Układ kierowniczy to jeden z kluczowych systemów w samochodzie, który umożliwia kierowcy kontrolowanie kierunku jazdy. Odpowiada za przenoszenie ruchu obrotowego kierownicy na koła skrętne pojazdu. Poniżej znajduje się szczegółowy opis konstrukcji, elementów i działania układu kierowniczego.
1. Funkcje układu kierowniczego:
- Precyzyjne przekazywanie ruchu kierownicy na koła skrętne.
- Stabilizacja toru jazdy, zapewniająca bezpieczeństwo i komfort.
- Minimalizowanie siły potrzebnej do obracania kierownicy dzięki wspomaganiu (hydrauliczne, elektryczne lub elektrohydrauliczne).
- Tłumienie drgań i wstrząsów pochodzących od nawierzchni.
2. Podstawowe elementy układu kierowniczego:
a) Kierownica:
- Element obsługiwany przez kierowcę.
- Połączona z wałem kierowniczym, przekazuje ruch obrotowy na mechanizm przekładni.
b) Wał kierowniczy:
- Pośredniczy w przenoszeniu ruchu kierownicy na przekładnię.
- Może być wyposażony w przeguby Cardana, pozwalające na zmianę kąta w przypadku przesunięcia kierownicy względem przekładni.
c) Przekładnia kierownicza:
- Przetwarza ruch obrotowy wału kierowniczego na ruch liniowy mechanizmu napędzającego koła.
- Typy przekładni kierowniczych:
- Przekładnia ślimakowa: Stosowana w starszych pojazdach, ma prostą budowę.
- Przekładnia zębatkowa (zębatka i zębnik): Najczęściej stosowana we współczesnych samochodach.
- Przekładnia kulkowa: Stosowana w cięższych pojazdach, charakteryzuje się wysoką trwałością.
d) Drążki kierownicze:
- Przenoszą ruch liniowy z przekładni na zwrotnice kół.
- Składają się z:
- Drążków poprzecznych: Bezpośrednio połączonych z przekładnią i kołami.
- Końcówek drążków: Wyposażonych w przeguby kulowe, umożliwiające ruch w wielu kierunkach.
e) Zwrotnice:
- Elementy łączące układ kierowniczy z kołami.
- Umożliwiają skręcanie kół w odpowiednim kierunku.
f) Mechanizmy pomocnicze:
- Amortyzatory drgań: Tłumią wstrząsy i wibracje przenoszone na kierownicę.
- Regulator przełożenia: W bardziej zaawansowanych systemach zmienia przełożenie w zależności od prędkości (np. układy zmiennego wspomagania).
3. Systemy wspomagania układu kierowniczego:
a) Wspomaganie hydrauliczne (HPS):
- Używa pompy hydraulicznej napędzanej paskiem klinowym silnika.
- Płyn hydrauliczny wytwarza ciśnienie, które pomaga w obracaniu kierownicy.
- Zalety:
- Duża siła wspomagania.
- Prosta konstrukcja.
- Wady:
- Stałe obciążenie silnika.
- Większe zużycie paliwa.
b) Wspomaganie elektryczne (EPS):
- Elektryczny silnik wspomaga obracanie kierownicy.
- Sterowane przez elektroniczny moduł, który dostosowuje wspomaganie do warunków jazdy.
- Zalety:
- Niższe zużycie paliwa.
- Precyzyjne działanie.
- Możliwość integracji z systemami bezpieczeństwa (np. ESP, asystent pasa ruchu).
- Wady:
- Wyższy koszt produkcji.
- Mniejsza siła wspomagania w porównaniu z hydraulicznym.
c) Elektrohydrauliczne wspomaganie (EHPS):
- Połączenie obu systemów: pompa hydrauliczna jest napędzana elektrycznym silnikiem.
- Łączy zalety obu rozwiązań, choć jest bardziej skomplikowane.
4. Geometria układu kierowniczego:
a) Zbieżność kół:
- Kąt ustawienia kół przednich względem siebie.
- Odpowiednia zbieżność poprawia stabilność jazdy i zmniejsza zużycie opon.
b) Kąt pochylenia kół:
- Nachylenie osi koła względem pionu.
- Wpływa na przyczepność i komfort jazdy.
c) Kąt wyprzedzenia osi zwrotnicy:
- Ustawienie osi zwrotnicy względem pionu.
- Wpływa na samoczynny powrót kół do pozycji jazdy na wprost.
d) Kąt skrętu kół:
- Zakres, w jakim koła przednie mogą się obracać.
- Zależy od konstrukcji zwrotnic i drążków.
5. Systemy wspomagające układ kierowniczy:
a) Asystent pasa ruchu (LKA):
- Automatycznie koryguje tor jazdy, utrzymując pojazd na wybranym pasie.
b) System skrętnych kół tylnych:
- Tylne koła mogą lekko skręcać w kierunku przeciwnym do przednich (przy niskiej prędkości) lub w tym samym kierunku (przy dużych prędkościach), zwiększając manewrowość i stabilność.
c) Układ adaptacyjny (np. Drive-by-Wire):
- Elektronicznie sterowany system, w którym brak jest mechanicznego połączenia między kierownicą a kołami.
- Wykorzystuje sygnały elektryczne do kontrolowania skrętu.
6. Typy układów kierowniczych:
a) Układ klasyczny:
- Mechaniczne połączenie kierownicy z kołami przez przekładnię zębatkową.
b) Układ ze wspomaganiem:
- Ulepszony o systemy wspomagania hydraulicznego lub elektrycznego.
c) Układ z systemem 4WS:
- Cztery koła skrętne dla lepszej manewrowości.
7. Diagnostyka i konserwacja układu kierowniczego:
- Regularne sprawdzanie luzów w układzie (np. końcówek drążków, przegubów kulowych).
- Kontrola poziomu płynu wspomagania (w systemach hydraulicznych).
- Diagnostyka geometrii kół w specjalistycznym serwisie.
- Sprawdzanie działania wspomagania i ewentualna kalibracja systemów elektronicznych.
Układ kierowniczy to jeden z najważniejszych systemów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo jazdy. Wymaga regularnej kontroli i konserwacji, aby zapewnić precyzję działania i długą żywotność.
