sémát mutatja.

A tengelycsonk kormányzás geometriája.
8.3. ábra - A tengelycsonk kormányzás geometriája.


A kinematikai séma alapján levezethetőek a kormányzás jellemző paraméterei. A külső kerékre vonatkozóan:

 

(8.5)

Ahol:

 

b

– az elkormányzási tengelyek döféspontjainak távolsága, melyet a trapézmechanizmus bázistávolságának is neveznek.

A belső kerékre vonatkozóan:

 

(8.6)

A tengelytest geometriai középpontjára vonatkozóan:

 

 

A Θ elkormányzási szögből meghatározható a jármű kanyarodási sugara:

 

 

A kormánymechanizmus névleges kinematikai áttételének (ik) ismeretében a kormánykerék elfordítási szögéből (βL) közvetlenül meghatározható a kanyarodási sugár:

 

(8.7)

A járművek kanyarodási tulajdonságára, fordulékonyságára jellemző adat a legkisebb kanyarodási sugár, amelyik ebben a kormányzási rendszerben az első külső kerék gördülési körének sugara a kormánymechanizmus végállásig történő elkormányzása esetén. A kinematikai vázlatból következően:

 

(8.8)

Ahol:

 

ls

– az N és D pontok távolságának y koordinátája, aminek az elnevezése kormánylegördülési sugár, vagy elkormányzási sugár.

A kormányrendszer geometriájának tervezésekor a jármű fordulékonyságának mértéke, a RO sugár a kiinduló adat. Ebből lehet meghatározni a kerekek maximális elkormányzási szögeit.

 

(8.9)

 

(8.10)

A jármű kanyarodása közben a belső és külső kerekeket eltérő szögben kell elkormányozni. Ennek a geometriai követelménynek könnyen eleget lehetne tenni egy olyan kormánymechanizmussal, amelyikkel az egyes kerekeket számítógépes szabályzású aktuátorok fordítják el az ideális szögekbe. A jármű vezetője csak szándékát fejezné ki a kanyarodás pályájára, normagörbéjére vonatkozóan. Ez lenne a Steerbywire kormányzási rendszer, amelynek alkalmazását jelenleg a nemzetközi előírások nem engedélyezik. Ezzel szemben a kormánykerék és a kormányzott kerekek között állandó mechanikus kapcsolatnak kell lenni. Tovább bonyolítja a kormánymechanizmus szerkezeti felépítését a kerekek rugózásából és az alkatrészek deformációjából adódó geometria változások kompenzálása. Ezekkel a kérdésekkel részletesebben a 9. fejezet fejezetben és a 10. fejezet fejezetben foglalkozunk.

8.2.4. Többtengelyes járművek kormányzása

A többtengelyes járművek kormányzása geometriáját és szerkezeti megoldását tekintve is több problémát vet fel. A kerekek kanyarodás közbeni oldalcsúszás-mentes gördülése csak összkerék kormányzással valósítható meg, kettőnél több tengelyes járművek esetén. Ilyen járművek döntő többségben a haszonjárművek, autóbuszok, teherautók, félpótkocsik kategóriájában fordulnak elő. Nehéz teherautóknál gyakori a háromtengelyes konstrukció. Ezeknél az első tengely kormányzott, a hátsó két tengely hajtott, nem kormányzott. (8.4. ábra)

Háromtengelyes teherautó kormányzása.
8.4. ábra - Háromtengelyes teherautó kormányzása.


A kanyarodás középpontja a két hátsó tengely terhelési súlypontján átmenő egyenesre esik. Ennek következtében a hátsó kerekek forgástengelyei már nem futnak át a kanyarodás középpontján. A hátsó kerekek radíroznak, oldalra elcsúsznak. Ezen a harmadik tengely számítógépes szabályzású kormányzásával lehet javítani. Korszerű, nagyméretű autóbuszoknál ilyen megoldás már megjelent. Ilyen kormányzási rendszerrel működik a Mercedes Tourismo háromtengelyes autóbusz.

Mercedes Tourismo autóbusz hátsókerék-kormányzással.
8.5. ábra - Mercedes Tourismo autóbusz hátsókerék-kormányzással.


Ennél az autóbusznál a hajtott B tengely vonalába esik a kanyarodás középpontja, ezek a kerekek oldalcsúszás nélkül gördülnek. Az első kerekek elkormányzása meghatározza a kanyarodás sugarát és a kanyarodási középpont helyzetét. A harmadik, C tengely kerekeit ennek megfelelően kell elkormányozni. Ezt egy hidraulikus szabályzó rendszer végzi. Az első kerekek elkormányzását a kormánygép által működtetett hidraulikus munkahenger érzékeli; a hátsó hidraulikus munkahenger ezt leképezi és a kormánytrapéz mechanizmus elfordításával beállítja a két hátsókerék optimális elkormányzási szögét.

Négytengelyes járműveknél a két első tengely kormányzott, a kanyarodás középpontja a két hátsótengely terhelési súlypontján átmenő egyenesre esik, ennek következtében a hátsó kerekek már nem saját síkjukban gördülnek, radíroznak, esetleg oldalra is csúsznak. Ilyen járművek Európában az ömlesztett áruk szállításának kedvelt, gyakran alkalmazott billenőplatós teherautói.

Négytengelyes teherautók kormányzása.
8.6. ábra - Négytengelyes teherautók kormányzása.


Háromtengelyes tengelykormányzott, vonóháromszöges pótkocsik kormányzásának geometriája hasonló a háromtengelyes, első tengelyen kormányzott teherautókéhoz. Az első kerkek tisztán gördülnek, a hátsó kerekek ferdén futnak. Kis kanyarodási sugárnál már erősen radíroznak, túlzottan igénybe veszik az útburkolatot.

Háromtengelyes nyerges pótkocsiknál a középső tengely vonala minden szabályzó mechanizmus nélkül átmegy a kanyarodás középpontján, így ezek a kerekek oldalcsúszás nélkül gördülnek. Az első és harmadik tengely kerekei viszont már nem tudnak csúszásmentesen forogni. Kis kanyarodási sugárnál már itt fellép a kerekek radírozása, oldalcsúszása is. Ennek csökkentése érdekében gyakran alkalmazott a harmadik tengely úgynevezett talajkormányzása. Ennél a konstrukciónál a harmadik futóművet tengelycsonk kormányzásúvá alakították át és a jelentős utánfutás következtében a két kerék automatikusan beállt a saját kanyarodási körére. Ennek a tengelynek a maximális terhelése 6 tonna lehet. Alapvető hátránya, hogy tolatáskor a kerekek kifordulnának, ezért megfelelő szerkezettel ilyenkor középhelyzetben rögzíteni kell a kormánymechanizmust. Emiatt ma már alig használjuk ezt a kormányzási rendszert. (8.7. ábra, 8.8. ábra)

Háromtengelyes félpótkocsi hátsókerék-kormányzással.
8.7. ábra - Háromtengelyes félpótkocsi hátsókerék-kormányzással.


BPW légrugós talajkormányzott pótkocsi futómű.
8.8. ábra - BPW légrugós talajkormányzott pótkocsi futómű.


Csuklós autóbuszok kormányzási rendszerét alapvetően a hajtásrendszer struktúrája határozza meg. Farmotoros csuklós autóbuszoknál a harmadik (C) tengely hajtott és nem kormányzott. Autóbuszok nagyobb teherbírású teherautók hajtott futóművei – a katonai futóműveket leszámítva – szinte kizárólag merevhidasak, lap- vagy légrugósak. A padló alatti motoros csuklós autóbuszok középső (B) tengelye hajtott és nem kormányzott.

A hátsókerék hajtású, tolócsuklós autóbuszok kormányzása könnyen és precízen teljesíti a geometriai paramétereket. A csuklós busz első kocsiteste hagyományos kéttengelyes járművel azonos kormányzási tulajdonságokkal rendelkezik. (8.9. ábra)

Hátsókerék-hajtású tolócsuklós autóbusz kormányzása.
8.9. ábra - Hátsókerék-hajtású tolócsuklós autóbusz kormányzása.


A kormánykerék elfordítási szöge meghatározza a kanyarodás sugarát és középpontját, a hátsó kocsitest kerekei tisztán gördülve, a gumiabroncsok tapadásából adódó oldalerő kényszerítő hatására olyan körpályát követnek, amelyiknél a kerék talppontjában húzott érintőre merőleges sugár átmegy az első kocsitest kanyarodási középpontján. Ettől eltérés, vagyis a hátsó kerekek oldalcsúszása akkor következik be, amikor a vezető álló helyzetben kormányoz, vagy amikor a hátsó hajtás miatt csúszós úton a hátsó kocsitest oldalra kicsúszik, becsuklik, „bebicsaklik”. Ezeknél a buszoknál a csuklószerkezet becsuklásgátló szerkezettel együtt készül, amelynek elsődleges referenciajelei a kormánykerék elfordítási szöge és a becsuklási szög. A becsuklásgátló nem kormányszerkezet, a kormányzást aktívan nem szabályozza, hanem a hátsó kocsitestnek a szabályos mozgásállapottól való eltérését akadályozza passzívan.

A hátsókerék-kormányzású csuklós autóbuszoknál az első kocsitest kormányzása klasszikus kialakítású, viszont a hátsó futómű kényszer-kormányzású. (8.10. ábra)

Csuklós autóbusz hátsókerék-kormányzással.
8.10. ábra - Csuklós autóbusz hátsókerék-kormányzással.


A két kereket kormánytrapéz mechanizmus köti össze, az elkormányzást a két kocsitest összekapcsoló főcsuklótól oldalra eltolt irányzó csuklóhoz kapcsolódó tolórúd végzi. A hátsó kerekek gördülési pályáját a két csukló távolságával lehet meghatározni. A hátsókerék-kormányzású autóbuszok nagy előnye a kisebb kanyarodási folyosó szélesség, ami belvárosi közlekedésben különösen előnyös. Viszont konstrukciós hátrányuk, hogy a padló alatti motorbeépítés miatt alacsonypadlós kivitelben nem gyárthatóak.

9. fejezet - Közúti járművek kényszerkormányzási és sajátkormányzási tulajdonságai

9.1. A különböző kormányzási tulajdonságok elemzése

A közúti járművek kanyarodási vizsgálata során különböző kormányzási tulajdonságok fordulnak elő:

  • Kényszerkormányzás,

  • Sajátkormányzás,

  • Önkormányzás,

  • Talajkormányzás,

  • Vezetéken keresztül történő kormányzás (steer-by-wire)

Kényszerkormányzást gyakorol a jármű vezetője, amikor a kormánykerekeket elfordítja és a kormánykerékkel közvetlen mechanikus kapcsolatban álló kormányzott kerekeket meghatározott kinematikai összefüggések szerint elfordítja, és ezáltal kijelöli a kanyarodás sugarát és középpontját. Ennek a vezérlési folyamatábrája a (9.1. ábra) ábrán látható.

A kényszerkormányzás folyamatábrája kéttengelyes járműveknél.
9.1. ábra - A kényszerkormányzás folyamatábrája kéttengelyes járműveknél.


A 9.1. ábra jelölései:

 

βL

– kormánykerék elfordítási szög

 

Θ

– a kormányzott futómű közepére vonatkoztatott elkormányzási szög

 

ΘV

– a futómű középpont sebességvektorának irányszöge a jármű hossztengelyéhez viszonyítva.

 

α

– a külső kerék elkormányzási szöge, vagyis a kerék középsíkjának, szimmetria síkjának elkormányzási szöge.

 

αV

– a külső kerék sebességvektorának irányszöge.

 

β

– a belső kerék sebességvektorának irányszöge.

 

βV

– a belső kerék sebességvektorának irányszöge.

 

R

– a névleges, kiszámított kanyarodási sugár.

 

RV

– valós kanyarodási sugár.

 

O

– a kanyarodás névleges, kiszámított középpontja.

 

OV

– a valós középpont.

Ha a jármű minden zavaró körülménytől mentesen kanyarodik, akkor a kerék sebességvektora belesimul a kerék középpontjába, szakkifejezéssel a kerék a saját síkjában gördül. Ilyenkor az elméletileg kiszámított, névleges paraméter értékek azonosak a valós, tényleges értékekkel. A 8. fejezet fejezetben ezeket a paraméter értékeket határoztuk meg.

Kényszerkormányzásnak minősíthető a hátsókerék kormányzású csuklós autóbuszokon a hátsó kocsitest kanyarodásának irányítása is. Az első kocsitest kényszerkormányzását a kormánykerék szög irányítja, míg a hátsó kocsitest kormányzását a kormánykerék szög által meghatározott becsuklási szög (γ) vezérli. Ennek a kormányzásnak a folyamatábráját a 9.2. ábra szemlélteti.

A kényszerkormányzás folyamatábrája hátsókerék kormányzású csuklósbusznál.
9.2. ábra - A kényszerkormányzás folyamatábrája hátsókerék kormányzású csuklósbusznál.


A 9.2. ábra jelölései:

 

Θ1

– az első kocsitest első futóművének tengelyközepére vonatkoztatott kerék elkormányzási szög.

 

γ

– a két kocsitest közötti becsuklás szöge.

 

1 index

– az első kocsitestre vonatkozó paraméterek.

 

2 index

– a hátsó kocsitestre vonatkozó paraméterek.

A paraméterek egyenlősége azt fejezi ki, hogy mind a két kocsitest kerekei a saját síkjukban gördülnek, a kanyarodási sugár és középpont a névleges kiszámított értékeket megtartja, vagyis a névleges a valós helyzetet is jelenti egyben.

A sajátkormányzás a gumiabroncs rugalmas viselkedéséből következik. A rugalmas abroncsú kerekekre egyenes haladás vagy kanyarodás közben valamilyen oldalerő hat, amit előidézhet centrifugális erő, oldalszél, az útfelület oldalirányú lejtése, aminek következtében a gumiabroncs deformálódik és a saját síkjával meghatározott δ szögben, ferdén gördül, vagyis a kerék sebességének vektora δ szöget zár be a kerék síkjával. Ennek következtében megváltoznak a kormányzási paraméterek valós értékei, miközben a vezető által kivezérelt értékek változatlanok maradnak. Az eltérés utolsó mozzanataként megváltozik a kanyarodás sugara és a kanyarodás középpontja is. Tehát a jármű önállóan, saját maga kormányzási műveletet végez. Innen ered a sajátkormányzás megnevezés. A sajátkormányzással kiegészített, megváltozott kanyarodás folyamatábrája a (9.3. ábra) ábrán követhető.

A sajátkormányzás hatása a kanyarodási folyamatra.
9.3. ábra - A sajátkormányzás hatása a kanyarodási folyamatra.


A 9.3. ábra új jelölései:

 

δe

– a valós sebességvektor és a kivezérelt elkormányzási irány által bezárult ferdefutási szög az első futómű tengelyközepén.

 

δ1

– a kanyar külső kerekének síkja és a valós sebességvektor által bezárt ferdefutási szög.

 

δ2

– a kanyar belső kerekének síkja és a valós sebességvektor által bezárt ferdefutási szög.

A változó nagyságú oldalerő hatására a jármű változó kanyarodási sugarakat ír le, vagyis változó pályán halad, miközben a kormánykerék elkormányzási szöge, a kerekek elkormányzási szögei nem változnak, tehát a jármű sajátkormányzást folytat.

Önkormányzást az intelligens futóművek végeznek, amikor ki-berugózás, erőhatás változására a kerekek összetartását módosítják, vagyis ténylegesen a kerekeket a kormánykerék rögzített állásában is képesek elkormányozni. Ezt magyarázza a 9.4. ábra.

járművek önkormányzási folyamata.
9.4. ábra - járművek önkormányzási folyamata.


A 9.4. ábra új jelölései:

 

Θk

– az első futómű tengelyközepéhez tartozó sebességvektor irányszöge a jármű hossztengelyéhez viszonyítva a kerekek összetartásának változása után.

 

γe

– az első futómű tengelyközepéhez tartozó sebességvektor irányszögének változása a kerekek összetartásának változása után.

 

αk

– a külső kerék módosult elkormányzási szöge összetartásának változása után.

 

γ1

– a külső kerék összetartás változásának szöge.

 

βk

– a belső kerék módosult elkormányzási szöge, összetartás változása után.

 

γ2

– a külső kerék összetartás változásának szöge.

 

Rk

– a jármű módosult kanyarodási sugara a kerekek önkormányzása következtében

 

Ok

– a kanyarodás módosult középpontja a kerekek önkormányzása következtében

A talajkormányzás, más néven önbeálló kormányzás nem igényel mechanizmust. A kerék csapgeometriájának megfelelő értékei, elsősorban nagy utánfutás (na) esetén a saját síkjának irányában gördül és nem vesz fel oldalerőt, a kerék talppontja (N) mindig az elkormányzási tengelynek az útfelülettel képzett döféspontját (D) követi.

A talajkormányzott kerék csak a tengelyterhelés felvételben vesz részt, de a jármű iránystabilitását nem támogatja.

Vezetéken keresztüli kormányzás (steer-by-wire) rendszerében a jármű vezetője nincs mechanikus kapcsolatban a kormányzott kerekekkel. A haladás irányára, annak megváltoztatására csak szándékát fejezi ki, majd a fedélzeti számítógép a jármű állapotára, a közeli és távoli környezetére vonatkozó információk alapján elkormányozza a jármű kerekeit. A rendszer meghibásodása esetén nem tudja a jármű menetirányát változtatni, az esetleges balesetveszélyt elhárítani. A nemzetközi előírások jelenleg még nem engedélyezik a teljes steer-by-wire rendszert. Az új kutatások, fejlesztések arra irányulnak, hogyan lehetne egymástól független többkörös szabályzási rendszert beépíteni a teljes biztonság érdekében.

A felsorolt kormányzási tulajdonságok a jármű kanyarodása közben különféle variációkban jelentkezhetnek. Például egy multilink futóműves jármű nagy oldalgyorsulású kanyarodásakor a kényszerkormányzás paramétereit módosítja a kerekek ferdefutás és a kerekek összetartás változása is. Viszont parkolás közben nincs jelentősége a sajátkormányzási tulajdonságnak és a kerekek önkormányzási képességének. Egyenes haladásakor oldalszélben a jármű kényszerkormányzás nélkül is kanyarodni kényszerül, éppen a gumiabroncsok ferdefutása miatt. A következőkben a kényszerkormányzás és a sajátkormányzás együttes dinamikai hatását vizsgáljuk kéttengelyes jármű esetén.

9.2. A rugalmas gumiabroncs ferdefutása, jellemző paraméterek

A rugalmas gumiabronccsal rendelkező járműkerék oldalerő hatására eldeformálódik. Ha a deformálódott kerék gördül az útfelületen, akkor a sebesség vektor nem simul bele a kerék szimmetria síkjába, hanem azzal egy meghatározott szöget zár be, vagyis a kerék oldalra gördül. Ha ez az oldalazás csak olyan mértékű, hogy a kerék felfekvő felülete nem csúszik oldalra, akkor a szakirodalom ezt a gumiabroncs ferdefutásának nevezi. (9.5. ábra)

A gépjárműkerék gördülése oldalerő nélkül és oldalerővel
9.5. ábra - A gépjárműkerék gördülése oldalerő nélkül és oldalerővel


A δ szöggel határolt ferdefutási tartomány egy biztonsági zónát jelent, amelyen belül nincs még makroszkópikus oldalirányú csúszás, így a hossz - és keresztirányú erőkapcsolati viszonyok alig változnak. A δ szög egy adott gumiabroncsra, annak beépítési és működési körülményeire vonatkoztatható. Nagyságát befolyásolja a gumiabroncs mérete, mintázata, anyaga, szövetvázának szerkezete, felületi hőmérséklete, kerék függőleges és oldalirányú terhelése, a jármű sebessége, az útfelület minősége, szennyezettsége, nedvessége, az út felületi hőmérséklete. Az oldalirányú megcsúszást még nem okozó δ ferdefutási határszög elnevezése a kerék saját ferdefutási szög. Ezzel szemben megkülönbözteti az úgynevezett kikény­szerített ferdefutási szöget, melyet általában α-val jelölünk. A kikényszerített ferdefutás leginkább a kerék dőléséből, összetartásából, széttartásából, nyomtáv megváltozásából, hibás kormánygeometriából adódik. A két szög egymáshoz mért nagysága alapvetően befolyásolja a gumiabroncs kopását, és a jármű menetstabilitását. Ha a kikényszerített ferdefutási szög (α) kisebb a kerék oldalcsúszást még nem okozó saját ferdefutási szögnél (δ), akkor a gumiabroncs felfekvő felülete nem csúszik oldalra (nem radíroz), a kerék továbbra is felveszi a hossz és keresztirányú erőket (vonóerő, fékerő, centrifugális erő), a jármű haladása stabil marad, a gumiabroncs nem kopik rendellenesen (fűrészfogasan). Ezzel szemben, ha különböző műszaki okokból (leginkább kompromisszumokból) összeadódó, kikényszerített ferdefutású szög (α) nagyobb a kerék saját ferdefutású szögénél (δ), akkor a kerék oldalra megcsúszik, aminek a következtében gumikopás lép fel, a kerék által a felvehető hossz és keresztirányú erők hirtelen lecsökkennek, a jármű elvesztheti a stabilitását. Ez különösen a kanyarodás közbeni fékezéskor lehet veszélyes mértékű.

Az utóbbi időben egyes korszerű gépkocsiknál is jelentkező gumikopások, nagyrészt erre az egyenlőtlenségre vezethetőek vissza.

A gumiabroncs ferdefutási tulajdonságának leírására különböző paraméterek, karakterisztikák szolgálnak. Ezeket számítógépes modellezéssel, laboratóriumi és országúti tesztelésekkel határozzák meg. Ezek a paraméterek a futómű tervezés és beszabályozás kiinduló adatai. A legértékesebb karakterisztikák a gumiabroncs függőleges terhelése, a kerék által felvett oldalerő, a kerék visszatérítő nyomatéka, a jármű sebessége, a gumiabroncs utánfutása és a gumiabroncs ferdefutási szöge közötti összefüggéseket ábrázolják. Ezeket a karakterisztikákat egy korszerű autóbusz gumiabroncsára vonatkoztatva mutatja be a (9.6. ábra, 9.7. ábra, 9.8. ábra) ábrán.

Az oldalerő, a kerékterhelés, a sebesség, és a ferdefutási szög összefüggései
9.6. ábra - Az oldalerő, a kerékterhelés, a sebesség, és a ferdefutási szög összefüggései


A visszatérítő nyomaték, a kerékterhelés, a sebesség és a ferdefutási szög összefüggései.
9.7. ábra - A visszatérítő nyomaték, a kerékterhelés, a sebesség és a ferdefutási szög összefüggései.


Az oldalerő, a kerékterhelés, a visszatérítő nyomaték, a gumiabroncs utánfutása és a ferdefutási szög összefüggései. Ez a Gough-féle diagram
9.8. ábra - Az oldalerő, a kerékterhelés, a visszatérítő nyomaték, a gumiabroncs utánfutása és a ferdefutási szög összefüggései. Ez a Gough-féle diagram


9.3. A kanyarodó jármű dinamikus mozgásviszonyai

A gumiabroncs ferdefutási tulajdonságai a jellemző paraméterek értékeitől függően jelentősen megváltoztatják a jármű kanyarodás közbeni viselkedését, menetstabilitását. A (9.9. ábra) ábrán kinematikailag jól követhető az a változás, melyet a rugalmas gumiabroncs ferdefutása idéz elő.

A rugalmas gumiabroncs hatása a jármű kanyarodási folyamatára.
9.9. ábra - A rugalmas gumiabroncs hatása a jármű kanyarodási folyamatára.


A Θ elkormányzási szöggel kanyarodásra kényszerített jármű lassú sebességen, ideális köríven halad, melynek sugara:

 

 

A kerékre nem hat oldalerő, mindegyik kerék oldalcsúszás nélkül a saját síkjában gördül, vagyis a kerekek sebességvektorai belesimulnak a kerék szimmetria síkjába, a futóművek közepének sebességvektorai irányukat, nagyságukat tekintve egyértelműen meghatározhatóak. A sebesség növelésével a kerekekre ható centrifugális erő fokozódik, a rugalmas gumiabroncsok deformálódnak, és ferdefutásba kezdenek. Ennek eredményeként a jármű oldalirányba kúszik, és letér a kényszerkormányzás által kijelölt körpályáról. De mindaddig, amíg a kerekek nem csúsznak meg oldalra, vagyis ferdefutásuk nem oldalra, vagyis ferdefutásuk nem lépi túl a ferdefutási határsebességet, addig mozgása korrigálható, menetstabilitását nem veszti el. Ebben a stabil tartományban nevezhetjük ezt a dinamikai mozgásállapotot a jármű sajátkormányzásának. A kerekek ferdefutásából adó­dóan kialakulnak az első és hátsó futóművek eredő ferdefutási (oldalkúszási) szögei, va­gyis a futóművek tényleges sebességvektorainak irányai eltérnek a kormánykerék elfordítá­sából következő eredeti irányoktól, ezáltal a kanyarodás középpontja eltolódik, a kanyarodás sugara megváltozik. Úgy tűnik, mintha a jármű saját magát elkormá­nyozná, miközben a kormánykerék elfordítási pozíciója, és így a kerekek elkormányzási szögei változatlanok maradnak.

A 9.9. ábra jól mutatja a rugalmas gumiabroncs okozta dinamikai változásokat. A kerekek ferdefutási szögeinek eredőjeként kialakul a jármű első és hátsó futóműveinek középpontjára vonatkoztatott sebességvektorok irányszögének változása, azaz eltérése a statikus mozgás irányaitól. Az első futóműnél az eltérési, kúszási szög δ1, a hátsó futóműnél δ1. A kanyarodás középpontja (O) eltolódik, a kanyarodás sugara módosul (R). A geometriai adatokkal felírható változás:

 

(9.1)

A kanyarodás effektív, valós sugara:

 

(9.2)

Az összefüggések további elemzéséhez egy olyan kanyarodási szituációt választunk, amikor a kormányzott futómű elkormányzási szöge (Θ) kisebb 8 foknál. Ilyen kis szögeknél a tangens függvény helyett magát a szögértéket vehetjük figyelembe, de radián egységben kifejezve. Így a kanyarodás sugara jó közelítéssel:

 

(9.3)

Ebből az összefüggésből jól kiolvasható, hogy a jármű valós kanyarodási sugara a két futómű oldalkúszási szögének különbségétől függ. Ez alapján három jellemző dinamikai helyzetet lehet megkülönböztetni:

  • δ1 > δ2 – ebből következik R > R0, a jármű nagyobb sugarú íven fordul, „egyenesíti a kanyart”, úgy viselkedik, mintha a vezető nem fordította volna el eléggé a kormánykereket. A jármű sajátkormányzási viselkedése alulkormányzott.

  • δ1 < δ2 – ebből következik R < R0, a jármű hátulja sodródik, kisebb ívre fordul: túlkormányzott a jármű.

  • δ1 = δ2, R = R0, a jármű semleges viselkedésű.

A jármű vezethetősége szempontjából kedvező a semleges vagy az alulkormányzott, kedvezőtlen a túlkormányzott jármű. Alulkormányzott jármű dinamikus vezetése közben a vezető a kormánykereket a kanyarodás kezdetekor βL szöggel fordítja el, de a jármű a vártnál nagyobb íven kanyarodik. A vezetőnek korrekciós mozdulatot kell végeznie, tovább kell a kormánykereket (ΔβL) szöggel fordítani, tehát a vezérlő jel βL0 és a ΔβL korrekciós jel azonos előjelű, a szabályzás stabilnak minősíthető. A túlkormányzott járműnél βL0 vezérlőjel hatására a jármű kisebb körön kanyarodik, a kormánykerekeket visszafelé kell fordítani, a korrekciós jel -ΔβL. A negatív szabályozás következtében a jármű hajlamos a túllendülésre, a vezető elbizonytalanodik, fennáll a stabilitás teljes elvesztésének veszélye.

Általánosságban alulkormányzott sajátkormányzású az orrmotoros elsőkerék-hajtású jármű, és túlkormányzott a farmotoros, hátsókerék-hajtású jármű. De megismételve a 2. fejezet fejezetben a járművek sajátkormányzásának vizsgálatára irányuló előírásokat és teszteket, összefoglalásként kijelenthető, hogy a járművek sajátkormányzási tulajdonsága az oldalgyorsulás növekedésével megváltozhat, kedvezőtlenebbé is válhat. A különböző intelligens rendszerek a kedvezőtlen változásokat mérsékelhetik.

10. fejezet - Kormányrendszerek jellemző szerkezeti egységeinek elemzése

10.1. A kormányrendszer szerkezeti felépítése, jellemző típusok

Az ENSZ-EGB közlekedésbiztonsági előírásai szigorúan meghatározzák a közúti járművek kormányzásának műszaki jellemzőit. Ezek közül a legfontosabb előírás szerint a gépkocsiknál a kormánykerék és a kormányzott kerekek között mechanikus kapcsolatnak kell lenni. Ezt a mechanizmust különösen bonyolulttá teszi az a menetstabilitási követelmény, mely szerint a kerekeknek a jármű felépítményéhez viszonyított mozgásakor (ki-berugózáskor, kanyarodás közbeni oldalbillenéskor, fékezés vagy gyorsítás közbeni bólintáskor stb.) kerekeknek nem szabad elkormányzódni. A mechanizmus hibájából adódó elkormányzódás különösen kedvezőtlen a merevhidas futóműveknél, miután a kormányrudazat kialakításából következően az elkormányzódás azonos irányú a két keréken, ami a jármű sétálásához, sávváltásához vezethet. Független felfüggesztésű futóműveknél az elkormányzódás két keréken ellentétes, ami ugyan a jármű iránytartását nem befolyásolja, de gumikopást, a tapadási erők csökkentését eredményezheti. Egyes korszerű járműveknél gyakran jól megtervezett célfüggvény szerint a kerekek elkormányzódását a ki- és berugózás és/vagy erőhatás függvényében lehetővé teszik éppen a jármű stabilitásának növelése érdekében. Az ilyen futóműveket önkormányzott vagy passzív kormányzású futóműveknek nevezik.

A kormányrendszer felépítését, szerkezeti struktúráját elsősorban a futómű típusa határozza meg. Más szerkezeti egységek alkotják a merevhidas futóművel felszerelt haszonjárművek kormányrendszerét, mint a korszerű személyautók intelligens kormányrendszerét.

Merevhidas futóművel felszerelt jármű kormányrendszere.
10.1. ábra - Merevhidas futóművel felszerelt jármű kormányrendszere.


Független kerékfelfüggesztésű futóművel szerelt jármű kormányrendszere.
10.2. ábra - Független kerékfelfüggesztésű futóművel szerelt jármű kormányrendszere.


A kormányrendszerek mechanikus szerkezetének jellemző típusait a (10.1. ábra és 10.2. ábra) ábrákon mutatjuk be. Mindkét ábrán azonos számozás szerint jelöltük a különböző szerkezeti egységeket:

1 – fékalaplemez

2 - függő csapszeg

3 – trapézkar

4 - merev híd

5 – tengelycsonk

6 – nyomtávrúd

7 - irányzó kar

8 – tolórúd

9 - kormánygép lengőkar

10 – kormánygép

11 - kormánykerék tengely

12 – kormánykerék

13 - összekötő rúd

14 - segédirányzó kar

15 - kerékösszetartást állító csavar.

A (10.2. ábra) ábrán a személyutók két jellegzetes kormányrendszer típusa látható. A közepes és kisebb személyautókban általában fogasléces kormánygépet szerelnek, a nagyobb személyautóknál a kormányzási művelet megkönnyítésére egylengőkaros, hidraulikus szervó kormánygépet és segédirányzókart alkalmaznak.

Autóbuszoknál a független felfüggesztésű és a merevhidas futóműveket és a hozzájuk tervezett kormányrendszereket szinte azonos arányban építik be. A városi közlekedésben üzemelő autóbuszokon a merevhidas, kormányösszekötő rudas rendszerek (10.3. ábra), a távolsági autóbuszokon a független felfüggesztésű futóművek fogasléces kormánygéppel kiegészítve a korszerű konstrukciók. (10.4. ábra) Autóbuszokon speciális kormánygép tengelyhajtást kell alkalmazni abból a szerkezeti adottságból következzen, hogy a kormánykerék a kormányzott futómű előtt 2-3 m távolságban helyezkedik el. A kormánykeréktől a kormánykerék tengely közel függőlegesen lefelé halad, ahonnan egy fogaskerekes szöghajtóművön keresztül jut el a futóműre szerelt kormánygépig.

Városi autóbusz merevhidas futóműve és kormányrendszere (ZF).
10.3. ábra - Városi autóbusz merevhidas futóműve és kormányrendszere (ZF).


Távolsági autóbusz független felfüggesztésű futóműve és kormányrendszere (ZF).
10.4. ábra - Távolsági autóbusz független felfüggesztésű futóműve és kormányrendszere (ZF).


Mercedes Travego autóbusz kormányrendszere
10.5. ábra - Mercedes Travego autóbusz kormányrendszere


10.2. A kormányrendszer geometriai jellemzői

Ebben a fejezetben a kormányrendszer szerkezeti felépítését meghatározó geometriai jellemzőkkel foglalkozunk:

  • Kormánytrapéz geometriája

  • Kormányzási hibagörbe

  • Kormányrendszer kinematikai áttétele

  • Kormánymechanizmus póluspontja.

10.2.1. Kormánytrapéz geometriája

A nemzetközi előírások szerint a kormánykerék és a kormányzott kerekek között állandó mechanikus kapcsolatnak kell lenni. Ezt a szigorú követelményt úgy kell a csuklókból és rudazatokból álló mechanizmusoknak teljesíteni, hogy a jármű kanyarodása közben a kerekek elkormányzási szögei minden elkormányzási pozícióban megfeleljen az oldalcsúszás-mentes gördülés kinematikájának. A kanyar külső és belső kerekek összehangolt elkormányzását a kormánytrapéz garantálja. A merevhidas futóművel szerelt járműveknél a kormánytrapéz geometriailag is az egyenlő oldalú trapézt jeleníti meg. (10.6. ábra)

Merevhidas futómű kormánytrapéz mechanizmusa.

1 – Kormánygép; 2 – Összekötőrúd; 3 – Trapézkar; 4 - Kormánygép lengőkar; 5 – Irányzókar; 6 – Kormányrúd; γ – trapézkar alapszöge

10.6. ábra - Merevhidas futómű kormánytrapéz mechanizmusa.


Független felfüggesztésű futóműveknél a kormánytrapéz osztott rúdelemekből épül fel. A trapéz összekötő rudazatának szerkezete attól függ, milyen típusú a kormánygép a kilépő mozgató elemet tekintve. Fogasléces kormánygépből szimmetrikusan két mozgató csukló lép ki, a hozzá kapcsolt jobb- és baloldali nyomtávrúd képezi a trapéz összekötő oldalt. (10.7. ábra)

Kormánytrapéz kialakítása fogasléces kormánygéppel.

3 – trapézkar; 4 – nyomtávrúd; 5 – meghajtó fogaskerék; 7 – fogasléc gömbcsukló; 8 – fogasléc

10.7. ábra - Kormánytrapéz kialakítása fogasléces kormánygéppel.


Az egylengőkaros kormánygépek felszerelésekor a trapéz összekötő oldalába egy kormánynégyszöget kell beépíteni a mechanizmus szimmetriájának megteremtése érdekében. (10.8. ábra)

Egylengőkaros kormánygéppel működtetett mechanizmus kormánynégyszög és kormánytrapéz rudazattal.

1 – kormánygép; 2 – segédirányzókar; 3 – összekötőrúd; 4 – nyomtávrúd; 5 – trapézkar

10.8. ábra - Egylengőkaros kormánygéppel működtetett mechanizmus kormánynégyszög és kormánytrapéz rudazattal.


A kormánytrapéz geometriai szerkezetének kiszerkesztése és számítása viszonylag egyszerű feladat a merevhidas első futóművel szerelt járműveknél. Elegendő a trapézkar hosszát és a trapézkar szögét meghatározni. Ehhez jól bevált geometriai eljárás a Causant szerkesztés (10.9. ábra)

A kormánytrapéz Causant szerkesztése.
10.9. ábra - A kormánytrapéz Causant szerkesztése.


A trapézkar y hosszát előzetesen lehet meghatározni a kormányzott tengelycsonk környezetének ismeretében. A trapéz bázistávolságát (b) annak a két pontnak (A, B) a távolsága adja, amelyek az elkormányzási tengelyek és a trapézkaron lévő gömbcsuklók közepén átmenő, és az elkormányzási tengelyre merőleges síkok döféspontja. A tengelytáv (L) ismeretében megrajzolható a jármű alaprajza. Közepes elkormányzási (θ = 18 - 20°) szöget felvéve kiszerkeszthető a kanyarodás középpontja és a belső és külső kerekek elkormányzási szögei (α, β). A további szerkesztést 1:1 léptékben lehet folytatni a következő sarokpontok ismeretében:

  • D – a trapézkarnak (y) a kanyarodás középpontjától számított végpontja.

  • E – az y sugarú köríven az α+β szöghöz tartozó pont.

  • F – a D-E húr felezőpontja

  • G pontok – a szerkesztés és a számítás így a z távolság ismeretében jelölhető ki.

A szerkesztés és számítás menetét a vonalak sorszámai mutatják. A Causant szerkesztéssel a hátra illetve az előre nyíló trapézkarok φ és φ’ alapszögeit egyszerre lehet meghatározni. A megszerkesztett kormánytrapéz geometriával felépített kormányrendszer akkor garantálja a szöghiba-mentes kormányzást, ha a kerekek dőlésszöge (γ) kisebb 1°-nál, a csapterpesztés nem haladja túl az 5 fokot, a csaphátradőlés (ε) maximum 5°. Ezeknél nagyobb szögértékeknél a kerekek már oldalazva gördülnek.

A független felfüggesztésű futóművek kormánymechanizmusának pontos geometriai tervezése már összetettebb feladat. A trapézkar hosszának és alapszögének kiszerkesztésével együtt meg kell határozni a nyomtávrudak belső csuklóközéppontjainak térbeli koordinátáit is. Ez a két pont a kormánymechanizmus két póluspontja. Hibás koordináták esetén a kerekek összetartási szöge (αV) ki-berugózáskor változik, a kerekek „tapsolnak”, ami gumikopást, a jármű imbolygó mozgását, „sétálását” idézheti elő. (lásd a 10.2.4. szakasz fejezetet)

10.2.2. Kormányzási hibagörbe, hibakarakterisztika

A kormánytrapéz precíz működését a kormányzási hibagörbe és a hibakarakterisztika szemléletesen minősíti. A hibagörbe szerkesztéssel állítható elő, a hibakarakterisztika megrajzolásához a kerekek elkormányzási szögének mérése és az ideális szögértékek kiszámítása szükséges.

A hibagörbe kiszerkesztéséhez méretarányosan ki kell rajzolni a jármű alaprajzát a kormánytrapézzal együtt. A külső kerék meghatározott szöglépcsőnkénti jobbra fordításával a kormánymechanizmuson végigvezetve az elmozdulásokat, megjelenik a belső kerékszög. A két szöget a trapéz bázisvonalára rajzolva metszéspontokat kapunk. Ezek összekötése jeleníti meg a kormányhibagörbét. (10.10. ábra)

Kormányzási hibagörbe szerkesztése.
10.10. ábra - Kormányzási hibagörbe szerkesztése.


Geometriai levezetéssel bizonyítható, hogy ezek a metszéspontok a trapézbázis felezőpontját (C) és a hátsó futóműre vetített csuklópontot (K) összekötő egyenesre esnek. A bizonyítási eljárást a (10.11. ábra) ábrán bemutatott geometriával lehet levezetni.

Kormányzási hibagörbe szerkesztésének igazolása.
10.11. ábra - Kormányzási hibagörbe szerkesztésének igazolása.


A (10.11. ábra) ábrán a pontokkal határolt egyenes szakaszokra felírható az alábbi feltételezés:

 

   és    

 

A háromszögek hasonlósága alapján írható:

 

(10.1)

Továbbá:

 

   és    

 

Ezekből következően:

 

   és    

 

A tangens függvények:

 

(10.2)

 

(10.3)

A kormányzási hibagörbe szerkesztésekor meghatározzuk az α elkormányzási szöghöz tartozó tényleges β elkormányzási szöget, de megkapjuk az elméletileg helyes β0 szöget is, ha az α szög szára és a CK egyenes metszéspontjából vonalat húzunk a B csuklópontig. (10.11. ábra) A szerkesztett adatokból készíthetünk egy kiértékelő táblázatot:

10.1. táblázat - Kormányzási hibakarakterisztika.

α

β

β0

Δβ = β - β0

5

.

.

.

 

.

.

.

 

.

.

.

 

.

.

.

20

.

.

.

α max

.

.

.

βmax

.

.

.

β0max

.

.

.

 


Ebből a táblázatból (Táblázat 10.1) megrajzolható az α szög függvényében a kormányzási hibakarakterisztika. Az α = 20° elkormányzáshoz tartozó Δβ szöghiba 1-1,5° lehet. A nagyobb elkormányzási szögeknél ennél nagyobb is előfordulhat, azonban ilyen kanyarodási helyzetben a jármű kisebb sebességgel halad, a kerekek esetleges oldalcsúszása nem veszélyezteti a jármű stabilitását. Az α = 20° elkormányzásnak kiemelt szerepe van a futómű beállítás és ellenőrzés műveleteiben is. A kormánygeometria minősítéséhez a járműgyárak megadják az α = 20°-os elkormányzáshoz tartozó gyári β szöge és annak tűrésmezejét. A mérést szögmérős forgózsámolyok segítségével lehet elvégezni.

