Tema: 12 Sisteme adaptive de direcție activă și dinamică
Embedded Files
După studierea acestei teme, elevul va fi capabil:
- să identifici rolul și avantajele sistemelor adaptive de direcție activă și dinamică;
- să explice construcția și principiul de funcționare a sistemului adaptiv de direcție activă și dinamică;
- să descrie operațiunile de diagnosticare și mentenanță a sistemului.
12.1 Sisteme adaptive de direcție activă și dinamică – principii de funcționare și rolul în stabilitatea autovehiculului
În sistemele clasice de direcție există o legătură mecanică directă între volan și mecanismul de direcție. Astfel, între unghiul de rotație al volanului și unghiul de rotație al roților directoare există un raport fix.
Modificând geometria dinților pinion–cremalieră, se pot obține mecanisme de direcție cu raport diferit:
- schimbare liniară
- schimbare neliniară
Prin acest concept, mecanismul de direcție al unui autovehicul are un raport de transmisie unic și constant. Alegerea acestui raport reprezintă întotdeauna un compromis, optimizând simultan cerințele de manevrabilitate și stabilitate.
Cererea principală pentru manevrabilitate și stabilitate poate fi satisfăcută numai de un sistem de direcție cu raport de transmisie variabil. În aceste sisteme, unghiul efectiv de rotație al roților directoare variază în funcție de viteza vehiculului și de unghiul de rotație al volanului (Figura 12.1).
Modul Dynamic (Sport) – pentru manevrabilitate sporită la viteze mari, curbe rapide sau condus sportiv.
Modul Comfort – pentru condus relaxat, viraje ușoare și trafic urban.
Fără sistem dinamic – raport constant, compromis între manevrabilitate și stabilitate.
Figura 12.1 Configurațiile sistemelor adaptive de direcție activă și dinamică
În cazul supravirării, partea spate a vehiculului tinde să derapeze în exteriorul curbei. Aceasta poate apărea mai ales la schimbarea rapidă a benzii la viteze mari.
- Problema conducătorului: adesea corecția manuală cu volanul se face prea târziu sau nu se realizează suficient de rapid.
- Acțiunea ESP: sistemul de stabilitate electronică (ESP) aplică frânare selectivă pentru a preveni pierderea controlului.
Sistemul de direcție dinamică ajustează automat și invizibil unghiul roților directoare către direcția derapajului, astfel:
- Conducătorul nu trebuie să facă corecții suplimentare; volanul se rotește doar cu unghiul necesar pentru virajul normal.
- Intervenția frânelor ESP este semnificativ redusă, deoarece direcția contribuie la stabilizarea vehiculului (Figura 12.2).
Rezultatul este o stabilitate mai bună a traiectoriei și o viteză mai mare de schimbare a benzii în siguranță.
Figura 12.1 Modificarea presiunii sistemului de frânare odată cu intervenția sistemului de direcție dinamic
În cazul subvirării, partea frontală a vehiculului tinde să alunece spre exteriorul curbei, chiar dacă roțile din față sunt rotite.
- Chiar la creșterea unghiului de rotație al volanului, forța laterală de frecare pe roți scade, ceea ce determină mărirea razei curbei parcurse.
- Majoritatea conducătorilor reacționează prin rotirea suplimentară a volanului, ceea ce reduce și mai mult forța de fricțiune și poate transforma frecarea rulantă în frecare de alunecare, pierzându-se controlul vehiculului.
Acțiunea direcției dinamice
Înainte ca vehiculul să devină incontrolabil, direcția dinamică activează automat și rotește roțile în sensul subvirării (Figura 12.3), astfel:
- Unghiul real al roților directoare devine mai mic decât cel solicitat de conducător prin volan
- Forța laterală de fricțiune este menținută la un nivel optim, iar vehiculul parcurge raza minimă posibilă conform condițiilor fizice.
Rolul suplimentar al ESP
- Dacă ajustarea direcției dinamice nu este suficientă, ESP intervine prin frânarea selectivă a roților interne curbei (față și/sau spate).
- Acest lucru generează un moment stabilizator suplimentar în jurul axei verticale a vehiculului, reducând viteza și aducând vehiculul pe raza dorită de viraj.
