BGAK – Výukové materiály – Moderní automobilové technologie – Teorie – Řízení – Dvounápravové řízení

Stabilita a ovladatelnost vozu při zatáčení do značné míry závisí na směru, kterým zadní náprava sleduje přední stopu, což je nutné pro snížení úhlu natočení vozu a opotřebení jeho pneumatik. Použití řízené zadní nápravy umožňuje snížit příčné zrychlení při zatáčení vozidla, což zvyšuje jeho stabilitu. Systémy řízení čtyř kol výrazně zlepšují ovladatelnost vozidla. Za prvé se zvyšuje citlivost vozu na otáčení volantu. Koneckonců, při klidné jízdě po městských ulicích je lepší mít „ostré“ řízení, abyste při každém manévru neotáčeli volantem o několik otáček. Na dálnici může ostré řízení dělat problémy – auto bude reagovat příliš ostře i na malé vstupy do řízení. Za druhé, manévrovatelnost vozidla se zlepšuje při parkování nebo otáčení ve stísněných městských podmínkách, tzn. poloměr otáčení se zmenšuje. A do třetice se zvyšuje směrová stabilita při prudkých manévrech ve vysoké rychlosti.

Řízení všech kol může fungovat v jednom ze dvou režimů: s koly přední a zadní nápravy natáčejícími se v různých směrech nebo ve stejném směru.

Při nízkých rychlostech, přibližně do 40 km/h, se zadní kola automaticky natáčejí v opačném směru než přední kola (obr. 5.1.44, a). Výhody řízení všech kol jsou patrné zejména při manévrování. Průměr otáčení se zmenší přibližně o jeden metr: z 12 na 11 m. Díky tomu se zlepšuje manévrovatelnost vozu.

Pokud rychlost překročí 40 km/h, zadní kola se při otáčení volantem automaticky natáčejí ve stejném směru jako přední kola (obr. 5.1.44, b). To zlepšuje stabilitu a následně i bezpečnost provozu.

Obrázek 5.1.44 – Provozní režimy řízení

1. Otočte přední a zadní kolo v různých směrech (obr. 5.1.45)

Obrázek 5.1.45 – Schéma pohybu vozu při zatáčení

Hlavní výhodou natáčení předních a zadních kol různými směry je zlepšení ovladatelnosti vozidla při nízkých rychlostech a také zmenšení jízdního koridoru vozidla. Pro řidiče to znamená, že může otáčet volantem pod menším úhlem při stejném poloměru otáčení a stejné rychlosti. Vůz v pohybu je vnímán jako mnohem ovladatelnější a citlivější. Pro plné využití výhod vícesměrného řízení kol se tato funkce aktivuje pouze v nižším rozsahu rychlostí (do cca 40 km/h).

Na obrázku 5.1.45 je znázorněna výhoda řízeného zadního odpružení na příkladu zatáčky s minimálním poloměrem. Je jasně vidět, že poloměr otáčení R2, dosažený při použití řízeného zadního zavěšení, je znatelně menší než v normálním případě (R1).

2. Otočte kola jedním směrem

2.1. Změna směru pohybu vozidla s řízenými předními koly

Řidič zahájí otáčení vozu – pro změnu směru jeho pohybu – otáčením volantu, čímž natáčí přední kola vozu (obr. 5.1.46, a). Vlivem deformace styčné plochy pneumatiky (vzniklé rotací kol) začnou přední kola přenášet boční síly na karoserii.

Aby se vůz začal zatáčet vůči svislé ose, musí na kola zadní nápravy vzniknout odpovídající protisměrná boční reakční síla.

V návaznosti na to příčná síla změní svůj směr pod vlivem hmoty vozu směřující k vnější straně zatáčky a teprve poté se může začít vytvářet příčné zrychlení (obr. 5.1.46, b).

Obrázek 5.1.46 – Zatáčení vozu s řízenými předními koly

Změna směru pohybu vozu natáčením pouze předních kol vede ke vzniku dosti velkého vybočovacího momentu (rotačního pohybu kolem svislé osy), dokud se vůz nevrátí do stacionárního stavu pohybu. Důsledkem toho může být snížení úrovně komfortu až po vznik nestabilních podmínek. Například prudké otočení volantu řidičem, aby se vyhnul neočekávané překážce, může vést k rotačním vibracím kolem svislé osy, které mohou negativně ovlivnit směrovou stabilitu vozidla.