10.2.3. A kormányrendszer kinematikai áttétele

Kormányzás közben a jármű vezetője a kormánykerék elfordításával a jármű kerekeit állítja be a kívánt kanyarodási sugár által meghatározott szöghelyzetbe. Az Ackermann geometriából következően a két kerék elkormányzási szöge különböző, tehát a kormányszög és a kerékszög összefüggését kifejező kinematikai áttétel különböző lesz a kanyar külső és belső kerekére vonatkoztatva. A külső kerékre:

 

(10.4)

A belső kerékre:

 

(10.5)

A kormánymechanizmus különböző fogó és egyenes mozgást végző elemekből áll, így tisztán kinematikai sem lineáris az összefüggés. Ráadásul a rugalmas elemek a mozgásviszonyokat erőhatásra még inkább nem lineárissá, a gerjesztés szabálytalanságából következően sztochasztikussá is teszik. Így az egy számértékkel megadott áttétel csak névleges lehet, egy adott állapotra vonatkozhat. A következőkben a kormányrendszer áttételének elemzését csak a kanyar külső kerékre koncentráljuk, és elhanyagoljuk az alkatrészek rugalmasságát. Először a fogasléces kormánymechanizmus mozgásviszonyait elemezzük (10.13. ábra):

A kinematikai áttétel:

 

 

Miután az y0 hosszúságú és φ szögű trapézkar a tengelycsonkkal szilárd egységet képez, ezért:

 

 

És így a kinematikai áttétel:

 

(10.6)

Az áttétel szétválasztható a kormánygép és a rudazat áttételére:

 

(10.7)

A fogasléces kormánygép áttétele:

 

(10.8)

Továbbá:

 

(10.9)

Ahol:

 

d0

– a fogaskerék osztóköre.

Így:

 

(10.10)

A rudazat áttétele:

 

(10.11)

Tehát a kormánymechanizmus áttétele φ trapézkar állásnál:

 

(10.12)

Fogasléces kormánymechanizmus mozgásviszonyai.
10.12. ábra - Fogasléces kormánymechanizmus mozgásviszonyai.


A kormánymechanizmus névleges kinematikai áttételét a φ=0 trapézkar állásban kapjuk, vagyis amikor egyenes állásból a φ0 alapszögű trapézkart a jármű hossztengelyével párhuzamos x menetirányba fordítjuk. Ebben a helyzetben az áttétel:

 

(10.13)

Golyósoros csavarorsós egylengőkaros kormánygépes mechanizmus esetén a kormánygép áttétele: (10.13. ábra)

 

(10.14)

Vagyis a kormánykerék egy körülfordulása alatt a lengőkar csatlakozó pontja a távolságra mozdul el. (10.13. ábra) A csavarorsó menetemelkedésből (h), a fogaskerék osztókör sugarából (R) a lengőkar hosszából (lp) felírható hasonlóság alapján:

 

(10.15)

És így a kormánygép áttétele:

 

(10.15)

Golyósoros csavarorsós egylengőkaros kormánygép kinematikai sémája.
10.13. ábra - Golyósoros csavarorsós egylengőkaros kormánygép kinematikai sémája.


Az egylengőkaros kormánygéppel működtetett mechanizmus kinematikai névleges áttételét a kormánygép, a kormánynégyszög és kormánytrapéz (lásd: 10.8. ábra) áttételének szorzata adja.

10.2.4. A kormánymechanizmus póluspontja

A jármű kormányzásakor a vezető a kormánykerekeket forgatja és az állandó mechanizmuson keresztül a rugózás következtében függőlegesen mozgó kereket elfordítja. Az egész irányítási folyamat a kocsitest súlypontjához kötött koordinátarendszerből indul ki. Ennek a koordinátarendszernek a határán elhelyezkedő álló csuklópontból átmegy egy rúdba – amely merevhidas futóműnél tolórúd, független felfüggesztésű futóműnél nyomtávrúd – amely rúd másik vége már beleér a kerék súlypontjához kötött mozgó koordinátarendszerbe és a kerék mozgását követve a rúdirányú elmozdulásával hozza létre a kerék elkormányzási szögét. A két koordinátarendszer határán lévő csuklópontot nevezzük a kormánymechanizmus póluspontjának. Merevhidas futómű esetén egy póluspontja és egy szabályzórúdja van a kormánymechanizmusnak. (10.14. ábra)

Merevhidas futómű kormányrendszerének kinematikai vázlata.

1 – Kormánygép, 3 – Irányzókar, 4 – Mechanizmus póluspontja, 6 – Szabályzó tolórúd, 7 – A hídtest mozgási pályája, 8 – Szabályzó gömbcsukló, 9 – Az irányzókar gömbcsuklójának pályája

10.14. ábra - Merevhidas futómű kormányrendszerének kinematikai vázlata.


Rögzített kormánykerék melletti haladáskor a járműkerék ki-berugózását követve a szabályzó rúd az álló póluspont körül a rúd hosszának megfelelő gömbfelületet tud leírni. A kerék felfüggesztési rendszere és a kormánymechanizmus további rudazata meghatározza azt a felületet, amelyet a szabályzó rúd mozgó csuklópontjának le kell írni ahhoz, hogy a kerék a ki-berugózás közben ne kormányozódjon el. Ha a két felület egybeesik, akkor ténylegesen nincs elkormányzás, ha viszont nem esik egybe, akkor a különbség a kerék önkormányzását idézi elő. Miután a merevhidas futómű kormányrendszerének összekötő rúdja a két kerék mindenkori egyirányú önkormányzását engedélyezi, a kerekek azonos irányú ki-berugózása vagy a kocsitest bólintó mozgása miatt imbolygó, „sétáló” mozgást végez, ami nagyobb sebességnél balesetveszélyes lehet.

Független felfüggesztésű futómű kormányrendszerében szimmetrikusan elhelyezkedő két póluspont található. (10.15. ábra) Ez vagy a fogasléces kormánygép két kimenő gömbcsuklója, vagy kormánynégyszöges mechanizmus esetén a nyomtávkarok belső gömbcsuklói.

Független felfüggesztésű futómű fogasléces kormánygépes mechanizmusának póluspontja (T).
10.15. ábra - Független felfüggesztésű futómű fogasléces kormánygépes mechanizmusának póluspontja (T).


A kerék ki-berugózásakor a trapézkar gömbcsuklójának középpontját (U) a mechanizmus póluspontjában (T) kikötött nyomtávrúd körpályára kényszeríti (L), miközben a felfüggesztő rudazat a kerekek elkormányzása nélkül egy meghatározott pályán 1 mozgatná a trapézkar csuklópontját. Ha a két pálya nem azonos, akkor a kerék ki-berugózásakor önkormányzást végez.

A járműfelépítmény egyenes haladáskor lüktető gázadásra, vagy fékezés hatására bólintó mozgást végez, a két kerék azonos fázisban rugózik, a kerekek szimmetrikusan az összetartás vagy széttartás irányába önkormányoznak. A kerekeknek ezt a szimmetrikus önkormányzását a szakzsargon tapsolásnak nevezi. A két kerékre ellentétesen ható oldalerők kiegyenlítik egymást, a jármű iránytartása stabil, de nagyobb önkormányzáskor gumikopás, a kerekek oldalcsúszása is bekövetkezhet, ami balesetveszélyes.

Autóbuszoknál a két futómű és kormányzási rendszer közötti választást elsősorban a menetirány stabilitásának szempontjai döntik el. Városi autóbuszoknál gyakrabban alkalmaznak merevhidas futóművet, ami olcsóbb, egyszerűbb szerkezet, és a kisebb sebességnél a jármű „sétáló” mozgása még nem veszélyes. Távolsági autóbuszokba egyre inkább független felfüggesztésű futóműveket szerelnek. A póluspontok és a nyomtávrudak precíz tervezésével minimálni lehet a kerekek „tapsolását”.

A póluspontok koordinátáinak és a szabályzórudak hosszának megtervezése az irányzókar illetve a trapézkar középpontjainak által leírt, igényelt pálya megszerkesztésével kezdődik. Az igényelt pálya leírhatja az elkormányzás nélküli ki-berugózáshoz vagy valamilyen önkormányzási célfüggvényhez rendelt mozgást. A korszerű elasztokinematikus multilink futóműveknél az utóbbi a jellemző.

Független felfüggesztésű futóművek kormánymechanizmusának póluspontjait kinematikai szerkesztéssel is meghatározhatjuk. A szerkesztés során az egyes csuklópontok pillanatnyi mozgási irányával momentán centrumokat határozunk meg, majd azok eredőjeként kapjuk a mechanizmus póluspontját.

Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű kormányzási póluspontja.
10.16. ábra - Háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű kormányzási póluspontja.


A szerkesztés menetét a két leggyakrabban alkalmazott futómű típuson, a háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóművön, és a McPherson-típusú futóművön mutatjuk be.

A (10.16. ábra) ábrán vázolt háromszög-trapéz keresztlengőkaros futóműnél a P1 momentán centrumot az EC és GD csuklók momentán sugarai metszik ki. A P ponton kell áthaladnia az U pont momentán sugarának is. A GE és DC sugarak metszése adja a P2 pontot. A P1 és P2 momentán pontokat összekötő egyenesre rámérjük az α pozíció szöget, melynek szára és az EU sugár kimetszi a P3 pontot. Ezen a ponton kell átmennie a C és T pontok momentán sugarának, és így eljutottunk a T pontig, ami a kormánymechanizmus póluspontja, a TV távolság pedig a nyomtávrúd hossza. A T póluspont párja a jármű középvonalán való áttükrözéssel jelölhető ki. A T póluspontok egyben a fogasléces kormánygép csuklópontjainak vagy a kormánynégyszög kimenő csuklóinak középpontjai.

A McPherson-féle futómű kormány póluspontjának szerkesztése hasonlóképpen történik, ezt mutatja be a 10.17. ábra.

McPherson-féle futómű kormányzási póluspontjának szerkesztése.
10.17. ábra - McPherson-féle futómű kormányzási póluspontjának szerkesztése.


A P1 pólus meghatározásához a támcsapágy E középpontjától merőlegest húzunk a csillapító középvonalára, és meg határozzuk annak metszéspontját a GD lengőkar meghosszabbításával. P1 U ponttal történő összekötésével megkapjuk a nyomtávrúd helyzetét. G ponton keresztül párhuzamost húzunk EP1 szakaszhoz, és megkeressük annak az ED szakasz meghosszabbításával való metszéspontját, ez lesz a második, P2 pólus. A P1P2 összekötő vonalra lefelé kell venni az EP1 és UP1 által bezárt α szöget, hogy e vonal és az UG szakasz meghosszabbí­tott vonalának metszéspontjaként megkapjuk a P3 pólust.  Ezt követően a P3D összekötő vonal meghosszabbítása UP1 szakaszon megadja a belső nyomtávrúd csukló T középpontját. Végeredményben meghatároztuk a kormánymechanizmus póluspontját és a nyomtávrúd hosszát.

10.3. A kormányrendszer jellemző szerkezeti elemei

A gépjármű kormányrendszerek szerkezetileg három alrendszerre tagolhatók:

  • Kormánykerék, kormánykerék tengely, tengelycsuklók, kormánykerék ház.

  • Kormánygép,

  • Rudazat, csuklók.

Ebben a fejezetben az előző csoportosításból a legjellemzőbb szerkezeteket, elemeket ismertetjük, bemutatjuk működésüket, szerkezeti felépítésüket, kapcsolódásaikat más kormányzási vagy felfüggesztési elemhez. Itt csak a klasszikus elemekre térünk ki. A legkorszerűbb intelligens rendszereket, alkotó elemeket a 11. fejezet fejezetben részletesen vizsgáljuk. Egy klasszikus személygépkocsi kormányrendszert láthatunk a (10.18. ábra) ábrán. Jól felismerhetően a kormányrendszer különböző alkatrészei, nagyobb szerkezeti egységei. Ilyen típusú és szerkezeti felépítésű kormányrendszereket alkalmaznak a kis és középkategóriájú személyautók szinte valamennyi típusában.

A VAZ-2108 Lada Samara kormánymechanizmusa.

1 – Golyóscsapágy; 2 – Kormányoszlop; 3 - Díszburkolat alsó része; 4 – Rögzítőkonzol; 5 – Zárósapka; 6 - Fejes nyomtávrúd; 7 – Gömbcsukló; 8 – Trapézkar; 9 – Biztosítóanya; 10 - Nyomtávrúd állító hüvely; 11 - Baloldali nyomtávrúd; 12 - A nyomtávrudakat a fogasléchez rögzítő csavarok; 13 - Jobb oldali nyomtávrúd; 14 - Kormánygép ágyazat; 15 - A kormánygép rögzítő kengyele; 16 – Porvédőgumi; 17 – Kormánygép; 18 - Kapcsolóhüvely rögzítőcsavarja; 19 - Rugalmas kapcsolóhüvely; 20 - A díszburkolat felső része; 21 - Deformációs elem; 22 – Kormánykerék; 23 – Fogasléc; 24 – Görgőscsapágy; 25 – Fogaskerék; 26 – Golyóscsapágy; 27 – Rögzítőgyűrű; 28 – Zárólap; 29 - Kúpos persely; 30 – Porvédőgumi; 31 - Gömbcsap

10.18. ábra - A VAZ-2108 Lada Samara kormánymechanizmusa.


10.3.1. Kormánykerék, kormánykerék tengely és alkotórészei

A kormánykerék és a kormánygép közötti alkatrészek kiválasztásakor, tervezésekor lényeges követelmény a geometriailag korrekt tengelyvezetés mellett a határozott balesetbiztonság. Az 1970-es évek elejétől általánosan előtérbe került a vezetőt védő, ütközéskor jelentős deformációt elszenvedő kormánykerék és oszlop. A kormánykerékbe bekerül a légzsák, a kormánykerék tengelye vagy deformálódó, vagy összehúzó csövekből tevődik össze.

A (10.19. ábra) ábrán az Opel gépkocsikon alkalmazott bordás csőtengely látható, amelyik ütközéskor maradó alakváltozást szenved és így jelentős energiát képes elnyelni.

Az Opel típusú gépkocsik bordás biztonsági kormánytengelye.
10.19. ábra - Az Opel típusú gépkocsik bordás biztonsági kormánytengelye.


A Mercedes gépjárműveken acél gégecső alkotja a kormánytengelyt, amely a vezetőnek a kormánykerékhez ütődése összenyomódik és kihajlik. A légzsákkal felszerelt kormánykerék deformációja is csökkenti az ütközés energiáját. (10.20. ábra)

A Mercedes gépjárművek acél gégecsöves kormánytengelye, a légzsák és a deformálódó kormánykerék együttesen veszik fel az ütközés energiáját.
10.20. ábra - A Mercedes gépjárművek acél gégecsöves kormánytengelye, a légzsák és a deformálódó kormánykerék együttesen veszik fel az ütközés energiáját.


A Lemförder Fahrwerktechnik gyár a Volvo gépkocsikhoz kombinált csőtengelyt fejlesztett ki, amelynek felső tagját összecsúszó csövek, az alsó tagját gégecső alkotja. Ez a szerkezet hosszabb deformációs elmozdulást tesz lehetővé, jelentősen csökkenti az ütközés energiáját. (10.21. ábra)

A Volvo gépkocsikhoz rendszeresített kéttagú csőtengely. A felső tag (2) csőrészei egymásba csúszhatnak, az alsó tag (1) gégecsöves, bordás tengelye maradandóan összenyomódhat.
10.21. ábra - A Volvo gépkocsikhoz rendszeresített kéttagú csőtengely. A felső tag (2) csőrészei egymásba csúszhatnak, az alsó tag (1) gégecsöves, bordás tengelye maradandóan összenyomódhat.


A kormánykerék tengelye és a kormánygép közötti tengelykapcsolatnak több funkciót is kell teljesítenie. A nagyobb szögkitérés miatt kellően rugalmasnak kell lenni, minél kisebb szöglengéseket végezzen forgatáskor, kellő szilárdságú legyen, jó hatásfokkal üzemeljen. A kisebb személyautóknál ezeket a követelményeket az egyszerű gumitárcsás tengelykapcsoló (Hardy-tárcsa) (10.24. ábra) is kielégíti. Nagyobb személyautóknál, haszonjárműveknél már tűgörgős csapágyazású kardáncsuklókat alkalmaznak. A kapcsolóvillák készülhetnek lemezből sajtolással vagy alumíniumból, illetve acélból öntéssel. (10.22. ábra, és 10.23. ábra)

Acél lemezből készült kardáncsukló hasított bordás szorító hüvellyel.
10.22. ábra - Acél lemezből készült kardáncsukló hasított bordás szorító hüvellyel.


Ötvözött alumíniumból osztott kardáncsukló, tűgörgős csapágyazással hasított bordás szorító hüvellyel.
10.23. ábra - Ötvözött alumíniumból osztott kardáncsukló, tűgörgős csapágyazással hasított bordás szorító hüvellyel.


10.3.2. Kormánygépek

A kormánygépek feladata a kormánykerék forgó mozgását alternáló mozgássá átalakítani. A kormánygépekkel szemben számos kinematikai és gyártási követelmény áll:

  • Egyszerű felépítés

  • Gazdaságos gyártás

  • Kis súrlódás, jó hatásfok

  • Kis helyigény

  • Kopásállóság, hosszú élettartam

  • Kis karbantartási igény

  • Minimális holtjáték, azt könnyen lehessen utánállítani,

  • Ne legyen önzáró, engedje a kerék visszatérítő nyomatékát érvényesülni.

A kormánygépeknek a forgómozgás átalakítását megvalósító mechanizmus szerint számos típusa alakult ki. Jelenleg szinte kivétel nélkül három jellemző típusuk fordul elő:

  • Fogasléces kormánygépek, általában kis és közepes személygépkocsikba szerelik, de szervós változatuk minden kategóriában megjelenik.

  • Globoid csigás kormánygépek, közepes gépjárműveken találhatóak.

  • Golyósoros csavarorsós kormánygépek a nagy személyautók és a haszonjárművek kormányrendszerének elemei.

10.3.2.1. Fogasléces kormánygépek

Korszerű szerkezetük, korrekt geometriájuk, kedvező gyártási, karbantartási tulajdonságaik következtében a leggyakrabban alkalmazott kormánygép típus. A behajtó kis fogaskereket a kormánykerékkel áttétel nélkül lehet forgatni. A kellően megvezetett fogasléc egyenes vonalú alternáló mozgást végez, a nyomtávrudakat közvetlenül a fogasléchez lehet erősíteni, nincs szükség külön közvetítő rudazatrendszerre (például kormánynégyszögre). Rövid nyomtávrudak esetén a fogasléc két végén helyezkednek el a gömbcsuklók (10.24. ábra), hosszabb nyomtávrudak esetén a fogasléc közepén kialakított oldalleágazáshoz lehet kapcsolni. (10.25. ábra) A fogasléc és a kiskerék közötti játék beszabályozására, kopási hézagok utánállítására rugós menetes tőkés alátámasztás szolgál.

Ople Corsa gépkocsi fogasléces kormánygépe, a nyomtávrudak a fogasléc végéhez kapcsolódnak.
10.24. ábra - Ople Corsa gépkocsi fogasléces kormánygépe, a nyomtávrudak a fogasléc végéhez kapcsolódnak.


A fogasléc fogazati moduljának vagy a fogferdeségi szögének változtatásával változó áttételű kormánygépeket is ki lehet alakítani. (10.25. ábra) Nagyobb járműsebesség estén kedvezőbb, ha a kormánykerék elfordítására kisebb szögen kormányzódnak el a kerekek, mint kisebb sebességnél, különösen parkolás közben. Tehát a kinematikai áttétel a fogasléc középhelyzetében nagyobb, a szélső helyzetekben kisebb legyen. Intelligens kormányrendszereknél az áttétel variálását a számítógép vezérlésű állítómű végzi. (11. fejezet)

Jaguár – S típusú gépkocsi kormánygépének az áttételét a változó fogferdeségű fogasléc változtatja.
10.25. ábra - Jaguár – S típusú gépkocsi kormánygépének az áttételét a változó fogferdeségű fogasléc változtatja.


10.3.2.2. Globoid csigás kormánygépek

A globoid csigás kormánygépek egyre inkább kiszorítják a gyártásból a fogasléces és a golyósoros csavarorsós kormánygépek. A globoidcsigás kormánygépek egyszerűbb, de robosztusabb szerkezetük, kis helyigényük miatt évtizedekig, kis helyigényük miatt évtizedekig uralták a kormánygépek választékát.

Szerkezeti kialakításukból következően a jelentős hibájuk, hogy a csiga középső részén nagyobb kopások keletkeznek, mint a széleken, és a kopási hézag utánállítással csak részben csökkenthető, mert az elkormányzás szélső helyzeteiben befeszülhet a szerkezet. Két vagy háromrészes csigagörgőkkel lehet a felületi nyomást, és így a kopást csökkenteni, de az elvi hiba nagyobb élettartam mellett is fennmarad. (10.27. ábra)

A 10.26. ábra szemléletesen mutatja a globoidcsigás kormánygépek jellegzetes struktúráját és beszabályozási szerkezetét. A kormánykerék tengelye által forgatott globoidcsiga a görgők közvetítésével forgatja a pipa alakú, Pittman néven közismert tengelyt, amihez alakzáró rögzítéssel csatlakozik a kormánygép lengőkarja.

A LADA gépkocsik globoidcsigás kormánygépe.

1 - a kormányfőkar tengely szabályzócsavar állító lemez; 2 - a kormányfőkar tengely szabályzó csavar; 3 - szabályozó csavaranya; 4 - oljabetöltő nyílás zárócsavar; 5 - kormányműház fedél; 6 – csiga; 7 – kormányműház; 8 – kormányfőkar; 9 - csavaranya, amely a kormányfőkart a tengelyhez rögzíti; 10 - rugós alátét; 11 – tömszelence; 12 - kormányfőkar tengely bronzpersely; 13 - kormányfőkar tengely; 14 - kormányfőkar tengely görgő; 15 – csigatengely; 16 - felső golyóscsapágy; 17 - alsó golyóscsapágy; 18 - alsó csapágy szabályozó alátét; 19 - csapágybeállító fedél; 20 - görgőtengely

10.26. ábra - A LADA gépkocsik globoidcsigás kormánygépe.


A csiga és a görgő közötti hézagot a Pittman tengely axiális elmozdításával lehet beszabályozni. A súrlódás és a kopás csökkentése érdekében a kormánygépet kenőolajjal kell feltölteni.

Globoidcsigás kormánygép háromrészes görgővel.
10.27. ábra - Globoidcsigás kormánygép háromrészes görgővel.


10.3.2.3. Golyósoros csavarorsós kormánygép

A golyósoros csavarorsós kormánygép nagyobb személygépkocsikon a globoidcsigás kormánygépeket váltotta fel. Rohamos elterjedését a hidraulikus szervókormányú, fejlesztett változatának köszönheti.

A golyósoros csavarorsós kormánygép működését a 10.28. ábra metszetén jól lehet követni. A kormánykerék tengely kardáncsuklón keresztül a kormánygép orsóját forgatja, amely ferde hatásvonalú csapágyazással axiális és radiális irányokon jól megtámasztott. Az orsón nagy emelkedésű félkörös profilú menetet képeznek ki, amely golyósor közvetítésével egy elfordulás ellen megvezetett fogasléces csavaranyát mozgat. A fogasléc közvetlenül forgatja a fogasíves kormánykart. A kopás csökkentése, a biztonság növelése érdekében két egymástól független golyósor teremti meg az alakzáró kapcsolatot az orsó és anya között.

Golyósoros kormánygép, biztonsági okokból két egymástól független golyósorral.
10.28. ábra - Golyósoros kormánygép, biztonsági okokból két egymástól független golyósorral.


A golyókat két önálló visszavezető cső tereli a menetek közé, a kormánygép olajos kenésű. Ennek a gépnek a hátránya a konstrukciójából ered: egy kormánygép kar lévén a két kormányzott kerékhez általában csak bonyolultabb rudazattal lehet eljutni, például kormánynégyszög formációval. Kivételt jelent a független felfüggesztésű futóművel szerelt jármű kormányrendszere hosszú nyomtávrudak esetén. Ilyenkor az egyetlen kormánygépkarnak két csatlakozó pontot alakítanak ki, ahová a hosszú nyomtávrudakat lehet kapcsolni.

10.3.2.4. Hidraulikus szervós kormánygépek

A klasszikus hidraulikus szervókormány rendszerekben (ma ezeket passzív szevókormány rendszereknek nevezi a szakirodalom) kétféle típusú kormánygépet építenek be:

  • Fogasléces hidraulikus szervókormánygépek,

  • Csavarorsós golyósoros hidraulikus szervókormánygépek.

A fogasléces hidraulikus szervókormánygépek döntően a közép és nagykategóriás személyutók kormányrendszerének részei. A hagyományos mechanikus fogasléces kormánygép szerkezeti egységei a hidraulikus változatban is megtalálhatóak. (10.29. ábra)

Fogasléces hidraulikus szervókormány rendszer vázlata.

A – fogasléc a hozzá kapcsolódó dugattyúval és dugattyúrúddal; B – fogaskerék, C – munkahenger, D – olajtartály, E – szárnylapátos szivattyú, F – visszafolyó vezeték, G – nyomás- és térfogatáram-határoló szelep, H – nyomóvezeték, I – alsó kormányorsó; J – torziós rugó; K és L – radiális hornyok; M-től W-ig – a vezérlőegység részei

10.29. ábra - Fogasléces hidraulikus szervókormány rendszer vázlata.


A hidraulikus munkahenger és a szervószabályzó egység ehhez szervesen integrálódik. A fogaslécet a hengeres szakasz középső részére o-gyűrűt szerelnek. A rudat átfogó házrész két szélére rugalmas tömítést építenek. Ezáltal létrejön a kettős munkahengeres aktuátor. A szervó szabályzó egységet a kis behajtó fogaskerék elé építik. Ennek nyomatékszenzora egy torziós rugó, amely a kormánykeréken kifejtett nyomaték arányában elcsavarodik. Ez a deformáció forgatja el a forgó tolattyús, résvezérlésű rendszer forgórészét, ami szabályozza az olaj áramlását a megfelelő hengertérbe. A rásegítés hatására csökken a szenzorrugó elcsavarodása, a szabályzó dugattyú visszafordul és elzárja a szabályzó réseket. Ekkor megszűnik a rásegítés, ismét nő a kormányzó nyomaték. A zárt ciklusú folyamat második köre kezdődik.

A ZF golyósoros hidraulikus kormánygépe és a szervókormányrendszer sémája

1 – kormányház; 2 - dugattyú a kormányanyával; 3 - kormányorsó-csatlakozás; 4 - kormánytengely a fogasívvel; 5 - kormánycsiga a szeleptesttel; 6 – golyók; 7 - cirkulációs cső; 8 - szállítóáram-határoló szelep; 9/10 – szelepdugattyú; 11/12 - beeresztő horony; 13/14 - radiális horony; 15/16 - visszavezető horony; 17 – olajtartály; 18 - torziós rúd; 19 – olajszivattyú; 20 - nyomáshatároló szelep

10.30. ábra - A ZF golyósoros hidraulikus kormánygépe és a szervókormányrendszer sémája


A hidraulikus golyósoros csavarorsós szervókormánygép (10.30. ábra) a mechanikus golyósoros csavarorsós kormánygép kiegészítésével készül. A kettős hidraulikus munkahenger dugattyúját az anyából alakították ki, a hengeres peremén tömítőgyűrűvel látták el. A szervószabályzó egység szenzorát egy torziós rúd képezi, amely a kormánykeréken kifejtett nyomatékkal arányosan csavarodik el. A torziós rúd elcsavarodó vége elforgatja a résvezérlő dugattyút, amely a kettős munkahengeréhez irányítja a hidraulika olajat, amely az anyával egybeépített dugattyút elmozdítja. Ezáltal a torziós rúd visszacsavarodik, zárulnak a vezérlő rések, megszűnik a rásegítő erőhatás, de ekkor újra elcsavarodik a torziós rúd, a zárthurkú szabályozás második üteme kezdődik.

A hidraulikus rendszert vagy a jármű motorja által hajtott szárnylapátos szivattyú, vagy elektromotorral hajtott szivattyú látja el.

10.3.3. Kormánymechanizmus rudazatai és csuklói.

A kormánygép és a kormányzott kerekek trapézkarjai között a kinematikai kapcsolatot a rudak és gömbcsuklók alkotják. A rudazat szerkezetét a kormánygép kimenete, mozgató csuklóinak száma határozza meg. Az egy és kétcsuklós kormánygépekhez kapcsolódó különböző rudazatokat a 10.31. ábra sematikus rajzai mutatják be. A 10.32. ábra a kormánynégyszöges mechanizmus klasszikus típusát egy McPherson futóműves Mercedes személygépkocsi golyósoros csavarorsós hidraulikus kormánygéppel működtetett kormányrendszerével példázza.

Kormánymechanizmusok szerkezeti sémája különböző kormánygépek alkalmazásakor.
10.31. ábra - Kormánymechanizmusok szerkezeti sémája különböző kormánygépek alkalmazásakor.


McPherson futóműves Mercedes személygépkocsi kormánymechanizmusa kormánynégyszöggel.
10.32. ábra - McPherson futóműves Mercedes személygépkocsi kormánymechanizmusa kormánynégyszöggel.


A nyomtávrudak gömbcsuklókkal a trapézkarokhoz és a kétcsuklós kormánygépkar (10.33. ábra) illetve a segédirányzókar külső pontjaihoz. Az összekötő rúd a karok belső csuklóit kapcsolja össze. A kormánynégyszög jól észrevehető. A futómű keresztlengőkarját nagytérfogatú önbeálló gumi csapágyak kapcsolják a kocsitesthez. A jármű egyenes haladása közben fékezés hatására a trapézkar gömbcsuklók hátrafelé elmozdulnak és a nyomtávrudak ferde bekötési szögeiből adódóan a széttartás felé elkormányozzák a kerekeket. A kerekek berugózásakor is a nyomtávrudak széttartást idéznek elő. Ez a jármű sajátkormányzási tulajdonságát az alulkormányzás felé változtatja. Ez kedvező a jármű menetstabilitására.

A kormánymechanizmusban háromszabadságfokú gömbcsuklókat építenek be. A gömbcsuklók kotyogása nem megengedett, mert az a kerék vibrációjához, a jármű menetstabilitásának romlásához vezetne. A gömbcsukló háza nemesíthető acélból készül, a menetes csonk átmérője és menetemelkedése M14x1,5 és M12x1,5 mérethatárok között változik. A gömbös csapszeg felület edzhető acélból készül. A műanyag súrlódó gyűrű anyaga poliacetál, a védő-tömítő rugalmas karmantyús anya olajálló gumi vagy poliuretán műanyag. A csuklót molibdén-diszulfidos zsírral feltöltik, további kenésre nincs szükség.

Kormánymechanizmus gömbcsuklója (Lemförder Fahrwerktechnik)
10.33. ábra - Kormánymechanizmus gömbcsuklója (Lemförder Fahrwerktechnik)


A gömbös csapszeg 1:10 kúposságú szárral önzáróan illeszkedik a karok furatába. A rögzítő csavaranya lehet koronás, ekkor az anya meglazulás ellen csapszeggel rögzíthető. Önzáró anyás rögzítéshez a csapszeg végét belső kulcsnyílásúra kell kiképezni.

Állítható nyomtávrúd jobb-bal menetes gömbcsuklókkal (Lemförder Fahrwerktechnik)
10.34. ábra - Állítható nyomtávrúd jobb-bal menetes gömbcsuklókkal (Lemförder Fahrwerktechnik)


A kormánymechanizmus rudazatai vagy acélcsőből, vagy tömör kovácsolt acélból készülnek. (10.34. ábra) Az állítható hosszúságú nyomtávrudak és összekötő rudak csuklói jobb-balmenetes csonkkal illeszkednek a rúd menetes furataiba. A csavarkötés rögzítése történhet kontraanyával vagy a hasítot csővéget összeszorító csavaros bilinccsel. A nyomtávrúd hosszának állíthatósági tartománya általában +-10 mm. A két nyomtávrudaat minden futómű szabályozáskor pontosan egyforma hosszúságúra kell beállítani, egyenlőtlen hosszúságú nyomtávrudak hatására egyenes haladáskor a kocsitest bólintó mozgására a jármű félrehúz, „sétál”.

11. fejezet - Intelligens kormányrendszerek és szerkezeti elemeinek analízise

11.1. Az intelligens kormányrendszerek általános funkciói

Az intelligens kormányrendszerek a gépjárművek többi rendszeréhez viszonyítva a legteljesebb spektrumban rendelkeznek a szabályozástechnika különféle elemeivel. Szenzorai figyelik a járművezető mozdulatait, erőkifejtését. Elemzik a jármű mozgásállapotát, pozícióit, állandóan vizsgálják a jármű közvetlen környezetét. A legkorszerűbb rendszerek képesek a közlekedésirányítás központjaitól kapott információkat is feldolgozni és a szabályozási programba beépíteni azokat. A nagy műveleti gyorsaságú fedélzeti informatikai egységeknek és a dinamikus mechanikai aktuátorainak köszönhetően képes a járművet valósidőben is irányítani. Az intelligens kormányrendszerek a szerkezeti és szoftver kiépítettségüktől függően különbözőképpen alkalmasak több beavatkozási funkció ellátására:

  • Javítják a járművezető tevékenységének kényelmét, csökkentik a kormányzáshoz szükséges emberi erőt. Ez a kisegítő, rásegítő funkció, közismert elnevezéssel szervó hatás.

  • Támogatják a vezetőt a helyes kormánymozdulat megválasztásában: a kormánykerék megindításával jelzi a helyes elkormányzás irányát, kanyarodás közben pedig az irányváltozatás szükségességét. Ez a funkció különös jelentőséget kap a parkolási vagy előzési manőverek során.

  • Átveszik a jármű irányítását a járművezető elmaradt, meg nem kezdett mozdulata esetén. Ez a funkció dominál a jármű menetstabilitásának megőrzésekor, vagy helyreállításakor. Ez a kormányalapú ESP (Elektronische Stabilitäts Program).

  • A kormánymechanizmus áttételének változtatásával befolyásolni tudják a kormánymanőverek sebességét. Nagyobb menetsebesség esetén (pl. autópályán haladva) csökkenti az adott kormánykerék elkormányzási szöghöz tartozó kerékelkormányzási szöget, vagyis növeli a kormánymechanizmus kinematikai áttételét. Városi forgalomban viszont növeli a kerékelkormányzási szöget, tehát csökkenti a kinematikai áttételt:

     

     

    Ahol:

     

    iK

    – a kormánymechanizmus kinematikai áttétele,

     

    βL

    – a kormánykerék elfordítási szöge

     

    Θ

    – a kormányzott futómű tengelyének geometriai középpontjára vonatkoztatott kerékelkormányzási szög.

    Autópályán közlekedve (strada):

     

    (11.1)

    Ahol:

     

    γ

    – a szabályozási szög.

    Tehát:

     

     

    Városi közlekedésben (city):

     

    (11.2)

    Vagyis:

     

     
  • A legkorszerűbb intelligens kormányrendszerek már a vezető döntéseit is felül tudják bírálni. A vezető rossznak minősített mozdulatával szemben képesek ellentétes irányú kormányzásra is. Ebben a funkcióban már a műszaki és jogi kérdések együtt jelentkeznek. A vezető jogi felelősségét az intelligens rendszer átveszi, de súlyos jogi probléma akkor jelentkezik, amikor a rendszer téved, és saját maga hoz rossz döntést. Az ilyen rendszerek nemzetközi minősítése, engedélyezése igen komoly szakértelmet, tudományos elemzést, gondosan megtervezett teszteléseket feltételez. Számszerűsített megbízhatóságukat ppm értékben határozzák meg, vagyis egymillió példányból hány darab hibásodhat meg. Ez az érték jelenleg már 4-5 ppm.

11.2. Az intelligens kormányrendszerek jellemző típusai

Az intelligens kormányrendszereknek napjainkban 4 alaptípusát lehet megkülönböztetni: (11.1. ábra)

  • Szervókormányok,

  • Additív rendszerek,

  • Összkerék kormányzású rendszerek,

  • Autonom kormányrendszerek.

Intelligens kormányrendszerek
11.1. ábra - Intelligens kormányrendszerek


Az első intelligens kormányrendszerek a szervókormányok mint vezetőt támogató, kisegítő szabályozott egységek voltak. Szervókormányzás során a megfelelő szenzorok figyelik a vezető szándékát az elkormányzás irányára és nagyságára vonatkozóan, továbbá a vezető erőkifejtését, vagyis érzékelik a kormánykerék pozícióját és a továbbított nyomaték nagyságát. A szabályozásnak a pozíció ugyan referencia jele, de arra nem hat vissza, azt nem változtatja meg. Viszont rásegítő nyomatékot fejt ki a vezető erőkifejtésének csökkentésére. Tehát nyomatékszabályozás történik. Ebben a szabályozási rendszerben a kormánykerék és a kormányzott kerék közötti mechanikus kapcsolat nem szakad meg, még a vezető hibás döntése esetén sem, sőt a hibás döntést is nyomatékrásegítéssel támogatja a rendszer. Ezért ezt a típusú szabályozást passzív szervókormányzásnak nevezzük. De ma már működnek félaktív szervókormány rendszerek is, amelyek az elkormányzási pozíciót továbbra sem változtatják meg, viszont a nyomaték rásegítés nagyságának változtatásával figyelmeztetik a vezetőt döntése korrigálására. A rásegítő nyomaték akár nulla is lehet. A hidraulikus vagy az elektrohidraulikus rendszer ma már klasszikus konstrukció, egyedüli alkalmazásuk esetén a kormányrendszert már nem illeti meg az intelligens minősítés. Viszont ezeknek a szervó rendszereknek a korszerű szerkezetei megtalálhatóak az adaptív vagy kísérleti autonóm rendszerekben, miután azoknál is igényként merül fel a rásegítő erő, nyomaték szolgáltatására. (11.2. ábra)

Aktív kormányzás hidraulikus szervókormányzással összekapcsolva (BMW).
11.2. ábra - Aktív kormányzás hidraulikus szervókormányzással összekapcsolva (BMW).


11.2.1. Összkerék kormányzású rendszerek

Időrendben az intelligens kormányzás második technikai csoportját az összkerék kormányzású rendszerek alkották.

Az 1980-as években szinte technikai divattá vált az összkerék kormányzások innovációja. De a multilink, elasztókinematikus futóművek megjelenése és dinamikus elterjedése az összkerék kormányzást háttérbe szorította.

Ezek az új futóművek integrált önkormányzási funkciójukkal ugyanazokat a járműdinamikai előnyöket nyújtották, mint a jóval bonyolultabb, drágább számítógépes összekerék kormányzású konstrukciók.

Az elektromechanikus hullámhajtóművek (aktuátorok) megjelenése ismét az összkerék kormányzás felé fordította fejlesztő mérnökök figyelmét. Ezek az új aktuátorok jól szabályozhatóak, kisebb tömegűek és olcsóbbak, mint a korábbi hidraulikus, vagy elektromechanikus szerkezetek. Felhasználásukkal egy viszonylag olcsóbb, egyszerűbb hátsó futóművel is lehet a jármű kanyarstabilitását lényegesen javítani.

Az összkerék kormányzás a jármű kanyarodási tulajdonságát variálhatóvá teszi. A hátsó kerék kormányzása történhet az első kerekek elkormányzásával ellentétesen, vagy azonosan.

A hátsó kerekek ellentétes kormányzásakor a kormánykerék elkormányzási szöge által meghatározott kanyarodási sugárnál kisebb effektív sugáron fordul a jármű. Úgy viselkedik, mintha túlkormányzott lenne. (11.3. ábra)

Hátsókerekek kormányzása az első kerekekkel ellentétes irányba.
11.3. ábra - Hátsókerekek kormányzása az első kerekekkel ellentétes irányba.


Ez a kormányzási mód előnyös kis sugarú manőverezéskor, parkoláskor viszonylag kis járműsebesség melle. A városi közlekedésben célszerű ilyen szabályzást alkalmazni. A hátsó kerekek és az első kerekek azonos irányú kormányzásakor a jármű nagyobb sugáron kanyarodik, úgy viselkedik, mintha alulkormányzott lenne. (11.4. ábra)

Az első és hátsó kerekek azonos irányú kormányzása.
11.4. ábra - Az első és hátsó kerekek azonos irányú kormányzása.


Az elsőgenerációs összkerék kormányzási rendszereket tisztán mechanikus elemek alkották. Az első futómű kormánygépétől kardántengely továbbította a nyomatékot a hátsó futómű speciális kormánygépéhez. (11.5. ábra)

Mechanikus rendszerű összkerék kormányzás (Honda).
11.5. ábra - Mechanikus rendszerű összkerék kormányzás (Honda).


Az excentrikus tárcsa tengelycsapján szabadon elfordult egy bolygókerék, amely egy álló belső fogazatú koszorúkerékben legördült. A bolygókerék excenter csapja egy kulisszán keresztül tudja mozgatni a két kerék nyomtávrúdját. A kormánykerék 200°-os elfordításáig a hátsó kormánygép a kerekeket az első kerekekkel azonos irányba fordította el. Ez a kormányzási szakasz lényegében az országúti közlekedés során előforduló szögtartományt fedi le. 200°-os kormánykerék szög után az excenteres bolygóműves szerkezet a kulissza mozgásirányát megváltoztatta, az első és hátsó kerekek ellentétesen fordultak el. Ez megfelelt a városi üzemmódnak, különösen a parkolási kormányzás kinematikájának. Ebben a mechanikus összkerék kormányzási rendszerben a szabályozás egyetlen referenciajel alapján folyt, a kormánykerék elfordítási szöge alapján. Nem vette figyelembe a jármű sebességét, oldalgyorsulását. (11.6. ábra) Viszont megfelelt a kormányzási követelmények akkori szigorú előírásainak: a kormánykerék és a kormányzott kerekek között állandó mechanikus kapcsolat működött.

A mechanikus összkerék kormányzás kinematikai karakterisztikája
11.6. ábra - A mechanikus összkerék kormányzás kinematikai karakterisztikája


Számítógéppel vezérelt (második generációs) összkerék kormányzás
11.7. ábra - Számítógéppel vezérelt (második generációs) összkerék kormányzás


A második generációs összkerék kormányzási rendszerek elektrohidraulikus, vagy elektromechanikus, számítógépes szabályzásúak. (11.7. ábra) A hátsó kerekek elkormányzása steer by wire rendszerű, a szabályozás szoftver programja a járműmozgás dinamikus paramétereit is figyelembe veszi. De még az ilyen rendszerek sem lettek vetélytársai az elektrokinematikus, multilink önszabályozott hátsó futóműveknek. Az összkerék kormányzás újra előtérbe kerülését az elektromechanikus hullámhajtóműves rendszerek megjelenése hozta.