Figura 12.3 Intervenția sistemului de direcție dinamic în cazul subvirării
Frânarea pe carosabil cu coeficient de frecare diferit
În cazul frânării pe un carosabil unde o parte a autovehiculului se află pe asfalt uscat, iar cealaltă pe apă, zăpadă sau gheață (Figura 12.4), vehiculul tinde să fie deviat către partea cu coeficient de frecare mai mare, unde forța de frânare este mai ridicată.
Figura 12.4 Frânarea pe carosabil cu coeficient de frecare diferit
- Fără direcție dinamică: conducătorul trebuie să corecteze manual direcția, rotind volanul pentru a menține traiectoria rectilinie.
- Cu direcție dinamică: ESP și sistemul de direcție dinamică stabilesc automat unghiul optim al roților directoare, fără intervenția conducătorului; volanul rămâne în poziția dorită.
Datorită corecțiilor realizate mai rapid și mai precis decât reacția umană, se obține, în medie, un spațiu de frânare mai redus față de vehiculele fără direcție dinamică.
12.2 Construcția și principiul de funcționare a sistemului adaptiv de direcție activă și dinamică
Sistemele adaptive de direcție activă permit modificarea automată a raportului de direcție, independent de intervenția directă a conducătorului auto, în funcție de condițiile de deplasare și de siguranță. Aceste sisteme pot interveni activ în situații critice, contribuind la stabilitatea și controlul vehiculului.
Prin intermediul unui motor electric și al unui mecanism de sumare a mișcărilor, sistemul poate mări sau micșora unghiul de bracare al roților, fără a modifica poziția volanului.
Direcția adaptivă activă a fost introdusă pentru prima dată de BMW, pe modelul Seria 5, în anul 2003. Sistemul a fost dezvoltat în colaborare cu TRW și utilizează un mecanism planetar acționat de un motor electric, integrat în coloana de direcție.
Sistemul de direcție adaptivă cu angrenaj planetar este alcătuit din următoarele componente principale (Figura 12.5):
- Mecanism de direcție electro-hidraulic cu pinion și cremalieră;
- Motorul electric, cu senzor de poziție al rotorului 3;
- Supapa rotativă (Servotronic). Supapa rotativă Servotronic are rolul de a controla asistarea hidraulică a direcției, în timp ce angrenajul planetar, acționat electric, modifică raportul de direcție. Cele două sisteme funcționează complementar, dar îndeplinesc funcții distincte.
- Angrenaj planetar, integrat între volan și pinion;
- Senzor de unghi al volanului 2;
- Unitate electronică de comandă (ECU) 1.
Figura 12.5 Construcția generală a sistemului de direcție adaptivă cu angrenaj planetar
Angrenajul planetar (Figura 12.6) este alcătuit dintr-o roată dințată (coroana) cu dantură interioară și exterioară, două roți port-satelit, fiecare echipată cu câte trei pinioane satelit, precum și din roți solare superioare și inferioare. Pinioanele satelit asigură legătura mecanică dintre angrenajul superior și cel inferior, permițând atât sumarea, cât și diferențierea mișcărilor de rotație. Roata solară superioară este conectată la arborele de intrare al sistemului de direcție.
Figura 12.5 Construcția generală a angrenajului planetar
Principiul de funcționare. În cazul în care motorul electric este deconectat, direcția funcționează mecanic. Rotirea volanului antrenează pinioanele satelit și prin intermediul port-sateliților, momentul este transmis către pinionul de antrenare. Astfel, este asigurată o legătură mecanică directă între volan și mecanismul de direcție.
Funcționare la viteză redusă. Motorul electric antrenează angrenajul melcat în aceeași direcție cu volanul, diferența dintre numărul de dinți ai roților planetare produce o rotație suplimentară a roților solare, rezultatul este amplificarea rotației pinionului și obținerea unui unghi mare de bracare.
Funcționare la viteză mare. Motorul electric este alimentat astfel încât angrenajul melcat să se rotească în sens opus rotației volanului, ansamblul planetar reduce mișcarea transmisă către pinion. Astfel, sistemul diminuează răspunsul direcției, crescând stabilitatea vehiculului la viteze mari.