2.2. Změna směru pohybu vozidla s řízenou zadní nápravou

Řidič zahájí otáčení vozu – pro změnu směru jeho pohybu – otáčením volantu, čímž natáčí přední kola vozu (obr. 5.1.47, a). Systém reaguje na podněty řidiče při otáčení zadních kol stejným směrem. V důsledku deformace styčné plochy pneumatik všech čtyř kol, rovnoběžně s bočními silami od předních kol, budou boční síly od zadních kol působící ve stejném směru přenášeny na karoserii. Výsledkem je, že výsledný stáčivý moment, tedy moment otáčení kolem svislé osy, je výrazně menší než u vozu s řízenými předními koly. Vzhledem k tomu, že boční síly působí současně na kola obou náprav, je doba přechodu od natočení volantu do ustálení stacionárního stavu vozu výrazně zkrácena ve srovnání s vozem, u kterého jsou řízena pouze přední kola. Změna směru pohybu je mnohem plynulejší a pohodlnější a snižuje se pravděpodobnost vybočení (výskyt rotačních vibrací vzhledem k vertikální ose).

Obrázek 5.1.47 – Zatáčení vozidla s řízenou zadní nápravou

Bylo dosaženo stacionárního stavu, vůz se pohybuje po kruhu určeném řidičem (obr. 5.1.47, b).

Zatímco otáčení zadních kol v opačném směru se používá při nízkých rychlostech, otáčení zadních kol stejným směrem jako předních kol se provádí při vyšších rychlostech.

Kromě již zmíněných výhod toto schéma omezuje rychlost otáčení vzhledem k vertikální ose, ke které dochází při manévrování za účelem vyhnutí se náhle se objevující překážce. V takových situacích se zadní kola natáčejí stejným směrem jako přední kola ve větší míře než obvykle, aby se zlepšila směrová stabilita vozidla.

Výhody řízení všech kol během neočekávaných manévrů vyhýbání se překážce jsou znázorněny na obrázku 5.1.48.

Pokud se při rychlosti nad 40 km/h náhle na silnici objeví překážky a řidič musí zakročit, dochází k nebezpečným jízdním situacím. U vozů bez řízení všech kol nemohou zadní kola sledovat úhel natočení předních kol (obr. 5.1.48, a).

Obrázek 5.1.48 (a) – Vzorec pohybu vozidla během náhlé změny jízdního pruhu: úhybný manévr/změna jízdního pruhu vozidla s konvenčním řízením

U vozidel s řízením všech kol se zadní kola natáčejí stejným směrem jako přední kola. Objízdný manévr probíhá plynuleji, předchází se nebezpečným situacím na silnici (obr. 5.1.48, b).

Obrázek 5.1.48 (b) – Vzorec pohybu vozidla při náhlé změně jízdního pruhu: objížďka/změna jízdního pruhu u vozidla s řízením všech kol

Otáčení kol zadní nápravy (změna úhlu sbíhavosti) je prováděno aktivním akčním členem. Vodicí tyče jsou uchyceny ke skříním ložisek kol prostřednictvím pryžokovových silentbloků, jako na běžném zadním zavěšení. Ale na rozdíl od konvenčního zadního zavěšení jsou druhé konce vodících tyčí připevněny (také prostřednictvím pryžokovových silentbloků) na obou stranách nikoli k pomocnému rámu, ale k pohonu.

Celá sestava sestávající z akčního členu, pohonu a elektronické řídicí jednotky je namontována na pomocném rámu a synchronně natáčí obě kola do stejného úhlu. Protože úhel natočení nepřesahuje cca. 5°, speciální čepy řízení jako u zavěšení předních kol nejsou nutné. Změny úhlů natočení kol jsou zajištěny elasticitou silentbloků ve spojeních ramen zavěšení s pomocným rámem.

Řízení všech kol se skládá z následujících součástí (obr. 5.1.49):

— řídící jednotka pro řízenou zadní nápravu J 1019;

— pohon se šroubovým převodem.

Obrázek 5.1.49 – Ovladač řízení kola zadní nápravy

Elektromotor otáčí maticí vodícího šroubu přes řemenový pohon. Otáčení matice je převedeno na lineární pohyb vodícího šroubu. Vodicí tyče k němu připevněné přenášejí tento pohyb na pouzdra ložisek kol, což vede k současnému otáčení kol ve stejném směru: vpravo nebo vlevo (v závislosti na směru otáčení elektromotoru). Díky stoupání a lichoběžníkovému typu závitu matice/vodícího šroubu je mechanismus samosvorný.

Napětí je do elektromotoru přiváděno pouze přímo, po zbytek času není elektromotor poháněn. Přídržné síly vznikají výhradně díky samosvorným vlastnostem šroubového pohonu.

Maximální zdvih vrtule (ze střední polohy) je cca. 9 mm, což odpovídá maximálnímu úhlu řízení cca. 5°.