11.2.2. Additív kormányzás

Adaptív kormányszabályozáskor pozíció és nyomaték szabályozás együttesen történik. A nyomaték rásegítés lehet a vezető döntésével azonos irányú, de lehet ellentétes is. Például a vezető jobbra elrántja a kormányt, de abban az irányban nincs se parkoló, se útelágazás, esetleg a mellette lévő sávban folyamatosan haladnak a járművek. Tehát a vezető hibás döntést hozott. Az adaptív rendszer ilyenkor a kormánykerék visszafordítása nélkül a kormányzott kereket ellentétesen fordítja el, vagyis lényegében ilyenkor átveszi a jármű irányítását a vezetőtől. Ez pedig már műszaki és jogi probléma egyszerre.

Ez a kormányzási rendszer jelenleg a steer-by-wire kormányzás első foka. A nagykategóriás személygépjárművek több típusában már additív kormányzást találunk. Megbízhatóságukkal kiemelkednek a BMW és az Audi konstrukciók.

Az additív kormányzási rendszer műszakilag és jogilag is megfelel az érvényes nemzetközi előírásoknak.

11.2.3. Autonóm kormányzás

A kormányrendszerek további minőségi műszaki fejlődésének jelenleg már nem csak technikai, hanem jogi problémái, gyakran korlátai vannak. Műszakilag ma már lehet olyan bonyolult, intelligens és nagy megbízhatóságú autonóm rendszereket akár sorozatban is előállítani, amelyek önállóan képesek az egyes kerekeket a jármű menetstabilitásának megtartása érdekében a vezetőtől függetlenül, ha szükséges akár ellenében is kormányozni.

De ehhez már a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti mechanikus kapcsolatot ki kell iktatni, a vezető csak a jármű kanyarodási szándékát fejezi ki és a számítógépes szabályozási rendszer a jármű mozgását leíró számos információ alapján elektromechanikus vagy elektrohidraulikus hálózaton keresztül a kerekeket megfelelő elkormányzási pozícióba állítja. Ez a steer-by-wire rendszer, amely teljes kiépítésében egységbe foglalja a jármű többi rendszerének komplex irányítását. Már különböző megvalósulásokról, kísérleti járművekről jelennek meg szűkszámú információk. Ezeknél a jövőbemutató kutatásoknál, fejlesztéseknél a kormányzás, a felfüggesztés, a rugózás, a fékezés, a motorvezérlés integrálása, a jármű menetstabilitásának növelése mellett már jelentős súlyt kapnak az energiatakarékossági, környezetvédelmi igények, a biztonságkritikus tervezési eljárások.

11.3. Az intelligens kormányrendszerek új műszaki megoldásai

11.3.1. Elektromechanikus félaktív szervókormányok

Az elektromechanikus félaktív szervókormányoknál (EPS = Electropowerassistant System) a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti mechanikus kapcsolat közvetlen és állandó. A szabályozási energiát kefe nélküli, számítógépes kommutálású egyenáramú motor (BLDC) szolgáltatja, mely fordulatszám reduktoron és csigahajtáson keresztül a kormányrendszer valamely egységébe vezeti be a rásegítő nyomatékot. Az EPS rendszer kormánygépei szinte kizárólag fogaskerék-fogasléces szerkezetűek. A kisegítő nyomaték bevezetésének kialakítása szerint különféle típusokat fejlesztettek ki:

  • EPSc – a villanymotor a kormányoszlopon helyezkedik el, a csigahajtás a kormánykerék tengelyéhez kapcsolódik.

  • EPSp – a villanymotoros csigahajtóműves egység a fogasléces kormánygép fogaskerekéhez kapcsolódik.

  • EPSdp – a kormánygép fogasléce a szervó nélküli alapméretnél hosszabb, hozzá kapcsolódik egy második behajtó fogaskerék, amelyet a fogasléccel párhuzamos tengelyű villanymotor csigahajtással forgat. Tehát ezeknél a kormánygép egy hosszú fogaslécet, két meghajtó kis fogaskereket és egy csigahajtást tartalmaz.

  • EPSapa – a kormánygép fogaslécét egy csavarorsó hosszabbítja meg, melyen egy golyósoros anya helyezkedik el. Az anya axiálisan csapágyazott, forgatásakor a csavarorsós fogasléc elmozdul, de a vezető által meghatározott irányba. Az anyát a kormánygép tengelyével párhuzamos villanymotor a fordulatszám reduktoron keresztül fogazot szíjjal hajtja.

  • EPSd – ennél a rendszernél is a fogasléc csavarorsóval hosszabbított, a golyósoros anyát a csavarorsóval egy tengelyben, koaxiálisan beépített villanymotor fordulatszám reduktoron keresztül forgatja.

Elektromechanikus fogasléces szervókormányok.
11.8. ábra - Elektromechanikus fogasléces szervókormányok.


Az EPS szervókormányok szerkezeti kialakítása függ a szükséges fogasléc-erő igénytől. A kormányoszlopon elhelyezett villanymotor a kisautó kategóriában használható, míg a nagy fogaslécerőt adó és jó hatásfokú konstrukciók (EPSapa, EPSd) a nagy autókhoz, a terepjárókhoz, illetve SUV járművekhez készülnek. (11.8. ábra) A kormányzáshoz szükséges kormánygép bemenő teljesítményt meghatározza az elkormányzási sebesség igény, illetve követelmény is. Mint az ábrán látható, a 100 °/s és a 300 °/s között több, mint kétszeres a teljesítmény szükséglet.

Az elektromechanikus szervokormány (EPS) mai szolgáltatásai az ún. félaktív kormányzás követelményeit teljesítik. Az EPS ma sebességtől függően szabályozott elektromos rásegítésű kormányrendszert jelent, amely csak akkor lép működésbe, ha arra az elkormányzáshoz, illetve asszisztens szolgáltatáshoz szükség van. Hidraulikus részt egyáltalán nem tartalmaz. A hidraulikus szervokormánnyal szemben előnye, hogy a vele felszerelt autók kevesebb tüzelőanyagot fogyasztanak, emellett új kényelmi és biztonsági funkciókkal is szolgál: a kormánykerék egyenesmenetbe való aktív visszaállítása megkönnyíti a kormányzási középpont megtalálását, míg az oldalszél kompenzáció segítséget nyújt a vezetőnek, amikor állandó oldalszélben vagy folyamatosan egy irányban lejtő útfelületen halad nem kell a vezetőnek erőrátartással kormányoznia.

Elektromechanikus szervókormányok alkalmazási területe.
11.9. ábra - Elektromechanikus szervókormányok alkalmazási területe.


Párhuzamos elrendezésű elektromechanikus szervókormányok.
11.10. ábra - Párhuzamos elrendezésű elektromechanikus szervókormányok.


Elsőkerék-hajtású gépkocsiknál az EPS a különböző hosszúságú hajtótengelyek okozta oldalirányú elhúzás kompenzálására is alkalmasak. Erre különösen hirtelen gyorsításoknál kerülhet sor.

A gépjármű sodródása, kitörése ellenkormányzással csökkenthető. EPS rendszerrel felszerelt járműnél, ha a vezető az ellenkormányzást helyes irányba végzi, azt az EPS szervórendszer növelt nyomatékkal támogatja, tehát abba a kormányelfordítási irányba ad támogatást, mely segíti a jármű stabilitását. Ha a gépjármű vezetője helytelenül választja az ellenkormányzás irányát, akkor az EPS egyáltalán nem ad szervótámogatást.

Párhuzamos elrendezésű (DP) elektromechanikus szervókormány szerkezeti elemei.
11.11. ábra - Párhuzamos elrendezésű (DP) elektromechanikus szervókormány szerkezeti elemei.


A golyósoros csavarorsós EPS rendszerek (apa, d) hatásfoka maximális teljesítménynél 50% körüli, sokkal jobb, mint a hidraulikus, elektrohidraulikus szervókormányoké. A villanymotor áramfelvétele 12 V névleges feszültségnél 85 A. A kormánygép maximális kimenő teljesítménye 500 W.

Az EPSapa és EPSd kormánygépek az automatikus parkolás irányítására is képesek, akár vezető nélkül is. E művelet közben a kormánykerék az állandó mechanikus kapcsolat miatt elfordul, a szoftver ilyenkor kéri a vezetőtől a kormánykerék elengedését.

Párhuzamos elrendezésű (APA) elektromechanikus szervókormány.
11.12. ábra - Párhuzamos elrendezésű (APA) elektromechanikus szervókormány.


Az elektromechanikus szervókormányok szabályozási programja különböző kiegészítő funkciókkal, információ információ szolgáltatással is rendelkezik. A rásegítő vagy visszatérítő nyomaték különböző paraméterektől függően változtatható, mint például a jármű sebességétől, a kormánykerék elfordítási szögétől és szögsebességétől. A meghibásodott gépkocsi vontatásakor az akkumulátor kapacitásától függően ad szervótámogatást. Ha a 12V-os akkumulátor kapocsfeszültsége 9 V-ra leesik, csökken a szervótámogatás mértéke, és sárga visszajelző lámpa világít, de 9 V alatt már megszűnik a szervóhatás, kigyullad a piros jelzőlámpa. Az EPS kormányokat olyan fedélzeti diagnosztikai rendszerrel egészítik ki, amely a teljes működést felügyeli, információkat szolgáltat, vészüzemi állapotot jelzi.

11.3.2. Elektromechanikus aktív kormányzás

Az aktív kormányzás lényege, hogy – kényelmi és járműstabilitási okokból – a vezetői kormánykerék elfordulásától függő kerékelfordulási szög irányítottan megváltoztatható, korrigálható.

Az aktív kormánymű a vezetőtől független kormányzási beavatkozásokat kétszabadságfokú mechanizmus (bolygómű vagy hullámhajtómű) révén valósítja meg. A mechanizmus egyik bemenete a kormánykerék elfordítást közvetítő kormányoszlop, a másik villanymotorral forgatott behajtás. A két elfordulás előjelhelyesen összegzett elfordulása jut a szervómechanizmus vezérlésébe (a torziósrúdra), illetve a fogaslécre.

Az alkalmazott megoldással a járművet stabilizáló kormányzási beavatkozások is elvégezhetők. A többlet szabadságfok teszi lehetővé teszi a kormánymű folyamatosan és a helyzettől függően változtatható áttételezését, amelynek segítségével optimalizálható annak kezelhetősége, a működtetéséhez szükséges erő, valamint a vezető kényelemérzete.

Az aktív kormányművel megvalósítható hálózatba kapcsolás jelenti a rendszer egyik legnagyobb előnyét: az ESP működésének támogatását. Az aktív kormánymű elektronikája, saját szenzorainak jele alapján veszélyes helyzetekben ellen- vagy rákormányzást végezhet. A menetdinamika szabályzó rendszerei így már nem csak fékbeavatkozásokkal, de a kormányzással is beavatkozhatnak a jármű viselkedésébe. Az irányítóegység dönti el, hogy kell-e, és ha igen, melyik irányba, milyen mértékben megváltoztatni a kormányzási szöget. Előnye: a kormányművön keresztüli beavatkozás gyorsabb, hatását is kevésbé érzik a bennülők, mint az egyes fékek működtetése esetén.

ESP funkció aktív kormányzási rendszerben.
11.13. ábra - ESP funkció aktív kormányzási rendszerben.


Az új rendszer azonban a vészhelyzetekben nyújtotta többlet biztonság mellett komfortosabbá is teszi a vezetést. A hagyományos kormányrásegítővel szemben az aktív kormánymű változó áttételi aránnyal működtethető a jármű haladási sebességének függvényében. Kis gépjárműsebességnél a kisebb kinematikai áttétel (adott kormánykerék elforduláshoz az alapáttételhez képest, nagy kerék elfordítás tartozik) segíti a parkolást, valamint a kis ívű kanyarok bevételét. A jármű közvetlenebbé, aktívabbá, jobban kezelhetővé válik. Nagyobb sebességek esetén a kinematikai áttétel nő (adott kormánykerék elforduláshoz az alapáttételhez képest, kisebb kerék elfordítás tartozik). A kormánykerék elfordításra a kis kerékelfordítás csökkenti annak veszélyét, hogy a jármű nagy sebességnél jelentősen változtassa haladási irányát. Így a gépkocsi nyugodtabban reagál, a vezetés biztonságosabb.

Az elektromechanikus aktív kormányzás szerkezeti felépítését tekintve két alrendszerből áll. Az egyik alrendszer az elektromechanikus állítómű, amelyik a kormánykerék elfordítási szögéhez hozzáadja, vagy levonja a szabályozási szöget, a másik alrendszer egy korszerű félaktív szervórendszer, amely lehet elektrohidraulikus (BMW, Audi) vagy elektromechanikus hullámhajtóműves (EPSd Lexus) (11.14. ábra)

A BMW adaptív kormányrendszere hidraulikus szervókormánnyal integrálva.
11.14. ábra - A BMW adaptív kormányrendszere hidraulikus szervókormánnyal integrálva.


A BW adaptív kormányrendszeréhez az állítómű a kormánykerék tengely és a kormánygép közé beépített bolygóműves fogaskerék hajtás. (11.15. ábra)

Az aktív kormányzás bolygóműves állítóegységének kinematikai vázlata (BMW).

1 – kormánykerék, 2 – villanymotorral hajtott csiga, 3 – differenciálmű ház, csigakerék, 4 – fogasléc, 5 – orsókerék, 6 – bolygókerék tengely

11.15. ábra - Az aktív kormányzás bolygóműves állítóegységének kinematikai vázlata (BMW).


A bolygóműnek két behajtása és egy kihajtása van. A kormánykerék (1) tengelye a bolygómű első napkerekét forgatja, ehhez kapcsolódik az iker bolygókerék első kerek. A második bolygókerék a második napkereket forgatja, amelyik a fogasléces kormánygép kiskerekével (5) szilárd tengelykapcsolatban áll és általa mozgatja a fogaslécet (4). Az iker bolygókerekek tengelyit a bolygókerék ház (3) fogja egységbe. A bolygókerék házat az elektromos motor csigahajtással (2) tudja forgatni. Ha az állítómű szabályzási rendszerében valamilyen hiba lép fel, akkor ki kell kapcsolni az elektromos motort és alakzáróan rögzíteni kell a bolygókerekek házát. A blokkolást egy rugóerő tárolós elektromágneses csap végzi. (11.16. ábra)

Az aktív kormányzás állítóművének és arretáló szerkezetének konstrukciója (BMW).
11.16. ábra - Az aktív kormányzás állítóművének és arretáló szerkezetének konstrukciója (BMW).


Zárt áramkör esetén az elektromágnes oldja az alakzáró kapcsolatot. Áramkimaradáskor a rugó a csigakerekek hornyaiba tolja a rögzítő csapot. A bolygómű ekkor zárt rendszerként működik, a kormányzás mechanikus kapcsolattal, az iker bolygókerekek eltérő fogszámának megfelelő áttétellel végezhető. Ha az egy tengelyre ékelt bolygókerekek fogszáma azonos, a bemenő és kimenő tengelyek együtt forognak. A ma még nem engedélyezett tisztán elektronikus jelátvitelhez képest ez a rendszer nagy üzembiztonságot jelent.

Az adaptív rendszerhez tartozó szoftver feldolgozza a szükséges szenzorok jeleit, hajtja az elektromos motort és ellátja a teljes kormánymű felügyeletét. A bolygóművön keresztül a rendszerbe kapcsolt elektromos motor lehetővé teszi a vezetőtől független kormánybeavatkozást az első kerekeken. A kerekeken megjelenő kormányzási szög a menetviszonyoknak megfelelően lesz kisebb vagy nagyobb, mint a vezető által a kormánykeréken beállított kormánykerékszög. Amennyiben az elektromos motor nem működik (nincs korrekciós igény), közvetlen kapcsolat jön létre a kormánykerék és a kerekek között – akárcsak a hagyományos rendszerek esetében.

A balra teljesen alákormányzott kerék helyzetből a jobbra történő teljes átfordításhoz a mai gépjárműtípusok némelyikének is több, mint 3 teljes kormányfordulatra van szüksége. Az aktív kormányzás ezt kis sebességnél lecsökkenti kevesebb, mint 2 kormányfordulatra ütközéstől ütközésig.

Az előnye: kevesebb kormányzási munkára van szükség kanyarodáskor vagy szűk parkolóhelyre történő beálláskor a városi forgalomban. Kanyargós utakon is, amilyenek a hegyi utak, a kisebb kormánymozdulatok miatt mindkét kéz végig az optimális helyzetben fogja a kormánykereket. Sem átfogásra, sem a karok keresztezésére nincs szükség.  

Nagyobb sebességnél más a helyzet: gyors haladáskor a közvetettebb áttétel tompítja az olyan kormányzási hibákat, mint az ijedtség miatt bekövetkező hirtelen kormánykerék elrántás. Az aktív kormányzás csökkenti a megpördülés (a gépkocsi forgása a függőleges tengelye körül) lehetőségét is már a kezdetek kezdetén. Perdülő mozgás fordul elő például sávváltáskor, kikerülő manővernél vagy kanyarban bekövetkező terhelésváltás esetén. Az aktív kormányzás bármilyen sebességnél elektronikusan, és a gépkocsivezető számára észrevétlenül avatkozik be. A stabilizáló rendszernek, a dinamikus stabilitás-szabályozásnak (DSC vagy ESP), emiatt sokkal kevesebbszer és kevésbé kell beavatkoznia. (Forrás: ZF Lenksystem és BMW)

Aktív kormányzás hidraulikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állítóművel (Audi-Active Front Steering – AFS)
11.17. ábra - Aktív kormányzás hidraulikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állítóművel (Audi-Active Front Steering – AFS)


Az Audi aktív kormányzása (pl.: Audi A4, A6, A8, S8 stb. modellekben) elektrohidraulikus, fogasléces kormányzással párosul. A kormányoszlop kormánykerék oldalán találjuk az aktív kormányzást megvalósító fogaskerekes hullámhajtómű mechanizmust. A hullámhajtómű flexibilis, ovális fogazott elemét villanymotor fordítja el.

A hullámhajtóművel a kormányzás áttétel-változtatását és a korrekciós kormányzást egyaránt megvalósítják.

A hullámhajtóműves állító egység szerkezeti kialakítása (Audi – AFS)
11.18. ábra - A hullámhajtóműves állító egység szerkezeti kialakítása (Audi – AFS)


A hullámhajtómű egy speciális felépítésű bolygómű, amelyet 1957-ben szabadalmaztattak az Egyesült Államokban. Fő részei az alábbiak:

  • gyűrűkerék: vastag, merev fémgyűrű, belső átmérőjén rendkívül kis modulú fogazattal. Ez az elem a hagyományos bolygóművek gyűrűkerekének felel meg.

  • hullámkerék: vékony, rugalmas fémgyűrű, külső átmérőjén rendkívül kis modulú fogazattal. A modul és a fogazat egyéb jellemzői azonosak a gyűrűkerék fogazatával. A hullámkerék fogszáma általában kettővel kevesebb, mint a gyűrűkerék fogszáma. Ez az elem a hagyományos bolygóművek bolygókerék tartójának felel meg.

  • hullámgenerátor: egy, kettő vagy több szimmetrikusan elhelyezett dudorral rendelkező alakos elem. A hullámkerék gyűrűjében helyezkedik el. Forgatva a hullámkereket deformálja. Ez az elem a hagyományos bolygóművek napkerekének felel meg.

Ha ezeket a részeket egymásba helyezzük, a gyűrűkerék és a hullámkerék fogazata a dudorok helyén hézagmentesen egymáshoz kapcsolódik. Ahol nincsenek dudorok, ott a hullámkerék és a gyűrűkerék fogazata nem érintkezik egymással.

A szuperpozíciós hajtást megvalósító hullámhajtómű hullámkerekét az ún. hullámgenerátor deformálja, a hullámgenerátort, forgásirányát változtatni képes villanymotor fordítja el. A hullámkereket az elektromos motor csőtengelyén és a hullámgenerátoron átmenő kormánykerék tengelye forgatja. Álló kormánykerék és kormánykerék tengely esetén áll a hullámkerék, amelyet a körbeforgó hullámgenerátor deformál. A hullámgenerátor egy fordulata alatt a gyűrűkerék a két fogazás közötti fogszámkülönbségnyit fordul a hullámgenerátorral megegyező irányba. A fogasléces kormánygép kis fogaskerekével összekapcsolt gyűrűkerék tehát a kormánykerékkel forgatott hullámkerék és a számítógépes program által szabályozott forgásirányú és fordulatszámú villanymotorral hajtott hullámgenerátor együttesen határozza meg.

Aktív kormányzás elektromechanikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állító egységgel (Toyota, Lexus)
11.19. ábra - Aktív kormányzás elektromechanikus szervókormánnyal és hullámhajtóműves állító egységgel (Toyota, Lexus)


A Lexus LS 600h EPSd-t (elektromos szervókormány) többlengőkaros felfüggesztéshez és 19 collos kerékmérethez tervezték. Az egyenáramú, kefe nélküli villanymotor tápfeszültsége 46 V, melyet fedélzeti DC-DC átalakító hoz létre. A kormánygép fogasléce golyósorsón és hullámhajtóművön keresztül csatlakozik a motor forgórészéhez. A kormánygép kimenő teljesítménye a konvencionális EPS-hez képest kétszeres. A kormányerő visszajelzés, visszatérítés elektromosan felügyelt.

A változtatható áttétel (VGRS) mechanizmusát a többtagú kormányoszlopon helyezték el. Az áttétel gépjárműsebesség függően alakul. Kis járműsebességnél (parkolási manővernél) a kormánykerék körülfordulása ütközéstől-ütközésig 2.3, nagy sebességnél 3,7. Az áttételváltozás a kormányzási kézi erőszükségletben is jelentkezik.

Az áttétel akkor is változik, ha a biztonsági felügyeleti rendszer a gépjármű előtt vészhelyzetet jelentő, kikerülendő objektumot detektál. Az Emergency Steering Assist System ilyenkor lecsökkenti az áttételt, hogy kisebb kormányelfordítással gyorsabban lehessen irányt váltani.

Nyomaték érzékelő és hullámhajtóműves állító egység a Toyota és Lexus gépjárművekben.
11.20. ábra - Nyomaték érzékelő és hullámhajtóműves állító egység a Toyota és Lexus gépjárművekben.


Változtatható kormánymű áttétel. Ezzel a kormánymű áttétele a menetsebességhez és a gépkocsivezető által megkívánt kormányszöghöz igazítható. Nagy sebességnél a kormányzás közvetlen beállítású. Lassabb haladásnál közvetlenebb a kormányzás beállítása. Lassabb haladásnál vagy beparkolásnál az aktív kormányzás-állítóegysége jelentősen javítja a gépkocsi kezelhetőségét. Álló helyzetben 2 kormányfordulat elegendő a kormánykerék ütközéstől ütközésig történő elfordításához.

Az aktív kormányzás nagy sebességnél (> 120 km/h) közvetettebb kormánymű áttételt valósít meg, mint egy hagyományos kormánymű. Nagy sebességnél az állítómotor a kormánykerékszöggel ellentétes irányba dolgozik. A megnövelt kormánynyomatékkal (Servotronic) együtt megakadályozza a nem kívánt kormánymozdulatokat.

Perdületszabályozás: az aktív kormányzás rendszere támogatja a DSC (ESP) járműstabilizáló beavatkozását. Menetdinamikailag kritikus helyzetekben az aktív kormányzás célirányosan változtatja meg a gépkocsivezető által megkívánt kerékelfordítási szöget. A gépkocsi sokkal gyorsabban stabilizálódik, mintha a gépkocsivezető tenné. A DSC (ESP) beavatkozási küszöbszintje magasabb, mint az aktív kormányzásé. Ha a gépkocsi túlkormányozottá válna, akkor a gépkocsi stabilizálása érdekében először az aktív kormányzás avatkozik be. Csak ha a kormányzásnak nem sikerül stabilizálnia, akkor lép működésbe a DSC (ESP).

Az aktív kormányzási rendszer biztonsági üzemmódja (Failsafe) az, amikor az állítóegység állítómotorja energiaellátás nélkül marad. Attól függetlenül, hogy a biztonsági üzemmódot feszültségszakadás vagy a rendszer szándékos lekapcsolása hozta létre, az állítóegység nem avatkozik be a kormányzásba. Az állítóegység rögzítéséről egy retesz gondoskodik. A retesz rugóterhelésű, amit feszültségellátás tart a rugóterhelés ellenében. A tápfeszültség kimaradásakor az állítóegység reteszelődik.

A rádolgozó kormánymű rögzítése teszi lehetővé, hogy a vezető felől a kormányoszlopon át a manuális kormányzás továbbra is lehetséges. Ebben az állapotban a kormányzás hagyományos kormányzásként viselkedik. A kormánykerék és az első kerekek közötti tisztán mechanikai áttétel megmarad. A Servotronic-szelep árammentessé válik, működése a nagysebességű jelleggörbére vált át. A kormányrásegítés ennek megfelelően csökken.

A gépkocsivezető tájékoztatást kap a rendszer hibáiról. Ehhez a visszajelzőlámpa szimbóluma, valamint a kombinált műszerben megjelenő Check-Control üzenet szolgál. A Check-Control-üzenet jelentése: Az aktív kormányzás meghibásodott! Figyelmesen kormányozzon. A Control Display-en a következő információ jelenik meg. Megváltozott kormányzási tulajdonságok! Továbbhaladás lehetséges. Előfordulhat, hogy a kormánykerék ferdén áll.

11.3.3. Elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzás

Az elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzás újabb lendületet az összkerékkormányzás továbbfeljesztésére. Számítógépes szabályozással a különböző járműdinamikai intelligens rendszereket kiegészítheti, vagy újabb funkciókkal is elláthat. Ez az új rendszer lehetővé teszi:

  • az első és hátsó kerekek ellentétes elkormányzásával a jármű kanyarodási tulajdonságának javítását kis sebességeknél, parkoláskor,

  • az első és hátsó kerekek azonos irányú elkormányzásával nagy sebességű előzések, kikerülések, hirtelen irányváltoztatások biztonságos végrehajtását,

  • az általánosan használt fékalapú ESP rendszer kiegészítését.

A Renault a japán Aisin céggel közösen kifejlesztette és már sorozatban beépíti a Laguna gépkocsiba az új típusú elektromechanikus hullámhajtóműves hátsókerék kormányzási rendszerét. (11.21. ábra)

Csatolt hosszlengőkaros hátsó futómű elektromechanikus hullámhajtóműves aktuátorral (Renault Laguna GT).
11.21. ábra - Csatolt hosszlengőkaros hátsó futómű elektromechanikus hullámhajtóműves aktuátorral (Renault Laguna GT).


A kétkerék kormányzású Renault Laguna esetében 16 fokos kormányelfordítás szükséges a kerekek 1 fokkal történő elfordításához, az Active Drive új rendszerrel, ehhez 13,5° kormányelfordítás is elegendő. Sőt, ez akár 12°-ig is lecsökkenhet, amikor a hátsó kerekek a maximális, 3,5°-os szögben állnak. 60 km/h felett a hangsúly a kormányzási precizitásra kerül. A hátsó kerekek egy irányba fordulnak az elsőkkel, így az autó stabilitása tovább nő, az általában kevesebb, mint 2°-os hátsókerék-elfordítással, biztonságosan nagyobb kanyarsebesség érhető el. Vészhelyzetben (hirtelen kerüléskor) a kerekek akár 3,5°-os szögben is kitérhetnek. Az ESC (ESP) beavatkozási küszöbét magasabbra helyezték a sportos menettulajdonságok kihasználásához, így biztonságosan és gyorsan végrehajthatók a hirtelen manőverek. Az ESC (ESP) csak akkor lép közbe, ha szükséges, és akkor is fokozatosan erősítve a korrekció mértékét, miután a hátsó kerekeket már eleve a helyzetnek megfelelően fordította a rendszer. A négykerék-kormányzású Active Driverendszer vezérlőelektronikája az ESC/ABS egység szenzorainak segítségével felismeri az aszimmetrikus fékezési szituációkat is, és ennek megfelelően úgy módosítja a hátsó kerekek szögét, hogy a vezetőnek ne kelljen korrigálnia a kormányzáson az autó stabilitásának a megőrzéséhez. A kormányműre szerelt jeladó CAN hálózaton keresztül folyamatosan küldi az aktuális kormányzási szögeket a hátsó tengely mögött található vezérlőegységnek, amely az ESP/ABS egységen keresztül a jármű pillanatnyi sebességét is figyeli. A rendszer képes a kormány szögadatok idő-rendben történő összehasonlítására, így felismeri a sportos vezetési stílussal, vagy a hirtelen kikerülési manőverekkel együtt járó gyors kormánymozdulatokat is. A beérkezett információk alapján az elektronika a megfelelő hátsókerék-szögeltérés parancsot küldi az elektromos aktuátornak, amely a hátsó tengelyen található. A vezérlőegységet és az elektromos beavatkozót (aktuátort) a japán Aisin szállítja.

A korrekciós összkerék kormányzás állítóművének rögzítése, rudazatai, tengelykapcsolata (Renault Laguna GT).
11.22. ábra - A korrekciós összkerék kormányzás állítóművének rögzítése, rudazatai, tengelykapcsolata (Renault Laguna GT).


12. fejezet - Közúti járművek fékezése, hazai és nemzetközi előírások, követelmények

12.1. A gépjárművek fékezésére vonatkozó hazai és nemzetközi előírások és követelmények

12.1.1. Alapfogalmak és a hazai fékezési előírások

A gépkocsik fékrendszere a közlekedésbiztonság szempontjából kiemelten fontos feladatot lát el.

A fékrendszer működése révén lassítja, megállítja, illetve rögzített helyzetben tartja a járművet. Nagy jelentősége miatt a különböző országokban, és az egyes országokon átívelő nemzetközi hatósági előírások vonatkoznak rájuk. Magyarországon a 6/1990 KÖHÉM rendelet van érvényben. Ennek fontosabb részleteit foglalja össze az alábbi ábra. Ezeknek megfelelően a gépkocsikat el kell látni üzemi-, biztonsági-, és rögzítő fékrendszerrel.

A fékrendszerre vonatkozó hazai és nemzetközi előírások
12.1. ábra - A fékrendszerre vonatkozó hazai és nemzetközi előírások


A fékrendszer a jármű mozgási energiáját leggyakrabban a környezetnek átadott hővé, újabban a hibrid és elektromos hajtású járműveknél elektromos energiává alakítják át és ez utóbbi esetben ilyen módon tárolható is. Ez utóbbi módszer lehetőséget ad a tárolt energia újrahasznosítására is. Ennek napjainkban egyre nagyobb a jelentősége. A fékezés során a mozgási energia tárolása lehetséges még hidraulikus nyomás formájában, gáztöltettel ellátott nyomástárolóban, illetve mechanikai munkaként lendítőkerékben.

12.1.2. A gépkocsik fékezési folyamatát befolyásoló tényezők

A fékezés hatásosságát és a fékút hosszát számos különböző tényező befolyásolja, melyek a következők:

  • Műszaki tényezők:

    • a fékrendszer konstrukciós kialakítása,

    • a fékrendszer elemeinek állapota, elhasználódottsága, karbantartottsága.

  • Emberi tényezők:

    • a gépkocsivezető képzés korszerűsége és hatékonysága, a vezetők felkészítése a különböző veszély helyzetekre.

    • a gépkocsivezetői gyakorlat,

    • a gépkocsivezető idegállapota,

      • stressz,

      • alkoholos, kábítószeres befolyásoltság

    • a gépkocsivezető egészségi állapota

  • Időjárási tényezők:

    • látási viszonyok, az észlelés lehetőségei (köd, sűrű eső, havazás, sötétség)

    • síkos, havas, jeges útfelület (tapadási tényező csökkenése, annak hirtelen változása)

  • Az út minősége

    • az út vonalvezetése (gyakori éles kanyarok, meredek emelkedő, vagy lejtő)

    • az útfelület minősége és állapota (érdesített jó minőségű aszfalt, vagy kockakő, felfagyások, gödrök, melyeket kerülgetni kell)

12.1.3. A fékrendszerekre vonatkozó nemzetközi előírások

A gépjárművek fékrendszereinek olyan kivitelűeknek kell lenniük, hogy megfeleljenek valamennyi rájuk vonatkozó előírásoknak. Nemzetközi egyeztetések folynak arról, hogy az előírásokat és a fékrendszerekre vonatkozó kiviteli követelményeket az egyes országok között egymáshoz igazítsák.

  • StVZO 41§, Németország

  • ECE 13 és az EU 98/12, Európai Unió

  • 71/320/EWG, Európai Gazdasági Közösség

  • FMVSS 105, (Federal Motor Vehicle Safety Standard) Amerikai Egyesült Államok és Kanada

  • ADR 31, Ausztrália

  • F18 előírás, Svédország.

A fenti előírásokban azonosak a minimális lefékezettségre (lassulás), a maximális fékútra, és a működtető erőkre vonatkozó részek. Ezeket a különböző jármű kategóriákra vonatkozóan adják meg. A következőkben tehát összefoglaljuk ezeket a járműkategóriákat, amelyek a nemzetközi előírásokban előfordulnak.

12.1. táblázat - Az RREG 71/320/EWG és az ECE R 13 szerinti jármű kategóriák

Jármű kategória

Leírás

L

Gépjárművek 4-nél kevesebb kerékkel (motorkerékpárok)

további felosztás L1, L2, L3, L4, L5 lásd 71/320/EWG

M

M1

Személyszállító gépkocsik legalább négy kerékkel, vagy három kerékkel és 1 t-nál nagyobb tömeggel. (személygépkocsik és autóbuszok)

a vezetőülésen kívül max. 8 ülőhely

M2

a vezetőülésen kívül több, mint 8 ülőhely, max. megeng tömeg 5 t

M3

a vezetőülésen kívül több, mint 8 ülőhely, max. megeng tömeg több, mint 5 t.

N

N1

Áruszállító gépkocsik legalább négy kerékkel vagy három kerékkel és 1 t-nál nagyobb tömeggel. (teherautók, kamionok)

max. megeng. tömeg 3,5 t

N2

3,5 t és 12 t között

N3

12 t felett

O

Pótkocsik és nyerges félpótkocsik

További felosztás O1, O2, O3, O4 lásd 71/320/EWG


12.1.4. A járművek fékvizsgálatára vonatkozófontosabb tudnivalók

Ezek a táblázatban összefoglalt előírások a különböző országokban azonosak.

12.2. táblázat - Az M és az N kategóriás gépkocsik üzemi fékrendszerének vizsgálatára vonatkozó előírások

Jármű kategória

M1

M2

M3

N1

N2

N3

vizsgálati típus

0 - I

0 – I

0 – I - II

0 - I

0 - I

0 – I - II

v0 km/h

80

60

60

70

50

40

sB ≤ mm

ax ≥ m/s2

5,8

5,0

5

FBP N

500

700

700


A táblázatban használt jelölések:

Vizsgálati típus 0 – hideg fék.

Vizsgálati típus I – ismételt fékezések

Vizsgálati típus II – fékezés hosszú lejtőn

v 0 a fékezés kezdeti sebessége

s B fékút

a x közepes legnagyobb lassulás

F BP működtető pedálerő

A közlekedésbiztonság szempontjából fontos, hogy a gépkocsik fékezés közben megfeleljenek az iránytartási követelményeknek.

12.1.5. A kétkörös fékrendszer

A közlekedésbiztonság akkor megfelelő, ha a gépjárműveket kétkörös fékrendszerrel látják el. A kerékfékszerkezeteket két egymástól független hidraulikus kör működteti. Az egyik meghibásodása esetén a másikkal a biztonsági fékre vonatkozó előírt lassulás valósul meg. Ez 500 N pedálerőnél z ≥ 0,3 lefékezettséget jelent. Jelenleg megengedett, hogy a fékrásegítés egykörös legyen. A fékrásegítő meghibásodásakor nagyobb pedálerővel z ≥ 0,3 lefékezettség kell megvalósuljon. A fékrendszer teljes meghibásodásának nagyon kicsi a valószínűsége. Az egyik fékkör kiesésekor az épen maradó körnél a pedálút megnövekszik. A kétkörös fékrendszer jól bevált. A fékrásegítővel ellátott hidraulikus fékrendszereknél a főfékhengert kétkörös, de a rásegítő egykörös is lehet. Idegen erővel működtetett fékrendszernél (hidraulikus, vagy sűrített levegős) az átviteli rendszer, beleértve az energiatárolót is kétkörös. Az energiaforrás lehet egykörös, ha a vezető fény, vagy hangjelzés figyelmezteti a hibára.

A fékkörök felosztása

  • Az autógyárak a gyakorlatban különböző fékkör felosztásokat alkalmaznak. Korábban a leggyakrabban a futóművenkénti változatot alkalmazták. Jelenleg az átlós felosztás a leggyakoribb, amely a fékezés közbeni stabilitás érdekében a korszerű futóműveknél negatív kormánylegördülési sugárral jár együtt.

A fékkörök felosztása a DIN 7400 szabvány szerint
12.2. ábra - A fékkörök felosztása a DIN 7400 szabvány szerint


II Első és a hátsó futóművek közötti fékkör felosztás

A szabvány szerinti rövidítése „II”. Mindegyik fékkör egy futóműre hat. Egyszerű változatnak tekinthető. A futóművekkel szemben nem támaszt különleges követelményt.

X Átlós (diagonális) fékkör felosztás

Mindegyik fékkörhöz egy első kerék és az átlósan hozzá tartozó hátsó kerék tartozik. Általánosan elterjedt jelölése K. Az egyik fékkör meghibásodása esetén a gépkocsi függőleges tömegközépponti tengelye körül nyomaték hat. Ennek az oka az első és a hátsó futóművek között jelentősen eltérő fékerők. Ha az első futóműnél negatív kormánylegördülési sugarat alkalmaznak, (túlterpesztett függőcsap) megvalósul egy automatikus kormánykorrekció. Ívmeneti fékezéskor a gépkocsi különböző módon viselkedik, attól függően, hogy a hibátlan első kerék a külső, vagy a belső oldalon van.

HI Bármely fékkör kiesésekor az első kerekek fékezettek maradnak

Ennek a felosztásnak „HT” a rövidítése. Az első futóműnél négy dugattyús fix féknyerget, vagy két dugattyús úszó nyerget alkalmaznak. A fix nyeregnél egy hengerpár az úszónyeregnél pedig egy dugattyú másik fékkörhöz tartozik. Az egyik fékkör meghibásodásakor azt feltételezve, hogy azonos a fékező nyomás, és azonosak a dugattyúk felületei a fékerőnek csupán a fele valósul meg az első futóműnél. Az úgynevezett T –kör ugyanis csak az egyik első fékszerkezetre hat. A H –kör pedig a teljes hátsó futóműre és az egyik első fékszerkezetre.

LL Első futómű és hátsókerék, felosztás,

Háromkerekes fékrendszernek is nevezik (jelölése: LL). Ennél a változatnál mindegyik fékkör az első futómű felére és egy hátsó kerékre hat. A fékköröknek a hatása szimmetrikus a gépkocsi hosszanti tengelyére, de mindegyik „egyoldalú” hatású.

HH Mindkét fékkör mindegyik kereket fékezi

Négy kerekes fékrendszernek is szoktak nevezni (jelölése: HH). Ennél az első futóműhöz hasonlóan a hátsónál is négy dugattyús fix nyerget, vagy két dugattyús úszónyerget alkalmaznak. Mindegyik fékkör az első futómű munkahengereinek a felére és a hátsó futómű munkahengereinek felére hat. Mindkét fékkörnek azonos a hatása.

A rendszer kiválasztásánál fontos, hogy ellátják-e a fékrendszert blokkolásgátlóval. A hátsókerék hajtású felsőbb osztályba tartozó, különösen a nehezebb, nagyobb teljesítményű gépkocsiknál alkalmazzák a TT rendszert. Az első kerék hajtású gépkocsikat, melyeket úszónyereggel látnak el átlós (diagonális) fékkör felosztást alkalmaznak. Ezek a gépkocsik más okok miatt is kizárólag negatív kormánylegördülési sugárral készülnek.

12.1.6. A fékrendszerrel szemben támasztott követelmények

A fékrendszerrel kapcsolatos különböző műszaki kialakítások nem csak elvárásként jelennek meg, hanem nagyon sok követelményt a különböző hatósági előírások is rögzítenek. Ezek közül a következőkben a fontosabbakat foglaljuk össze.

  • Rendkívül fontos a lehető legkisebb a fékkésedelmi idő megvalósítása és ez által a legrövidebb fékút elérése.

  • A futóművenkénti fékerő felosztás feleljen meg a pillanatnyi dinamikus tengelyterhelésnek, hogy elkerülhető legyen a kerekek túl korai blokkolása.

  • Ergonómiailag megfelelő legyen a fékpedál elhelyezése. Ne legyen túl messze a gázpedáltól és azzal legyen azonos magasságban, hogy a láb áthelyezése minél gyorsabb és akadálymentesebb legyen.

  • Ergonómiailag megfelelő pedálerővel legyen fékezhető a gépkocsi. Ennek érdekében az autógyárak különböző fékrásegítőket szerelnek be.

  • A fékhatás pedálerővel arányosan és fokozatosan legyen növelhető.

  • A gépkocsi lassulása tartós lejtmeneti fékezést követően a súrlódó alkatrészek felmelegedése, vagy esős időben a nedvesség hatására se változzon meg jelentős mértékben.

  • A kerékfékszerkezet legyen megfelelő hőkapacitású azért, hogy intenzív fékezéskor se melegedjenek a megengedettnél jobban a súrlódó alkatrészek. Elkerülhető legyen a „fading” jelensége (nagy hőmérsékleten a fékhatás csökkenése). Ehhez egy meghatározott anyagmennyiségre van szükség, a féktárcsánál és a féknyeregnél. Ez viszont hátrányosan növeli a rugózatlan tömeget.

  • Megfelelő hőelvezetést kell megvalósítani, például kényszerhűtést alkalmazni (belső hűtő lapátozású féktárcsák) annak érdekében, hogy elkerülhető legyen a túlhevülés.