Alți producători, precum Lexus și Audi, utilizează o soluție constructivă mai compactă, bazată pe un sistem adaptiv de direcție cu transmisie armonică, al cărui principiu de funcționare este mai simplu și mai eficient din punct de vedere constructiv.
Sistemul de direcție include un mecanism de sumare (mecanism executant care însumează unghiul de rotație al volanului și unghiul de asistare la viraj). Legătura mecanică dintre volan și roțile direcționate se realizează în orice situație prin intermediul mecanismului de sumare.
Necesitatea creșterii sau diminuării unghiului de rotație al roților direcționate este determinată de unitatea de comandă. Aceasta controlează motorul electric care acționează unul dintre elementele mecanismului de sumare (Figura 12.7).
Figura 12.7 Construcția generală a sistemului adaptiv de direcție cu transmisie armonică
Construcție și principiu de funcționare. Mecanismul de acționare (mecanism de sumare) are rolul de a corecta unghiul de bracare al roților directoare, acționând asupra arborelui-pinion al mecanismului de direcție.
Din punct de vedere constructiv, mecanismul de acționare este realizat sub forma unei transmisii armonice (reductor armonic / transmisie cu undă), în care unul dintre elementele componente este antrenat de un motor electric (Figura 12.8). O caracteristică definitorie a acestui tip de mecanism constă în transformarea unei turații ridicate (specifică motorului electric) într-o turație foarte redusă, concomitent cu obținerea unui raport mare de transmitere.
Figura 12.8 Construcția generală a mecanismul de acționare cu transmisie armonică
Principiul general de funcționare se bazează pe angrenarea a două roți dințate cu un număr diferit de dinți. În mecanismul utilizat pentru direcția dinamică, motorul electric antrenează o roată dințată cu 100 de dinți, care intră într-un mod specific în angrenare cu o roată dințată având 102 dinți.
Arborele volanului, conectat direct la volan, este legat în sistemul de direcție dinamică de arborele-pinion al mecanismului de direcție prin intermediul unui pahar flexibil (cupă flexibilă). Legătura se realizează prin intermediul unei roți dințate sub formă de cupă, montat pe canelurile părții superioare a arborelui volanului, partea care este conectată direct la volan.
Paharul flexibil este o piesă cu formă de cupă, având pereți subțiri, elastici, capabili să se deformeze elastic. Pe suprafața sa exterioară este prevăzut o coroană dințată exterioară cu 100 de dinți. Aceasta intră în angrenare cu o roată cu dantură interioară, prevăzută cu 102 dinți.
Roata cu dantură interioară este rigid solidarizată cu partea inferioară a arborelui volanului, iar prin intermediul acesteia, cu arborele-pinion al mecanismului de direcție.
La rotirea volanului, paharul flexibil și bucșa se rotesc simultan, deoarece sunt cuplate printr-o legătură dințată care funcționează similar unei îmbinări canelate de tip arbore–butuc. În acest regim de funcționare, mecanismul de direcție funcționează în mod convențional, fără modificarea raportului de transmitere.
În carcasa mecanismului de acționare este montat un arbore tubular (gol). Arborele tubular se rotește independent de partea superioară a arborelui volanului, pe care este montat (Figura 12.9). Arborele tubular este antrenat în rotație de motorul electric, rotorul motorului fiind fixat rigid la unul dintre capetele arborelui tubular.
Figura 12.9 Construcția generală a mecanismul de acționare cu transmisie armonică
La celălalt capăt al arborelui tubular este montat inelul interior al unui rulment, inel care nu are o formă perfect circulară. Acesta formează o pistă de rulare excentrică (ovală) pentru elementele de rostogolire – bilele.
Inelul exterior al rulmentului este realizat sub forma unei cămăși elastice din oțel. Forma excentrică a inelului interior este transmisă inelului exterior, cele două componente constituind împreună așa-numitul generator de unde de deformare.
Pe inelul exterior al rulmentului este montat, cu un ușor ajustaj prin strângere, paharul flexibil. Pereții subțiri ai paharului flexibil reproduc forma excentrică a rulmentului.
Datorită excentricității, coroana dințată exterioară a paharului flexibil nu se află în angrenare cu coroana dințată interioară circulară a roții pe întreaga sa circumferință, ci numai în zonele corespunzătoare deformării elastice.
