8. fejezet - Aktív kormányzás

A hagyományos szervokormány passzív rendszernek nevezhető, mert a vezető kormányzási beavatkozásaira mechanikusan, előre meghatározott módon reagál.

Az aktív kormányzásnál a vezető kormányzási beavatkozásain kívül más elektronikus rendszerek is hatást gyakorolhatnak egy elektronikán és szabadon vezérelhető beavatkozó egységen keresztül. Egy állító motorral a vezetőtől független a pillanatnyi dinamikai állapotnak megfelelő kiegészítő kerék elkormányzás válik megvalósíthatóvá. Így tehát az elkormányzási szög az aktív szervokormánynál δ _k két részből tevődik össze. Az alap szervokormány által megvalósított értéket egészíti ki a beavatkozó egység által végzett módosítás.

ahol:

Az aktív szervokormány a menetbiztonság és a menetdinamika fokozását teszi lehetővé. Fontos szerepet tölt be a gépkocsi aktív biztonságánál.

Az aktív kormányzásnál megvalósul a sebességfüggő kormányzási nyomaték rásegítés, hasonlóan a jól bevált „szervotronik” működéshez. Az EPS (Elektronic Power Steering) lehetővé tette a kormányzás csillapításának befolyásolását és az aktív egyenes meneti visszaállást.

A működési területek kibővítése az aktív kormányzásnál tovább folytatódott. Az áttétel folyamatos változásával a kormányzási nyomaték és a fogaslécen kifejtett erő is befolyásolhatóvá vált. Az aktív kormányzásnál a gépkocsivezető csak az első kerekek elkormányzási szögét állítja be. Ezzel a menetbiztonság, a komfort és a gépkocsi agilitása tovább növekedett. Ez a konstrukció egyúttal jó előkészítés lett a Steer-by-Wire rendszer bevezetésének, mely azért még várat magára. Megtörtént ugyanis bizonyos működésmódok szétválasztása egymástól. A változó áttételű aktív kormányzásnál ugyanis két terület világosan szétválasztható egymástól:

A változó áttételű aktív kormányzásnál meghibásodás esetén a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti közvetlen összeköttetés megmarad. Hasonló módon menet közben folyamatosan megvalósul az útfelületről a megfelelő visszacsatolás. Az Audi a szabályozási struktúrák fejlesztésénél ezen a területen a Matlab/Simulink programot alkalmazta.

A fejlesztéseknél fontos szerepet játszik a változó áttételű aktív kormányzás együttműködése a többi különböző menetdinamikai szabályozó rendszerekkel. mint például a belsőégésű motor, a futómű és a fékrendszer. Ez utóbbinál fontos például a nem homogén útfelületen történő fékezésnél a különböző szabályozó rendszerek együttműködése. A kormányzás és a fékezés párhuzamos együttműködését szemlélteti az alábbi ábra blokkdiagramja.

Menet közben például az ESP határozza meg a gépkocsivezető szándékának megfelelő menetpályát. Ezt a fontos információt azonban a változó áttételű aktív kormányberendezés is fel tudja használni az első kerekek szükséges elkormányzási szögének meghatározásához.

Sokkal összetettebbé és hatékonyabbá is válik a működés további menetdinamikai szabályozó rendszerek bevonásával. A Global Chassis Controls (GCC) rendszernél például valamennyi, a menetdinamikát befolyásoló rendszer összevonva működik. Az aktív kormányzás tehát a fék-, az ESP rendszerrel és a változtatható karakterisztikájú lengéscsillapítókkal is kapcsolatban áll és kölcsönösen befolyásolják egymás működését.

Nem csupán a bemeneti adatokat használják együttesen, de a beavatkozások is összehangoltak. Például a perdítő nyomaték szabályozásnál a beavatkozási lehetőségeket is szétosztják az egyes alrendszerek aktuátorai között. Ezzel a kerekeknél az „üzemi pontot” úgy igyekeznek beállítani, hogy a gépkocsinál teljesen kihasználható legyen az erőátviteli potenciál.

A fentiekből egyértelműen kiderül. hogy a többi rendszertől függetlenül nem lehet az aktív szervokormányt sem fejleszteni. Ez csak úgy lehetséges, ha figyelembe veszik, hogy a többi menetdinamikai szabályozó rendszerrel elektronikus adatátviteli kapcsolatban áll, és a folyamatos együttműködés valósul meg.

Itt kell megjegyezni, hogy az egyes részrendszerek közötti együttműködés is sokkal összetettebbé vált, mint az eddig tapasztalható volt.

A kormányzásnál tovább fokozható a komfort és biztonság az aktív szervokormánnyal. Ennél nem csak a rásegítés nagysága, hanem a kormányberendezés áttétele is a pillanatnyi menethelyzethez igazodik.

A gyorsan reagáló közvetlen kormányzás kis áttételt igényel. Ez különösen szűk helyre történő beállásnál, különböző manőverezéseknél előnyös, mert elegendőek csupán kis kormánymozdulatok. Ennek viszont az a hátránya, hogy jelentős erőkifejtésre van szükség. Nagy sebességű autózásnál például kis rásegítés szükséges a kormányzás indirektebbé válhat.

Optimális lenne lassú haladáskor kisebb-, és gyorsabb haladáskor nagyobb áttétel megvalósítása, továbbá ezzel párhuzamosan a sebességfüggő rásegítésre is szükség van.