  • Az is nagyon fontos szempont, hogy a fékrendszer tömege a lehető legkisebb legyen.

  • A fékberendezés elvárható élettartama a lehető leghosszabb legyen.

12.1.7. Erők és nyomatékok fékezés közben

A v sebességgel haladó gépkocsinak a mozgási energiája az

 

 

összefüggéssel számítható ki. Fékezés közben ezt az energiát kell a teljes fékúton átalakítani valamilyen más energiává. Ehhez a gépkocsi kerekei és az útfelület közötti tapadást vesszük igénybe. A kerekenkénti fékerő a működtető erő (hidraulikus nyomás) és a súrlódó betét súrlódási tényezőjének szorzataként határozható meg. Ez utóbbi a féktárcsa, illetve a fékdob és a fékbetét között sorozatgyártású gépkocsinál 0,2 – 0,36 közötti. Versenyautók „racing” fékbetéteinél lényegesen nagyobb. A mind a négy keréken kifejtett fékerő összege adja a teljes fékerőt Fö. A súrlódó erő a kerekek kerületén a fékező nyomatékot hozza létre. Ennek meghatározásánál a közepes súrlódási sugarat vesszük figyelembe. A fékező nyomaték tart egyensúlyt az útfelület és a gumiabroncs között létrejövő úgynevezett tapadási nyomatékkal. Ez utóbbi a fékerő és a kerék dinamikus gördülési sugarának szorzataként határozható meg.

Ha a tapadási nyomaték kisebb, mint a fékező nyomaték a kerék a fékező nyomaték kialakulását követő

 

120 – 130 ms-on

 

belül blokkolni fog. Emiatt a keréknél nagyon lecsökken, majd meg is szűnik az oldalvezető erő és ezért a gépkocsi uralhatatlanná válik. Ezután a haladása már nem lesz nyomtartó, kitör, megfarol. Szilárd burkolatú úton a legtöbb esetben ilyenkor a fékút is meghosszabbodik.

12.1.8. A fékrendszer működtetésének lehetőségei

A gépjárművek súrlódásos fékberendezései teljesítve az előbbiekben összefoglalt elvárásokat különböző módon működtethetők.

  • mechanikusan, vagy elektromechanikusan (rögzítő fék),

  • hidraulikusan, vagy elektrohidraulikusan (üzemi fék),

  • pneumatikusan (haszonjárművek fékrendszerei)

13. fejezet - Fékrendszer járműdinamikai elemzése

13.1. A fékezés folyamata

A fékezési folyamat lassulásmérővel vizsgálható, melyben a fékezés alatt az ún. szenzitív tömegen ébredő tehetetlenségi erőt alakítják át elektromos jellé, vagy elmozdulássá. Ezeket a jellemzőket az idő függvényében rögzíti és tárolja. A fékezési folyamat szakaszai:

13.1.1. Reakció idő (tr)

A felbukkanó akadály, vagy a veszélyhelyzet észlelése és a fékpedál érintése között eltelt idő. Ez további két szakaszra, a „döntési” és a „cselekvési” időre bontható. Értéke 0,5 - 2 s között változik, a vezető figyelmétől és az őt befolyásoló tényezőktől, a pillanatnyi képességétől, gyakorlatától, és az akadály felbukkanásának váratlanságától függően. A cselekvési időre hatást gyakorol a gépkocsi kialakítása is (pl. pedálok elhelyezése). Mivel a reakcióidő a vezetőtől is jelentősen függ, a fékrendszer minősítésekor figyelmen kívül hagyjuk.

13.1.2. Fékkésedelmi idő (t1)

A fékpedál érintésétől a lassulás növekedésének kezdetéig tart. Ezt befolyásolják a fékrendszerben szükséges holtjátékok (fékpedálnál, működtető egységeknél, fékpofa és a féktárcsa között stb.), továbbá a legyőzendő rugóerők és az alkalmazott közvetítő közeg összenyomhatósága. Értéke hidraulikus féknél 0,2 s, légféknél pedig 0,3 - 0,4 s.

13.1.3. A felnövekedési idő (t2)

Ez alatt az idő alatt alakul ki a maximális lassulás. Befolyásolja a beépített csövek, fékpofák, fékbetétek, fékdobok, illetve féktárcsák rugalmas deformációja. A vezető is van rá hatása, mert egy bizonyos idő szükséges ahhoz, hogy beállítsa az általa kívánatosnak tartott lassulást. Értéke 0,2 - 0,5 s.

13.1.4. A hatásos fékezés ideje (t3)

Eközben a fékezési lassulás hozzávetőleg állandó értékű.

A fékezési folyamat.
13.1. ábra - A fékezési folyamat.


13.2. A fékrendszer minősítése

A (13.2. ábra) ábrán egy lassulásdiagram látható. Kezdőpontja a fékpedál érintésének pillanata.

Egy fékezés lassulás diagramja
13.2. ábra - Egy fékezés lassulás diagramja


A lassulás diagram görbe alatti területe adja a sebesség mindenkori változását, tehát abból a sebesség-idő függvény meghatározható.

 

 

Ha ezt a függvényt integráljuk, akkor kapjuk a fékezési folyamat út-idő függvényét.

 

 

Fékezett gépkocsi egyszerűsített foronómiai görbéi
13.3. ábra - Fékezett gépkocsi egyszerűsített foronómiai görbéi


A számítások megkönnyítése érdekében az úgynevezett „egyszerűsített lassulásdiagramot” használjuk, melyben a bonyolult a(t) függvényt egy nulla-, és egy állandó értékű szakasz helyettesíti. A nulla lassulású szakasz időtartama:

 

 

Így a valóságnál néhány százalékkal hosszabb fékutat kapunk, ami a biztonság irányába jelent eltolódást.

 

 

A fékszerkezet hatásosságának minősítése három módon történhet:

  • fékút méréssel,

  • lassulás méréssel,

  • fékerő méréssel.

A nemzetközi fékelőírások alapján lefolytatott jóváhagyási vizsgálat során, ellenőrizni lehet az előírt feltételekkel végzett fékezések során, a fékutat, vagy az úgynevezett „átlagos maximális lassulást” (Mean Fully Developed Deceleration – MFDD) értékét.

Az MFDD számításának módja:

 

 

Az MFDD értelmezése
13.4. ábra - Az MFDD értelmezése


A fenti összefüggés paramétereinek értelmezését szemlélteti a 13.3. ábra, melyben a sebesség értékeket km/h-ban az utakat pedig méterben kell behelyettesíteni, így a végeredményt m/s2-ben kapjuk.

A fékrendszer gyors minősítése elvégezhető egyszerűsített fékút, vagy lassulás méréssel (Motometer, XL Méter). A hatósági műszaki felülvizsgálaton, vagy olyankor, amikor szükséges a kerékfékszerkezetek egyenkénti minősítése is, görgős fékpadon erőmérést végeznek.

13.3. A gumiabroncs tapadása és a tapadás kihasználása

A közúti járművek fékezhetőségére, fékezés közbeni viselkedésére fontos hatást gyakorol a gumiabroncs és az útburkolat között létrejövő erő nagysága. A gumiabroncs kerületén csak akkor jöhet létre fékerő, ha kialakul egy bizonyos mértékű kerékcsúszás (szlip).

 

A kerékcsúszás:

ahol:

 

vk

- kerék kerületi sebessége,

 

v

- gépkocsi sebessége.

A kerékcsúszás függvényében a gumiabroncs tapadási tényezőjét (μ) a 13.5. ábra szemlélteti. Az ábrázolt görbét a legnagyobb tapadási tényező (μmax) két, stabil és instabil részre osztja. A görbe alakja, a maximális érték helye és nagysága, a blokkoláshoz (100%-os szlip) tartozó tapadási tényező értéke széles határok között változik az útburkolat fajtájának és állapotának függvényében. Ezen kívül befolyásolja még a gumiabroncs anyaga, szerkezete, mintázata, terhelése és a haladási sebesség is.

A gumiabroncs fékezés irányú tapadási tényezője
13.5. ábra - A gumiabroncs fékezés irányú tapadási tényezője


13.4. A fékezett kerék mozgásegyenlete

 

 

ahol:

 

Fx

- fékerő,

 

Mfék

- fékezőnyomaték,

 

Θ

- a kerék és a kapcsolódó forgó tömegek tehetetlenségi nyomatéka,

 

ε

- a kerék szöglassulása,

 

rdin

- a kerék dinamikus gördülési sugara.

A tapadási függvényből adódóan:

 

 

ahol:

 

Fz

 - a kerék függőleges, az útfelületre merőleges terhelése.

A fenti összefüggésekből látható, hogy a fékszerkezet által kifejtett fékezőnyomaték a fékerőt nem közvetlenül, hanem a kerék mozgásállapotán és a tapadási függvényen keresztül határozza meg.

A fékezett kerékre ható erők és nyomatékok
13.6. ábra - A fékezett kerékre ható erők és nyomatékok


Ha a tapadási tényezőnek a 0 és 100% csúszás (a kerékblokkolása) között határozott maximuma (μmax) van, akkor ez a pont a függvényt stabil és labilis szakaszra osztja. A stabil szakaszban a fékezőnyomaték növelésre a kerék kismértékű csúszás növekedéssel és emiatt újabb, stabil fékezési munkapont kialakulásával reagál. Ha a fékezőnyomaték annyira növekszik, hogy a munkapont eléri a tapadási függvény maximumát, akkor a további fékezőnyomaték növekedéssel már csak a kerék lassuló forgásából adódó nyomaték tarthat egyensúlyt. Ez a fékezőnyomaték csökkentése nélkül a csúszás folyamatos növekedését és a kerék blokkolását eredményezi.

A kerékblokkolás nemkívánatos jelenség, mert

  • a blokkoló kerék által kifejtett fékező erő kisebb lassulást eredményez, mint a gördülő keréken létrejövő maximális kerületi erő,

  • a blokkoló keréken erőteljesen csökken az átvihető oldalerő nagysága, vagyis szinte megszűnik a kerekek oldalvezető képessége,

  • a blokkoló kerék fékerejét kizárólag az abroncs és a talaj közötti csúszó súrlódás határozza meg, vagyis itt nem érvényes a fékszerkezet működtető ereje (és ezzel a vezető által kifejtett vezérlő erő), illetve a kifejtett fékerő között a tapadási függvény stabil szakaszán fennálló és a vezető által megszokott összefüggés.

A gumiabroncs fékezés és oldal irányú tapadási tényezője
13.7. ábra - A gumiabroncs fékezés és oldal irányú tapadási tényezője


A fékerő és az oldalvezető erő közötti kapcsolatot szemlélteti a 13.7. ábra, melyen adott oldalkúszási szög (α) esetén a szlip függvényében egyidejűleg figyelhető meg az abroncs által átvitt hossz- és oldalirányú erő. Az oldalerő kialakulásában a kerék haladási iránya és saját síkja által bezárt, oldalkúszási szög (illetve annak szinusza) hasonló szerepet tölt be, mint a fékerők esetében a csúszás. Fordítva is igaz a (13.7. ábra) ábrán bemutatott összefüggés, vagyis a fékerő jelentős csökkenést mutat adott csúszás esetén, ha növekszik az oldalkúszási szög. A két erőkomponens, illetve a hossz- és keresztirányú csúszás mértéke tehát kölcsönösen befolyásolják egymást.

13.5. Fékerő felosztás

A gépjárművek üzemi fékrendszerének feladata a lehető legnagyobb lassulás biztosítása, a stabilitás és az irányíthatóság megőrzése mellett. Az elérhető legnagyobb lassulástól eltekintve az egyéb hosszirányú erőktől, a talaj és a gumiabroncsok közötti tapadástól függ:

 

 

ahol:

 

Fzi

az i-edik kerék terhelése,

 

μmaxi

maximális tapadási tényező az i-edik keréknél,

 

m

a gépkocsi tömege,

 

n

a fékezett kerekek száma.

A kerekek terhelése változik:

  • statikusan

    a gépkocsi terhelésétől (utasok, rakomány),

    az útpálya lejtésétől és dőlésétől,

  • dinamikusan

    a tehetetlenségi erőktől (fékezés, kanyarodás),

    az útegyenetlenségektől függően.

Az útfelület és a gumiabroncs közötti tapadási tényező is változik térben és időben, illetve az egyes kerekeknél különböző értékeket vehetnek fel. Szélsőséges esetben például száraz aszfalt és jég esetén a különbség nyolcszoros is lehet.

Hatékony lassítás csak akkor érhető el, ha az ehhez szükséges fékerő felosztása az egyes kerekek között a tapadási feltételeknek megfelelően történik. A gépkocsi jobb és bal oldalán a tömegközépponti függőleges tengely körüli forgatónyomaték, illetve a kormánykeréken jelentkező zavaró nyomaték keletkezésének elkerülése miatt nem célszerű lényegesen eltérő fékerőket megvalósítani.

Ha a gépkocsi két oldala, közötti különbségektől eltekintünk és homogén tapadási viszonyokat feltételezünk, a jármű futóművei közötti fékerő felosztásról beszélünk. Ez adott tapadási viszonyok mellett meghatározza a futóművek blokkolási sorrendjét. Egy kéttengelyes jármű esetén például a fékerők növelése esetén elvileg három eset fordulhat elő:

  • Az első kerekek blokkolnak először.

    A kormányzott kerekeknél megszűnik az oldalvezető erő, a gépkocsi kormányozhatatlanná válik, de iránytartóan halad tovább.

  • A hátsó kerekek blokkolnak elsőször.

    Ilyenkor már a legkisebb oldalerő hatására is a gépkocsi megperdül. Ez egy önerősítő folyamat, ezért a vezető kormánykorrekciója nélkül stabilitásvesztést eredményez.

  • Az első és a hátsó kerekek egyszerre blokkolnak.

    A blokkolás határán valamennyi keréken azonos a tapadáskihasználás, azaz kifejthető a maximális fékerő, a gépkocsi viselkedése a blokkolás bekövetkezése után kiszámíthatatlan. Az útfelülettel párhuzamos síkban ható eredő erő és nyomaték nagyságától és irányától függően a sodródás és a pördülés tetszőleges kombinációja kialakulhat.

A konstruktőrök a fékrendszerek olyan kialakítására törekszenek, hogy a fékút a lehető legrövidebb legyen, és a gépkocsi eközben stabil maradjon. Ez az első kerekek enyhe túlfékezésével érhető el, vagy akkor, amikor az ABS megakadályozza a kerekek blokkolását.

A futóművek alul-, illetve túlfékezettségének és a tapadáskihasználás szemléltetésére az adhéziós diagramot használják. Ez a futóművek dinamikus terhelésre vonatkoztatott fajlagos lefékezettségét (tapadáskihasználását) ábrázolja a jármű fajlagos lassulása függvényében.

Kéttengelyes gépkocsi adhéziós diagramja
13.8. ábra - Kéttengelyes gépkocsi adhéziós diagramja


A diagram vízszintes tengelyén a „z” a lefékezettség vagyis a fajlagos lassulás.

ahol:

 

a

 – a gépkocsi lassulása fékezéskor,

 

g

 – a gravitációs gyorsulás.

– az i-edik tengely fajlagos lefékezettsége, vagy másként értelmezve tapadásigény

ahol:

 

Fxi

– az i-edik tengely fékereje,

 

Fzi

– az i-edik tengely (dinamikus) terhelése.

Az ábrában a kék színű, szaggatott vonal a fékezési lassulás szempontjából ideális fékrendszert jellemzi. Ekkor a kerekek lefékezettsége minden lassulásnál egymással és az adott tapadási viszonyok esetén elérhető maximális fajlagos lassulással megegyező. Ehhez a fékerőket a dinamikus tengelyterhelések arányában kell felosztani.

Fékezett kéttengelyes gépkocsira ható erők a légellenállás figyelmen kívül hagyásával
13.9. ábra - Fékezett kéttengelyes gépkocsira ható erők a légellenállás figyelmen kívül hagyásával


Sík úton fékezett kéttengelyes gépkocsi dinamikus tengelyterhelései a 13.9. ábra jelöléseit felhasználva a következő módon alakulnak:

 

 
 

 

ahol:

 

– a tehetetlenségi erő,

 

– a gépkocsi súlyereje.

Ezzel az ideális fékerő arány:

 

 

Ennek értéke a gépkocsi terhelési állapotától, a tömegközéppont helyzetétől és a pillanatnyi lassulástól függ. A fékrendszerek viszont állandó fékerőfelosztást valósítanak meg.

Az első és hátsó kerekek fékerői közötti állandó arány:

 

 

Az fékerők összege adott „” lassulás esetén:

 

 

Így:

 

 és    

 

Ezzel a futóművek lefékezettsége (tapadási igénye) ilyen fékrendszer esetén:

 

 
 

 

A lefékezettség fenti összefüggések szerinti alakulását a 13.8. ábra vastag, folytonos vonalai szemléltetik. Az ideális esethez viszonyítva csökken az adott tapadási tényező (µmax) mellett realizálható lassulás (Zfval), illetve nő az adott lassuláshoz (Zf) szükséges tapadási tényező (µval). Természetesen a stabilitási viszonyok is megváltoznak. Az ideális fékerő-felosztású jármű kerekei a tapadási határt elérve egyszerre csúsznak meg, hiszen a tapadás kihasználtsága egyforma. Az állandó fékerő-felosztású járműnek viszont csak egyetlen esetben – lassulásnál – ilyen a viselkedése. Ennél kisebb lassulásnál az első futómű kerekei túlfékezettek, vagyis a tapadási tényező csökkenése, illetve a lassulás növelése esetén először ezek csúsznak meg. A -nél nagyobb lassulásoknál a helyzet fordított, azaz a hátsó futómű kerekei válnak túlfékezetté. Vagyis az ideális felosztás 45°-os egyenesétől felfelé a túl-, lefelé az alulfékezett tartomány található az adhéziós diagramban.

13.6. Ideális és effektív fajlagos fékerő eloszlás

Az adhéziós diagramban tetszőleges tengelyszámú jármű fékerő-felosztási viszonyai vizsgálhatók. A fajlagos fékerő diagram csak kéttengelyes járművek vizsgálatára alkalmas. Használata elsősorban a személygépkocsi fékrendszerekkel kapcsolatban terjedt el. Előnye, hogy itt az ideális fékerő eloszlást ábrázolja bonyolultabb (parabolikus) görbe, míg a tényleges felosztás ábrázolása általában egyenesekkel, illetve törtvonalakkal lehetséges. Vagyis az adott terhelési állapotára megszerkesztett ideális felosztás görbéjéhez viszonylag egyszerűen elvégezhető a különböző fékrendszer variánsok tényleges felosztási vonalainak illesztése.

A 13.9. ábra jelöléseit alkalmazva, írjuk fel az ábrán látható kéttengelyes gépkocsira ható vízszintes erők egyensúlyát!

 

 

mivel,

 

 
 

 

így

 

 

ebből a fajlagos lefékezettség

 

 

A tengelyenkénti fékerő:

 

 
 

 

mivel így

 

 
 

 

A tengelyenkénti fajlagos fékerők

 

 
 

 

ebből az ideális fajlagos fékerő karakterisztika egyenlete:

 

 

A pozitív előjel a fékezéskor, a negatív előjel a hajtáskor mutatja a járműre ható erőket.

Az ideális fajlagos fék és vonóerő diagram
13.10. ábra - Az ideális fajlagos fék és vonóerő diagram


A fékezés folyamata a karakterisztika első síknegyedbeli része vonatkozik.

A gépkocsi fékberendezése által biztosított effektív fajlagos fékerők hidraulikus fékrendszernél.

Az első futóműnél:

 

 

A hátsó futóműnél

 

 

ahol:

 

η

a hatásfok

 

p

a fékező nyomás

 

c

a kerékfékszerkezet belső áttétele

 

r

a súrlódó felület közepes sugara

 

Rdin

dinamikus gördülősugár

 

A

munkahenger felület

Bevezetve és

az első, illetve a hátsó futómű fékszerkezetére jellemző fékkonstansokat kapjuk

 

ill.

 
 

 

Fékerő módosító nélküli fékrendszernél a fékfolyadék nyomás az első és a hátsó fékkörben azonos, ezért:

 

 

így az effektív fajlagos fékerő függvény

 

 

A fékerő módosító nélküli fékrendszer fajlagos fékerő elosztás egyenes, melynek meredekségét az első és hátsó futóművek fékrendszerére jellemző konstansok aránya határozza meg.

Légfékrendszereknél az effektív fékerők

 

 
 

 

ahol ; a fékkar hossza és „l” a fékkulcs evolvens alapkör sugara.

A (13.11. ábra) ábrán az ideális fajlagos fékerő elosztási görbe fékezés mechanikai szempontból lényeges első síknegyedbeli része látható kiegészítve a konstans lefékezettségi, valamint a konstans ; egyenesekkel. Ugyanezen az ábrán tüntettük fel a fékerő módosító nélküli fékrendszer fajlagos effektív fékerőelosztási egyenesét.

Az ideális és a fékerő módosító nélküli fékerő felosztások diagramja
13.11. ábra - Az ideális és a fékerő módosító nélküli fékerő felosztások diagramja


A (13.12. ábra) ábrán nyomásaránytartó fékerő módosítóval szerelt fékrendszer tört karakterisztikájú effektív fékerőelosztását szemlélteti.

Az ideális és a fékerő módosítóval szerelt effektív fékerő felosztások diagramja
13.12. ábra - Az ideális és a fékerő módosítóval szerelt effektív fékerő felosztások diagramja


Az ideális és az effektív fékerő karakterisztikák illesztése fékerőszabályozó nélkül és terhelés függő fékerőszabályozóval
13.13. ábra - Az ideális és az effektív fékerő karakterisztikák illesztése fékerőszabályozó nélkül és terhelés függő fékerőszabályozóval


Az effektív fajlagos fékerőkarakterisztikák illesztése az ideálishoz úgy történik, hogy jó minőségű száraz beton úton haladva, amikor mindig az elsőtengely legyen túlfékezett, a hátsó pedig alulfékezett. Hidraulikus fékrendszernél üres terhelési állapothoz illesztünk, és teljesen terhelt állapothoz korrigálunk.

13.7. Fékezési stabilitás

A gépkocsik fékezés közbeni viselkedésének értékelésekor nagy jelentősége van a vészfékezésnek. Ha ilyenkor is stabilan uralható a gépkocsi, akkor van esély a baleset elkerülésére. Az instabillá váló gépkocsi uralhatatlan, megfarol és oldalával csapódik az akadálynak. Ez azért veszélyes mert, a kocsiszekrény oldala kevésbé alkalmas az ütközési energia deformációs munkává alakítására. A gyakorlatban a középkategóriás gépkocsinál 50 km/h sebességgel bekövetkező frontális ütközés még túlélhető. Az oldal irányú ütközés 30 km/h sebességgel a leggyakrabban már halálos kimenetelű. Ez is bizonyítja, hogy a fékezés közbeni stabilitás nagyon fontos követelmény. Függetlenül tehát a fékezés erősségétől a gépkocsi nyomtartó kell maradjon. A vezető minden különösebb kormánykorrekció nélkül, még zavaró körülmény fennállása esetén is meg kell tartsa ezt az állapotot.

A gépkocsi fékezés közbeni viselkedésének számítása

Az előzőekben leírt elvárás matematikai megfogalmazása az alábbi ábra alapján lehetséges. A gépkocsit egy kétkerekű járműmodell helyettesíti. Ennél a futóművek bal, illetve jobb oldali kerekei „összetoljuk” középre és csupán egy-egy kereket veszünk figyelembe a modellnél. Tekintettel vagyunk a β-val jelölt zavaró tényezőre, a gépkocsi „úszási szögére”. Ez a kerekek oldalkúszási szögéből αv-ből és az ah-ból adódik. A gépkocsit, a kerékfelfüggesztés rugalmasságát elhanyagolva egy merev testnek tekintjük. A gépkocsira ható erők a képen láthatók. A tömegközéppontban hat a tehetetlenségi erő Fx,g = z⋅Gg. Ezzel tartanak egyensúlyt a fékerők Fx,B,v az első futóműnél, Fx,B,h pedig a hátsó futóműnél.

A merev, kétkerekű gépkocsi modell.

A tömegközéppont S.

13.14. ábra - A merev, kétkerekű gépkocsi modell.


Az első futómű felfekvési pontja β szöggel és ennek megfelelően Δbv szakasszal tolódott el. Ezzel ellentétes irányú a hátsó futóműnél a Δbh szakasz. A tömegközéppontban ható Fy,g = zq⋅Gg oldal irányú erő miatt az első keréken Fy,B,v oldalerő hat, és a hátsó keréken pedig Fy,B,h. Ezek okozzák a kerekek oldalcsúszását. A kerekek talppontjaiban ébredő nyomatékot is keltenek a függőleges tengely körül. Ezt a gépkocsi tehetetlenségi nyomatéka Jg,z (kg⋅m2) egyenlít ki. Ha feltételezzük, hogy β = αv = αh a következő egyenletek adódnak:

 

 
 

 
 

 

A (13.14. ábra) ábrából megállapítható, hogy:

 

 
 

 

Behelyettesítve az előző egyenletbe és elosztva l-el adódik:

 

 

Bevezetve a összefüggést és kissé átalakítva az alapegyenletet:

 

 

A nagy keréktávolságnak kedvező a hatása.

A tömegközéppont körüli szöggyorsulásnál a pozitív érték azt jelenti, hogy az úszási szög növekedésekor a gépkocsi instabillá válik és kitör. Negatív érték esetén, amikor csökken, a gépkocsi önmagától stabilizálódik, visszatér az eredeti nyomvonalra. A számszerű érték a reakció gyorsaságát fejezi ki. A nagyobb pozitív érték esetén még egy gyakorlott vezető sem tud kellően gyorsan beavatkozni. Jelentős szerepe van a gépkocsi tömegközépponti függőleges tengelyére vonatkozó tehetetlenségi nyomatéknak Jg,z. Minél kisebb, annál hajlamosabb lesz a gépkocsi a farolásra.

Ha a fenti összefüggésekkel üres és terhelt gépkocsira elvégezzük a számításokat, az eredményeket az alábbi ábra szemlélteti. Mindegyik terhelési állapotnak egy görbe felel meg. Ezek között látható az egyenes, amely az ideális merev kétkerekű modellt jellemzi. Az eredmény használható a gépkocsi fékezés közbeni viselkedésének megítélésére. A valóságos gépkocsinál a kerekek elaszto-dinamikus felfüggesztésével az önstabilizálás megvalósítható.

Az „üres” és a „terhelt” gépkocsi perdülési gyorsulása d2β/dt2 a hidraulikus nyomás phydr függvényében.
13.15. ábra - Az „üres” és a „terhelt” gépkocsi perdülési gyorsulása d2β/dt2 a hidraulikus nyomás phydr függvényében.


A fenti ábrán a középső egyenes pont-vonallal rajzolva a merev kétkerekű járműmodellre vonatkozik. 700 N/cm2 fékező nyomás felett a „üres” gépkocsi elkezd kitörni. A „terhelt” gépkocsi viszont 800 N/cm2 fékező nyomás felett stabilizálja magát. A negatív perdülési gyorsulás stabilizáló hatású.

Stabilizátorokkal a gépkocsi önkormányzási tulajdonsága javítható. Az üres gépkocsira vonatkozó görbénél 800 N/cm2 fékezőnyomás felett meredeken felfelé kanyarodik. Tehát a perdítő gyorsulás gyorsan növekszik, ezért a gépkocsi kitör. Ennél a terhelési állapotnál a gumiabroncs legnagyobb tapadási tényezője a kritikus lefékezettség feletti. A gumiabroncsok helyes megválasztásával kell biztosítani, hogy valamennyi lehetséges útviszonynál a kritikus lefékezettség a maximális tapadási tényező felett legyen. Csak ekkor alakul ki a kívánatos fékezési stabilitás.

A terhelt gépkocsi görbéje meredeken lefelé kanyarodik 900 N/cm2 nyomás felett. A perdülési gyorsulás negatív. A gépkocsi stabilizálódik. Ekkor az első kerekek blokkolnak. A kritikus lefékezettség jelentősen a maximális tapadási tényező felett van. A gépkocsi terhelésének jó hatása érvényesül.

14. fejezet - Korszerű hidraulikus fékrendszerek szerkezeti és működési analízise

Tartalom
14.1. A hidraulikus fékrendszer részegységei
14.2. Vákuumos fékrásegítők
14.2.1. Beépítése és működése
14.2.2. Két membrános tandem vákuumos fékrásegítő
14.2.3. A fékasszisztens feladatát ellátó aktív vákuumos fékrásegítő
14.3. Vákuumszivattyúk a vákuumos fékrásegítők működtetéséhez
14.3.1. Dugattyús vákuumszivattyú
14.3.2. Forgólapátos vákuumszivattyú
14.3.3. Membrános vákuumszivattyú
14.3.4. Villanymotorral hajtott vákuumszivattyúk
14.4. Hidraulikus fékrásegítő
14.4.1. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.4.2. Hidraulikus fékrásegítő, Toyota
14.5. „iBooster” az elektromechanikus fékrásegítő
14.6. Főfékhenger
14.7. A hidraulikus fékrendszer munkaközege a fékfolyadék
14.8. Fékerő módosítók
14.8.1. Tengelyterhelés függő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.2. Nyomásfüggő átkapcsoló pontú, nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.3. Lassulásfüggő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító
14.8.4. Elektronikus fékerő felosztás
14.9. Fék munkahengerek
14.10. Hidraulikus működtetésű dobfékek
14.10.1. Szimplex dobfék
14.10.2. Duplex dobfék
14.10.3. Duo-duplex dobfék
14.10.4. Szervofék
14.10.5. Duo-szervo dobfék
14.10.6. A dobfékek részegységei
14.10.7. A fékpofák utánállítása
14.11. Hidraulikus működtetésű tárcsafékek
14.11.1. A tárcsafékek csoportosítása
14.11.2. Négy dugattyús fix nyerges tárcsafék
14.11.3. Úszónyerges tárcsafékek
14.11.4. Úszó keretes nyerges tárcsafék
14.11.5. Úszó ökölnyerges tárcsafék
14.11.6. Kombinált ököl és keretes nyerges tárcsafék
14.11.7. Különleges tárcsafékek
14.12. Korszerű mechanikus és elektromechanikus rögzítő fékek szerkezeti-, és működési analízise
14.12.1. Hagyományos, mechanikus működtetésű rögzítőfékek
14.12.2. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse)
14.12.2.1. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék (EPB-Ci)
14.12.2.2. A tárcsafékbe szerelt duo-szervo dobfék, mint elektromechanikus rögzítő fék EPB-DS

A hidraulikus fékrendszer előnye, hogy kicsi a működés késedelmi ideje és az alkalmazott viszonylag nagy nyomás miatt kisebbek lehetnek a fék munkahengerek.

A hidraulikus fékrendszer gyakran tartalmaz mechanikus, és pneumatikus erőátviteli elemeket is. Az elektronika is egyre fontosabb szerepet tölt be.

A hidraulikus fékrendszer áttekintése.
14.1. ábra - A hidraulikus fékrendszer áttekintése.


Az ábrán alkalmazott színek:

 

az alap fékrendszer elemei

- fekete

 

fékrásegítők

- zöld

 

fékerő módosítók

- sárga

 

menetdinamikai szabályozók

- piros

14.1. A hidraulikus fékrendszer részegységei

A gépkocsivezető által kifejtett pedálerőt mechanikus áttétel növeli és közvetíti a főfékhenger dugattyújához. A hidraulikus alap fékrendszernél a gépkocsi lassításhoz szükséges nyomást és a működtetéshez szükséges fékfolyadék térfogatot a főfékhenger dugattyúja hozza létre. Csöveken jut el a kerékfékszerkezetek munkahengereibe. A kerekek rugózása miatt flexibilis tömőket is beépítenek.

A nyomást a munkahengerek alakítják át működtető erővé, illetve elmozdulássá. Ez szorítja egymásra a súrlódó felületeket. Így alakul ki a szükséges fékező nyomaték.

A hidraulikus fékrendszer működése a Pascal törvényen alapul, mely szerint a zárt folyadékra gyakorolt nyomás minden irányban egyenletesen hat.

Az alap fékrendszert kiegészítő szerelvények

Az alap fékrendszert további, különböző feladatokat ellátó szerelvények egészítik ki. Ezek egyrészt csökkentik a gépkocsivezető által a pedálon kifejtendő működtető erőt. Másrészt a biztonságos fékezés érdekében futóművenként összehangolják a fékerők nagyságát. Illetve különböző menetdinamikai szabályozásokat végeznek.

Fékrásegítők

Feladatuk a komfortosabb és hatékonyabb fékezés megvalósítása. A nagyobb tömegű gépkocsiknál a gépkocsivezető által kifejtett pedálerő már viszonylag nagy pedál áttételnél is kevésnek bizonyul a hatóságilag előírt fékhatás elérésére. Ezért fékrásegítőt szerelnek be. Az előző ábrán ezek a szerelvények zöld színűek és a feltüntetett változatok közül természetesen csak az egyiket alkalmazzák. Közös jellemzőjük, hogy működésükhöz segédenergia szükséges. A rásegítők lehetnek:

  • vákuumos,

  • hidraulikus,

  • sűrített levegős

  • elektromechanikusak.

A vákuumos fékrásegítőt már 75 éve alkalmazzák és széles körűen elterjedt, de a hátránya az, hogy néhány század másodperccel megnöveli a fékkésedelmi időt.

Gyakran alkalmaznak villanymotorral hajtott vákuumszivattyúkat a dízelmotoros, az elektromos és a hibrid autóknál. A hidraulikus fékrásegítőknek kisebb a késedelmi ideje. A 2013-ban a Bosch által bemutatott elektromechanikus fékrásegítő háromszor gyorsabb a vákuumosnál.

Vákuumos fékrásegítő a pedálokkal.
14.2. ábra - Vákuumos fékrásegítő a pedálokkal.


Fékerő módosítók

A főfékhenger és a kerékfékszerkezet közé szerelik be. A rendszerábrán narancssárga színű. Az a feladatuk, hogy minél jobban megközelítse a futóművek közötti fékerő arány az ideálisat. Tengelyterhelés-, nyomás- és lassulás függő változatait alkalmazták korábban. A jelenleg a széria ABS-el ellátott gépkocsiknál a fékerő módosítók feladatát a blokkolásgátló egyik, erre a célra kifejlesztett programja veszi át, mellyel az elektronikus fékerő felosztás valósítható meg.

Menetdinamikai szabályozó rendszerek

Az alap fékrendszer kiegészítő elemei. Nem csak fékezéskor, de a fékrendszer elemeinek felhasználásával avatkoznak be. Ebbe a csoportba tartozik a blokkolásgátló, a kipörgésgátló, a fékasszisztens, az elektronikus fékerő felosztás, vagy az elektronikus stabilitás program. A rendszerábrán ezek a szerelvények piros színűek. A főfékhenger és a fék munkahenger közé kötik be. Az öndiagnosztika felügyelete alatt működnek.

14.2. Vákuumos fékrásegítők

14.2.1. Beépítése és működése

A pedálerővel arányosan a fékrásegítő a főfékhenger dugattyújára ható működtető erőt növeli. A fékrendszer konstrukciós kialakításánál össze kell hangolni a főfékhenger és a vákuumos fékrásegítő műszaki jellemzőit. Ezek hatását az alábbi (14.7. ábra) működési diagram ábrázolja.

Alapjárati fordulatszámon az Otto-motor szívócsövében a zárt pillangószelep mögött 0,7-0,8 bar vákuum alakul ki, amely energiaforrásként használható. A motorfék használatakor az alapjáratinál nagyobb, lesz az úgynevezett kényszer alapjárati fordulatszám és ezért a kialakult vákuum is. A pillangószelep nélküli dízelmotorral szerelt gépkocsiknál a fékrásegítő energiaellátásához vákuumszivattyút kell felszerelni. Ezt mechanikus áttételen keresztül működtetheti a belsőégésű motor. Gyakran alkalmazzák a villanymotorral hajtott vákuumszivattyúkat, különösen hibrid- és az elektromos hajtású gépkocsiknál.

A vákuumos fékrásegítő háza acéllemezből sajtolással készül. Az utóbbi évtizedek fejlesztései a tömeg csökkentésére irányultak. 2013-ban több gyártó bemutatott alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítőt is. A rásegítő házának két részét peremezéssel rögzítik egymáshoz. Nagy átmérőjű dugattyú támasztja meg a rásegítő két részét egymástól elválasztó, elasztomerből készült membránt. Ennek pereme látja el egyúttal a két házrész közötti tömítés feladatát is. A fékpedállal mozgatott működtető rudazatba kettős szelepet építenek be. A belsőégésű motor szívócsöve, illetve a vákuumszivattyú és a rásegítő közé visszacsapó szelepet szerelnek.

Alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítő metszetben.
14.3. ábra - Alumínium ötvözetből készült vákuumos fékrásegítő metszetben.


A visszacsapó szelep feladata:

  • Miután kialakult a legnagyobb vákuum lezár a szelep és így tárolja a vákuumot a rásegítőben. Ha ebben az állapotban menet közben leáll a motor, emiatt nem szűnik meg azonnal a rásegítés.

  • A visszacsapó szelep megakadályozza továbbá, hogy a kartergáz és a benzingőz bejuthasson a rásegítő belsejébe. Így az agresszív közegek nem fogják károsítani az elasztomerből készült membránt.

A fékrásegítő élettartamát alapvetően az elasztomer membrán, a tömítések és a szennyeződések ellen védő gumi harmonikák anyaga és minősége határozzák meg. A főfékhengert közvetlenül a vákuumos rásegítőre szerelik. A két egység között a működtető erőt egy beállítható hosszúságú nyomórúd adja át. A típusnak megfelelő méret beállítása nagyon fontos. Ha a hossza nagyobb a kelleténél nem lesz megfelelő a fékoldás. Ha pedig rövidebb a rudazat, megnő a fékkésedelmi idő.

A vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben

A vákuumos fékrásegítő membránjának mindkét oldalán a motor, vagy a vákuum szivattyú által létrehozott nyomás alakul ki. A működtető rudazatba beépített kettős szelep fékoldási helyzetben egymással összeköti a belső két kamrát. A membránt és az azt megtámasztó nagy átmérőjű dugattyút a rugó tartja alaphelyzetben.

Vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben. A gumimembrán mindkét oldalán vákuum van (piros szín)
14.4. ábra - Vákuumos fékrásegítő fékoldási helyzetben. A gumimembrán mindkét oldalán vákuum van (piros szín)


Fékezés közben a rásegítő

A fékpedál lenyomásakor a vezérlő dugattyú előre mozdul és a rászerelt tömítés felfekszik a belső vállon. Így a membrán előtti és mögötti terek összeköttetése megszűnik. Amikor a fékpedál tovább mozdul kinyílik a kettős szelep belső része. A membrán mögötti térbe a rudazat nyakrészénél lévő szivacs szűrőn keresztül a környezetből levegő áramlik be. Emiatt növekszik ebben a kamrában a nyomás és a membránra ható erő. Ezt és a pedálon kifejtett erőt a rudazat közvetíti a főfékhenger dugattyújára, amely létrehozza a fékező nyomást.

A pedálerő és a rásegítő erő összege a rudazat zárt belső térébe beépített, meghatározott Shore keménységű, de alakváltozásra képes gumi tárcsa szélét összenyomja. Emiatt annak közepe kidudorodik és visszahat a fékpedálra. Így elkerülhetővé válik a rásegítés pillanatában a membránt támasztó dugattyú elmozdulásakor a fékpedál beesése.

Amikor a főfékhenger dugattyúja elmozdul, záródik a kettős szelep. A fékpedál benyomott állapotban marad és így kialakul a részfékezési állapot. A membrán két oldalán kialakult a nyomáskülönbség, de az tovább nem változik. A fékpedál további lenyomásakor, teljes fékezéskor a kettős szelep nem záródik be és kialakul a lehető legnagyobb rásegítés. Ez az úgynevezett kivezérlési pont. Ez után a főfékhenger által kivezérelt nyomás csak a pedálerő további növelésével arányosan fokozható.

A vákuumos fékrásegítő membrán átmérőjét jelenleg is négyzetcollban szokták megadni. Személygépkocsiknál általában 7” és 10” közötti méretű rásegítőket alkalmaznak.

Vákuumos fékrásegítő részfékezési helyzetben.

A gumimembrán jobb oldalán az atmoszférikusnál kisebb, de az aktuális vákuumnál nagyobb nyomás van (fehérszín)

14.5. ábra - Vákuumos fékrásegítő részfékezési helyzetben.


Teljes fékezés, maximális rásegítés

A fékpedál erőteljes lenyomása miatt a kettős szelep nem zár vissza. A membrán bal oldali kamrájában vákuum, a jobb oldaliban atmoszférikus nyomás van. Ekkor alakul ki a legnagyobb rásegítés, elérjük az úgynevezett kivezérlési pontot.

Vákuumos fékrásegítő teljes fékezési helyzetben.

A gumimembrán jobb oldalán az atmoszférikus nyomás van (kékszín) a bal oldalán vákuum (piros)

14.6. ábra - Vákuumos fékrásegítő teljes fékezési helyzetben.


Fékezés vákuum nélkül

Ha meghibásodás miatt nincs vákuum, a fékpedál rudazata a főfékhenger dugattyúját úgy mozdítja el, hogy közben nem alakul ki a rásegítő hatás. Ilyenkor sokkal nagyobb pedálerő szükséges a fékezéshez, de kialakul a biztonsági féknek megfelelő lassulás.