Snímač nulové polohy převodky řízení (obr. 5.1.50) registruje nulovou, „střední“ polohu vodícího šroubu, tedy takovou, ve které nedochází k otáčení kol. Senzor pracuje na základě Hallova jevu. K tomu je na vodícím šroubu kolík s permanentním magnetem. Poloha vodícího šroubu je detekována v úzkém úhlovém rozsahu v oblasti nulové polohy. Před samotným Hallovým senzorem jsou na desce senzoru umístěny také další dva Hallovy spínače. Tyto spínače se používají k určení směru pohybu vodícího šroubu.

Obrázek 5.1.50 – Snímač nulové polohy převodky řízení

K pohonu mechanismu je použit třífázový bezkomutátorový synchronní elektromotor (obr. 5.1.51). Třífázový proud pro něj vzniká v AC/DC měniči ve výkonovém koncovém stupni řídicí jednotky. Elektromotor má snímač polohy rotoru. Tento snímač zaznamenává polohu rotoru s velmi vysokou přesností.

Obrázek 5.1.51 – Elektromotor

Řídicí jednotka a koncový stupeň tvoří jedna kompaktní jednotka, chráněná před postříkáním a vlhkostí a přišroubovaná k elektromotoru. Řídicí jednotka je připojena ke sběrnici FlexRay jako nízkoimpedanční koncové zařízení. Na základě určitých příkazů, které obdrží, vypočítá požadované hodnoty proudu pro aktivaci elektromotoru. AC/DC měnič dodává příslušné napětí do motoru.

Systém řízení zadní nápravy vyžaduje k výkonu svých funkcí vždy následující naměřené hodnoty/údaje:

• Úhlové rychlosti otáčení kola

Hodnoty otáček kol jsou odesílány jako zprávy řídicí jednotkou ABS J104 do sběrnice FlexRay. Na základě toho vypočítá řídicí jednotka řízené zadní nápravy J1019 referenční rychlost vozidla, která se porovná s referenční rychlostí vozidla určenou systémem ES P jako záloha.

Tento úhel řízení je detekován snímačem úhlu natočení volantu G85 a je také přenášen jako zpráva prostřednictvím sběrnice FlexRay.

Na základě dvou hlavních parametrů: rychlosti vozidla a úhlu natočení kol přední nápravy vypočítá řídicí jednotka požadovaný úhel natočení kol zadní nápravy.

Když je řídicí jednotka zakódována, ukládá charakteristiky, které nastavují úhel natočení zadních kol v závislosti na rychlosti vozidla a úhlu natočení předních kol (úhel natočení volantu). Různé charakteristiky odpovídají různému chování řízení/dynamickému chování vozidla (přání řidiče). Charakteristiky se aktivují v závislosti na nastavení volby pohonu řidiče a poskytují různé způsoby řízení, od komfortního po sportovní.

Pokud řidič otáčí volantem při nízkých rychlostech (cca do 40 km/h), zadní kola se nakloní v opačném směru než přední o úhel asi 5°.

V tomto případě je úhel natočení zadních kol větší, čím větší je úhel natočení předních kol (řidič točí volantem), zohledňuje se i rychlost vozidla.

Při vyšších rychlostech (od cca 50 km/h) se zadní kola natáčejí stejným směrem jako přední, ale pod znatelně menším úhlem.

Když vozidlo stojí, zadní kola jsou vždy v neutrálu (výchozí poloha). Přesná poloha je určena analýzou naměřených hodnot snímače nulové polohy a snímače polohy rotoru.

Ve výjimečných případech nemusí být možné zcela vrátit zadní kola do neutrální polohy kvůli nedostatečné vratné síle. K tomu může dojít především v důsledku zatížení vozidla (velká hmotnost na nápravu), jakož i v důsledku vlastností povrchu vozovky (vysoký koeficient tření). V tomto případě se kola vrátí do přesné neutrální polohy až ve chvíli, kdy se vůz dá znovu do pohybu. Systém upozorní řidiče odpovídající indikací, že kola nejsou v neutrální poloze.

Parkovací asistent a asistent přívěsu si mohou „vyžádat“ specifický úhel natočení kol zadní nápravy. V tomto případě tyto řídicí jednotky přenášejí přesné hodnoty úhlu natočení kol, které pak zajišťuje řídicí jednotka řízení zadní nápravy J1019.

Určitý vliv na fungování řízené zadní nápravy může mít i systém ES P. V případech, kdy je potřeba zachovat směrovou stabilitu vozidla, může ESP blokovat otáčení zadních kol.

© Pobočka BNTU „Bobruisk State Motor Transport College“ Registrováno ve státním rejstříku informačních zdrojů Běloruska dne 16.06.2011. června 7141101591 č. XNUMX