Кермове колесо — це не просто важіль для зміни напрямку руху. Через нього водій відчуває шлях. Але і це ще не все. Сучасне кермо повинно працювати диференційно, не лінійним чином впливаючи на колеса. Що це означає?
Навіщо потрібен сервотронік?
Навіщо потрібен сервотронік?
На початку епохи автомобілебудування повертати кермо було так важко, що на деяких вантажних автомобілях цим займалися два водія. Потім з’явилися підсилювачі. Зараз вони змонтовані майже на всіх машинах і керувати стало набагато легше. Але з’явилася інша проблема.
Кожен водій знає, що під час руху по місту на невеликих швидкостях, особливо під час паркування чи на розвороті, кермо доводиться крутити досить-таки часто. Для цього доводиться прикладати певні зусилля. Тоді як на трасі машина мчить зі швидкістю 100 км/г та більше, поворотів небагато, рухи бублика мінімальні і керувати легко.
Найбільш поширений підсилювач кермової рейкової системи, гідравлічний, працює так, що на великих швидкостях він допомагає більше, ніж на малих. Тоді як бажано було б навпаки. Бо на 130 км/г через хибний рух бублика можна вилетіти в кювет. Хоч ГПК вимикай, що, до речі, нерідко й роблять. А на малих доводиться напружуватися. Щоб розподілити підсилення керма найкращим чином, тобто в прямій залежності від швидкості руху автомобіля, застосовують пристрій, що називається сервотронік (servotronic).
Під час руху на автомобілі, рульове керування якого обладнане сервотроніком, забезпечується нелінійна реакція бублика саме так, як це потрібно водію. Тобто, в місті під час розвороту, заїзду в гараж або під час паркування кермо повертається легко. На швидкості до 20 км/г взагалі крутиться одним пальцем, і це не перебільшення. Забезпечується швидкий відгук керованих коліс, вони чуйно реагують на мінімальне зусилля.
На великих швидкостях навпаки. Кермо стає жорстким, на кшталт спортивного, як наслідок покращується курсова стійкість, хід стає більш плавним, а випадковий рух бублика не призводить до неприємних наслідків. Робота ГПК чи ЕГПК оптимізується за рахунок того, що в першому випадку сервотронік збільшує коефіцієнт підсилення керма, а у другому — зменшує.
Даний елемент монтують опційно на автомобілі Porsche, Audi, BMW, Volvo, Volkswagen та інших марок. Буває, що виробники зазначають на сервотроніку два режими експлуатації: «Траса» та «Місто», відповідно для великих та малих швидкостей, що фактично те ж саме.
Як влаштований сервотронік та як він працює
Як влаштований сервотронік та як він працює
Будову та роботу сервотроніка розглянемо на прикладі автомобіля Audi. Даний вузол являє собою систему, що складається з трьох компонентів:
- Датчики для збирання інформації про роботу вузлів та систем автомобіля: підсилювача керма (якщо машина обладнана ESP, то — кута повороту бублика), спідометра, положення колінчастого валу та частоти його обертання (датчик Холла).
- Електронний блок керування (ЕБК). Він отримує відомості від датчиків, обробляє їх та надсилає відповідний сигнал на виконавчий пристрій (ВП).
- Виконавчий пристрій. Якщо в машині стоїть рейка з ГПК, то ВП являє собою камеру зворотної дії з поршнем. Для дроселювання струменя робочої рідини застосовується електромагнітний клапан.
В ЕБК одночасно надходять сигнали від усіх датчиків. В блоці вони обробляються, після чого електроніка встановлює режим роботи ВП. Що саме буде робити останній, залежить від типу підсилювача кермової рейки.
Робота сервотроніка на рейці з ГПК
Коли тип гідравлічний, то підсилення керма залежить від тиску робочої рідини. А на нього, в свою чергу, впливає розмір прохідного перетину каналу гідросистеми. На малих швидкостях ЕБК сервотроніка дає команду закрити електромагнітний клапан. Вся рідина потрапляє в рейку, підсилення 100%, кермо повертається легко. Коли ж клапан відкритий, то частина рідини починає протікати у камеру зворотної дії. (Чому в камеру, а не на асфальт, зрозуміло. Гідросистема рейки закрита й герметична, камера — це резервуар, що потрібен для відведення частини оливи, щоб зменшити тиск на шток). Чим дужче відкритий клапан, тим більше рідини буде скинуто. Підсилення керма виявиться менше, через що він стане більш жорстким.