Vákuumos fékrásegítő működési diagramja és a konstrukciós jellemzők hatása
14.7. ábra - Vákuumos fékrásegítő működési diagramja és a konstrukciós jellemzők hatása


14.2.2. Két membrános tandem vákuumos fékrásegítő

Nagyobb tömegű gépkocsiknál nagyobb fékező nyomás szükséges. Ezért nagyobb átmérőjű rásegítőt kell beépíteni. A tapasztalatok szerint azonban a vákuumos fékrásegítő membránjának átmérőjét 10” fölé nem célszerű növelni, mert akkor működés közben a dugattyú már könnyen félrebillen és ezért megszorul. Emiatt nem növekszik a fékező nyomás. Nagyobb tömegű gépkocsinál és azoknál, melyeket gyárilag vonóhoroggal is ellátják, nagyobb rásegítő hatásra van szükség. Ezt két membrános kivitellel valósítják meg. Mindkét membrán bal oldali kamráit, és a jobboldaliakat is átvezető csatornákkal egymással összekötik. A két membrándugattyú ugyan arra a működtető rudazatra fejt ki az erőt. A működtetéséhez az egy membránoshoz hasonló szeleprendszert építenek be. A két membrán átmérője nem egyforma. A gyakran használatos méretek a 8”/9” és a 8½”/9”.

Két membrános vákuumos fékrásegítő a főfékhengerrel, fékfolyadék tartállyal és az elektromos szintérzékelővel.
14.8. ábra - Két membrános vákuumos fékrásegítő a főfékhengerrel, fékfolyadék tartállyal és az elektromos szintérzékelővel.


14.2.3. A fékasszisztens feladatát ellátó aktív vákuumos fékrásegítő

A Mercedes szimulátorában vizsgálatokat végeztek, hogy a különböző vezetők, kezdők és rutinosak, férfiak és nők, öregek és fiatalok hogyan reagálnak a veszély helyzetekre, hogyan lehetne a fékutat csökkenteni. A vizsgálatok eredménye az volt, hogy az esetek 70%-ában még hirtelen fékezésnél sem volt elég nagy a pedálerő ahhoz, hogy elérhető legyen a legnagyobb fékrásegítés. A gépkocsiba beépített rásegítő tehát nincs megfelelően kihasználva. Nem valósul meg a lehető legnagyobb fékerő. A gépkocsi lassulása kisebb, mint ami elérhető lenne, így a fékút pedig hosszabb. Ezen probléma kiküszöbölésére fejlesztették ki az aktív vákuumos fékrásegítőt, mely a Mercedes-Benz és a Lucas közös fejlesztésének eredménye volt. 1994-ben készült el az Electronic Actuation System, az EAS, melynél a vákuumos fékrásegítő új feladatot kapott.

Aktív vákuumos fékrásegítő.
14.9. ábra - Aktív vákuumos fékrásegítő.


Lucas EAS

Az elektronikus működtetésű vákuumos fékrásegítő több újabb lehetőséget kínál:

  • gyorsabbá és hatékonyabbá teszi a fékezést, különösen a kezdeti szakaszban, amikor még nagy a gépkocsi sebessége.

  • emelkedőn induláskor elkerülhető a visszagurulás (hill holder működés),

  • a gépkocsivezetőtől függetlenül vezérelhető ki fékező nyomás, ez az ASR, illetve ESP működésénél szükséges.

  • menetsebesség szabályozásnál a vezetőtől független lassítás valósulhat meg,

  • a radar érzékelős követési távolság szabályozó rendszernél is a gépkocsivezetőtől független lassítás aktiválható,

  • hatékonyan együttműködhet az immobilizerrel.

  • az automatikus vészfékezés is megvalósítható, ha a fékpedál lenyomási sebessége átlép egy bizonyos küszöbértéket.

A fékasszisztensek (aktív vákuumos fékrásegítők) különböző változatai.
14.10. ábra - A fékasszisztensek (aktív vákuumos fékrásegítők) különböző változatai.


A Lucas EAS generációi

Az első generációs változatnál a vákuumos fékrásegítő fékpedálhoz csatlakozó rudazatát elektromos elmozdulás érzékelővel látták el, mely az elektronikának jelet ad. Ha a fékpedál elmozdulásának sebessége egy előre meghatározott küszöbértéket átlép, aktiválja a vákuumos fékrásegítő elektromágneses szelepét. Az kinyit és a membrán mögötti kamrába atmoszférikus nyomású levegőt enged be. Így a lehető legnagyobb rásegítés gyorsan megvalósul, ezzel támogatja a vezető vészfékezési szándékát.

A második generációs változatnál az aktív vákuumos fékrásegítő az alapfeladat ellátásán kívül, amikor a vezető az emelkedőn bizonyos ideig nyomva tartja a fékpedált, automatikusan működésbe hozza az elektromágneses szelepet, és az aktív vákuumos fékrásegítő tartja befékezve a gépkocsit. A vezető visszaengedheti a fékpedált, mert „hill holder”-ként működik. Induláskor a gázpedál elmozdulásával arányosan automatikusan kifékeződik. Ehhez már arányos működésű elektromágneses szelep szükséges.

A harmadik generációs változatánál a gépkocsi üres és terhelt állapotában egy adott lassulás azonos pedálerővel érhető el. A fékpedál rudazatába szerelt elmozdulás érzékelőt erőmérővel is kiegészítették.

A fékasszisztens előnyös hatását jól bizonyítják a végrehajtott mérések. 100 km/h sebességről normál fékezéssel 73 m megtétele után áll meg a gépkocsi. Azonos körülmények között fékasszisztenssel ehhez csupán 43 m szükséges.

A fékasszisztensnél elektronika és elmozdulás érzékelő egészíti ki a vákuumos fékrásegítőt.
14.11. ábra - A fékasszisztensnél elektronika és elmozdulás érzékelő egészíti ki a vákuumos fékrásegítőt.


Continental Teves aktív fékrásegítő

Az aktív fékrásegítő jól hasznosítható a gépkocsivezetést támogató, különböző asszisztens rendszereknél. Ezek nem csak a komfortot, hanem a biztonságot is növelik. Pánikszerű fékezéskor a gépkocsivezetők ugyan elég gyorsan reagálnak, de nem elég nagy erővel nyomják a fékpedált. Ezért a fékrendszerben késlekedve alakul ki az ABS szabályozás kezdetéhez szükséges fékező nyomás. Rövidebb a fékút, ha már a fékezés kezdetén, amikor a gépkocsi még nagy sebességgel halad, a lehető legnagyobb fékerő kialakul. Ez a fékasszisztenssel valósítható meg. A legkorszerűbb változatok megháromszorozzák, vagy akár hatszorosára is növelik a pedálerőt. Nagy tömegű gépkocsikhoz kifejlesztettek olyan vákuumos fékrásegítőket is, melyek áttétele eléri a 15,6-értéket.

Kezdetben a felsőbb osztály autóiba szerelték be. Kedvező útviszonynál 100 km/h sebességnél a fékutat 33 m-re csökkenti. A gyártás felfutása után olcsóbbá vált és egyre szélesebb körben szerelték be a középkategóriás személygépkocsikba is.

A Continental Teves ESP rendszerénél az aktív vákuumos fékrásegítőt arra is használják, hogy az ESP fékezési beavatkozásához létrehozza a szükséges fékező nyomást.

A Continental Teves aktív, két membrános vákuumos fékrásegítője, mint fékasszisztens.
14.12. ábra - A Continental Teves aktív, két membrános vákuumos fékrásegítője, mint fékasszisztens.


A vákuumos fékrásegítő normál működése és pirossal megrajzolva, amikor fékasszisztensként működik.
14.13. ábra - A vákuumos fékrásegítő normál működése és pirossal megrajzolva, amikor fékasszisztensként működik.


Continental Teves mechanikus fékasszisztens

A Continental Teves 2000-óta gyártja sorozatban a mechanikus működésű fékasszisztenst. Előnye, hogy beszerzése egyszerűbb és olcsóbb, mint az elektronikus változaté. Egyre több, elsősorban kiautóban megfizethető módon növeli az aktív biztonságot.

Ennél a vákuumos fékrásegítő belső részét egészítik ki egy újabb mechanikus egységgel. Ezért az egy membrános kivitelnél a főfékhenger 6 - 8 mm-el, a két membrános kivitelnél 12,7 mm-el kerül kijjebb. Csak a szelepházon belüli rész változik meg.

A beépített kiegészítő mechanikával a vákuumos fékrásegítő egy bizonyos fékpedál lenyomási sebesség felett gyorsabban éri el a kivezérlési pontot (maximális rásegítés). Mechanikus működésű aktív fékrásegítőt gyárt az amerikai TRW konszern is. Japán autókba is építenek be hasonló szerkezetet.

A mechanikus fékasszisztensnél a fékpedál lenyomásának sebességét a vákuumos fékrásegítő szeleprendszerébe beépített, kompakt mechanikus egység érzékeli.

Normál fékezésnél a fékpedál rudazata és a főfékhenger dugattyújának nyomórúdja között a hagyományos fékrásegítőkhöz hasonlóan lineáris karakterisztika érvényesül. A pedálsebesség – erő karakterisztika is hasonló. A golyókosár a működtető rudazathoz képest nem mozdul el.

Continental Teves mechanikus fékasszisztens.
14.14. ábra - Continental Teves mechanikus fékasszisztens.


Continental Teves mechanikus fékasszisztensnél lecsökken a pedálerő és dinamikus lesz a fékező nyomás kivezérlés.
14.15. ábra - Continental Teves mechanikus fékasszisztensnél lecsökken a pedálerő és dinamikus lesz a fékező nyomás kivezérlés.


A mechanikus fékasszisztens működése

A fékpedál gyors lenyomásakor, amikor a sebesség egy bizonyos küszöbértéknél nagyobb, a mechanikus részbe szerelt záró golyók radiálisan elmozdulnak. A hüvely elmozdul jobbra és feltámaszkodik a reteszelő lemezen. A golyók további elmozdulását kívülről megakadályozza. A reakciótárcsán képződő erőt a golyókosár a szelepház felé közvetíti és megszűnik a visszahatás a fékpedál felé. A szelepház nem mozdul vissza zárás irányban, hanem nyitott helyzetben marad a fékezés végéig. Így az atmoszférikus nyomás teljesen megtölti a vákuumos fékrásegítő membránja mögötti jobb oldali kamrát. A rásegítő így a lehető legnagyobb nyomáskivezérlést valósít meg. A másodperc töredéke alatt nagy fékezőnyomás valósul meg. Az ABS rendszer beavatkozás akadályozza meg a kerekek túlfékezettségét.

A hidraulikarendszerben kialakul az ABS szabályozás kezdetének megfelelő nyomás anélkül, hogy ehhez a pedálerőt növelni kellene. Valójában a fékpedálon kifejtendő erő nagyon gyorsan csökkenni fog. Így a fékpedál lenyomásához szükséges erő hozzávetőleg megegyezik a tengelykapcsoló működtetéséhez szükségessel. A fékpedál teljes visszaengedése szükséges ahhoz, hogy a fékasszisztens működésből visszakapcsoljon a normál rásegítő működésre. A fékpedál visszaengedése után a reteszelő lemez visszamozdítja a záró hüvelyt, a rugók és a golyókosár segítségével a záró golyók visszakerülnek az alaphelyzetbe. Ezzel a mechanikus érzékelő visszakapcsol a normál fékrásegítő működésre.

TRW mechanikus fékasszisztens

Az amerikai TRW mechanikus fékasszisztensénél a vákuumos fékrásegítő szelepházába egy erős állandó mágnest szerelnek be. Amikor hirtelen fékpedál lenyomásnál a működtető szelep megközelíti a mágnest, az magához húzza azt és nem tud visszazárni. Így a nyitott szelepen keresztül azonnal beáramlik a teljes atmoszférikus nyomás és kialakul a lehető legnagyobb rásegítés. Egyebek között ezt a változatot alkalmazzák a Renault személygépkocsikban. Tömege 3,7 kg. A vákuumos fékrásegítő a pedálerőt 6,5 szeresére növeli. Működési küszöbérték 84 ± 20 N. A fékezőnyomás 200 N pedálerőnél a 33 ± 4 bar. A maximális fékezőnyomás 0,8 bar vákuumnál 115 bar. Fékasszisztens üzemmódba átkapcsol, amikor a fékpedál lenyomási sebessége 95 mm/s-nál nagyobb.

A TRW mechanikus fékasszisztens metszete
14.16. ábra - A TRW mechanikus fékasszisztens metszete


A TRW mechanikus fékasszisztens szétszerelve
14.17. ábra - A TRW mechanikus fékasszisztens szétszerelve


Hidraulikus fékasszisztens

Ez a változat az ABS-el ellátott személygépkocsiknál alkalmazható hatékonyan.

Az EVA (Emegency Valve Assistant) vészfékezésnél a vákuumos fékrásegítőnél egy hidromechanikus szerkezettel jelentős mértékben megnöveli a rásegítést. Így a fékező nyomás nagyon gyorsan eléri az ABS szabályozási küszöbértéket. Ez a szerkezet a fékpedál lenyomásának sebességétől függően aktiválódik. Nagy fékező teljesítmény alakul ki kis pedálerő hatására. A fékpedál visszaengedését követően automatikusan visszakapcsol normál fékrásegítő működésre. Feladatának ellátásához nem szükséges sem elektronika, sem külön beépített érzékelő.

EVA, hidromechanikus fékasszisztens (Robert Bosch GmbH) és működési diagramja.
14.18. ábra - EVA, hidromechanikus fékasszisztens (Robert Bosch GmbH) és működési diagramja.


14.3. Vákuumszivattyúk a vákuumos fékrásegítők működtetéséhez

Dízelmotoros gépkocsiknál, melyeknél nincs pillangószelep és emiatt vákuum sem alakulhat ki, a fékrásegítő működéséhez a belsőégésű motor által hajtott vákuumszivattyút szerelnek fel.

A vákuumszivattyúval szemben támasztott fontosabb követelmények:

  • kis tömeg és helyigény,

  • hosszú élettartam,

  • kis teljesítményfelvétel,

  • kis kenőolaj igény,

  • karbantartás mentesség,

A vákuumszivattyúk működésmód szerinti csoportosítsa:

  • dugattyús,

  • forgólapátos,

  • membrános.

A belső égésű motorról különböző módon hajtott vákuumszivattyúk folyamatosan működnek.

14.3.1. Dugattyús vákuumszivattyú

Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyút szerelnek be például a Mercedes személygépkocsikba, melyet a Pierburg gyárt. A dugattyú alatti és feletti térhez egy-egy szívó és nyomószelep tartozik. Ha a megfelelő vákuum kialakult, a két tér között egy ötödik szelep is kinyit és összeköti a két részt egymással. A vákuumszivattyú hajtása a belső égésű motorról hullámokkal ellátott tárcsa segítségével történik. Rugó ellenében golyóscsapággyal ellátott emelőkar mozgatja a dugattyút. A működtető tárcsát a vezérműtengely forgatja. A vákuumszivattyú kimeneti részénél két csőcsatlakozót találunk. A nagyobb átmérőjűhöz csatlakoztatják a vákuumos fékrásegítőt. A beépített ötödik szelep ennek a csatlakozónak elsőbbséget biztosít. A másodlagos felhasználókat a kisebb átmérőjű csatlakozóhoz kötik be.

Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú (Pierburg).
14.19. ábra - Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú (Pierburg).


Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú metszeti ábrája (Pierburg).
14.20. ábra - Kettős működésű dugattyús vákuumszivattyú metszeti ábrája (Pierburg).


14.3.2. Forgólapátos vákuumszivattyú

Forgásiránya kötött. Hajtása és beépítésére többféle kivitelű is lehet.

A belsőégésű motorról történő hajtás változatai:

  • ékszíjjal, vagy bordásszíjjal

  • fogaskerékkel

  • áthajtás más szerelvényen keresztül

Forgólapátos vákuumszivattyú (Pierburg).
14.21. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú (Pierburg).


Forgólapátos vákuumszivattyú felszerelve a motorra.
14.22. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú felszerelve a motorra.


A forgólapátos vákuumszivattyúknál a házhoz képest excentrikusan beszerelt forgórészben vannak a lapátok, melyeket a centrifugális erő szorít a ház belső felületére. A szívó részen a lapátok közötti kamrák térfogata növekszik, ez látja el energiával a vákuumos fékrásegítőt. Szállító képessége a fordulatszámon kívül az excentricitás nagyságától is függ. Ahhoz, hogy lapátok és a ház között jó legyen a tömítéshez megfelelő kenőolaj ellátás is szükséges. A lapátok általában kopásálló műanyagból készült csapok körül mozdulnak el. Van olyan két lapátos kivitel is, melynél a forgórész radiális hornyába szerelik be a lapátokat. Ezek a hidrodinamikus kenéselmélet alapján felúsznak a ház falán képződött kenőolaj filmen. Ez jó tömítést és kisebb hajtóteljesítmény igényt eredményez.

A moduláris rendszerben készülő egylapátos Wabco vákuumszivattyúk a vevői igényeknek megfelelően 140 cm3, 180 cm3, 220 cm3-esek. A szivattyúház különleges geometriai kialakítású. A motor kenőolajkörébe kötik be és így gondoskodnak az olajellátásáról. A hajtás vagy közvetlenül a vezérmű tengelyről, vagy az adagoló szivattyúról történik. De hajtható a vezérmű szíj segítségével a főtengelyről is. A működési hőmérséklet tartomány –40 ºC és +140 ºC közötti.

Forgólapátos vákuumszivattyú metszeti ábrája.
14.23. ábra - Forgólapátos vákuumszivattyú metszeti ábrája.


14.3.3. Membrános vákuumszivattyú

Kisebb vákuum igény esetén, ha a fékrásegítőn kívül mást nem kell ellátni, membrános vákuumszivattyú is alkalmazható. Ez a motor vezérműtengelyéről excenterrel is hajtható.

Membrános vákuumszivattyú
14.24. ábra - Membrános vákuumszivattyú


14.3.4. Villanymotorral hajtott vákuumszivattyúk

Hibrid-, vagy elektromos hajtású gépkocsiknál, de azoknál a hagyományos személygépkocsiknál is, melyeknél „stop & go” működésmódot alkalmaznak, vagyis várakozásnál leállítják a belsőégésű motort a vákuumos fékrásegítő energiaellátását villanymotoros vákuumszivattyú végzi. Azoknál a benzinmotoros gépkocsiknál, melyeket automatikus sebességváltóval szerelnek a hidegindítás után az üzemi hőmérséklet eléréséig, a kissé nyitott pillangószelep miatt a szívócsőben a megszokottnál kisebb a vákuum. Azért, hogy a fékezés ilyenkor is a megszokott hatású legyen, szintén vákuumszivattyút alkalmaznak. Újabban villanymotoros vákuumszivattyúkat alkalmaznak. Ezek működtetése vezérléssel, vagy szabályozással is megoldható. Leggyakrabban excentrikus forgórészű szárnylapátos szivattyút alkalmaznak. A villanymotor általában a belső égésű motor indítása után csupán néhány másodpercig működik.

Villanymotoros vákuumszivattyú.
14.25. ábra - Villanymotoros vákuumszivattyú.


Villanymotoros vákuumszivattyú belső szerkezete
14.26. ábra - Villanymotoros vákuumszivattyú belső szerkezete


Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú

Ennél a változatnál nem alkalmaznak nyomásérzékelőt. A működtető elektronika bemeneti információi: motor terhelés, motor fordulatszám, pillangószelep helyzet, és a féklámpa kapcsoló helyzete. Ezek alapján határozza meg a fékrásegítőben lévő nyomást és összehasonlítja a memóriában tárolt szükséges értékkel. Ha az így kiszámított érték kisebb a szükségesnél, a hajtó villanymotorra egy relén keresztül testet kapcsol és elkezdődik a működés.

Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.27. ábra - Vezérléssel működő villanymotoros vákuumszivattyú


Vannak olyan gépkocsi típusok, melynél a motor elektronika végzi a vákuumszivattyú működtetését, és vannak olyanok is, melyeknél külön elektronikát alkalmaznak. A be- és a kikapcsolási nyomás között hiszterézis 50 mbar körüli értékű. Az összeszerelt egységet a motortérben helyezik el.

Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú

Ennél a változatnál nyomásérzékelőt alkalmaznak, melyet a vákuumszivattyú és a vákuumos fékrásegítő közötti csőszakaszhoz csatlakoztatnak. Az érzékelő a gyújtás bekapcsolásakor a motor elektronikától megkapja az 5 V-os tápfeszültséget. Ezután az elektronika folyamatosan összehasonlítja az érzékelő jelét a memóriában tárolt értékkel. A vákuum nagyságával arányosan változik az érzékelőbe szerelt membrán ellenállása. Erősítőn keresztül jut el ez az információ a motor elektronikához, amely relén keresztül működteti a vákuumszivattyú motorját. Ha a nyomásérzékelő meghibásodik a szabályozás automatikusan vezérlésre fog átkapcsolni. A be és a kikapcsolási nyomás között hiszterézis 170 mbar körüli értékű.

Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú
14.28. ábra - Szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú


14.4. Hidraulikus fékrásegítő

A vákuumos fékrásegítők működtetéséhez rendelkezésre álló nyomáskülönbség 0,7 - 0,8 bar. A membrán átmérő 10" fölé növelése nem eredményez rásegítő hatás növelést. A tandem rendszerű rásegítők helyigénye jelentős és drágábbak. Ezeket a hátrányokat bizonyos személygépkocsiknál hidraulikus fékrásegítőkkel igyekeznek kiküszöbölni. Elsősorban akkor alkalmazzák, amikor a gépkocsi nagy tömege miatt nagy fékezőteljesítmény szükséges és nincs elég hely a motortérben. Előnye, a vákuumos fékrásegítőnél kisebb késedelmi idő, a kisebb helyigény, és a nagyobb rásegítő hatás. Hátránya, hogy a rendszer elemei drága gyártástechnológiával készülnek. Az összeszerelés nagyobb figyelmet igényel.

14.4.1. Ate H31 hidraulikus fékrásegítő

A Continental Teves által gyártott hidraulikus rásegítő két munkaközeggel működik. A rásegítő részbe ásványolaj bázisú hidraulikafolyadékot, a fékrendszer pedig a hagyományos poliglikol alapú fékfolyadékot kell tölteni.

A fékrásegítő és a szervokormány energia ellátást a motortól ékszíjjal hajtott hidraulikaszivattyú biztosítja. A nyomástároló acéllemezből sajtolt gömb alakú edény. Belső terét elasztomerből készült, rugalmas membrán választja ketté, az olaj és gáz térre. Az összenyomható nitrogén töltet teszi lehetővé a nyomás tárolását. Vele közös egységet alkot a szabályzó szelep, mely az olaj térfogatáramát osztja el a szervokormány, és a nyomástároló felé. Ennek térfogatárama 0,7 liter/perc. A kialakuló 36-57 bar közötti nyomás hat a szabályzó dugattyúra és befolyásolja az olajmennyiség szétosztását. A nyomás érzékelő a műszerfalon elhelyezett ellenőrzőlámpát működteti.

Ate H31 hidraulikus fékrásegítő
14.29. ábra - Ate H31 hidraulikus fékrásegítő


A rásegítő munkahenger a működés szempontjából két részből áll. A működtető szelep a rásegítő nyomás kivezérlését végzi. A fékpedál rudazata mozdítja el. A tárolt nyomást felhasználva a pedálerővel arányos nyomású hidraulika olajat juttat a munkahengerbe. Az így létrehozott működtető erő hat a rudazaton keresztül a főfékhenger dugattyújára.

A rendszer biztonsága

Ha a hidraulikaszivattyút hajtó ékszíj elszakad, a nyomástárolóban még akkora nyomás marad, hogy a fékpedál többszöri lenyomásakor is a rásegítő teljes mértékben hatásos marad. Ha a nyomás a tárolóban egy bizonyos érték alá csökken a szabályozó egység nyomáskapcsolója a műszerfalon elhelyezett figyelmeztető lámpát működteti.

Ha a működéshez nincs elegendő nyomás, a nyomáskivezérlő szelep működtető rudazata egy bizonyos elmozdulás után felfekszik a főfékhenger dugattyújára. Így rásegítés nélkül, mechanikusan mozdítja el azt, és nagyobb pedálerővel, de létrejön a fékező nyomás.

Ate H31 hidraulikus fékrásegítőnél alkalmazott nyomástároló.

1. olaj tér; 2. mennyiségi szabályozó szelep; 3. nyomás szabályozó szelep; 4. visszacsapó szelep; 5. és 6. cső csatlakozó

14.30. ábra - Ate H31 hidraulikus fékrásegítőnél alkalmazott nyomástároló.


14.4.2. Hidraulikus fékrásegítő, Toyota

A Toyota Prius Hibrid hajtású gépkocsinál is hidraulikus fékrásegítőt alkalmaznak. A hidraulika tápegységnél villanymotorral hajtott szivattyú hozza létre a fékezéshez szükséges rásegítő nyomást és egy nyomástároló biztosítja a megfelelő energia tartalékot a működéshez. A fékrendszer érdekesség, hogy energiavisszatáplálásos, rekuperatív fékezés is megvalósított. Az elektromos és a hidraulikus fékezés működését elektronika hangolja össze. Erről később, az elektromos és hibrid autók fékezéséről szóló fejezetben lehet olvasni. A harmadik generációs Toyota Prius-nál a Toyota ECB-3 –nak nevezik a fékrendszert. Ez a rövidítés az angol nyelvű elnevezésből Electronic Controlled Brake-ből származik.

A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (1)
14.31. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (1)


A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (2)
14.32. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer az ECB III egysége (2)


A kis fékpedál elmozdulás miatt egy pedálút szimulátort is beépítenek a hidraulika egységbe, hogy a többi gépkocsinál megszokott legyen a fékpedál működtetés. A hidraulika egységbe szerelik be a blokkolásgátló működéséhez szükséges elektromágneses szelepeket is. A kivezérelt nyomásokat érzékelők jelzik vissza az elektronikának.

A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer áttekintő vázlata.
14.33. ábra - A Toyota Prius III hidraulikus rásegítős fékrendszer áttekintő vázlata.


14.5. „iBooster” az elektromechanikus fékrásegítő

A vákuumos fékrásegítő alkalmazásának 75. évfordulóján 2013-ban mutatta be a Robert Bosch GmBH. legnagyobb részlegének, az „Automotive Technology”-nak az új fejlesztését, az elektromechanikus fékrásegítőt. Ezt is a személygépkocsik hidraulikus fékrendszerénél alkalmazható, de működés háromszor gyorsabb, mint a vákuumosé. Ezt az elektromechanikus fékrásegítőt elsősorban hibrid, illetve villany autókhoz ajánlják. 2013-ban kezdik el a gyártását ennek a vákuumot és hidraulikát nélkülöző fékrásegítőnek. Az európai személygépkocsikba fogják beszerelni. A személygépkocsiban alkalmazott „start/stop” rendszerek rohamos terjedése miatt egyre nagyobb a jelentősége. A működéséhez szükséges energiát a gépkocsi elektromos hálózata biztosítja.

Az elektronikusan kommutált (EC) villanymotor csigahajtás és fogaskerék-fogasléc áttételen keresztül két oldalról fejti ki az erőt a fékpedál rudazatára. Az pedig a hagyományos kétkörös főfékhenger dugattyúját mozdítja el, létrehozván a szükséges fékező nyomást.

Ennek a fékrásegítőnek az előnye az, hogy a vezetőtől függetlenül a gépkocsiba beépített különböző asszisztens rendszerek is rendkívül gyorsan működtetni tudják. Például amikor az „emergency braking system” veszély helyzetet ismer fel, a teljes fékezéshez szükséges nyomás 120 ms-on belül a vezetőtől függetlenül önállóan kivezérlődik. Ennek a rendkívül kedvező tulajdonságnak várhatóan kedvező hatása lesz a közlekedésbiztonság javulására.

iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (1)
14.34. ábra - iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (1)


iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (2)
14.35. ábra - iBooster az elektromechanikus fékrásegítő (2)


Az iBooster műszaki jellemzői:

  • Háromszor gyorsabban vezérli ki a fékezőnyomást, mint a vákuumos rásegítő

  • A rásegítő erő: 5,5 kN (ami megfelel a 8+9”-os vákuumos fékrásegítőének)

  • Működési feszültség: > 9,8 V-nál.

  • Helyigény: megfelel a 8+9” –os vákuumos fékrásegítőének.

  • Tömeg: 5 kg

  • Áramfelvétel: 1 A 10 bar –onként.

  • Motor teljesítmény 300 W

A gyártó az Audi A4-hez és az Opel Ampera-hoz ajánlja.

14.6. Főfékhenger

A személygépkocsiknál alkalmazott főfékhengerek két körösek és tandem kivitelűek. A fékrásegítőre szerelik fel.

Fékoldáskor a főfékhenger nyomóterét a szabaddá váló kiegyenlítő furat összeköti a fékfolyadék tartállyal. Így biztosított, hogy a fékfolyadék hőmérséklet változása ne okozhasson nyomás változás a fékrendszerben. A fékoldási helyzetben a teljesen nyomásmentes állapot valósul meg tehát a kiegyenlítő furaton keresztül.

A fékpedál lenyomásakor a főfékhenger dugattyúja a fékezéshez szükséges nyomású és térfogatú folyadékot juttatja el a csöveken és a többi szerelvényeken keresztül a fék munkahengerekhez. A fékezéshez azért van szükség egy bizonyos térfogatú fékfolyadékra, hogy a kerékfékszerkezet súrlódó felületei közötti hézagot, valamint a működtető mechanika alkatrészei közötti hézagot meg lehessen szűntetni. Mikor már felfeküdtek a fékbetétek, egy az előzőnél kisebb fékfolyadék térfogat szükséges még a kerékfékszerkezet rugalmas deformációjának és a fékcsövek rugalmas tágulásának megszűntetésére. Ezután a nyomás nagysága válik fontossá.

Tárcsafékeknél a fékoldási alaphelyzetben a főfékhenger mindkét köre nyomásmentes.

”Rövid”kivitelű, két körös tandem főfékhenger

1. henger öntvény; 2. utántöltő furat; 3. kiegyenlítő furat; 4. nyak tömítés; 5. dugattyú; 6. tömítés; 7. támasztó; alátát; 8. karmantyú; 9. alátét; 10. rugótányér; 11. vezetőcsap; 12. csatlakozó; 13. rugó; 14. köztes dugattyú; 15. karmantyú; 16. átömlő furat; 17. ütközőcsap; 18. rugó

14.36. ábra - ”Rövid”kivitelű, két körös tandem főfékhenger


Az ábrán látható úgynevezett rövid kivitelű tandem főfékhenger kb. harmad része benyúlik a vákuumos fékrásegítőbe. Ezért speciális, kettős nyaktömítést alkalmaznak. A fékezés kezdetén a dugattyú balra mozdul és vele együtt a karmantyús tömítés is. Gyors dugattyú elmozduláskor a kiegyenlítő furaton keresztül visszaáramlik fékfolyadék a tartályba, de a kis furat átmérő miatt, már elkezdődik a nyomás növekedés a nyomótérben.

A dugattyúkon kialakított ütköző csapoknak az a feladata, hogy amikor tömítetlenség miatt az egyik fékkörben nem alakul ki a nyomás, egy bizonyos dugattyú elmozdulás után ennek segítségével felütközik a másik dugattyúra, vagy a furat homlokfelületére és az épen maradó fékkörben kialakulhasson a fékező nyomás. Ilyenkor azonban érezhetően megnövekszik a fékpedál útja.

Fékoldáskor a dugattyú visszamozdulása

A fékpedál visszaengedését követő fékoldáskor a főfékhenger dugattyúját a rugó mozdítja vissza alaphelyzetbe. Ez a folyamat gyorsabban megy végbe, mint ahogy a munkahengerek dugattyúi visszamozdulnak. Emiatt nyomáskülönbség alakul ki a főfékhenger nyomótere és a csövek között. A tömítő karmantyú félrebillen és a fékfolyadék tartályból utántöltődik egy kis fékfolyadék és kiegyenlítődik a nyomáskülönbség. Amikor a dugattyú alaphelyzetbe kerül a kiegyenlítő furaton keresztül, lejátszódik a kiegyenlítődés.

A főfékhenger kivitele olyan kell legyen, hogy azzal feltölthető és légteleníthető legyen a teljes fékrendszer. Ebből a szempontból szívó és nyomó szeleppel ellátott dugattyús szivattyúhoz kell hasonlítson.

Fékezéskor és a fékoldás kezdetén a tömítő karmantyú.
14.37. ábra - Fékezéskor és a fékoldás kezdetén a tömítő karmantyú.


Karmantyús tömítéssel ellátott dobfékeknél korábban alkalmaztak fenékszelepeket, melyek fékoldáskor néhány tized bar visszamaradó nyomást tartottak. Ennek az volt a feladata, hogy a tömítő karmantyúk mandzsettáit nekifeszítsék a henger falának, ami jó tömítést biztosított. A tárcsafékes gépkocsiknál fenékszelep nem alkalmazható, mert a munkahengerekben nincs visszahúzó rugót. Ha esetleg tárcsafékes gépkocsiknál mégis lenne fenékszelep, annak nem a visszamaradó nyomás tartása a feladata, hanem a fékrendszer légtelenítésének megkönnyítése. Ezért a szelepet átfúrták.

A fenékszelep két egymással szembe fordított visszacsapó szelep, mely a „visszamaradó nyomást" tartja.

1. rugalmas szelep; 2. a dugattyú rugója; 3. tömítő perem; 4. zsákfurat

14.38. ábra - A fenékszelep két egymással szembe fordított visszacsapó szelep, mely a „visszamaradó nyomást" tartja.


Blokkolásgátlós fékrendszerek főfékhengere

A blokkolásgátlóval ellátott fékrendszerekhez csak olyan főfékhenger szerelhető be, melynek legalább a második fékköre központi szelepes kivitelű. Ennek az oka az, hogy az ABS szabályozás közben a gyakori nyomásváltozások miatt a főfékhenger dugattyúja és vele a tömítés is másodpercenként 15 – 20-szor is elmozdul a kiegyenlítő furat előtt. Ezért a tömítés élettartama nagyon rövid lesz. Ez a fékpedál felőli körnél nem fordul elő, mert teljes fékoldás ilyenkor nem következik be. Az újabb változatoknál a központi szelep hozza létre az összeköttetést a kiegyenlítő tartállyal és ez zárja ezt a furatot. Ez a működésmód tehát nem érinti hátrányosan a tömítés élettartamát. A központi szelep helyettesíti a kiegyenlítő furat feladatát és annál sokkal gyorsabb a működése.

Kétkörös tandem főfékhenger központi szeleppel.

1. henger öntvény; 2. utántöltő furat; 3. kiegyenlítő furat; 4. karmantyú; 5. dugattyú; 6. tömítés; 7. karmantyú; 8. köztes dugattyú; 9. központi szelep; 10. rugó; 11. szeleprugó; 12. csap; 13. szelep tömítés

14.39. ábra - Kétkörös tandem főfékhenger központi szeleppel.


Az ábrán látható központi szelep a fékezés után akkor nyit ki, amikor a dugattyú vissza mozdul a fékoldási alaphelyzetbe. A szelep szára ekkor felütközik a főfékhengerbe szerelt csapra és a rugó ellenében kinyit a központi szelep.

A főfékhenger központi szelepe nyitott és zárt helyzetben.
14.40. ábra - A főfékhenger központi szelepe nyitott és zárt helyzetben.


Fékfolyadék tartály

Általában a főfékhengerre szerelik fel. Az öntvény két furatába speciális tömítésekkel pattintják be az áttetsző műanyagból készülő fékfolyadék tartályt. Vannak olyan kivitelek is, amikor a főfékhenger és a fékfolyadék tartály egymástól távolabb van elhelyezve. Ilyenkor a közöttük lévő távolságot flexibilis tömlőkkel hidalják át.

A két fékkörnek megfelelően egy válaszfal két részre osztja a tartály belső terét. De alkalmazhatnak két fékközhöz külön fékfolyadék tartályt is. A legtöbb típusnál elektromos fékfolyadék szint érzékelővel is ellátják a fékfolyadék tartályt, vagy záró sapkáját. Az újabb típusoknál a szennyeződésekre nem érzékeny sokkal megbízhatóbb működésű „reed relés” szintérzékelést alkalmazzák.

A fékfolyadék tartály oldalán a legkisebb megengedett folyadékszintet megjelölik. Vannak olyan kivitelek is ahol a legnagyobb szintet is megjelölik. Ha a folyadékszint alacsonyabb, mint a minimális érték, bekapcsolt gyújtásnál a műszerfalon elhelyezett figyelmeztető lámpa világít.

A tartályban lévő fékfolyadék többlet biztosítja a fékrendszer mindkét köre számára a megfelelő utánpótlást, amire a fékbetétek kopása miatt van szükség. A folyadék tartalék tudja pótolni a tömítetlenségeken távozó mennyiséget.

A fékfolyadék tartály a záró sapkával és a szint érzékelővel.

1. szellőző nyílás; 2. az úszó érintkezője; 3. membrán; 4. szint érzékelő úszó

14.41. ábra - A fékfolyadék tartály a záró sapkával és a szint érzékelővel.


14.7. A hidraulikus fékrendszer munkaközege a fékfolyadék

A fékfolyadék a közlekedésbiztonság szempontjából kiemelten fontos feladatot lát el, ezért műszaki jellemzőire számos előírás és szabvány vonatkozik. A fékfolyadék közvetíti a nyomás energiát a főfékhengertől a munkahengerek felé. Miután a kerékfékszerkezet minden lassításkor a gépkocsi mozgási energiáját hővé alakítja, jelentős melegedésnek van kitéve a fékfolyadék.

Glikol bázisú fékfolyadék terjedt el Európában. Az a hátránya, hogy a használat során csökken a forráspontja, mert a környezetből higroszkopikus tulajdonsága miatt nedvességet vesz fel. Emiatt melegedés közben gőzbuborék képződhet, mely összenyomható és emiatt nem tudja megfelelő módon közvetíteni a nyomás energiát.

Ásványolaj alapanyagút munkaközeget alkalmaznak például Citroën gépkocsik néhány típusánál (BX, XM, Xantia, C5). Ezeknél a szervokormány, a hidropneumatikus kerékfelfüggesztés és a fékrendszer közös munkaközeggel működik. A neon-zöld színű, ásványolaj bázisú hidraulikafolyadék kereskedelmi megnevezése LHM 3, illetve az azt felváltó hasonló színű LHM 3 Plus folyadék. Ennek az anyagnak ellenálló speciális tömítéseket kell alkalmazni ehhez a fékrendszerhez. A közös hidraulika rendszerben a nyomást egy a motorról ékszíjjal hajtott hidraulika szivattyú hozza létre.

Szilikon bázisú fékfolyadékot amerikai gépkocsikban alkalmaznak. Előnye az, hogy használata közben nem veszi fel a környezetből a nedvességet, így nem csökken a forráspontja. Hátránya viszont az, hogy különleges tömítést igényel.

A különböző alapanyagokból készült fékfolyadékok eltérő tulajdonságúak, ezért egymással nem keverhetők.

Glikol alapanyagból készült fékfolyadékok.
14.42. ábra - Glikol alapanyagból készült fékfolyadékok.


A glikol alapanyagú fékfolyadékok műszaki jellemzői

Az ISO 4925, a németországi DIN 4925 az amerikai FMVSS 116 (Federal Motor Vehicle Safety Standard) és a SAE J1703 szabványokban leírt fontosabb műszaki jellemzők:

  • száraz forráspont,

  • nedves forráspont,

  • viszkozitás -40 °C-on,

  • viszkozitás +100 °C-on,

  • ph érték (vegyi jellemző),

  • stabilitás nagy és kis hőmérsékleten,

  • vegyi stabilitás,

  • ne okozzon korróziót,

  • oxidációnak ellenálló legyen,

  • párolgási jellemzők meghatározása.

Fontos jellemző a DOT szám. Ez a Department of Transportation, az Amerikai Közlekedési Minisztérium előírása alapján számmal jelölt osztályokba sorolja a fékfolyadékokat. A hazánkban forgalomba kerülő fékfolyadékok flakonjain is ezt „DOT számként” feltüntetik.

Mindig az adott gépkocsihoz előírt változatot kell alkalmazni. Az autógyárak egy része a fékfolyadék tartály zárósapkáján feltünteti, hogy milyen a fékfolyadék alkalmazható.

A fékfolyadék tartály zárósapkáján feltüntetett fékfolyadék fajta.
14.43. ábra - A fékfolyadék tartály zárósapkáján feltüntetett fékfolyadék fajta.


Használat közben csökken a fékfolyadék forráspontja

A fékfolyadék higroszkópikus tulajdonsága miatt a nedvességet vesz fel, emiatt csökken a forráspontja. Ez veszéllyel jár. Ugyanis erőteljesebb, vagy hosszabb fékezésnél a fékfolyadék hőmérséklete a kerékfékszerkezetnél elérheti a 130 °C-ot. Ha az aktuális hőmérséklet nagyobb, mint a fékfolyadék forráspontja, elkezdődik a gőzbuborék képződés. Hatása olyan, mint amikor nem megfelelő a fékrendszer légtelenítése. A fékpedál padlóig beeshet anélkül, hogy a gépkocsi lassulna, vagy „csak" kisebb a fékerő, mint a „megszokott”. Lehűlés után a gőzbuborékok ismét összenyomhatatlan folyadékká válnak és megszűnik a korábbi „kellemetlen” jelenség. Ezért a fékfolyadék forráspontját ellenőrizni kell, illetve szükség esetén ki kell cserélni.

A fékfolyadék forráspont változása a víztartalom függvényében.
14.44. ábra - A fékfolyadék forráspont változása a víztartalom függvényében.


14.8. Fékerő módosítók

A gépkocsi futóművei közötti fékerő arány alapvetően befolyásolja a közlekedésbiztonságot. Ha például a tényleges arányt jellemző egyenes meredek, kezdetben jól közelíti az ideális fékerő arány paraboláját, de a gépkocsi már enyhébb fékezésnél instabillá válik.

Kevésbé meredek valóságos fékerő arány egyenesnél, csak intenzívebb fékezésnél következik be az instabil viselkedés, de kisebb lassulásoknál a gépkocsi alulfékezett és ezért hosszabb lesz a fékút. Ezek az ellentmondások csak tört karakterisztikájú fékerő aránnyal oldhatók fel.

Ezért a gépkocsikba korábban különböző kivitelű hidromechanikus szelepeket szereltek, melyek módosították a fékerő arányt. Így az ideális fékerő arány parabolája jobban megközelíthetővé vált. A gépkocsi gyártója általában az adott típusnak legjobban megfelelő fékerő módosítót építette be. Ez persze a fékrendszert bonyolultabbá, drágábbá tette. Ha lehet, és nem veszélyezteti a fékezés közbeni stabilitást, a kisebb tömegű, olcsóbb kivitelű gépkocsiknál mellőzik a fékerő módosító beszerelését.