A kisebb, vagy nagyobb rásegítés hidraulikusan, vagy elektromosan is lehetséges. A kormányberendezés áttételének változtatása már egy másik feladatot jelent, amely mechanikusan, egy differenciális szöghajtás segítségével működhet. Ehhez a kormánykerék és a fogasléchez kapcsolódó kis fogaskerék közé egy bolygóművet, vagy egy hullámhajtást kell beszerelni. Ilyen módon eggyel megnövelhető a kormánymű szabadságfoka. Ezt, ha egy mechanikus áttétellel növelt villanymotorral kötjük le, a vezetőtől független kormányzási korrekciók válnak lehetségessé. Méghozzá úgy, hogy a kormánykerék pillanatnyi helyzetére ez nincs befolyással. A kormánykerék elmozdításával azonos, vagy akár ellentétes irányú kiegészítő forgatást tud végezni az elektronika a fogasléces kormányberendezés kis fogaskerekén. Ennek olyan a hatása, mintha megváltozott volna a mechanikus áttétel.

Ehhez a kiegészítéshez az is szükséges, hogy elfordulási szög jeladót szereljenek a kormányberendezés fogaskerekére és a villanymotorra is. Amennyiben az érzékelőktől érkező jelek elfogadhatatlanok, vagyis valamilyen hiba áll fenn, a kormányberendezés visszakapcsol normál mechanikus működésre. Ez a kiegészítő hajtómű mechanikus reteszelésével valósulhat meg. Például ilyenkor egy elektromágnes árammentes állapotba kerül és ezért a beépített rugó reteszelni fogja egy csap segítségével a kiegészítő beavatkozó egységet.

Az aktív szervokormány tehát lehetővé tesz egy külső beavatkozást a kormányzásba. Például amikor a gépkocsi olyan útfelületen fékez, melynél a jobb-, és a bal oldali kerekek alatti tapadási tényező egymástól jelentősen eltér, és ezért kitörne a nagyobb tapadású rész irányába, a beavatkozással ezt megakadályozza. A különböző elektronikus rendszerek ezen a területen egymással együttműködnek. Ugyanis az ESP rendszer érzékeli a gépkocsi instabil viselkedését és a CAN hálózaton keresztül beavatkozási parancsot tud küldeni az aktív kormányzásnak, ami végrehajtja a szükséges korrekciót. Így a gépkocsi nyomtartó marad. Ha ez nem lenne elegendő az ESP rendszer aktiválhatja a fékezési beavatkozást.

A ZF Lenksysteme, a Robert Bosch GmbH és a ZF Friedrichshafen AG 50-50%-os részesedéssel létrehozott közös vállalata fejlesztette ki az új, aktív szervokormány egyik változatát. Az első alkalmazó a BMW, mely közreműködött az aktív kormányzási rendszer kifejlesztésében. Az aktív kormánymű, vagy angolul Active Steering már csaknem egy évtizede sorozatgyártásban van. A fogasléces hidraulikus szervokormányhoz bolygómű segítségével villanymotor csatlakozik, mely végrehajtja a szükséges kormánykorrekciót. Eközben az első kerekek és a kormánykerék közötti mechanikus kapcsolat folyamatosan megmarad.

Ezt a szervokormányt Audi „Drive Select” programján belül működő „Dinamiklenkung” gépkocsi irányítási program valósítja meg, melyet az új Audi A4 típussal együtt, annak új egységeként mutattak be. Azóta már más típusokba is alkalmazzák. A Drive Select a vezetőnek olyan lehetőséget kínál, hogy egyetlen gombnyomással sportos, vagy komfortos működésnek megfelelően egyszerre több elektronikusan működő rendszert állítson be. az egyik, vagy a másik működési módra. Ennek során a következő részegységeket befolyásolhatja:

A dinamikus kormányzás „Dynamiklenkung” egy hullámhajtás segítségével változó kormánygép áttételt valósít meg. Ennek a hajtómű egységnek a reteszelő berendezése az elektronika öndiagnosztikai vizsgálata után az elektromágnes segítségével csak hibamentes állapotban old. Ha a villanymotor azonos irányban forgat a kormánykerékkel, növelni fogja az elkormányzási szöget. Ellentétes irányba forgatva csökkenti azt! Ezzel azt a hatást éri el, mintha a kormánygép áttétele változna meg.

Ezt a hajtómű egységet a kormánykerék tengelyére szerelik fel. Lehetőséget ad arra is, hogy az ESP rendszer is használja mint beavatkozó egységet. Ennek az előnye az, hogy az ilyen beavatkozás hatására a gépkocsi nem fog lassulni.

A hullám-hajtómű ovális tárcsáját a beavatkozást végző villanymotor forgatja. Ennek hatására a rugalmas, fogazott gyűrűvel fordít a belső fogazatú gyűrűn. A forgásiránytól függően ennek hatására az első kerekek elkormányzása kisebb, vagy nagyobb lesz.

Az ESP rendszer elsődleges beavatkozása az ilyen aktív szervokormánnyal ellátott gépkocsiknál már a kormánykorrekció lett. Sok esetben az egyik kerékre kiadott fékezési impulzus el is maradhat, amennyiben a gépkocsi menetállapotán az első kerekek elkormányzásával sikerült a szükséges mértékben módosítani. Ennek az előnye az, hogy így nem fog csökkenni a gépkocsi sebessége, mint amikor egy – egy kerék fékezésével történik a beavatkozás.