На Audi камера зворотної дії, в якій рухається пов’язаний із золотником поршень, розташована у верхній частині розподільника. Припустимо, що водій на порівняно великій швидкості повертає кермо вправо. Золотник відчиняє канал для оливи, щоб вона могла заповнити силовий циліндр гідропідсилювача рейки та допомогла штоку повернути передні колеса. Одночасно з цим робоча рідина проходить через електромагнітний клапан (останнім керує ЕБК згідно інформації, отриманої від датчиків) та потрапляє до камери зворотної дії. Відчиняється один з перепускних клапанів, утворюється різниця тисків, через що поршень камери опускається та обмежує рух золотника. Через це обмеження тиск у силовому циліндрі знижується. Допомога ГПК зменшується і бублик стає більш жорстким. Як наслідок, підвищується зусилля, яке слід докласти для повертання керма. Коли водій перестав повертати кермо, клапан зачиняється.
Якщо водій бажає повернути вліво, то маємо практично таку ж ситуацію. Тільки відчиняється інший перепускний клапан, після чого поршень так само обмежить хід золотника. Кількість оливи в силовому циліндрі теж почне зменшуватися, але в іншій його частині. Проте кермо і цього разу стане жорсткішим і потребуватиме більше зусиль для повороту.
Під час повільного руху (до 20 км/г) електромагнітний клапан закритий. Струмінь рідини в камеру зворотної дії тече без обмежень, підсилення на кермі максимальне, воно повертається легко. Після 20 км/г — чим більша швидкість, тим дужче відчиниться клапан, тим більше слід буде прикласти зусиль для повороту керма.
Робота сервотроніка на рейці з ЕГПК
В конструкції рейки з ЕГПК є електричний двигун. Підсилення керма в цьому разі прямо залежить від швидкості обертання цього моторчика, тому ЕБК надсилає керівний сигнал безпосередньо до нього. Якщо машина їде повільно, ЕБК примушує його ротор обертатися швидше, надходження рідини в рейку збільшується, як і підсилення керма. На великих швидкостях оберти ротора знижуються, тиск робочої рідини в системі зменшується. Підсилення керма теж буде меншим, внаслідок чого він стає жорсткішим.
Блок керування сервотроніком зазвичай розташований поруч з ящиком для рукавичок. На кермових рейках як з ГПК, так і з ЕГПК система працює досить надійно та ефективно.
Як визначити, що сервотронік вийшов з ладу?
Якщо сервотронік зіпсований, то це буде одразу помітно під час руху автомобіля. Коли прилад не функціонує, то рейка поводиться як звичайна з підсилювачем. Тобто на великих швидкостях керування виявиться навіть легшим, ніж на малих. Та ще й стійкість машини на трасі стане дещо гіршою.
До речі…
Інколи власники машин плутають поняття сервотронік та сервокермо. Це неправильно. Сервокермо являє собою травмобезпечну кермову колонку. Її положення можна відрегулювати по довжині та висоті. Сервокермом обладнують деякі моделі автомобілів, можливо навіть у базовій комплектації. Наприклад, Audi A6 C4.
Висновок
Сервотронік на малих швидкостях робить кермо легким, а на великих — жорстким. За його допомогою підвищується не лише комфортність управління, але й керованість автомобіля та, як наслідок, безпека руху.
В рейці з ГПК на великих швидкостях електромагнітний клапан сервотроніка скидає частину оливи до камери зворотної дії, через що підсилення зменшується і кермо стає більш жорстким. На малих — клапан зачиняється, підсилення повне, кермо легке. В рейці з ЕГПК ЕБК сервотроніка керує електромотором, збільшуючи або зменшуючи підсилення баранки в залежності від показів, що надходять від датчиків.