A jelenleg gyártott, sorozatban blokkolásgátlóval szerelt gépkocsiknál a sokkal megbízhatóbb működésű elektronikus fékerő felosztást valósítják meg. Ez az ABS rendszer egyik speciális rész programjával működik. A lépcsőzetes nyomásfelfutás révén az eddigieknél sokkal jobban meg tudja közelíteni az ideális fékerő arány paraboláját. A másik előnye az, hogy az elektronika öndiagnosztikai áramkörének felügyelete alatt működik.

A fékerő módosítók csoportosítása a nyomásmódosítás szerint:

  • Fékerő határolók, vagy nyomáshatárolók, melyek az átkapcsolási pont után zárnak. Így megszűnik az összeköttetést a főfékhenger és a hátsó munkahengerek között. Ezért a hátsó kerekeknél a fékerő tovább nem növekedhet. Ezt jelenleg már nagyon ritkán alkalmazzák.

  • Fékerő módosítók, vagy nyomásarány tartó beavatkozó egységek, melyeket helytelenül fékerő szabályozónak is szokták nevezni. Ezeknél valójában nem szabályozás, hanem vezérlés valósul meg. Az átkapcsolási pont után a hátsó munkahengerekben a fékező nyomás az első munkahengerekénél mérsékeltebben, csupán egy előre meghatározott arány szerint növekszik.

A fékerő módosítók csoportosítása az átkapcsolási pont szerint:

  • Fix, előre meghatározott átkapcsolási pontú, általában a fékező nyomástól függő változat

  • Változó átkapcsolási pontú változat, amely lehet például terhelésfüggő, vagy lassulásfüggő átkapcsolású.

14.8.1. Tengelyterhelés függő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító

A fékerő módosítót a kocsiszekrényhez rögzítik. A tengelyterheléstől függő helyzetű futóműhöz, vagy annak lengőkarjához a gyártó utasítása alapján beállított rudazattal, torziós rugóval, vagy előfeszített tekercsrugóval csatlakozik. A beállítástól és a dinamikus-, vagy statikus tengelyterhelés változástól függ a futóművek közötti nyomásarány. Ezt befolyásolhatja az is, ha a gyáritól eltérő karakterisztikájú futómű hordrugót szereltek a gépkocsiba. Változtatás esetén, például futómű tuning, „lejjebb ültetés” a fékerő módosító beállítását hozzá kell igazítani az új helyzethez.

Ezt a fékerő módosító változatot elsősorban olyan gépkocsiknál alkalmazzák, melynél a hátsó futómű terhelése jelentősen változik, például kombi, vagy gyárilag vonóhoroggal ellátott gépkocsi. Korábban ezt alkalmazták a leggyakrabban. A mechanikus rudazat alkalmazása miatt a hátsó futómű közelében helyezik el.

Dinamikus tengelyterhelés függő változat:

Ennek olyan a belső szerkezeti kialakítása, hogy képes követni a hátsó kerekek fékezés közbeni átterhelődését és így a dinamikus terheléssel arányosan fog változni fékezés közben is a kivezérelt fékező nyomás.

Statikus tengelyterhelés függő fékerő módosító:

Belső szerkezetének kialakítása olyan, hogy a hátsó fékerő csak a statikus terheléstől függ. Nem tudja követni a dinamikus tengely átterhelődést, mert belső mechanikája fékezés közben már nem képes elmozdulni, ha már kialakult egy fékerő arány.

Kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító.
14.45. ábra - Kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító.


A kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító működési diagramja.
14.46. ábra - A kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosító működési diagramja.


14.8.2. Nyomásfüggő átkapcsoló pontú, nyomásarány tartó fékerő módosító

Egy előre meghatározott nyomás felett egy differenciál-dugattyú segítségével a hátsó kerekek munkahengereinél csak mérsékeltebb fékező nyomás növekedés valósulhat meg. Átlós fékkör felosztásnál, mivel a két hátsó kerék külön fékkörhöz tartozik, két darab fékerő módosítót kell felszerelni.

Az előnye az, hogy a működéséhez nem szükséges rudazat, amit be kellene állítani.

Hátránya, hogy a tapadási tényező kihasználtsága, terhelt gépkocsinál kisebb, mint a lehetséges érték.

Ez a változat nem csak a hátsó futómű közelében helyezhető el, hanem tetszőlegesen a főfékhenger és a munkahenger közötti csőszakaszban, vagy akár a dobfék munkahengerének dugattyújába is. Az átkapcsolási pont előre beállított, nem változtatható. A gyakoribb kiviteli változatai:

  • Az úgynevezett „becsavarható”, mely menetes csatlakozójával közvetlenül a főfékhenger menetes furatába szerelhető.

  • A fékcső tetszőleges szakaszába szerelt változat. Ezt leggyakrabban a hátsó futómű közelébe helyezik el.

  • A hátsó fék munkahenger dugattyújába beszerelt változat, mellyel gyakran francia autóknál találkozunk.

nyomásfüggő fékerő módosító (becsavarható kivitel).
14.47. ábra - nyomásfüggő fékerő módosító (becsavarható kivitel).


A nyomásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.48. ábra - A nyomásfüggő fékerő módosító működési diagramja.


14.8.3. Lassulásfüggő, átkapcsoló pontú nyomásarány tartó fékerő módosító

Fékezés közben a gépkocsira ható lassulás miatt tengelyátterhelődés következik be. A fékerő módosítónak ez a változata a lassulással arányosan mérsékli a hátsó kerekeknél a fékező nyomás növekedését. A gépkocsi lassulását a szerkezet belsejébe szerelt acélgolyó érzékeli. A rá ható tehetetlenségi erő miatt az emelkedős pályán felfelé mozdul és elzárja a differenciáldugattyú furatát. A (14.51. ábra) ábrán lévő működési diagramon ez lesz az első töréspont. egy darabog a diagram vízszintes vonallal folytatódik, majd a nyomás növekedésének hatására, legyőzvén a súrlódást megmozdul a differenciáldugattyú és a felületek arányával jellemezhető meredekséggel folytatódik a diagram. A működési módjából adódóan nagyon fontos az egység beszerelési szöghelyzete, mely alapvetően befolyásolja a fékerő arány kialakulását. A gyárilag meghatározott ferdeségi helyzettől nem szabad eltérni. Átlós fékkör felosztáshoz ebből is kettőt kell beszerelni a gépkocsiba. Működtető rudazat nem szükséges hozzá, tehát elhelyezését ez nem korlátozza. Beépíthetik például a motortérbe, vagy a hátsó futómű közelébe is. A menetirányban a megadott szöghelyzetben ferdén, emelkedő irányban helyezik el. Működőképessége görgős fékpadon nem vizsgálható, mert ilyenkor a gépkocsira nem hat lassulás. A lap fékpadon felvett diagram viszont a működését jól szemlélteti.

Lassulásfüggő fékerő módosító a hátsó futómű közelében.
14.49. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító a hátsó futómű közelében.


Lassulásfüggő fékerő módosító a főfékhenger közelében a motortérben.
14.50. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító a főfékhenger közelében a motortérben.


Lassulásfüggő fékerő módosító működési diagramja.
14.51. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító működési diagramja.


Lassulásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.52. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.


Lassulásfüggő fékerő módosító szétszerelt állapotban.
14.53. ábra - Lassulásfüggő fékerő módosító szétszerelt állapotban.


A fentiekben ismertetett fékerő módosító alapváltozatokon kívül korábban ezek kombinációját is alkalmazzák. Ilyenek például a lassulás és nyomásfüggő, a tengelyterhelés és nyomásfüggő változatok egymás utáni sorba kapcsolása. Alkalmaztak korábban egymással sorba kötött a menet irányra merőlegesen beállított lassulásfüggő és tengelyterhelés függő változatot. Ezzel kanyarban a külső és a belső íven futó kerekeknél különböző nagyságú fékerők valósíthatók meg. Hasonló eredmény érhető el például olyan kétkörös tengelyterhelés függő fékerő módosítóval melynek a hátsó futómű bal, illetve jobb oldalához csatlakozó rudazat kanyarban kereszt irányban elmozdul, és ez állítja be az eltérő fékerőket a kanyarkülső és a kanyarbelső kerekeknél.

14.8.4. Elektronikus fékerő felosztás

Ezt a feladatot a blokkolásgátló rendszer egy erre a célra kifejlesztett speciális szoftvere végzi. A német nyelvterületen az Elektronische Bremskraft Verteilung, elnevezést használják, melyet EBV-nek rövidítenek. Az angol elnevezése Electronic Brakeforce Distribution, ennek a rövidítése EBD. Az 1997-es modellévet követően a blokkolásgátlóval szerelt gépkocsiknál széles körben alkalmazzák. A hagyományos hidromechanikus fékerő módosítók feladatát vette át. Az ABS speciális szoftvere hidraulikaegységbe szerelt a hátsó kerekekhez tartozó nyomásnövelő elektromágneses szelepeket működteti. A kisebb kerékcsúszások tartományában működik, amikor az ABS még nem avatkozik be. Nagyobb kerékcsúszásoknál a blokkolásgátló szoftver veszi át a működést.

Az elektronikus fékerő felosztásnál az ABS elektronika a kerékfordulatszám érzékelők jelei értékeli ki. Amikor a hátsó kerekek átlagsebessége egy bizonyos küszöbértékkel kisebb az elsőkénél, elkezdődik a beavatkozás. A hátsó kerekek elektromágneses nyomásnövelő szelepeit zárja az elektronika. Ez megakadályozza a fékező nyomás további növekedését. Amennyiben ez az állapot sokáig tartana, nagyon meghosszabbodna a fékút. Ezért néhány tized másodperc múlva a gerjesztő áramot lekapcsolja az elektronika, ismét kinyitnak a szelepek. A zárási és nyitási periódusok egymást váltva mérsékelt, lépcsőzetes nyomásnövekedést eredményeznek a hátsó kerekeknél. A szabályozás működéséhez a visszacsatolást a kerékfordulatszám érzékelők jelei biztosítják. Ez így már fékerő szabályozásnak nevezhető, mely megakadályozza a kritikus menetdinamikai állapot kialakulását.

Az elektronikus fékerő felosztású gépkocsira nem szerelnek hagyományos fékerő módosítót. Emiatt egyszerűbbé válik a fékrendszer. Viszont, ha az EBV meghibásodik, a hátsó kerekek megcsúszhatnak. Ez veszélyes helyzetet okoz. A gépkocsivezetőt egy újfajta, az eddigiektől eltérő hibajelzés figyelmezteti ilyenkor. A fék rendszer piros színű, és az ABS narancssárga színű ellenőrző lámpái együtt világítanak. Ilyenkor a gépkocsit minél előbb el kell vinni a szakszervizbe, hogy a hibát elhárítsák.

A gyakorlatban vannak olyan esetek, amikor az elektronikus fékerő felosztás még működőképes marad, de az ABS már hibát jelez. Ilyen például, amikor:

  • az egyik kerékfordulatszám érzékelő meghibásodott,

  • nem működik valamelyik első kerékhez tartozó elektromágneses szelep az ABS hidraulika egységben,

  • nem működik valamelyik hátsó kerékhez tartozó nyomáscsökkentő szelep,

  • nem működik a fékfolyadék szivattyú.

Az elektronikus fékerő felosztás működéséhez elegendő legalább három kerékfordulatszám érzékelő jele, valamint az ABS elektronika, ha megkapja a tápfeszültséget és működőképes, továbbá a hátsó kerekek nyomásnövelő szelepei ne legyenek hibásak. Ebből látható tehát, hogy az EBV meghibásodási valószínűsége lényegesen kisebb, mint az ABS -é. Szabályozási tartománya az ABS működésénél kisebb kerékcsúszások tartomány van. Először az EBV lép működésbe, de ha nem képes a hátsó kerekek túlfékezettségét megakadályozni, vagy az első kerekek is csúsznak, az ABS folytatja a beavatkozást.

A blokkolásgátlóval megvalósított elektronikus fékerő felosztás.
14.54. ábra - A blokkolásgátlóval megvalósított elektronikus fékerő felosztás.


14.9. Fék munkahengerek

A fék munkahengereket dobfékeknél a kerékfékszerkezetbe szerelik be, tárcsafékeknél pedig a féknyereg részét képezik, ezért az arról írt fejezetben tárgyaljuk.

A fék munkahengerek a fékező nyomást alakítják át működtető erővé. A kivezérelt nyomás a munkahenger dugattyúit elmozdítja. Ezzel megszűnik a hézag a fékpofa és fékdob között, majd rászorítja a fékbetéteket a dob súrlódó felületére. A korábban szürkeöntvényből, jelenleg alumínium ötvözetből készült munkahengert csavarokkal rögzítik a féktartó lemezre. A dugattyút a fékfolyadéknak ellenálló elasztomerből készült tömítéssel látják el. A munkahenger perem részére olaj álló gumiból porvédő sapkát szerelnek. Ez megakadályozza a szennyeződések bejutását a dugattyú és hengerfurat közötti illesztési hézagba. A munkahenger menetes furatához csatlakozik a féktömlő és felette, a hidraulikatér legmagasabb pontján helyezik el a légtelenítő csavart. A dugattyúkra közvetlenül, vagy csapokkal, illetve utánállító szerkezet közbeiktatásával támaszkodnak a fékpofák.

Egyszeres- és kettős működésű munkahengereket alkalmaznak. Ennek megfelelően a dugattyúk száma egy, vagy kettő.

Egyszeres működésű, automatikus utánállítóval ellátott fék munkahenger.
14.55. ábra - Egyszeres működésű, automatikus utánállítóval ellátott fék munkahenger.


Kettős működésű fék munkahenger.
14.56. ábra - Kettős működésű fék munkahenger.


Automatikus utánállító a fék munkahengeren belül

Néhány típusnál a munkahengerbe szerelik be a fékpofák automatikus utánállítóját. Ez a konstrukciós megoldás azért előnyös, mert szennyeződések és a korrózió nem befolyásolja hátrányosan a működését. A fékezőnyomás hatására a dugattyú kifelé mozdul, és megszűnik a hézag a fékpofák és a fékdob között. Az utánállító mechanizmusnál addig nincs elmozdulás, amíg a fékdob és a fékpofa közötti hézag nem nagyobb a megengedettnél. Ha nagyobb a hézag, megtörténik az utánállítás. A működési elvet tekintve többféle változattal is találkozhatunk. A fokozatos működésűnél, fűrészfog menettel és rugalmas anyával valósul meg az utánállítás. A fokozatmentes változatnál a fékbetét kopásával arányosan felhasított rugalmas súrlódó hüvellyel mozdul kifelé a csapon. Beszerelésnél célszerű a súrlódó gyűrű hasítékát a légtelenítő csavar felé fordítani, mert így könnyebb lesz a légtelenítés. Az új fékpofák felszerelése előtt a dugattyúk visszaállítását alaphelyzetbe a típusnak megfelelő ajánlás szerint kell elvégezni. Leggyakrabban a súrlódó gyűrűs változatot alkalmazzák.

Kettős működésű, fék munkahenger szimplex dobfékhez. A dugattyú belsejébe súrlódó gyűrűs automatikus utánállítót szereltek.
14.57. ábra - Kettős működésű, fék munkahenger szimplex dobfékhez. A dugattyú belsejébe súrlódó gyűrűs automatikus utánállítót szereltek.


A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító

Több, az alsóbb kategóriába tartozó francia autónál, a hátsó futómű kerekeinél szimplex dobféket alkalmaznak. Ezeknél a munkahenger nagyobbik dugattyújába szerelik be a differenciáldugattyús, nyomásfüggő fékerő módosítót. Fékoldási helyzetben a golyós szelepet egy tüske tartja nyitott állapotban. Fékezéskor a dugattyú elmozdulását követően bezár a szelep és a hátsó munkahengerben a fékező nyomás a differenciáldugattyú felületei által meghatározott módon fog csak növekedni. Ennél a típusnál a rögzítő csavarokhoz képest a féktömlő csatlakozó furata és a légtelenítő csavar aszimmetrikusan helyezkedik el. A hosszabb dugattyút két tömítéssel, általában O-gyűrűvel látják el és a közöttük lévő térbe áramlik be a fékfolyadék a flexibilis tömlőn keresztül.

Kettős működésű, fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.
14.58. ábra - Kettős működésű, fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító metszeti ábrája.


A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító szétszerelve.
14.59. ábra - A fék munkahenger dugattyújába szerelt nyomásfüggő fékerő módosító szétszerelve.


A beáramló fékfolyadék a dugattyú radiális furatán keresztül annak belsejébe áramlik, ahova a, golyós visszacsapó szeleppel ellátott differenciáldugattyút szerelték. A differenciál dugattyúnál két különböző átmérőjű karmantyús tömítést fordítanak egymással szemben. Közöttük a fékfolyadék a differenciáldugattyú belsejébe kerül, ahonnan egy tüske által nyitva tartott golyós szelepen keresztül áramlik ki a munkahengerbe a dugattyúk közötti térbe. Egy bizonyos nyomásnál a differenciáldugattyú rugó ellenében elmozdul és bezár a golyós szelep. Ez a fékerő módosító kapcsolópontja. Ez a fékerő módosító csak akkor működik kifogástalanul, ha a fékfolyadékot rendszeresen cserélik és az kellő tisztaságú. Ha lebegő szennyeződés kerül az ülék és a golyó záró felülete közé, a szelep nem tud lezárni. Ezért a bal és a jobb hátsó kerekek között nagy lesz a fékerő eltérés. Emiatt a munkahengereket párban kell kicserélni.

14.10. Hidraulikus működtetésű dobfékek

A dobfék a fékrendszer nyomás energiát súrlódás révén fékező nyomatékká alakítja át. Eközben a gumiabroncs és az útfelület között tapadó súrlódás, a fékszerkezet súrlódó alkatrészei között pedig csúszó súrlódás alakul ki.

A fékezés kezdetén a súrlódó alkatrészek közötti hézag megszűntetéséhez nagy elmozdulás, és kis erő szükséges. Ezt követően a rászorító erőt növelni és szabályozni kell, végül pedig megszűntetni. Ehhez kis elmozdulás és nagy erő szükséges. A fékszerkezet használata során biztosítani kell a kopással arányos utánállítást, melynél kicsi az elmozdulás és kicsi az erő.

Könnyűszerkezetes szimplex dobfék alumínium ötvözetből készült fékdobbal és fék munkahengerrel.
14.60. ábra - Könnyűszerkezetes szimplex dobfék alumínium ötvözetből készült fékdobbal és fék munkahengerrel.


A dobfékek jelenleg már csak az olcsóbb kivitelű, városi kisautók hátsó kerekeinél használatosak szimplex kivitelben, mert ennél a típusváltozatnál egyszerű és megbízható a rögzítő fék megvalósítása. A világ legkönnyebb dobfékjét a „3 liter”-es VW Lupo-ba szerelték be. A fékdob súrlódó felülete alumínium mátrixból van, mely szinte kopásmentes szilíciumkarbid részecskéket tartalmaz (Al + SiC). A hátsó kerékfékszerkezet a súlycsökkentések révén 3,3 kg-mal vált könnyebbé. A munkahenger is könnyűfém ötvözetből készült.

A fékdob belső hengeres részének súrlódó felületkénti alkalmazása azért előnyös, mert a fékdob belsejében, szennyeződésektől védve helyezhetők el a fékpofák. A különböző típusoknál a fékpofák felfüggesztése és az egymással létesített mechanikus kapcsolata eltérő. Az újabb típusú kis autóknál a kerékagy és a fékdob egyetlen közös egységet alkot. A kopáshatár elérésekor ezt az egységet ki kell cserélni.

A fékdob és a kerékagyközös egységet alkot.
14.61. ábra - A fékdob és a kerékagyközös egységet alkot.


A kerékagy peremén kialakított fogazat az ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke.
14.62. ábra - A kerékagy peremén kialakított fogazat az ABS kerékfordulatszám érzékelő póluskereke.


A dobfékek előnyös tulajdonságai:

  • Kevésbé érzékeny a szennyeződésekre.

  • A rögzítő fék kialakítása egyszerű, működése megbízható.

  • A fékerőt a dobfék belső mechanikus rásegítése növeli.

  • A fékbetétek élettartama kedvezően hosszú.

A dobfékek hátrányos tulajdonságai:

  • A keréktárcsa szabványosított mérete korlátozza a fékdob átmérőjét.

  • A fékpofák kopás miatti cseréjénél le kell szerelni a fékdobot, ami időigényes és olykor célszerszám is szükséges hozzá.

  • A melegedés okozta hőtágulás növeli a fékdob átmérőjét, ezért megnő a fékkésedelmi idő, illetve a pedálút.

Felfutó és lefutó fékpofák, önerősítő hatás

A dobfékek jellegzetessége, hogy a fékdob forgásirányához viszonyítva meg kell különböztetni egymástól a felfutó és lefutó fékpofákat, mert azok hatásossága jelentősen eltér egymástól. A felfutó fékpofán a súrlódó erő nyomatéka növeli a rászorító hatást a fékdobra, ezért hatásosabb.

Szimplex dobféknél a fel- és a lefutó fékpofák, továbbá a rögzítő fék működtető rudazata.
14.63. ábra - Szimplex dobféknél a fel- és a lefutó fékpofák, továbbá a rögzítő fék működtető rudazata.


A dobfék belső áttétele a különböző típusoknál jelentősen eltér egymástól. Ezt a műszaki jellemzőt az ötvenes évektől alkalmazzák a számításoknál. Belső áttételen (C) a kerületi erő (U) és a fékpofákat szétfeszítő erő (S) hányadosát értjük. Értékét a tapadási tényező (μ) függvényében grafikusan szokták ábrázolni, melyek általában másod és harmadfokú függvények. A C*-al a teljes fékszerkezet belső áttételét jelölik, amely például a szimplex dobfék egy felfutó és egy lefutó fékpofájának együttes hatását jelenti. Újabban a fék számításoknál már ez a jellemzőt szokták alkalmazni.

A szimplex dobfék fel-, és lefutó fékpofáin ébredő erők.
14.64. ábra - A szimplex dobfék fel-, és lefutó fékpofáin ébredő erők.


A felírt nyomatékokból a szokásos geometriai viszonyok mellett a kerületi súrlódó erők:

A felfutó fékpofánál:

 

 

A lefutó fékpofánál:

 

 

A szimplex dobfék belső áttétele:

 

,

 

ahol

 

C

- a fékpofa belső áttétele

 

u

- kerületi súrlódó erők

 

s

- szétfeszítő erő

A belső áttétel tehát függ:

  • a kerékfékszerkezet geometriai viszonyaitól,

  • a tapadási tényezőtől.

A dobfékek különböző típusainak belső áttétele.
14.65. ábra - A dobfékek különböző típusainak belső áttétele.


A tárcsafékek előnyös tulajdonságai miatt a szervofékek háttérbe szorultak. Nagy belső rásegítése miatt rögzítő fékként ma is alkalmazzák. A féktárcsa kiöblösödő részét alakítják ki fékdobként. Működtetése bowden-huzal és karos emelők segítségével történik, újabban villanymotoros működtetést is alkalmaznak.

A típusváltozaton kívül a fékhatást a jelentősen befolyásolja dobféknél az üzemi hőmérséklet is. Akkor kedvező, ha nem nagyobb 400 ºC-nál. Ha például egy 300 mm átmérőjű fékdob 380 ºC-kal felmelegszik átmérője 1,14 mm-el lesz nagyobb. Ezért a munkahenger dugattyúlökete 3,6 mm-el növekszik, mely a teljes elmozdulás 30%-át teszi ki. Emiatt nagyobb lesz a fékpedál elmozdulása is. A melegebb fékdobnak és a fékpofáknak az átmérő növekedése nem azonos, ezért nagyobb hőmérsékleten a fékbetét csak kisebb felületen fekszik fel, megváltozik a belső áttétel és csökken a fékhatás is.

A dobfékek csoportosítása:

Bár az elmúlt évtizedekben sokféle dobféket gyártottak a tárcsafékek kedvezőbb műszaki jellemzői miatt a legtöbb típusváltozatot kiszorították. Szinte egyedül a szimplex dobfékeket alkalmazzák olcsóbb kivitelű személygépkocsik hátsó kerekeinél. A következőkben áttekintést adunk a dobfékek típusváltozatairól.

A dobfékek csoportosítása.
14.66. ábra - A dobfékek csoportosítása.


14.10.1. Szimplex dobfék

Felépítése egyszerű, és a rögzítő fék megbízható kivitele miatt jelenleg is használatos kisebb tömegű személygépkocsik hátsó kerekeinél. A kettős működésű munkahenger dugattyúi mindkét fékpofára azonos erőt fejtenek ki. Ennek ellenére fékpofákon eltérő lesz a súrlódó erő. A felfutó fékpofánál a súrlódó erő nyomatéka is a fékdobra szorítja a fékpofát ezért hatásosabb, mint a lefutó. A lefutó fékpofára ható súrlódó erő nyomatéka a működtető erő ellen hat, ezért csökkenti a súrlódó felületre ható szorító erőt.

Ennek a dobféknek az előnye az, hogy fékhatása mindkét forgásirányban azonos. A rögzítő fék működtetését végző mechanikus rudazat beépítése egyszerű, ezért elsősorban a hátsó futóműveknél alkalmazzák. Teljesítménye nagy sebességű gépkocsikhoz már nem elegendő.

14.10.2. Duplex dobfék

Mindkét fékpofát külön-külön egy darab egyszeres működésű munkahenger szorítja rá a fékdobra. Előre meneti forgásirányban mindkét fékpofa felfutó, melynél kialakul az önerősítés, ezért a szimplex féknél hatásosabb. Hátrameneti forgásirányban a fékhatás lényegesen kisebb, mivel mindkét fékpofa lefutóvá válik. A tárcsafékek széleskörű elterjedése előtt az első kerekeknél alkalmazták.

14.10.3. Duo-duplex dobfék

Két darab kettős működésű hidraulikus munkahengerrel működik. Ennek megfelelően mindkét forgásirányban két felfutó fékpofa lesz, ezért fékhatása független a forgásiránytól.

14.10.4. Szervofék

A fékpofák nincsenek fixen rögzítve a féktartó lemezhez, hanem mechanikus rudazat kapcsolja egymáshoz. Előre menetben mindkét fékpofa felfutó, melyek egy hüvelyben megvezetett mozgó csapon, ami egyúttal a kézi utánállító is lehet, a kerületi erő adódik át. A dugattyúval kifejtett működtető erőn kívül a második fékpofát ez a járulékos erő is a fékdobra szorítja. Nagyobb a fékerő, mint a szimplex féknél. Hátramenetben a vezetőcsap feje felütközik a hüvelyre, ezért nincs erőátadás, kisebb lesz a fékhatás. A fékpofák rászorító ereje eltérő, ezért a fékbetétek felülete nem egyforma az azonos felületi nyomás és a kopás elérése érdekében.

14.10.5. Duo-szervo dobfék

Kettős működésű munkahengert alkalmaznak. A fékpofák közé szerelt, a kerületi erőt közvetítő csap nem támaszkodik fel, így mindkét forgásirányban érvényesül a szervo hatás. Forgásiránytól függetlenül azonos lesz a fékerő. Az erőátadó csapot rendszerint utánállítóként szokták kialakítani. Hátránya, hogy a rásegítő hatás a közvetítő csap súrlódásától függ, amit a karbantartás befolyásol. Rendszeres zsírozás esetén jól működik de, ha elhanyagolják, nagy lesz a fékerő eltérés a jobb és a bal oldal között, ami veszélyes félrehúzáshoz vezethet. A tárcsafékek a szervofékeket kiszorították.

14.10.6. A dobfékek részegységei

Féktartó lemez

A kerékfékszerkezet szerelvényeit, mint például a hidraulikus-, illetve a mechanikus működtető elemeket a fékpofákat az acéllemezből sajtolt féktartó lemezre szerelik. Ezt pedig csavarokkal rögzítik a futóműhöz. A fékezéskor létrejövő reakcióerők ezen keresztül adódik át a futóműre. Az álló féktartó lemez és a forgó fékdob egy bizonyos hézagtól eltekintve zárt szerkezetet alkot. Emiatt a fékszerkezet belső részei védetté válnak a különböző szennyeződésekkel szemben. Ebből a szempontból előnyös, hátrányos viszont ez a konstrukció azért, mert a zárt kivitel miatt kedvezőtlenebb lesz a hűlés, valamint a fékdob belsejében összegyűlő kopadék csökkentheti a fékhatást és zajt is okozhat. A kerékcsapágyból kijutó kenőzsír is nehezen tud távozni, ez pedig tapadási tényező romlást okoz. A szerkezet állapotvizsgálatát és javíthatóságát is körülményesebbé teszi, mert ilyenkor le kell szerelni a fékdobot.

Fékdob

Belső hengeres súrlódó felületével körülveszi a fékpofákat. A fékdobokat korábban acélöntvényből gyártották, de a súlycsökkentés miatt készült acéllemezből sajtolt tárcsára és öntött kopófelület kombinációjaként is. Egyre gyakrabban alkalmaznak könnyűfém ötvözeteket is a fékdob gyártásához. A fékdobokat különböző igénybevételek terhelik:

A koptató igénybevétel

Legjellemzőbb a koptató igénybevétel, mely a súrlódó felületen lép fel. Ezért a fékdob belső átmérőjét rendszeresen ellenőrizni kell. Amikor elérte a gyárilag megadott kopáshatárt ki kell cserélni. Az amerikai előírásoknak megfelelően a fékdob külső részén maradandó felirattal fel kell tüntetni a megengedett kopáshatárt. A kopáshatár elérése után csökken a szilárdság. Maximálisan megengedett belső átmérőt biztonsági okból nem szabad túllépni. Ha a méret lehetővé teszi, a súrlódó felület felszabályozás esztergálással és köszörüléssel történhet a gyárilag megadott méretekre. Ez azonban csak a nagyobb átmérőjű haszonjármű fékdoboknál kifizetődő.

Mechanikai igénybevételek

Fékezés közben összetett mechanikai igénybevétel terheli a fékdobot. A súrlódó felület szélénél, csavarás, hajlítás, és húzás egyidejűleg fellép. Ha a fékezés nagy sebességről történik a húzó- és a hajlító igénybevételt a fék működtető erőn kívül, a centrifugális erő tovább növeli. A fékdob a rá ható erők hatására csak nagyon keveset deformálódhat, ezért gyakran szilárdságát bordákkal növelik. A fékdobot csavarokkal rögzítik a kerékagyhoz. A kisebb tömegű személygépkocsiknál a kerékagy és a fékdob gyakran egy közös egységet alkot.

Hő igénybevétel

A kerékfékszerkezet a gépkocsi mozgási energiáját súrlódással hővé alakítja. A fékdob különböző hőmérsékletű részei között belső feszültség alakul ki. A nagy hőmérséklet a szerkezeti anyagoknál szilárdság csökkenést okoz. Előnyös, ha a fékdob jó hővezető képességű anyagból, például alumínium ötvözetből készül. A szilíciumkarbid kopásállóságot biztosít. A hőterhelés miatt a súrlódó felület berepedezhet, alakja torzulhat. A dobfék kedvezőtlen abból a szempontból, hogy hőmérséklet növekedésekor átmérője a hőtágulás miatt nagyobb lesz. A fékpofa felfekvése nem egyenletes, csökken a fékhatás. Ha a görgős fékpadi mérés közben a fékerő ingadozik, a fékdob nem kör alakú, hanem a túlterhelés miatt oválissá vált.

Fékpofák a súrlódó betétekkel

A személygépkocsik fékpofái rendszerint acéllemezből kivágással és sajtolással készült részekből hegesztéssel készülnek. A „T” alakú keresztmetszetük nagy merevséget biztosít. Ezekre gyárilag felragasztják a súrlódó betéteket. A fékpofák súrlódó betétek anyagába fémport, kőzetporokat, töltő- és kenőanyagokat, kevernek össze műgyantával. Ezt megfelelő méretre és alakra sajtolják, utána hőkezelik. A fékbetéttel szemben támasztott követelmények:

  • Súrlódási tényezője ne függjön a hőmérséklet-, a felületi nyomás-, a sebesség változásától.

  • Legyen ellenálló a felületi nyomás, és a hőmérséklet változásának.

  • Legyen kopásálló.

  • Ne keltsen zajt.

A kellemetlen csikorgást az okozza, amikor a levált- vagy a környezetből bekerült apró, kemény szemcsék a fékbetét és dob közé kerülnek. Előidézheti az úgynevezett "stick slip" az akadozva csúszás jelensége is. Ilyenkor a csúszó súrlódás egy pillanatra átvált tapadó súrlódásra, majd egy csekély deformáció után ismét csúszás következik, eközben megszűnik a deformáció. A zaj ezen különböző súrlódási jelenségek periodikus ismétlődéséből származik.

A dobfék fékpofáira a súrlódó betéteket felragasztják. A súrlódó betét anyagát az oldalsó szélén tüntetik fel.
14.67. ábra - A dobfék fékpofáira a súrlódó betéteket felragasztják. A súrlódó betét anyagát az oldalsó szélén tüntetik fel.


A gépkocsi üzemeltetése során be kell tartani a fékbetétekre vonatkozó gyárilag megengedett kopáshatárt. Ennek elérésekor az adott futómű összes fékpofáját ki kell cserélni. Biztonsági okból törekedni kell a gyárilag előírt fékbetétek alkalmazására.

A fékpofák egyik vége a munkahenger dugattyújára, a másik a féktartó lemezen kialakított felfekvő felületre, vagy a munkahenger hátoldalán egy bemart horony ferde felületére támaszkodik. Ezeket önbeálló fékpofának nevezik. Ez azért előnyös konstrukció, mert a felszerelés után a fékpofákat nem kell a fékdobhoz képest körkörösre beállítani, mert ez az állapot az első fékezés után önmagától beáll. Fontos feladatot lát el a visszahúzó rugó, mert fékoldáskor ez húzza vissza a pofákat és a helyükön tartja. A fékpofa gerincének furatába akasztják be a visszahúzó rugókat, és laza illesztésű csappal hozzá szerelik a rögzítő fék működtető karjait. A fékpofák oldalirányú kibillenését a kis tekercsrugók és a függesztő csapok akadályozzák meg.

A fékpofák visszahúzó rugói

Fékoldáskor a visszahúzó rugók mozdítják vissza alaphelyzetbe a fékpofákat. Az elöregedett, a jelentős hőhatás miatt kilágyult, vagy megnyúlt rugók nem tudják ellátni feladatukat, ezért azokat ki kell cserélni. Ugyan ez vonatkozik a fékpofákat helyükön tartó rugókra is, melyek a kibillenést akadályozzák meg.

A Szimplex dobfék fékpofái, a rögzítő fék működtető karja, visszahúzó rugók és alumínium ötvözetből készült hidraulikus munkahenger.
14.68. ábra - A Szimplex dobfék fékpofái, a rögzítő fék működtető karja, visszahúzó rugók és alumínium ötvözetből készült hidraulikus munkahenger.


A fékpofák rászorítása a fékdobra

A fékpofák működtetése különböző módon lehetséges:

  1. Mechanikus működtetés:

    • fékkulccsal kis motorkerékpároknál, és haszonjárműveknél

    • emelő karokkal, személygépkocsik rögzítő fék

    • ékes feszítő egységgel, haszonjárműveknél, pneumatikus, hidraulikus és elektromos működtetéssel is lehetséges.

  2. Hidraulikus működtetés:

    A fékező nyomás a munkahenger dugattyúival szorítja rá a fékpofákat a fékdobra. A fékező nyomással arányosan változik a fékerő.

Kényszer szétfeszítés

A fékkulcsos működtetést kényszer szétfeszítésnek nevezik, mert a fékkulcs profiljának megfelelően mindkét fékpofát egyformán mozdítja el. Ez akkor is így történik, ha a fékpofák alakja és mérete nem egyforma. Hátrányos, mert az először a felfekvő fékpofa túlterhelődik, a felülete túlhevül és elszenesedik. Eközben a másik pofa nem ér hozzá a fékdobhoz. Az elszenesedett réteg tapadási tényezője nagyobb, ezért a fékpofa egy pillanatra önzáróvá válik, bekap és leszakad róla egy vékony réteg. A következő fékezésnél ez a fékpofa nem fog hozzáérni a fékdobhoz és csak a másik fog fékezni. Majd ennél is bekövetkezik a túlterhelés és hasonló jelenség játszódik le. Ennek az eredménye egy láncreakció, mely a fékbetétek élettartamát nagyon lerövidíti. A felszerelés után a fékpofák felszabályozásával ez elkerülhető.

Úszó szétfeszítés

Előnyösebb az „úszó szétfeszítés”, mely például kettős működésű hidraulikus munkahengerrel történik. Azért nevezik így, mert amikor a fékpofák nem egyformák a munkahenger dugattyúi önmagukkal párhuzamosan eltolódnak és mindkét fékpofa egyforma erővel szorul a fékdobra.

14.10.7. A fékpofák utánállítása

A fékbetétek használatuk során kopnak, emiatt növekszik a távolság a súrlódó felületek között. Ez a fékkésedelmi idő és a pedálút növekedésével jár. Kiküszöbölhető az utánállító szerkezetekkel. A működési módjuk szerint lehetnek:

  • kézi utánállítók

  • automatikus működésű utánállítók.

Jelenleg többnyire az utóbbit alkalmazzák, mert akkor kisebb a karbantartási igény.

A fékpofák kézi utánállítása

A kopás miatt megnövekedett távolságot a fékdob és a fékpofák között hideg féknél kell utánállítani, mert a melegen beállított fékpofák lehűlés után rászorulnak a fékdobra. A beállításnál törekedni kell a legkisebb hézagra a fékdob és a fékpofák között.

  • Rég óta használatos az excenteres utánállító. Ezt a féktartó lemezre szerelik. Ezzel a fékpofa felszerelésekor egyenletes hézagot kell beállítani, amit folyamatosan utána kell állítani.

  • Csavarorsós kézi utánállító beszerelhető a munkahenger dugattyúja és a fékpofa közé. A szervofékeknél a két fékpofa közötti erőátadó csapot alakíthatják ki menetes orsós kézi utánállítóként.

Fékpofák közötti csavarmenetes kézi utánállító
14.69. ábra - Fékpofák közötti csavarmenetes kézi utánállító


Automatikus utánállítók:

A dobfék karbantartás igénye kisebb, ha automatikus utánállítót alkalmaznak. A lehetséges változatok:

  • Elhelyezésük szerint

    • Fék munkahengeren kívüli, vagy

    • Munkahengeren belüli

  • Működési módjuk szerint:

    • fokozatos,

    • fokozatmentes.

A munkahengeren kívüli változatok működését a szennyeződés befolyásolhatja, a fék munkahengerbe szerelt ilyen szempontból megbízhatóbb.

Fék munkahengeren kívül automatikus utánállítók

Súrlódó tárcsás, úgynevezett „Fiat rendszerű” automatikus, fokozatmentes utánállító

A féktartó lemezre merőlegesen egy csapot szerelnek fel, erre illeszkedik a fékpofa gerincének ovális furatába szerelt hüvely, mely alátétekkel, súrlódó betétekkel és előfeszített rugóval csatlakozik fékpofához. Amíg a fékpofa és a dob közötti távolság kisebb, mint a csap és a hüvely közötti átmérő különbség, addig a hüvely a fékpofával együtt mozog minden fékezéskor és fékoldáskor. Amikor kopnak a fékpofák, fékezéskor a hüvely felütközik a csapon. A fékpofa az előfeszített rugóval terhelt súrlódó gyűrűk közül kijjebb csúszik. Fékoldáskor azonban a súrlódó erőt a visszahúzó rugó nem képes legyőzni, így a fékpofa közelebb került a fékdobhoz.

Súrlódó tárcsás (FIAT rendszerű) automatikus utánállító
14.70. ábra - Súrlódó tárcsás (FIAT rendszerű) automatikus utánállító


Kilincsműves utánállító

A kilincsműves automatikus utánállító kialakítható a rögzítő fék szerkezet rudazatához csatlakozva is. A fékpofákat a visszahúzó rugó állítja alaphelyzetbe. A fékpofával együtt mozdul el az utánállító forgáspontja. Ha nagy a hézag a fékpofa és a fékdob között, az utánállító kilincsnyelve fordít a kilincskeréken. Ha a hézag megfelelő, a nyelv csak a kilincskerék fogárkában mozdul ide-oda. Amikor a kilincskerék elfordul, az utánállító csőből kifelé mozdul a csavar. A kilincsműves szerkezetnél csak apróbb fokozatokban történik az utánállítás.

Kilincsműves, menetes automatikus utánállító
14.71. ábra - Kilincsműves, menetes automatikus utánállító


A rögzítő fék mechanikus működtetése

A rögzítő fék a hidraulikus rendszertől függetlenül mechanikusan működik. Olyan feszítő rudazatot alkalmaznak, mely a fékpofákat szétfeszíti, de az nem hat vissza a hidraulikus működtetésre. A szimplex dobfék mechanikus rögzítő fék működtető karját a kerék középpontja felé elmozdítva a fékpofák a dobnak feszülnek, miközben a hidraulikus rendszer munkahengerének dugattyúi a mögéjük beszerelt rugó segítségével követik a pofák mozgását.

14.11. Hidraulikus működtetésű tárcsafékek

Jelenleg a leggyakrabban alkalmazott kerékfékszerkezet a tárcsafék. Legnagyobb előnye az egyszerű szerkezet, a megbízható és biztonságos működés. Kedvező, hogy a dobféknél kevésbé érzékeny a hőmérsékletváltozásra. A közepes súrlódási sugár a tárcsaféknél kisebb, mint a dobféknél. Viszont nagyobb a termikus terhelhetősége például hosszabb völgymeneteknél. Kisebb az érzékenysége a tapadási tényező változására. A működtető erő nem radiális irányú, mint a dobféknél. A féktárcsa felületi hőmérséklete intenzív fékezés esetén elérheti a 900 ºC-ot is. Ekkor egy 28 mm vastag féktárcsa szélessége 0,22 mm-el növekszik, mely változatlan pedálhelyzet mellett növeli a fékhatást.

A tárcsaféknél nem érvényesül belső önerősítő hatás, mint a dobféknél. Nagyobb kerületi erőt kell kifejteni azonos fékező nyomaték eléréséhez. A személygépkocsiknál és a haszonjárműveknél részleges tárcsafékeket alkalmaznak, ahol a fékbetét a féktárcsának csak egy kis felületére hat.

Teljes és részleges tárcsafék
14.72. ábra - Teljes és részleges tárcsafék


A futóműhöz rögzített féknyeregre, illetve egy keret szerkezetre támaszkodnak a fékbetéteket. Erre adódnak át a fékezéskor keletkező reakció erők. A fékbetéteket két oldalról megközelítőleg egyforma erővel szorítja a féktárcsára a működtető hidraulika. Az így létrejövő súrlódó erőt a futóműnek adja át.

A fékezéskor a fékbetéten kialakuló felületi nyomás növekedésével arányosan növekszik a hőmérséklet és csökken a súrlódási tényező. Ha az optimális értéknél melegebbek a súrlódó felületek, csökken a tapadási tényező.

A tárcsafék belső áttétele (C):

 

,

 

ahol:

 

FU

- Kerületi súrlódó erők

 

FS

- Szétfeszítő erő

A két súrlódó betétet figyelembe véve a belső áttétel így tárcsaféknél:

 

 

A tárcsafék belső áttétele C = 2 µ ezért nagy működtető erő szükséges (a vákuumos fékrásegítő nélkülözhetetlen)

A nyeregszerkezet konstrukciója annál jobb, minél egyenletesebb felületi nyomás alakul ki a fékbetéteknél. A ferde kopás hibás szerelésre, vagy nem megfelelő nyeregkonstrukcióra utal.

A tárcsafékekkel szemben támasztott követelményeknek:

  • legyen könnyű és kis helyigényű,

  • a fékezéskor ébredő erőhatás a lehető legkisebb deformációt okozza,

  • a jó nyeregkonstrukció érzéketlen a melegedésre,

  • működtetés közben a fékbetétekre azonos erők hassanak. Ez a követelmény különösen az úszónyerges változatoknál igényel gondos kialakítást.

  • a féktárcsa jobb-, illetve bal oldalára kerülő fékbetétek lehetőleg legyenek egyformák, hogy azok felcserélése ne okozhasson hibás működést.

  • fékoldáskor a fékbetétek kellő mértékben mozduljanak vissza, menet közben ne érjenek hozzá folyamatosan a féktárcsához, mert az fokozott kopást és melegedést okoz.

  • a hidraulikatér legyen minél egyszerűbb, hogy a légtelenítést gyorsan és hatékonyan lehessen végezni.

  • a fékezés legyen zajmentes és a rezgésekkel szemben érzéketlen.

  • az úszónyerges kivitelnél a vezető elemek élettartama a mechanikai terhelések hatására ne csökkenjen.

  • a kerékfék szerkezet legyen egyszerűen és olcsón gyártható.

  • működése legyen megbízható és biztonságos.

  • a szennyeződésekre legyen érzéketlen.

  • a fékbetétek cseréje egyszerűen és olcsón elvégezhető legyen.

A fentiekben felsorolt követelmények gömbgrafitos öntvényből készül féknyereggel teljesíthetők. A nagy rugalmassági modulusz mellett, elegendően kicsi a méretváltozás a különböző erők és hőmérsékletváltozás hatására. A forgácsoló megmunkálás miatt a két félből készülő nyerget nagy szilárdságú csavarok rögzítik egymáshoz.

A tárcsafékek konstrukciós megoldásai:

A konstruktőrök folyamatosan törekszenek a fékszerkezeteknél is a súlycsökkentésre, ezért a korszerű féknyergek inkább már könnyűfém ötvözetekből készülnek. A rugózatlan tömeg csökkentése érdekében pedig találkozunk olyan megoldással is, hogy a féknyerget nem a kerékagy közelében helyezhetik el, hanem a független kerékfelfüggesztésű hajtott futóműveknél a differenciálmű mellett. Ilyen esetekben a féltengelyeket a szokásosnál nagyobb csavaró nyomaték terheli. A fékező nyomaték nagyobb igénybevételt jelent, mint a hajtó nyomaték.

14.11.1. A tárcsafékek csoportosítása

Fix nyerges tárcsafék

Kezdetben a fix nyerges tárcsafékeket alkalmazták. Ezeknél a féknyerget csavarokkal a futóműhöz rögzítik. A féktárcsa mindkét oldalán elhelyeznek hidraulikus munkahengereket és dugattyúkat. Ennek működése biztonságos és megbízható. Ez indokolja, hogy jelenleg a nagy sebességű- és a különböző sportautóknál is ezt használják.

Úszó ökölnyerges tárcsafék

A középkategóriás gépkocsiknál pedig elsősorban az úszónyerges konstrukciók azon változatát alkalmazzák, melynél a féknyereg az emberi kéz ökléhez hasonlóan fogja közre a féktárcsát. Innen kapta az elnevezését. Ezeknél a változatoknál a kevésbé jól hűlő, a keréktárcsa által a menetszéltől leárnyékolt részen hagyják el a munkahengert. Fékezéskor a munkahengerben keletkező reakcióerő, a szennyeződésektől gondosan védett vezetőcsapok mentén mozdítja el a féknyerget, mely a féktárcsára szorítja a másik oldali fékbetétet. Az úszó ökölnyerges konstrukciónál a működtető erő csak korlátozott lehet.

Keretes úszónyerges tárcsafék

A keretes nyerges kivitelnél egy kellő szilárdságúra méretezett keret fogja közre a fékbetéteket. Az egyik oldali fékbetétet a dugattyú szorítja a féktárcsára, a másikat pedig a keret húzza rá a fékezés közbeni elmozdulása révén.

Az ököl és a keretes tárcsafékek kombinációja

Nagy teljesítményű személygépkocsiknál és kisteherautóknál a nagyobb fékerő teljesítmény miatt az ököl és a keretes nyerges változat kombinációját alkalmazzák. Ennél a konstrukciónál növelni lehet a működtető erőt, mely megoszlik az ököl és a keret között.

A tárcsafékek csoportosítása
14.73. ábra - A tárcsafékek csoportosítása


A féktárcsa hőterhelése:

A tárcsafékek üzemi hőmérséklete lényegesen meghaladja a dobfékekét. A (14.75. ábra) ábrán a különböző színek bizonyos hőmérsékletekhez vannak hozzárendelve. A vékony fehér vonal ábrázolja a féktárcsa alakját hideg állapotban. Jól látszik a jelentős alakváltozás, melyet a melegedés okoz. Ez a gátolt hőtágulás miatt alakul így, hiszen a fékbetéttel érintkező rész melegszik, és az agy rész csak kevésbé. Ez a furcsa alakváltozás hátrányosan befolyásolja a fékezési jellemzőket. A hideg állapotban sík tárcsa a fékezések során kissé kúpossá-, és hullámossá válik. Kis túlzással a leveses tányér karimájához is hasonlíthatjuk. Emiatt a fékpofák felfekvése nem lesz egyenletes és a hullámosodás miatt periódikusan változni fog a fékerő.

A tárcsafékek próbapadi vizsgálata során a felmelegedés
14.74. ábra - A tárcsafékek próbapadi vizsgálata során a felmelegedés


A féktárcsa hőmérséklet eloszlása és a hő okozta deformációja a vékony fehér vonallal megrajzolt hideg állapothoz képest
14.75. ábra - A féktárcsa hőmérséklet eloszlása és a hő okozta deformációja a vékony fehér vonallal megrajzolt hideg állapothoz képest


14.11.2. Négy dugattyús fix nyerges tárcsafék

A féknyerget nagy szilárdságú csavarokkal a futóműhöz rögzítik. A dugattyúk furatait forgácsoló megmunkálással alakítják ki, ezért a nyereg két félből áll. Az egyik félhez csatlakozik a flexibilis féktömlő. A féknyereg öntvényben alakítják ki az egyik oldalról a másikra a fékfolyadék átvezető furatot. A két nyereg fél között egy süllyesztékbe szerelt „O”-gyűrű látja el a tömítés feladatát az átvezető furatnál.

A dugattyú és a féknyereg közötti tömítés négyzet keresztmetszetű, a fékfolyadéknak ellenálló, speciális elasztomer anyagból készül. Részére a befogadó hornyot a féknyeregben alakítják ki.

A tömítő gyűrű látja el a visszahúzó rugó feladatát. Fékezéskor a dugattyú palástjánál ébredő súrlódás miatt a tömítő gyűrű egy kis rugalmas alakváltozást szenved. Fékoldáskor, a nyomás megszűnése után, amikor visszanyeri eredeti alakját, kissé visszamozdítja a dugattyút. Így elkerülhető, hogy használat közben a fékbetétek folyamatosan hozzáérjenek a féktárcsához. Ahogy kopnak a fékbetétek, a dugattyú mindig egy kicsit kijjebb csúszik. Ezért tehát a tömítő gyűrű ellátja az automatikus utánállító feladatát is.

Ha elkoptak a fékbetétek a biztosító csapok és a kereszt alakú rugó kivétele után cserélhetők ki. A biztosító csapokat a rájuk szegecselt rugalmas acél hüvely tartja a furatban. Kiszereléséhez szerelő tüskét és kalapácsot kell használni. A rugalmas lemez fékoldáskor a fékbetéteket kissé eltávolítja a féktárcsától, hogy ne súrlódjon. Feladatuk az is, hogy megakadályozzák a fékbetétek rezgését és az ezzel járó hanghatást.

Négy dugattyús fix nyerges Ate tárcsafék
14.76. ábra - Négy dugattyús fix nyerges Ate tárcsafék


A keréktárcsa szabványos mérete, és a kerékagy kialakítása korlátozza a féknyereg számára rendelkezésre álló teret. Ez korlátozza a hidraulikus munkahenger átmérőjét. Ezért a nagyobb fékező teljesítmény négy dugattyús munkahengerrel valósítható meg. Azért is előnyös, mert a fékbetétek felületi nyomáseloszlása egyenletesebb.

A véges elemek módszerével végzett méretezés és konstrukciós kialakítás lehetővé teszi, hogy a lényegesen kisebb rugalmassági moduluszú alumíniumból is azonos mechanikai tulajdonságú, de 20-34%-kal könnyebb a féknyereg készülhessen. Az alumíniumot, szilíciummal, rézzel ötvözik, és külső felületét eloxálják. Azokra a felületekre, ahova a fékbetétek feltámaszkodnak, korrózióálló acélból készített betéteket helyeznek. Ezek egyenletesen elosztják a mechanikai terhelést, ellenállnak a rezgés és elmozdulás okozta koptató hatásnak.

14.11.3. Úszónyerges tárcsafékek

A középkategóriás személygépkocsiknál gyakran alkalmazzák az úszónyerges változatot. Az egyik fékbetétet a dugattyú, a másikat pedig a fékezés közben elmozduló nyereg szorítja rá a féktárcsára. A fékbetétek a futóműhöz rögzített álló keretnek adják át a súrlódó erőt. A keréktárcsa által a menetszéltől leárnyékolt, rosszabban hűlő részen nincs hidraulikus munkahenger. Ez a nyeregkonstrukció

  • Precíz nyeregmegvezetést igényel.

  • A megvezetés érzékeny a szennyeződésekre és a korrózióra. Ezért megfelelő védelmet kell biztosítani.

  • A vezetőcsapok és a nyereg között olyan rugalmas elemre van szükség, mely a nyereg visszamozdítását is elvégzi.

  • A vezetőcsap tömítésének sérülésekor a szennyeződés bejutása gátolhatja, meg is akadályozhatja a nyereg elmozdulását. Ez kisebb fékerővel jár, és a fékbetéteknél eltérő a kopással, a féktárcsa elhasználódása sem egyforma mindkét oldalon.

A dugattyú fékoldáskor kétszer akkora utat tesz meg, mint a fix nyeregnél. Rossz úton az úszónyereg rezgésre hajlamos. Az úszónyergeknél különösen nagy jelentősége van, hogy a fékbetét húzott, vagyis kalapácsfej végződésű legyen. Emiatt a feltámaszkodó felületen egyenletesebb és nagyobb lesz a felületi nyomáseloszlás. Nem válik hajlamossá a beszorulásra. 54 mm dugattyú átmérőig készülnek úszónyerges konstrukciók.

Kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.77. ábra - Kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez


Kis felfekvő felületű kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez
14.78. ábra - Kis felfekvő felületű kalapácsfejű fékbetét úszónyerges tárcsafékhez


14.11.4. Úszó keretes nyerges tárcsafék

A fejlesztési cél a nyereg méretének csökkentése volt. Csak a féktárcsa egyik oldalán van munkahenger. Az egyik fékbetétet a dugattyú szorítja rá a féktárcsára. A munkahengerben ébredő reakcióerő a keretre segítségével ráhúzza a másik oldali fékbetétet a féktárcsára. Előnyös, hogy a fékbetéthez könnyen hozzá lehet férni. A biztosító csapok és a kereszt alakú rugalmas lemez kiszerelése után elvégezhető a betétcsere. A hidraulikus munkahenger külön egységet képez és leszerelhető. A fékfolyadék kevésbé melegszik, mert csak az egyik fékpofára fekszik fel dugattyú, mely hővezetéssel melegíti a munkaközeget. A keret általában 6-8 mm vastag acéllemezből készül. Sík és hajlított változatot is alkalmaznak. A tartó és a keret közé acélhuzalból készített speciális rugót szerelnek, hogy a könnyű elmozdulás miatti laza illesztés ne okozzon zörgést.

Keretes úszónyerges fékszerkezet
14.79. ábra - Keretes úszónyerges fékszerkezet


Úszó, keretes nyerges, Ate tárcsafék
14.80. ábra - Úszó, keretes nyerges, Ate tárcsafék


14.11.5. Úszó ökölnyerges tárcsafék

Az úszónyerges tárcsafékek kisebb helyigényű, könnyebb változata az ökölnyerges kivitel. A munkahenger átmérője nagyobb, mint a keretes nyergesnél. A futóműhöz egy keretet rögzítenek, melyhez képest a nyereg, a benne levő hidraulikus munkahengerrel együtt fékezés közben elmozdul. Emiatt megszűnik a hézag a féktárcsa és a fékbetétek között. A futóműhöz rögzített kertre támaszkodnak a fékbetétek és így adják át a súrlódó erőt. Fékoldáskor a nyereg is kissé visszamozdul és a fékbetét kopásával arányos folyamatos utánállítás is megtörténik a nyereg megvezetésénél alkalmazott rugalmas elem segítségével.

A konstrukció előnye, hogy egyszerű, könnyű, kevés alkatrészből áll. Hátránya, hogy amikor a nyereg vezetőeleme szennyeződések miatt megszorul, gátolja, vagy akár meg is akadályozza az elmozdulást. Ilyenkor csak az egyik fékbetét lassítja az autót, ezért a féktárcsának csak az egyik fele kopik, de az gyorsan.

A szilárdság szempontjából kényes elem az ökölnyereg, mely az erő hatására nem szabad, hogy kinyíljon. Ennek veszélye annál nagyobb, minél nagyobb a fékező nyomás, illetve a dugattyú átmérő.

A fékbetét cseréhez le kell szerelni a nyerget, vagy ha a konstrukció azt lehetővé teszi, az egyik vezetőcsap kicsavarása után a másik körül elfordítható a nyereg és így hozzá lehet férni a fékbetétekhez.

A nyereg megvezetése leggyakrabban hengeres csappal történik, de négyzet-, vagy fecskefark alakú horony is lehetséges. Általában rozsdamentes acélból készülnek a vezetőcsapok, egyik végükön hatlapú belső kulcsnyílással, a másik végük pedig menetes. Ezzel csavarható be a futóműhöz rögzített keretbe. A nyereg furata és a vezetőcsap közé felhasított teflon perselyt is szerelnek, mely csillapítja a rezgéseket és kedvező siklási tulajdonsága miatt a nyereg könnyen elmozdul. Különleges elasztomerből készített tömítő elemek és záró sapkák akadályozzák meg a szennyező- és korróziót okozó anyagok bejutását.

Van olyan kivitel is, amelynél a dugattyú felőli fékbetét visszahúzását egy annak hátlapjára szegecselt háromágú lemezrugó végzi. Ez a dugattyú belső hornyába illeszkedik, így a tömítőgyűrű nemcsak a dugattyút, hanem vele együtt a fékbetétet is visszamozdítja fékoldáskor.

A fékbetétek zörgését különböző kivitelű rugók akadályozzák meg, melyek egyúttal fékoldáskor a féktárcsától igyekeznek eltávolítani a betétet.

Az álló keretet a futóműhöz rögzítik két nagy szilárdságú csavarral. A kalapácsfejű, húzott fékbetétek a futóműhöz rögzített keret hornyaihoz illeszkednek.

Úszó, ökölnyerges, Ate tárcsafék vezető csapokkal
14.81. ábra - Úszó, ökölnyerges, Ate tárcsafék vezető csapokkal


A VW Lupo első féknyerge alumínium ötvözetből készül. A súlycsökkentéseknek köszönhetően 4 kg-mal lett könnyebb.

VW Lupo úszó, ökölnyerges tárcsafék.
14.82. ábra - VW Lupo úszó, ökölnyerges tárcsafék.


Ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékkel

A hagyományos kivitelű rögzítő fék működtetése nagy áttételű emelőkarokkal és bowdennel történik. Fékoldáskor a visszamozdítást „dió rugó” végzi. Itt is szükség van automatikus utánállítóra, mert a kopással arányosan a dugattyú folyamatosan kijjebb mozdul és emiatt a rögzítő fék működtető mechanika nem éri el a dugattyút. Ezért gyakran menetes orsós fokozatmentes utánállítót szerelnek be a dugattyú belsejébe. Az anyát rugó terhelésű kúpos tengelykapcsoló biztosítja elfordulás ellen. A fék hidraulikus működtetésekor, ha a féktárcsa és a fékbetét közötti távolság nagyobb, mint az utánállító orsó és az anya közötti menethézag, a dugattyún ébredő erő hatására nyit a tengelykapcsoló és lehetővé teszi az anya lejjebb csavarodását az orsóról. A nyomás megszűnése után zár a tengelykapcsoló és megakadályozza az anya elfordulását. Fékbetét csere előtt a visszaállítást a dugattyú elforgatásával lehet elvégezni. A dugattyúba szerelt alkatrészek megnehezítik a légtelenítést. Ezt minden esetben a gyári utasítás szerint kell elvégezni.

Úszó, ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékműködtető mechanikával és automatikus utánállítóval.
14.83. ábra - Úszó, ökölnyerges tárcsafék rögzítő fékműködtető mechanikával és automatikus utánállítóval.


Úszó ökölnyerges tárcsaféknél a rögzítőfék-működtető bowden és a mechanikus áttételek kialakítása.
14.84. ábra - Úszó ökölnyerges tárcsaféknél a rögzítőfék-működtető bowden és a mechanikus áttételek kialakítása.


14.11.6. Kombinált ököl és keretes nyerges tárcsafék

Nagy teljesítményű személygépkocsiknál a nagyobb fékerő miatt az ököl és a keretes nyerges változat kombinációját alkalmazzák. Lehetővé teszi a működtető erő növelését, mert a mechanikai terhelés megoszlik az ököl rész és a keret között. Nem fenyeget az ököl kinyílásának veszélye.

Az ököl és a keretes nyeregkombinációja
14.85. ábra - Az ököl és a keretes nyeregkombinációja


14.11.7. Különleges tárcsafékek

Könnyű szerkezetes féktárcsa

Könnyű szerkezetes féktárcsákat szerelnek a BMW 6 gépkocsira. Ennél a kerékagyhoz kapcsolódó középső rész alumínium ötvözetből készül. Öntöttvasból van a tárcsa súrlódó része, melynek belsejében a duo-szervo rögzítő dobfék pofái részére is kialakítanak egy felfekvő felületet. A két részegységet nemesacél szegecsekkel egyesítik.

Könnyűszerkezetes féktárcsa (BMW 6)
14.86. ábra - Könnyűszerkezetes féktárcsa (BMW 6)


Kompozit kerámia féktárcsák

Kiemelkedő tulajdonságai miatt (minimális kopás és kis tömeg) az utóbbi években a felső géposztályban a kompozit kerámia féktárcsák kerültek előtérbe.

A zavaró tényezőknek ellenálló fék az aktív biztonság szempontjából nagyon fontos. A kerámia féktárcsák kétrészes kivitelűek. A fém agyrészhez csavarokkal kapcsolódik a kompozit anyagból készített súrlódó felület. Kifejlesztésével a Mercedes és a Porsche új úton indult el. A jelenleg még drága, kis darabszámban készülő féktárcsákat a csúcsmodellekbe építik be. Gyártási költsége még többszöröse a szürkeöntvényből készültének. Különösen a nagy motorteljesítményű sport autókban használhatók ki előnyös tulajdonságai. A közeljövőben jelentős költségcsökkentés várható. Ezután már a középkategória számára sem lesz elérhetetlen. A kerámia féktárcsát, a hozzá kifejlesztett kétszer négy dugattyús Brembo féknyerget és a Pagid speciális fékbetéteket látjuk az alábbi képen.

Kerámia féktárcsa, nyolc dugattyús, fix féknyereggel, speciális fékbetéttel.
14.87. ábra - Kerámia féktárcsa, nyolc dugattyús, fix féknyereggel, speciális fékbetéttel.


14.12. Korszerű mechanikus és elektromechanikus rögzítő fékek szerkezeti-, és működési analízise

A rögzítő fékek évtizedeken át mechanikus működésűek voltak. Az utóbbi években a közlekedésbiztonság javítása és a vezetési komfort növelése miatt törekedtek a konstruktőrök az automatikus működések bevezetésére. Ehhez szükségessé vált az elektronika alkalmazása és a villanymotoros működtetés. Először a hagyományos, majd utána az elektronikus rendszereket tekintjük át.

A mechanikus fék működtetés jellemzői:

  • rossz hatásfokú erőátvitel,

  • hosszú működtetési út,

  • az erő növelése csak kar áttétellel lehetséges.

Jelenleg mechanikus működtetésű fékberendezéssel a következő változatokban találkozunk:

A mechanikus működtetésű fékberendezések alkalmazása.
14.88. ábra - A mechanikus működtetésű fékberendezések alkalmazása.


14.12.1. Hagyományos, mechanikus működtetésű rögzítőfékek

A jelenleg forgalomban lévő közúti járműveknél rögzítő féknél alkalmaznak mechanikus működtetést.

Hátránya, hogy az erőátvitelt több tényező befolyásolja:

  • az időjárási viszonyok (pl. fagy)

  • a használat közben előforduló szennyeződések csökkentik a hatását,

  • a rendszeres kenést, karbantartást igényel.

Előnyös jellemzői:

  • egyszerű kivitel

  • olcsó kialakítás.

Ezért különböző változatait jelenleg is alkalmazzák.

Rögzítő fékként a leggyakrabban a hátsó futómű mindkét kerekére egyforma erővel kell hasson. Ezért karos erőkiegyenlítő egységet is beépítenek. A rögzítő fék az álló gépkocsit biztosítja elgurulás ellen, de betöltheti a biztonsági fék feladatát is. Működtetése, illetve oldása kézi karral, vagy bizonyos típusoknál pedállal is lehetséges. Az erőátvitelt általában zárt burkolatban futó acélsodrony huzallal, vagyis bowdennel valósítják meg.

Bowdenes rögzítő fék működtetés

A flexibilis anyagból készített csőben mozgó acélsodrony huzal húzó, és nyomó erőket egyaránt át tud vinni. A szennyeződésekkel szemben bizonyos mértékig védett. Az alkalmazott kenőanyag huzamos ideig elfogadható hatásfokú erőátvitelt tesz lehetővé. Ez a fék működtetési mód a személygépkocsik rögzítő fékénél és a kisebb motorkerékpárok üzemi fékénél egyaránt használatos.

Bowden huzallal működtetett, hátsó kerekekre ható rögzítő fék.
14.89. ábra - Bowden huzallal működtetett, hátsó kerekekre ható rögzítő fék.


Ha az alkalmazott kerékfékszerkezet dobfék, ez azért előnyös, mert egyszerű a kerékfékszerkezet belsejében a működtető emelőkarok kialakítása, amely a szennyeződésektől viszonylagosan védett helyre kerül, így megbízható működésű lesz. Ez az oka többnyire, hogy a kisebb, és olcsóbb személygépkocsik hátsó kerekeit többnyire dobfékkel látják el. A tárcsafékhez viszonyítva légyegesen kisebb a kopás, emiatt nem igényel automatikus utánállító szerkezetet.

Bowdenes rögzítő fék karos működtetése dobfék belsejében.
14.90. ábra - Bowdenes rögzítő fék karos működtetése dobfék belsejében.


Bowdenes működtetés, külön fékpofákkal a rögzítő fékhez

Régebben a tárcsafékeknél felszereltek a rögzítő fékhez külön egy ollós emelővel működtetett feszítő szerkezetet és külön az üzemi féktől független fékpofákat alkalmaztak. Így a kopás miatt szükséges utánállító beszerelése elkerülhetővé vált. A rőgzítő fék használata többnyire álló helyzetben történik, ezért ezeknél a fékpofáknál szinte nincs kopás. Ezért nem kell ellátni automatikus utánállítóval, ami egyszerűbb és olcsóbb konstrukciót eredményez.

A féknyeregre szerelt ollós feszítő szerkezettel működtetett, külön fékpofákkal ellátott rögzítő fék.
14.91. ábra - A féknyeregre szerelt ollós feszítő szerkezettel működtetett, külön fékpofákkal ellátott rögzítő fék.


A féknyeregre szerelt mechanikus rögzítő fék működtető egység.
14.92. ábra - A féknyeregre szerelt mechanikus rögzítő fék működtető egység.


A féktárcsába szerelt dobfék

Bizonyos gépkocsi típusoknál a féktárcsa kerékagy közeli kiöblösödő részébe egy kis dobféket szerelnek be, ami leggyakrabban duo-szervo működésű. A kis kopás miatt Ennél is elegendő csupán egy viszonylag egyszerű, és olcsó kivitelű kézi utánállítót beszerelni.

A féktárcsa kiöblösödő részében kialakított duo-szervo dobfék, mely a rögzítő fék feladatát látja el.
14.93. ábra - A féktárcsa kiöblösödő részében kialakított duo-szervo dobfék, mely a rögzítő fék feladatát látja el.


A féktárcsa kiöblösödő részében helyet kapó duo-szervo dobfék, mint rögzítő fék.
14.94. ábra - A féktárcsa kiöblösödő részében helyet kapó duo-szervo dobfék, mint rögzítő fék.


14.12.2. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse)

A biztonságot és a vezetési komfortot egyaránt növeli ez az asszisztens rendszer. Az első változatát a Lucas 1991-ben szabadalmaztatta. Villanymotorral hajtott csigahajtás, és utána csavarorsó-csavaranya alakítja át a forgómozgást egyenes vonalúvá. Így megvalósul a befékezve tartáshoz az önzárás és a megfeleő működtető erő növelés. Ez a szerkezet a kiegyenlítő himbán keresztül bowdennel húzza meg a dobfékbe szerelt rögzítő féket.

Az elektromechanikus, bowdennel működtetett rögzítő fék Lucas szabadalma.

10 – Fékbetét; 12 – Bowdenhuzal; 14 – Ház; 16 – Villanymotor és elektronika; 20 – Himba; 22 – Himba csap; 24 – Csatlakozó elem; 42 – Menetes orsó; 44 – Csigakerék; 48 és 50 – Csapágyazás;

14.95. ábra - Az elektromechanikus, bowdennel működtetett rögzítő fék Lucas szabadalma.


Az egyori Lucas jelenleg a TRW konszernhez tartozik. (az amerikai Thompson Products, és a Ramo-Wooldridge Corporation egyesülése révén jött létre). Ahol továbbfejlesztették az elektromechanikus rögzítő féket. Napjainkban több gyártó is kifejlesztett hasonló rögzítő féket és az autógyárak széles körűen építik be a különböző típusokba. Ezeknél a hatósági előírásoknál kicsit hatékonyabb működtetést valósítanak meg. Ugyanis a teljes terhelésű gépkocsit 30%-os lejtőn biztonságosan rögzíti. A gépkocsi mozgása közbeni használatkor a dinamikus lassulás 0-30 km/h sebesség tartományban legalább 1,5 m/s². Ehhez 2900 kg tömegű gépkocsinál 17 kN feszítő erő szükséges.

Vannak olyan elektromechanikus rögzítő fék változatok is, melyeknél a dinamikus fékezést az üzemi fék végzi az ESP hidraulika egység fékfolyadék szivattyújának adott paranccsal. Ezért tehát az üzemi fék és a rögzítő fék a CAN hálózaton keresztül egymással kommunikál.

A gépkocsivezető a műszerfalra, vagy a sebességváltó kar közelében elhelyezett kapcsolóval működtetheti az elektromechanikus rögzítő féket. A legnagyobb előnye azonban az ennek a rögzítő fék változatnak, hogy az elektronika alkalmazásának köszönhetően automatikusan működésre is képes. Például a sebességfokozat bekapcsolása és gázadás hatására kifékez, illetve a gyújtás kikapcsolását követően automatikusan befékez. Ez egyaránt növeli a biztonságot és a vezetési komfortot.

Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a műszerfal bal oldalán gyermek biztonsági nyomógombbal is ellátva (Renault).
14.96. ábra - Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a műszerfal bal oldalán gyermek biztonsági nyomógombbal is ellátva (Renault).


Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a sebességváltókar közelében elhelyezve (Ford).
14.97. ábra - Az elektromechanikus rögzítő fék kapcsolója a sebességváltókar közelében elhelyezve (Ford).


Szükség fékoldásra is lehetőséget kell adni, amikor az akkumulátor lemerült állapota nem tenné lehetővé a fékoldást. Ez általában típusfüggő.

Mivel az elektromechanikus működtetés automatikus utánállítóként is működik, a fékoldáskor ugyanis a villanymotor nem forgat vissza alaphelyzetig, hanem csupán annyira, hogy megtörténjen a fékoldás. Ez a kivitel megfelelő érzékelővel ellátva lehetőséget ad egyúttal a fékbtét kopásának pontos érzékelésére is. Az új fékbetét beszerelése előtt a működtető mechanika visszaforgatást el kell végezni. Ez történhet mechanikusan és az adott gépkocsi típusának megfelelő diagnosztikai műszerrel is.

14.12.2.1. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék (EPB-Ci)

A címben olvasható rövidítés az EPB-Ci, az angol “Electrical Parking Brake – Caliper Integrated” megnevezésből származik.

Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék rendszer felépítése.
14.98. ábra - Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék rendszer felépítése.


Az EPB-Ci változatnál olyan kombinált féknyerget szerelnek fel a gépkocsira, amelyet kiegészítettek elektromechanikus rögzítő fék működtetéshez szükséges beavatkozó egységgel (actuator) is. A műanyag burkolatba beépített villanymotor nyomatékát két egymás utáni csigahajtás növeli. A hidraulikus munkahenger dugattyújába helyezték el, a jobb mechanikai hatásfok érdekében, a golyósoros csavarorsó – csavaranyát, mely a forgó mozgást egyenes vonalúvá alakítja át. Az egyenáramú villanymotor így megnövelt áttétele hat a dugattyúra, mely a fékbetétet a féktárcsára szorítja. Eközben elmozdul az úszó féknyereg és a másik fékbetétet is rászorítja.

Az elektromechanikus rögzítő fék vezérlését is az ESP elektronika (Elektronikus Stabilitás Program) végzi. Ennek rész áramköre a PBC Park Brake Control Actuator control functions, vagyis az elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység működtetés.

Continental Teves úszónyerges kerékfék szerkezetre szerelt EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egysége.
14.99. ábra - Continental Teves úszónyerges kerékfék szerkezetre szerelt EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egysége.


A Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység metszeti ábrája.
14.100. ábra - A Continental Teves EPB-Ci elektromechanikus rögzítő fék beavatkozó egység metszeti ábrája.


Működésmódok, melyeket a gépkocsivezető is észlel:

  • Statikus fékezés és fékoldás

  • DAR = elindulás támogatás

  • Dinamikus fékezés ESC és/vagy IPB útján

  • Lehűlő féktárcsánál a fékbetétek utánfeszítése

  • Görgős fékpad felismerés

Az EPB-Ci műszaki jellemzői:

  • A fék feszítő erő minimális értéke: 17,5 kN

  • A befékezés ideje:  ~1,0 s (@ Fnom = névleges fékerővel)

  • A fékoldás ideje: ~0,9 s (kialakul a fékbetét és a féktárcsa között szükséges hézag)

  • Élettartam: 100.000 ciklus (@ Fnom = névleges fékerőnél)

Az EPB-Ci alkalmazásának előnyei:

  • Költségcsökkentés

  • Saját elektronika nem szükséges

  • Minimális helyigény

  • Központi, védett elektronika

  • Integrált rögzítő fék működtetés

  • Elsőrangúan csendes működés

  • Dinamikus befékezés és fékoldás is lehetséges

  • Nyomaték növelő áttétel különösen jó hatásfokú, ezért kis áramfelvételű a működés.

14.12.2.2. A tárcsafékbe szerelt duo-szervo dobfék, mint elektromechanikus rögzítő fék EPB-DS

Ennél az elektromechanikus rögzítőfék változatnál a féktárcsa kiöblösödő részében, mely a kerékagynak is helyet ad egy duo-szervo dobféket szerelnek be. Erre utal az EPB-DS, rövidítés, mely az Electrical Parking Brake – Duo Servo angol elnevezésből származik.

Ezt a változatot önálló működtető elektronikával (ECU) látják el.

A duo-szervo dobfék működtető egységébe egyenáramú villanymotort szerelnek.

A Continental Teves EPB-DS elektromechanikus rögzítő fék rendszer.
14.101. ábra - A Continental Teves EPB-DS elektromechanikus rögzítő fék rendszer.


Az EPB-DS rendszer részei:

  • Önálló elektronika (EPB-ECU)

  • Működtető egység (2 db) közvetlenül a féktartó lemezre szerelve

Az egyenáramú villanymotor nyomatékát egy bolygóműves fokozat növeli. Utána következik egy csigahajtás, amely egyrészt biztosítja a befékezve tartást, másrészt forgatja a mögé szerelt csavarorsós szétfeszítő mechanikát. Tányérrugókból összeállított egység, mint rugóerő tárolós egység biztosítja a fékszerkezet hűlése közbeni folyamatos utánfékezést.

Amikor a gépkocsi nagyobb sebességgel halad és működtetnék a rögzítő féket, mint biztonsági féket, dinamikus működés válik szükségessé. Ezt, de a vészfékezést is az ESP hidraulikaegység szivattyújának bekapcsolásával fékező nyomás létrehozásával hajtja végre.

A Continental Teves EPB-DS a féktartó lemezre szerelt villanymotoros működtető egység.
14.102. ábra - A Continental Teves EPB-DS a féktartó lemezre szerelt villanymotoros működtető egység.


A Continental Teves EPB-DS működtető egység.
14.103. ábra - A Continental Teves EPB-DS működtető egység.


Az elektromechanikus rögzítő fék működése

EPB-vel a fékezés és a fékoldás a gépkocsi álló helyzetben történik. Elinduláskor automatikus fékoldás következik be. Más elektronikus rendszerek is kezdeményezhetnek rögzítő fék működést, ezért CAN hálózati összeköttetéshez csatlakozik. Ilyen lehet például az önműködő befékezés elektromos hiba esetén. A dinamikus fékezés ESP-fékfolyadék szivattyú működtetésével történik. Az elektronika támogatja a különböző műhely munkákat, például fékbetét csere, vagy görgős fékpadi mérés.

Az EPB-DS müszaki jellemzői:

  • Fékező nyomaték 2000 Nm - 2500 Nm-között, a tényleges érték a dobfék méretétől függ.

  • Áramfelvétel fékenként 8 A (befékezéskor) maximum 25 A (bekapcsoláskor és vészfékezéskor)

  • Befékezés ideje Fmax -értékig kb. 1500 ms; a fékoldás ideje 0 Nm fékező nyomatékig kb. 1200 ms (névleges érték)

  • További jellemzők: kis helyigény, nagyon halk működés

  • Élettartam 100 000 rögzítési ciklus (fékezés / fékoldás)

  • Tápfeszültség 9 V-tól 16 V-ig.

  • Tömege: a 180 x 20 méretű dobféknél kb. 2 x 0,6 kg; az elektronika (ECU) kb. 0,2 kg

EPB ECU

  • A mikroprocesszor: µC PACE 1T Flash (DualCore) 384 KbROM / 12KbRam / 2k EEprom

  • Tömítettség: IP 5k2 (rásajtolt házfedélnél IP 67, felragasztott házfedélnél)

  • Elektromos csatlakozó: Megrendelő specifikus, a standard csatlakozó: 30 érzékelős: 22 jelvezeték 0,63 x 0,63, 8 db tápfeszültség 5,8 x 0,8

  • Tömeg: 200 g.

A duo-szervo dobfék

  • Típus megnevezés: ZSB DSe

  • A működtető egységet, a fékpofákat és tartozékait a féktartó lemezre szerelik.

  • Dobfék méretek: DS Ø210 x 30, vagy DS Ø185 x 25

  • A működtető egység tömítettsége: IP x9k

  • Elektromos csatlakozó: Megrendelő specifikus, a standard csatlakozó: VW-RD 4 érzékelős 2.8 x 0.8

  • Tömeg: DS Ø210 x 30 dobfékkel ~ 2550 g a kb. ~ 900 g tömegű működtető egységgel együtt

  • A fékpofák közé szerelik be a kézi utánállítót. A működtetést DC motor végzi. A mechanikus áttétel bolygóműves fokozatból és csigahajtásból áll. A fékpofákat szétfeszítő egységet csavarhajtással látják el.

Az EPB-DS feszítő egysége a tányérrugókkal.
14.104. ábra - Az EPB-DS feszítő egysége a tányérrugókkal.


A személygépkocsikon alkalmazott intelligens fékrendszerek és menetdinamikai szabályozó rendszerek tárgyalását lásd Kőfalusi Pál: Fékrendszerek mechatronikája c. jegyzetben.

15. fejezet - Korszerű légfékrendszerek szerkezeti és működési analízise

Tartalom
15.1. A haszonjárművek fékezésének sajátosságai
15.2. Egy haszonjármű légfékrendszerének részei:
15.3. A fékrendszerekre vonatkozó ECE13 nemzetközi előírás rövid összefoglalása
15.4. Sűrített levegő rásegítésű, hidraulikus fékrendszer
15.5. Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fékrendszer
15.6. Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer
15.6.1. Kompresszorok
15.6.2. A kompresszor után beszerelt hőcserélő
15.6.3. Olaj- és kondenzátum leválasztó
15.6.4. Légszárító
15.6.5. Air Processing Unit (APU)
15.6.6. Elektronikus sűrített levegő előkészítő egység (EAC)
15.6.7. Többkörös védőszelep
15.6.8. Légtartályok
15.6.9. Kiegészítő szerelvények
15.7. Haszonjárművek üzemi fék rendszere
15.7.1. Pedálszelep
15.7.2. A haszonjárművek fékezési sajátosságainak figyelembe vétele
15.7.3. . Fékerő módosító laprugós gépkocsikhoz:
15.7.3.1. Differenciál dugattyús, tengelyterhelés függő fékerő módosító
15.7.3.2. Relé hatású fékerő módosító laprugós futóműhöz
15.7.4. Fékerő módosító légrugós gépkocsihoz
15.7.5. Fékkamrák, fék munkahengerek
15.7.5.1. Dugattyús fék munkahengerek
15.7.5.2. Membrános fékkamrák
15.7.5.3. Rugóerő tárolós kombinált fék munkahenger:
15.8. Rögzítő fék rendszer
15.8.1. A rögzítő fék rendszer részei:
15.8.2. Rögzítő fék szelep
15.8.3. Relé szelep
15.8.4. Elektromechanikus rögzítő fék haszonjárművekhez
15.9. A pótkocsi fékvezérlése
15.9.1. A pótkocsi fékvezérlő szelep
15.9.2. A kapcsolófejek és a csőszűrő
15.10. A pótkocsi légfékrendszer
15.10.1. Pótkocsi fékező szelep
15.10.2. Kettős oldó (kapcsoló) szelep (park/shunt valve)
15.10.3. A pótkocsik speciális fékerő módosítója
15.10.4. A Vontató és pótkocsi fékezési kompatibilitás
15.10.5. Kompatibilitási vizsgálat
15.11. Haszonjárművek kerékfékszerkezetei
15.11.1. Dobfékek
15.11.1.1. A dobfék részei
15.11.1.2. Féktartó lemez
15.11.1.3. Fékdob
15.11.1.4. Fékpofák
15.11.1.5. A fékpofák szétfeszítése
15.11.1.6. A dobfék típusváltozatai
15.11.1.7. Fékkulcsos szimplex dobfék
15.11.1.8. Ékes szimplex dobfék
15.11.1.9. Ékes szétfeszítésű duo-szervo dobfék
15.11.1.10. A fékkarba beépített automatikus utánállítók
15.11.2. Tárcsafék
15.11.2.1. A haszonjárművek sűrített levegővel működtetett féknyergeinek kialakítása
15.11.2.2. A haszonjárművek tárcsafék működtetése
15.11.2.2.1. Csavarorsós tárcsafék működtetés
15.11.2.2.2. Ékes fékműködtetés
15.11.2.2.3. Emelőpályás fékműködtetés
15.11.2.2.4. A féknyergen belüli emelőkarral működő tárcsafék
15.11.2.2.5. Perrot emelőpályás tárcsafék
15.11.2.3. A sűrített levegővel működtetett tárcsafékek előnyös tulajdonságai
15.11.2.4. Knorr-Bremse sűrített levegővel működtetett úszónyerges tárcsafék
15.11.2.5. A féknyereg megvezetése
15.11.2.6. A tárcsafék nyomótagjainak tömítései
15.11.2.7. A fékkamra és tömítései
15.11.2.8. Automatikus és kézi utánállító
15.11.2.9. Az intelligens kerékfék modul
15.11.2.10. Villanymotorral működtetett tárcsafék
15.11.2.11. Haldex „ModulX” tárcsafék típuscsalád
15.11.2.12. Wabco PAN sorozatú tárcsafék

Ez a rész a különböző haszonjárművek, vagyis autóbuszok (M kategória), teherautók (N kategória) és pótkocsik (O kategória) sűrített levegővel működtetett fékrendszeréről szól. A kategória megnevezések a nemzetközi hatósági előírásokat követik. Ezeknek a járműveknek a hatékony fékezését nagy tömegük miatt sűrített levegővel lehet megvalósítani. Ezt követelik meg a nemzetközi előírások is. Ezeknek megfelelően ezeket a járműveket ellátják:

  • üzemi-,

  • biztonsági-,

  • rögzítő fékrendszerrel.

15.1. A haszonjárművek fékezésének sajátosságai

Hasonlóan a személygépkocsikhoz az üzemi fékrendszer a biztonság miatt kétkörös kell legyen. Fékezés közben a vezető egyik kezével sem engedheti el a kormányt, ezért az üzemi féket pedállal működteti. A biztonsági fék lehet a kétkörös üzemi fék épen maradó köre, vagy a rögzítő fék is, amennyiben az fokozatosan működtethető. A rögzítő fék kézi karral, de újabban már elektromos kapcsolóval is aktiválható. A haszonjárműveknél a hatósági előírásoknak megfelelően a rögzítő fék rugóerő-tárolós, hogy a rendelkezések szerint mechanikus alkatrészek tartják befékezve a járművet.

Pótkocsis szerelvények fékezéséhez szükséges szerelvényeket egyrészt a vontatóra, másrészt a pótkocsira szerelik fel. A működtetéshez szükséges energiaellátását a vontatóra szerelt sűrített levegő előkészítő egység biztosítja. A közúti járműveknél jelenleg már csak a kétvezetékes pótkocsi fékező rendszer engedélyezett.

Az előbb felsorolt fékrendszerek mindegyike a következő alrendszerekre osztható fel:

  • energia ellátás,

  • működtetés,

  • átviteli rendszer,

  • kerékfék szerkezet.

Az összgördülő tömeg függvényében kötelező a tartós lassító fék, illetve a blokkolásgátló alkalmazása is. Az utóbbi tizenöt évben gyártott haszonjárművek már elektronikus fékrendszerrel készültek. A következő fejezetekben ezeket a fékrendszereket ismertetjük. Fontossága miatt az elején külön fejezetben tárgyaljuk a sűrített levegő ellátó és tároló rendszereket. A haszonjárművek fékrendszereinél jelenleg már nagyon fontos szerepet tölt be az elektronika, illetve a mechatronika alkalmazása. Ennek köszönhetően egyre több automatikus működés és asszisztens rendszer támogatja a gépkocsivezetők munkáját, teszi azt komfortosabbá, és egyúttal hatékonyan növelik a közlekedésbiztonságot is.

A légfékrendszer alkalmazásának előnyei:

  • A munkaközeg a levegő korlátlanul rendelkezésre áll.

  • Egyszerű energiatárolás valósítható meg a légtartályokban.

  • Egyszerűen továbbítható az energia a vontatótól csöveken a pótkocsihoz.

  • A vontató és a pótkocsi közötti csövek csatlakoztatása és szétbontása a kapcsolófejek alkalmazásával egyszerű.

  • A tömítetlenség, vagy a pótkocsi le- és felcsatlakoztatása nem okoz környezetszennyezést.

A légfék rendszerek üzemi nyomása az elmúlt évtizedekben fokozatosan növekedett a kezdeti 5,6 bar-ról 7,35 bar, 8,2 bar, 10 bar, 12,5 bar-ra. Ezt tette szükségessé a gépjármű szerelvények tömege, és a gazdaságosabb energia ellátás lehetősége. Alkalmaznak vegyes nyomású rendszereket is, melyeknél a nagyobb nyomásokat a légrugózáshoz használják.

A légfékrendszer alkalmazásának hátrányai:

  • A közeg összenyomhatósága időkésedelmet okoz a nyomás kivezérléseknél, ami az elektronika alkalmazásával a korszerű rendszereknél jelentősen csökkenthető.

  • A hidraulikus fékrendszerhez képest lényegesen kisebb az üzemi nyomás, ezért nagyobb méretűek lesznek a szerelvények.

A gyakorlatban előforduló fékezési módok:

  1. Normál üzemi fékezés akkor valósul meg, amikor a vezető kellő időben észleli az akadályt, illetve zavaró körülményt és idejében lassít. Ekkor a fékkamrába kivezérelt fékező nyomás rendszerint nem éri el a 3 bar-t.

  2. Pánik fékezés akkor válik szükségessé, amikor váratlanul bukkan fel az akadály, vagy alakul ki valamilyen veszély helyzet. A vezető hirtelen és nagy erővel tapos a fékpedálra. Ekkor a fékkamrákba kivezérelt nyomás meghaladja a 3 bar-t. A kerekek blokkolása az ABS rendszer beavatkozása révén válik elkerülhetővé.

  3. Tartós lejtmeneti fékezés akkor szükséges, amikor hosszú lejtőn kell a gépkocsi, illetve a pótkocsis szerelvény sebességét állandó értéken tartani. Ez a motorfékkel, kipufogófékkel, vagy különböző retarder változatokkal valósítható meg. Ilyenkor a súrlódásos fék nem kopik és nem melegszik. Ezért teljes hatásosságával rendelkezésre áll egy esetleg szükségessé váló pánik fékezéshez.

15.2. Egy haszonjármű légfékrendszerének részei:

A teljes pótkocsis szerelvény energia ellátását a vontatóra szerelt kompresszor biztosítja. Az energia tárolásához légtartályokat a vontatón és a pótkocsin is elhelyeznek.

A fékrendszernek a bevezető szakaszban ismertetett részeit és azok egymásra hatását foglalja össze az alábbi ábra.

Pótkocsis szerelvény légfékrendszerének vázlata.
15.1. ábra - Pótkocsis szerelvény légfékrendszerének vázlata.


15.3. A fékrendszerekre vonatkozó ECE13 nemzetközi előírás rövid összefoglalása

Az ECE13 előírás első szakaszában tisztáz bizonyos alapfogalmat, definíciókat. Csoportokba foglalja a különféle működésű fékrendszereket. A következő szakasz a fékrendszerek jóváhagyásával és a jóváhagyási jellel foglalkozik. A fékbetétek és a fékkarokba beépített automatikus utánállítók tudnivalóira is kitér. Az ötödik pontban az üzemi-, a másodlagos- és a rögzítő fék követelményeit foglalja össze és kitér a rendszeresen végrehajtandó ellenőrzésekre, a görgős fékpadi mérésekre. Ebben a szakaszban olvashatunk a fény és hangjelzésekről is, mely külön kitér az elektronikus fékrendszerek specialitásira is. Utána a pótkocsi fékezés szakasza következik.

A függelékek sok fontos információt tartalmaznak a gyakorlatban végrehajtandó mérésekre vonatkozóan. A 4. függelékben található például a fék mérések tudnivalóit. Az 5. a veszélyes árukat szállító járművekre tér ki. A 6. melléklet az álló helyzetben végrehajtható méréssel, a fékkésedelmi idő meghatározásával foglalkozik. A 7. melléklet az energiatárolók kapacitására vonatkozó méréseket tárgyalja. A 8. és a 9 függelék a rugóerő tárolós rögzítő fékekről szól. A definíciókon kívül kitér a fékoldási nyomás mérésére is. A járműszerelvények fékezés közbeni stabilitására, a kompatibilitásra vonatkozik a 10. függelék. Itt találhatók a vontató járművek és a pótkocsik adhéziós diagramjai. Továbbá részletezi a mérési módszereket is. A 13-as melléklet a blokkolásgátló rendszerek speciális követelményeit és az ezzel kapcsolatos mérési módszereket tartalmazza. A különböző kategóriáknak megfelelően foglalja össze a követelményeket.

Az elektronikus fékrendszerekre vonatkozó követelményeket és az alkalmazás lehetőségeit is tartalmazza az ECE 13.

Az ECE 13 figyelembe vételével készült el a fékrendszerekre vonatkozó magyarországi előírás a 6/1990 KöHÉM rendelet, melynek 29 - 32§ közötti rész vonatkozik rá.

A fékrendszer részműködéseire vonatkozó hatósági előírások összefoglalása.
15.2. ábra - A fékrendszer részműködéseire vonatkozó hatósági előírások összefoglalása.


15.4. Sűrített levegő rásegítésű, hidraulikus fékrendszer

  • A sűrített levegős rásegítős haszonjárműveknek a sűrített levegő ellátó és tároló rendszere azonos a légfékes változatokéval, ezért az arról szóló fejezetben tárgyaljuk.

  • A könnyű és a középnehéz haszonjárműveknél gyakran alkalmaznak sűrített levegő rásegítős hidraulikus fékrendszert. A sűrített levegő energiája a pedálerőhöz a rásegítést biztosítja. A hidraulikus fék alkalmazása pedig a kis késedelmi idő miatt előnyös. Ennek a fékrendszernek az a jellemzője, hogy amikor kimarad a sűrített levegőellátás, a gépkocsi fékezhető marad, de lényegesen nagyobb pedálerővel és ilyenkor a pedálút is megnövekszik.

Egy sűrített levegős rásegítő egység látható az alábbi ábrán. A nagyobb átmérőjű felső rész a sűrített levegős rásegítő munkahenger, alatta a kisebb átmérőjű pedig a nyomáskivezérlő szelep. A két rész mechanikus rudazattal van egymással összekötve. Ez teszi lehetővé, hogy amikor nincs sűrített levegő, a pedálerő közvetlenül hasson a hidraulikus főfékhengerre. A vezető is érzi a fékpedálon a kivezérelt nyomást, mert az a rudazaton keresztül visszahat. Az alsó szeleprendszer végzi a pótkocsi sűrített levegővel történő fékezésének a vezérlését. Ennél a résznél egy átkapcsoló szelepet is beépítenek, melyet a pótkocsival és a pótkocsi nélküli közlekedésnél kell átállítani a gépkocsivezetőnek.

A rásegítőre szerelt kétkörös főfékhenger adja a fékező nyomást a vontató kerékfékszerkezeteihez.

Sűrített levegős rásegítő hidraulikus fékhez.
15.3. ábra - Sűrített levegős rásegítő hidraulikus fékhez.


A fenti ábrán látható sűrített levegős fékrásegítő része egykörös. A jelenlegi fék előírások szerint az új gépkocsikat már két körös rásegítővel kell ellátni. Ennek az előírásnak azonban nincs visszamenőleges hatálya. Ezért még sok régebbi teherautó közlekedik jelenleg is egykörös fékrásegítővel.

Egykörös sűrített levegős rásegítő kétkörös hidraulikus fékhez.
15.4. ábra - Egykörös sűrített levegős rásegítő kétkörös hidraulikus fékhez.


15.5. Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fékrendszer

Ezt a fékrendszert az angol nyelvterületen „air ower hydraulic”-nak szokták nevezni, ami jól kifejezi a lényegét. A fékező nyomás kivezérlése pedálszeleppel történik, ugyan úgy, mint a légfékes gépkocsiknál, ezért a fékrendszer ezt a részét és a sűrített levegő ellátást is a légfékes fejetekben tárgyalunk részletesen.

A pedálszeleppel kivezérelt fékező nyomás fékkörönként egy – egy fékkamrába kerül. Ennek rudazatával az egy körös főfékhenger dugattyújára fejti ki a működtető erőt, amely létrehozza a hidraulikus fékező nyomást. Ennek a fékrendszernek az a hátránya, hogy amennyiben nincs sűrített levegő a gépkocsi nem fékezhető. Az ilyen fékrendszereknél a blokkolásgátló a sűrített levegős működtető részen fejti ki hatását. Amennyiben ABS/ASR szabályozást akarnak megvalósítani, nem elegendő a futóművenkénti két fékkör. Az ASR beavatkozáshoz a bal és a jobb hátsó kerekekhez külön fékköröket kell kialakítani. Ilyenkor háromkörös fékrendszert építenek be.

Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék.
15.5. ábra - Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék.


Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék 2x1 körös kivitel, a plató alatt az alváz segédtartójára szerelve (Iveco).
15.6. ábra - Sűrített levegővel működtetett hidraulikus fék 2x1 körös kivitel, a plató alatt az alváz segédtartójára szerelve (Iveco).


15.6. Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer

Ez a rendszer hozza létre és tárolja a haszonjárművek légfékrendszerének működtetéséhez szükséges energiát sűrített levegő formájában.

Részegységei:

  • Kompresszorok,

  • Hűtő csőkígyó,

  • Olaj és kondenzátum leválasztó,

  • Fagymentesítő szivattyú,

  • Nyomásszabályozó,

  • Többkörös védőszelepek,

  • Áteresztő szelepek,

  • Légszárító,

  • Összetett sűrített levegő előkészítő egység Air Processing Unit (APU),

  • Elektronikus sűrített levegő előkészítő egység (EAC),

  • Légtartályok,

  • Csövek és kötőelemei,

  • Egyéb kiegészítő szerelvének (nyomásmérő, nyomás kapcsoló, jelző berendezések).

15.6.1. Kompresszorok

A haszonjárművek sűrített levegő ellátását a kompresszor végzi. A levegőt a környezetből, a belső égésű motor légszűrőjén keresztül szívja, az előre meghatározott nyomásra sűríti és számos előkészítő szerelvényen keresztül a légtartályok felé továbbítja.

A járműkompresszorok csoportosítása

Leggyakrabban a dugattyús kompresszorokat alkalmazzák, de találkozhatunk a különböző járművekben támolygó tárcsás és csavarkompresszorokkal is. Ez utóbbiak ugyan drágább kivitelűek, de kisebb a zajkibocsátásuk. Az általános elvárás az, hogy valamennyi légsűrítőnek a zajszintje 72 dB(A)-nál kisebb legyen.

A jármű kompresszorok csoportosítása
15.7. ábra - A jármű kompresszorok csoportosítása


A továbbiakban részletesebben a dugattyús kompresszorokkal foglalkozunk, hiszen széles körűen ezek terjedtek el.

A kompresszorok hajtása

Ékszíj hajtás

A régebbi kiviteleknél a belsőégésű motor ékszíjjakkal hajtja a légsűrítőt. Ezeknek a forgattyús tengely végződése DIN 031 szabvány szerinti kúpos, amelyre az ékszíjtárcsa felszerelhető és megfelelő kötés jön létre. A kompresszor rögzítése olyan kell legyen, hogy lehetőséget adjon az ékszíj feszítésére. A fényképen látható változatnál a rögzítési síkkal párhuzamosan egy feszítő csavart is elhelyeztek, amely megkönnyíti a szíjfeszítést.

Egy hengeres, „talpas” rögzítésű, Knorr-Bremse kompresszor, léghűtéses henger és vízhűtéses hengerfej. A henger leszerelhető a forgattyúsházról
15.8. ábra - Egy hengeres, „talpas” rögzítésű, Knorr-Bremse kompresszor, léghűtéses henger és vízhűtéses hengerfej. A henger leszerelhető a forgattyúsházról


A motorra felszerelt, ékszíjjal hajtott kompresszor a kenőolaj csatlakozással, a nagyobb átmérőjű visszafolyó csővel és a hűtőfolyadék csatlakozással.
15.9. ábra - A motorra felszerelt, ékszíjjal hajtott kompresszor a kenőolaj csatlakozással, a nagyobb átmérőjű visszafolyó csővel és a hűtőfolyadék csatlakozással.


Fogaskerekes kompresszor hajtás

A korszerű haszonjárműveknél, ahol nagyobb a sűrített levegő igény, nagyobb teljesítményű kompresszort alkalmaznak. Ezeket már fogaskerék hajtással látják el. Ezek rögzítése a motorblokkhoz egy csatlakozó perem segítségével történik. Ilyenek szoktak lenni a legújabb, úgynevezett „motorra integrált” változatok is. Ezeknél a motorblokk és a légsűrítő csatlakozásánál a kenőolaj és gyakran a hűtővíz átvezető nyílásokat is kialakítják. Így szükségtelenné válnak a csövek, de ez a konstrukció azzal a hátránnyal jár, hogy az erre a célra kifejlesztett változat csak arra a motorblokkra szerelhető fel, amelyikre tervezték. Ennél is megvalósítható például a szervo-szivattyú áthajtás, mint ahogy az korábban is történt.

Tengelykapcsolóval hajtott kompresszor

Az eddigiekben ismertetett ékszíj, illetve fogaskerék hajtású kompresszorok folyamatosan működnek addig, amíg a belsőégésű motor forog. Nyomásszabályozó gondoskodik arról, hogy az üzemi nyomás elérésekor a sűrített levegő a szabadba áramoljon. Ez a szabályozás egyszerű és ezért olcsó is, de nem mondható gazdaságosnak az energia felhasználás szempontjából. Ugyanakkor az olajfelhordás tekintetében is kedvezőtlen.

Az újabb kompresszoroknál a hajtó nyomatékot a belső égésű motor egy olajlemezes tengelykapcsolón keresztül adja át. Így a kompresszor már csak akkor forog, amikor tölti a sűrített levegő hálózatot. Ha elérte az üzemi nyomást, már nincs szükség a töltésre, nyit a tengelykapcsoló és megszakad a nyomaték átvitel a kompresszor felé.

Tengelykapcsolón keresztül hajtott kompresszor (Knorr-Bremse)
15.10. ábra - Tengelykapcsolón keresztül hajtott kompresszor (Knorr-Bremse)


A tengelykapcsoló működtetése a típustól függően olajnyomással, vagy elektromágnessel, de sűrített levegővel is történhet. A kompresszor be- és kikapcsolását a tengelykapcsoló működtetésével elektronika vezérli úgy, hogy figyelembe veszi a pillanatnyi sűrített levegő igényt. Ennek a kompresszor változatnak az előnye, hogy így kisebb a motor tüzelőanyag fogyasztása és az olajfelhordás is. Hosszú távon kifizetendő megoldás, de jelenleg még az a hátránya, hogy lényegesen drágább, mint a hagyományos változat.

Az újabb haszonjárműveknél a kompresszort működtető tengelykapcsolót az elektronikus sűrített levegő előkészítő egység, az EAC elektronikája vezérli. Ennél figyelembe veszi a sűrített levegő felhasználást, a légtartályok pillanatnyi nyomását és a légszárító patron regenerációját. Az EAC elektronika a CAN hálózaton keresztül a gépkocsi többi elektronikus rendszerével, (például a motor és a sebességváltó elektronika) is adatátviteli kapcsolatban áll. A légszárító patron regenerációja is optimális lesz ennél a változatnál.

Az EAC vezérli a tengelykapcsolót (Knorr-Bremse)
15.11. ábra - Az EAC vezérli a tengelykapcsolót (Knorr-Bremse)


A kompresszorok kenése és az olajfelhordás

A kompresszor egymáson elmozduló alkatrészei, például a henger és a dugattyú, a csapágyak igénylik a kenőolajat. A kompresszor működéséhez szükséges friss kenőolaj a belsőégésű motor olajcsatornájától csövön keresztül, egy bizonyos nyomással érkezik. A kenőolaj a kompresszorba általában egy olajozó szelepen keresztül adagonként jut be. A kompresszor forgattyús tengelyén kialakított excenter fordulatonként nyitja az olajozó szelepet és egy bizonyos mennyiségű olaj beáramlik. Egy másik vastagabb csövön visszaáramlik a kompresszorból a motor olajterébe. Így kap kenőolajat a kompresszor forgattyús mechanizmusa és a levegő sűrítésekor képződő hő egy részét is elvezeti így az olaj. A kenőolaj egy része a hengerfalról és a dugattyúgyűrűk mozgása miatt bekövetkező „szivattyúzás” miatt elkerülhetetlenül bele kerül a sűrített levegőbe. Ezt a hányadot nevezik „olajfelhordás”-nak. Ha ez nagyobb a megengedettnél, szennyezi a környezetet és hátrányosan érinti a légszárító patron működését. A kompresszor üzemi hőmérsékletén is elkezdődik az egyre vastagodó olajkoksz lerakódása. Ez a kompresszorhoz közeli csövekben és szerelvényekben jelenik meg és leszűkíti az áramlási keresztmetszetet. Túlmelegedésnél ez a jelenség fokozódik.

Az olajfelhordást befolyásoló tényezők

  • a dugattyú és konstrukciós kialakítása,

  • a hengerfurat felületi érdessége és deformációja,

  • dugattyúgyűrűk és azok mozgása működés közben,

  • a hajtórúd deformációja,

  • üzemi hőmérséklet,

  • a kompresszoroknál alkalmazott szerkezeti anyagok.

A hajtórúd deformációja növeli az olajfelhordást.

Az ábra bal oldali fele a dugattyúgyűrűt a dugattyú lefelé mozgásakor, a jobb oldali felfelé mozgás közben ábrázolja. Ebből adódik a dugattyúgyűrű szivattyúzó hatása.

15.12. ábra - A hajtórúd deformációja növeli az olajfelhordást.


Kompresszor családok

Az igényesebb gyártók kompresszor családokat fejlesztettek ki. Így például a Knorr-Bremsénél alkalmazott három féle dugattyú átmérővel (Ø80, Ø86 és Ø92 mm) egy és két hengeres kivitelben kielégíthetők a szokásos haszonjárművek sűrített levegő igényei. Más gyártók pedig 1, 2, és 3 hengeres kivitelben kínálják termékeiket.

A haszonjárművekhez a kompresszorokat egységes modulokból gyártja a Wabco is és a különböző típusváltozatokat egy betűs jelöléssel különbözteti meg egymástól. A „H” jelű kompresszor a sorozat legegyszerűbb tagja. A dugattyú átmérője a nagyobb lökettérfogatú típusváltozatoknál egyre nagyobb. A felső határa elérheti a 100 mm-t. Így aztán már 2500 1/perc fordulatszámon is kellően nagy a szállítóteljesítménye. A „D” változatnak például az előnye az, hogy több fokozatban történik a beszívott levegő sűrítése. Az első fokozat után elérik a 4 – 4,5 bar -t, majd a következőben a 12 – 15 bar nyomást. A két nyomásfokozat között egy kicsit hűl a levegő. Így nagyobb lehet a szállított mennyiség. Ez egy robosztus kivitelű légsűrítő, melynek két és háromhengeres változatát is gyártják.

Az „E” változatot a hibrid járművekhez fejlesztették ki.

A csökkentett hőmérsékletű változatnál például két hűtőkört is kialakítanak. Ezzel jelentősen mérséklődik a sűrített levegőben az olajkoksz képződési hajlam. Ha a légsűrítőt a belsőégésű motor hajtja, az történhet pneumatikus működtetésű tengelykapcsolón keresztül is. Csak akkor forog a kompresszor, amikor tölti a légtartályokat.

A hibrid, illetve elektromos hajtású haszonjárművek kompresszorai

Ezeknél a járműveknél a kompresszort függetlenné kell tenni a belsőégésű motortól, mert amikor elektromos hajtással közlekednek, akkor is szükség van a sűrített levegőre a fékezéshez és a légrugókhoz. Ezért villanymotorral hajtott kompresszorokat alkalmaznak. Ezeknél a motor fordulatszámát gyakran elektronika szabályozza, mely azzal az előnnyel jár, hogy a gépkocsi sűrített levegő igényéhez igazodhat a kompresszor működése. Amikor az üzemi nyomásra a rendszer feltöltődött, le lehet állítani a légsűrítőt, ami két jelentős előnyt jelent. Csökken az energia igény és az olajfelhordás is.

WABCO e-comp™

A pillanatnyi fordulatszámot az elektronikus vezérlés fokozatmentesen állítja be 0 – 2500 min-1 között. Így a különböző haszonjárművek valamennyi üzemállapotában is mindig a legoptimálisabb sűrített levegő szállítás valósulhat meg. A konstrukciót kompakt és robosztus a kivitel jellemzi. A megrendelő igényének megfelelően, szinte valamennyi járműtípushoz illeszthető. A teljes egység a kompresszorból, a hajtó villanymotorból, az olajszivattyúból és az olajellátásból áll.

WABCO e-comp™ a villanymotoros hajtású kompresszor
15.13. ábra - WABCO e-comp™ a villanymotoros hajtású kompresszor


Magna villanymotor hajtású kompresszor hibrid haszonjárműre szerelve
15.14. ábra - Magna villanymotor hajtású kompresszor hibrid haszonjárműre szerelve


Villanymotoros, olajmentes kompresszor EAC-vel és légtartályokkal

A Knorr-Bremse kifejlesztett hibrid járművekhez egy olyan sűrített levegő ellátó egységet, melynek működése független a belső égésű motortól. Villanymotor hajtja a száraz kompresszort. Ez azt jelenti, hogy kenőolajmentes kivitelű. Kerámiából készült alkatrészeket és zsír kenésű zárt csapágyakat alkalmaznak. Ezzel megszűnt az olajfelhordás, tehát jelentősen meghosszabbodott a légszárító patron élettartama. Az egység tartalmazza a légtartályokat és az elektronikus működésű légszárítót, az EAC-t is.

Knorr-Bremse sűrített levegő ellátó és tároló egység hibrid járművekhez
15.15. ábra - Knorr-Bremse sűrített levegő ellátó és tároló egység hibrid járművekhez


A kompresszor szállítóképessége

Figyelembe kell venni, hogy a haszonjárművek sűrített levegő igénye az elmúlt években folyamatosan növekszik. Ennek az oka az, hogy a fékrendszeren és a futóművek rugózásán kívül a vezetőfülke is légrugókon nyugszik és a vezetőülésbe is légrugót szerelnek. A tengelykapcsoló, a sebességváltó, a differenciálzár-, a retarder működtetése is sűrített levegővel történik. Autóbuszoknál az ajtó nyitáshoz, csukásához, turista buszoknál pedig a „letérdepeltetéshez” is sűrített levegőt használnak. Ha azt szeretnénk, hogy a légszárító patron is rendben regenerálódhasson, nagyobb lökettérfogatú, két-, vagy többhengerű kompresszort kell felszerelni. Emiatt egyre nagyobb igény van a fogaskerék hajtásra és a peremes csatlakozásra. Újabban elterjedtek a monoblokk kivitelű változatok, melyeknél a hengerhüvely és a forgattyúsház közös egységet alkot.

A kompresszor és a sűrített levegő hűtése

A kompresszor hűtése történhet léghűtéssel, vagy a motor hűtőfolyadék rendszeréhez csatlakozó folyadék hűtéssel. Erre azért van szükség, mert a beszívott levegőt a kompresszor az adiabatikus állapotváltozásnak megfelelően sűríti, ami jelentős felmelegedéssel jár. Ennek mértéke a beszívott levegő hőmérsékletétől és a sűrítési végnyomástól függ.

Amikor a felmelegedett sűrített levegő kilép a kompresszorból, gondoskodni kell a lehűtéséről. Ha például a sűrítés 12,5 bar-ra történik, a felmelegedés elérheti a 370-500 ˚C közötti értéket. Ezt befolyásolja a belépő levegő, illetve a hűtőfolyadék hőmérséklete. A sűrített levegő hűtésére azért is fontos, mert a jelenleg alkalmazott poliamidból készült csövek nem viselik el ezt a hőmérsékletet. A hűtés történhet hőcserélővel, vagy megfelelő hosszúságú acél csőszakasz beszerelésével. Az így bekövetkező hűlés csökkenti a sűrített levegő magával ragadott kenőolaj cseppekből a koksz képződési hajlamot. Ez egyébként a csövekben és a kompresszorhoz közeli szerelvényekben rakódik le és dugulást is okozhat. A hőcserélő után következő szerelvények egyrészt beállítják az üzemi nyomást, másrészt kivonják nedvességet, a különféle szennyező anyagokat és a kenőolajat, majd egymástól szétválasztják az egyes részrendszereket. Vannak olyan kompresszorok is, melyek a sűrített levegő hűtését a hengerfejben kialakított kiegészítő hűtő csatornákkal tudják fokozni.

A Knorr-Bremse szuper hűtésű kompresszornál kiegészítő hűtőcsatornákat alakítanak ki a hengerfejben
15.16. ábra - A Knorr-Bremse szuper hűtésű kompresszornál kiegészítő hűtőcsatornákat alakítanak ki a hengerfejben


Energiatakarékos kompresszor

A belső égésű motor tüzelőanyag fogyasztásának csökkentéséhez az is hozzájárul, ha energiatakarékos kompresszort alkalmaznak. Erre látunk két példát a Knorr-Bremse termékei közül. Az egy hengeres változatnál egy segéd teret alakítanak ki a hengerfejben. Ezt egy sűrített levegővel működtetett szeleppel összenyitják a hengertérrel, amikor már elérték az üzemi nyomást. A két hengeres változatnál pedig összenyitják a két kompresszió teret, így a beszívott levegő egy része az egyik hengerből a másikba át tud áramolni. Mindkét változatnál, amikor a kompresszor nem tölti a hálózatot kisebb lesz a sűrítési végnyomás. A két üzemállapot közötti átkapcsolást automatikusan végezheti a nyomásszabályozó, vagy a légszárító.

Knorr-Bremse energiatakarékos (ESS) kompresszor egyhengeres változata. Normál- és ESS működésnél
15.17. ábra - Knorr-Bremse energiatakarékos (ESS) kompresszor egyhengeres változata. Normál- és ESS működésnél


Knorr-Bremse energiatakarékos ESS kompresszor kéthengeres változata energiatakarékos működés közben.
15.18. ábra - Knorr-Bremse energiatakarékos ESS kompresszor kéthengeres változata energiatakarékos működés közben.


Energiatakarékos működésű kompresszort gyártanak más vállalatok is, bár ettől eltér a kivitel. A Voith ezt a működési módot például SLS-nek nevezi a Selbstätiges effektíves Leerlaufsystem (német megnevezés).

Két fokozatú kompresszor

Újabban olyan két fokozatú kompresszorokat gyártanak, melyeknél az első fokozatban 4 – 5 bar-ra sűrítik a levegőt. Ezt követően lehűtik és utána a következő fokozat tovább sűríti az üzemi nyomásnak megfelelő értékre.

Ennek a működésmódnak az előnyei:

  • kisebb lesz a kompresszor teljesítményfelvétele,

  • kisebb lesz a kilépő sűrített levegő hőmérséklete,

  • hosszabb lehet a bekapcsolási idő,

  • azonos lökettérfogatú kompresszor nagyobb a térfogatáramot szállít,

  • kisebb az olaj hőmérséklet, ezért elkerülhető az olajkoksz kiválás.

Két hengeres, Voith gyártmányú vízhűtéses, peremes csatlakozású, monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel.
15.19. ábra - Két hengeres, Voith gyártmányú vízhűtéses, peremes csatlakozású, monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel.


Három hengeres Voith gyártmányú két fokozatú sűrítéssel működő monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel
15.20. ábra - Három hengeres Voith gyártmányú két fokozatú sűrítéssel működő monoblokk kompresszor két fokozatú működéssel


A kompresszor tömegének csökkentése

A konstruktőrök folyamatosan arra törekszenek, hogy a kompresszorok tömegét csökkenteni lehessen. Az egyik lehetőség erre például, hogy a süllyesztékben kovácsolt acél hajtórúd helyett sajtolt, alumíniumból készült változatot alkalmaznak.

Azonos szilárdsági jellemzők mellett a süllyesztékben kovácsolt, alumínium hajtórúd könnyebb
15.21. ábra - Azonos szilárdsági jellemzők mellett a süllyesztékben kovácsolt, alumínium hajtórúd könnyebb


A kompresszor működésének teljesítmény felvétele és a szállító képesség

A gyártók diagramban adják meg kompresszoraik teljesítmény felvételét és sűrített levegő szállítási képességét. Ez a fordulatszámtól és az alkalmazott üzemi nyomástól is függ.

A kompresszor működési jellemzői.
15.22. ábra - A kompresszor működési jellemzői.


Feltöltési idők az ellennyomástól és a feltöltési térfogattól függően (maximális fordulatszámon).
15.23. ábra - Feltöltési idők az ellennyomástól és a feltöltési térfogattól függően (maximális fordulatszámon).


A kompresszor kiválasztásának fontosabb szempontjai:

Azt hogy egy adott gépkocsiba melyik kompresszort szereljék be az eddig ismertetetteken kívül még további tényezők is befolyásolják.

  • a haszonjármű sűrített levegő igénye,

  • a beszívott levegő nyomása hőmérséklete, térfogatárama,

  • a motor legnagyobb fordulatszáma és az alapjárati fordulatszáma,

  • az üzemi nyomás,

  • a kilépő sűrített levegő hőmérséklete,

  • rögzítési módot és geometriája,

  • a hajtás módja,

  • a kompresszorba belépő kenőolaj nyomása és hőmérséklete,

  • hűtőfolyadék térfogatárama és hőmérséklete.

Energiaforrásokra és energia tároló berendezésekre vonatkozó előírások alapján ellenőrizhető, hogy a kiválasztott kompresszor megfelel-e a nemzetközi előírásoknak.

ECE 13. előírás 7. melléklet illetve az 71/320/EG előírás szerint méréskor a motor a legnagyobb teljesítmény fordulatszámán működjön. A segédberendezések legyenek elkülönítve. A legkedvezőtlenebbül töltődő légtartálynál kell mérni a névleges nyomás 65%-ának, és 100%-ának elérési idejét. Ez szóló gépkocsinál 3 perc, illetve 6 perc, pótkocsi vontatásra jogosítottnál pedig 6 perc, illetve 9 perc.

A haszonjárművek sűrített levegő ellátásának és tárolásának további szerelvényei

A közlekedésbiztonság szempontjából nagyon fontos, hogy menet közben a haszonjárműveknél folyamatosan megfelelő

  • nyomású,

  • mennyiségű és

  • minőségű sűrített levegő álljon rendelkezésre.

Ez alapvetően meghatározza a gépkocsiba szerelt valamennyi sűrített levegőt igénylő rendszer működésbiztonságát.

15.6.2. A kompresszor után beszerelt hőcserélő

A kompresszorból kilépő több száz fokos sűrített levegőt hűti, az acélból készült, belső horganyozással ellátott megfelelő hosszúságú hűtő csőkígyó. A kompresszor és a belsőégésű motor által keltett rezgések miatt ezután egy flexibilis, a belső felületét teflonnal bevont tömlő következik.

A kompresszorból kilépő sűrített levegő hűtésére beszerelt hőcserélők különböző típusú haszonjárműveknél.
15.24. ábra - A kompresszorból kilépő sűrített levegő hűtésére beszerelt hőcserélők különböző típusú haszonjárműveknél.


15.6.3. Olaj- és kondenzátum leválasztó

A korszerű kompresszoroknál különböző műszaki megoldásokkal igyekeznek csökkenteni az olajfelhordást. Ennek ellenére a sűrített levegő a kenőolajból egy bizonyos mennyiséget magával ragad. Ennek kivonására olaj-, illetve kondenzátum leválasztó szerelvényt építenek be a sűrített levegő hálózatba. Ezek működési elve azon alapul, hogy a külső hűtő bordákkal ellátott hengeres belső terébe a sűrített levegő érintőlegesen lép be és ettől perdületet kap. Hatására az olaj és a kondenzátum cseppek kicentrifugálódnak és összegyűlnek az alsó részen. A belül elhelyezett áramlást terelő betét fokozza ezt a hatást. A külső hűtőbordák pedig elősegítik a kondenzátum kiválását. Ez az olajcseppek kivonásával támogatja a légszárító betét hatékony működését és növeli az élettartamát. Ez a hűtő csőkígyó utáni első szerelvény, mely jelentős hő-terhelésnek van kitéve. Itt még gyakori az olajkoksz és más egyéb szennyezőanyagok kiválása. Ezért rendszeres tisztítása nélkülözhetetlen.

Haldex kondenzátum és olajleválasztó elektromágneses szeleppel

Ennek a szerelvénynek a működési elve megfelel a fentiekben ismertetettnek. A kompresszor felől érkező sűrített levegő felül, érintőlegesen lép be a szerelvénybe (piros nyíl). A már megtisztult pedig közepén felül lép ki (kék nyíl). A ház alsó részében gyűlik össze a kondenzátum és a kenőolaj. ide szerelik fel az elektromágneses szelepet, amely időnként az ürítést végzi. Az elektromágnest működtetheti a féklámpa kapcsoló áramköre, vagy távolsági autóbuszoknál, melyeknél autópályán ritkán kerül sor fékezésre, egy időrelét szoktak alkalmazni a működtetésre. A szerelvény különböző változatai 12 V-os és 24 V-os, kivitelben is készülnek. A maximálisan megengedett nyomás is lehet 12 bar, illetve 20 bar. Kis helyigényű, kompakt építésű egység, függőleges helyzetben kell beszerelni, hogy a víztelenítő rész alulra kerüljön.

Automatikus működésű Haldex kondenzátum és olajleválasztó
15.25. ábra - Automatikus működésű Haldex kondenzátum és olajleválasztó


A szerelvény belsejében található műanyag áramlás         terelő vastag olajkoksz lerakódása és a hő hatására bekövetkezett repedése
15.26. ábra - A szerelvény belsejében található műanyag áramlás         terelő vastag olajkoksz lerakódása és a hő hatására bekövetkezett repedése


A fentiekben ismertetett szerelvény hatékony működésű, ezért a haszonjármű gyártók széles körűen alkalmazzák. Csupán az tartották hátrányának, hogy beszerelése után még be kell kötni az elektromos vezetékeket is. Ezért kifejlesztettek egy olyan változatot is, amihez nem szükséges villany, hanem sűrített levegővel működik.

Haldex sűrített levegővel működő kondenzátum és olajleválasztó

A Haldex a közelmúltban ezzel termékkel bővítette a sűrített levegő előkészítő és tisztító berendezéseinek kínálatát. Ez a szerelvény utólag is könnyen beszerelhető a haszonjárművekbe. A sűrített levegőben lévő kondenzvizet és a kompresszor kenésére használt motorolajat választja ki a sűrített levegőből. A kompresszor nyomócsövébe a légszárító, vagy a nyomásszabályzó elé kell függőleges helyzetben beszerelni úgy, hogy a menetszél, vagy a ventilátor keltette áramlás minél intenzívebb legyen.

Sűrített levegővel működő automatikus működésű olaj és kondenzátum leválasztó
15.27. ábra - Sűrített levegővel működő automatikus működésű olaj és kondenzátum leválasztó


Működése

Az előbbi változathoz hasonlóan a sűrített levegő az 1-es csatlakozón áramlik be érintőlegesen a hengeres belső térbe. Az emiatt keletkezett perdületet kicentrifugálja az olaj és a vízcseppeket, a belső műanyag betét tovább növeli a forgási sebességet. A hűtőbordák pedig fokozzák a közeg hűlését. A kicentrifugálódott szennyeződés a szerelvény belsejében gyűlik össze. A durva szennyeződéseket a beépített szűrő választja ki.

Amikor a kompresszor nem tölti a hálózatot a nyomás lecsökken a házban, emiatt az alsó membrán elbillen és szabaddá teszi az alsó nyílást. A töltéskor a nyomás hatására a membrán ismét bezár.

15.6.4. Légszárító

A légfékrendszerben a kiváló kondenzátum több problémát is okoz. Gyorsítja a korróziós folyamatokat, különböző meghibásodásokhoz vezet, illetve csökkenti a légtartály térfogatát. A kondenzátum kiválása a légtartályokban, illetve a fékoldáskor bekövetkező nyomáscsökkenés miatt fennálló fagyásveszély az egész légfék rendszerben akkor kerülhető el, ha száraz, csupán maximum 20-40% relatív páratartalmú levegő kerül a légtartályokba. Ez az adszorpciós vízkiválasztással, azaz légszárítással valósítható meg.

Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer a légszárítóval a DIN ISO 74253 szabvány szerinti jelképes ábrázolást alkalmazva.
15.28. ábra - Sűrített levegő ellátó és tároló rendszer a légszárítóval a DIN ISO 74253 szabvány szerinti jelképes ábrázolást alkalmazva.


A kompresszor által szállított sűrített levegő a légszárító patron adszorbens anyagán, (alumíniumszilikát granulátum) áramlik át, amely a vízpárát jó hatásfokkal megköti. A cserélhető patron a nedvesség kivonásán kívül a beépített szűrővel eltávolítja az egyéb szilárd szennyeződéseket is.

A légszárítóra a gyártótól és a típustól függő csatlakozóval és tömítésekkel szerelhető fel a cserélhető patron. Korábban a menetes csatlakozó volt általánosan elterjedt, de ebből is van jobb-, és balmenetes változat is. Jelenleg peremes és bajonettzáras csatlakozó változattal is találkozhatunk.

Az egypatronos légszárítók periodikus, a kétpatronosak folyamatos szárítást végeznek, de az utóbbiaknál is a két patron között időnként átkapcsolás történik. Amikor a kompresszor tölti a rendszert, a patron a sűrített levegőből kivonja a nedvességet. Amikor a légszárítóba szerelt nyomásszabályozó érzékeli a lekapcsolási nyomás elérésé, és a kompresszort összeköti a környezettel, ekkor elkezdődik a regeneráció. A már kiszárított sűrített levegő ilyenkor ellentétes irányban visszafelé áramlik a patronon. Miközben csökken a nyomása magával viszi a környezetbe az előző ciklus során a patronban összegyűlt nedvességet. Van olyan légszárító melynek működéséhez 5-8 liter térfogatú, úgynevezett „regenerációs légtartály” szükséges. Van olyan típusú is, melynél a regeneráció történhet az üzemi légtartályból is. A légszárító leggyakrabban a nyomásszabályozóval egy közös egységet alkot.

A légszárító amikor a kompresszor tölti a légfék rendszert és az üzemi nyomást még nem érte el.
15.29. ábra - A légszárító amikor a kompresszor tölti a légfék rendszert és az üzemi nyomást még nem érte el.


A légszárító amikor a kompresszor által szállított sűrített levegőt a szabadba engedi és a patron regenerálódik.
15.30. ábra - A légszárító amikor a kompresszor által szállított sűrített levegőt a szabadba engedi és a patron regenerálódik.