Motorul electric aflat în funcțiune antrenează arborele tubular. Împreună cu acesta se rotește inelul interior al rulmentului, care are formă excentrică.
Datorită diferenței de număr de dinți între coroana paharului flexibil și coroana dințată interioară a roții, dinții coroanei paharului flexibil se deplasează ușor față de golurile coroanei roții (Figura 12.10). Dintele coroanei paharului flexibil apasă astfel pe fața laterală a dinților coroanei interioare a roții, generând un cuplu care determină o rotație minimă a roții.
Figura 12.10 Principiul de funcționare a mecanismul de acționare cu transmisie armonică
Prin rotația generatorului de unde de deformare (format de rulmentul excentric), toate dinții coroanei paharului flexibil sunt succesiv introduși în angrenare. Rezultă o mișcare continuă de rotație a roții cu coroană dințată interioară și a arborelui-pinion asociat acesteia. Această acțiune modifică unghiul de bracare al roților directoare.
Blocarea direcției dinamice
Pentru asigurarea unui nivel ridicat de siguranță în cazul defecțiunilor sau avariilor sistemului, mecanismul de direcție dinamică este prevăzut cu o blocare mecanică de siguranță. Această blocare este de tip normal închis (normal activ), fiind menținută în stare activă atunci când motorul autovehiculului nu este pornit.
După pornirea motorului, direcția dinamică se deblochează, fapt confirmat printr-un sunet caracteristic de tip clic, perceptibil la nivelul mecanismului.
Blocarea este realizată cu ajutorul unei supape electromagnetice fixate prin șuruburi pe carcasa mecanismului (Figura 12.11). Pe arborele tubular, antrenat de motorul electric, este montat rigid un inel prevăzut pe suprafața exterioară cu multiple locașuri (degajări).
În regim de blocare, tija de acționare cilindrică al supapei electromagnetice pătrunde într-unul dintre aceste locașuri, determinând imobilizarea arborelui tubular. În această situație, rulmentul excentric nu mai poate roti, iar mecanismul de direcție dinamică este blocat.
Tija de acționare cilindrică al supapei electromagnetice, aflat în stare nealimentată, menține blocarea mecanismului de direcție dinamică, fiind menținut în poziția finală de un arc elicoidal.
La aplicarea tensiunii electrice de către unitatea de comandă, asupra bobinei supapei electromagnetice, tija învinge forța arcului și este retras în interiorul bobinei. În acest mod, tija iese din locaș, eliberând arborele tubular și deblocând mecanismul de direcție dinamică.
Figura 12.11 Construcția și principiul de funcționare a mecanismul de blocare a direcției dinamice
12.3 Diagnosticarea tehnică și mentenanța sistemelor adaptive de direcție activă și dinamică
Detectarea unei defecțiuni a sistemului este semnalizată printr-un mesaj afișat pe display-ul central al panoului de bort și prin aprinderea lămpii de control (Figura 12.12).
Figura 12.12 Modul de avertizare la detectarea unei defecțiuni a sistemului
În funcție de gravitatea defecțiunii, sistemul reacționează corespunzător. Unitatea de comandă este programată astfel încât sistemul să poată continua să funcționeze cu limitări minime. Fiecărei defecțiuni posibile și diagnosticabile îi corespunde o limitare clar definită a funcționării sistemului (denumită „nivel de protecție”).
Pot apărea următoarele abateri în funcționarea sistemului:
- Modificarea comportamentului direcțional al automobilului. La viteze reduse poate fi necesară o rotire mai mare a volanului. La viteze ridicate, automobilul poate reacționa mai sensibil la rotirea volanului;
- Funcția de menținere a stabilității direcționale prin intermediul direcției dinamice nu mai este activă;
- Poziționarea înclinată a volanului în timpul deplasării rectilinii.
În cazul unor defecțiuni grave ale sistemului, toate funcțiile direcției dinamice sunt dezactivate.
Programarea unității de comandă a direcției active
Programarea unității de comandă a direcției active se efectuează online, prin intermediul sistemului de gestionare a versiunilor software SVM (Software Versions Management).
În timpul efectuării reglajului de bază, unitatea de comandă a direcției active primește, o singură dată, informații de la:
- senzorul de unghi al rotației volanului;
- senzorul de poziție al arborelui motorului electric;
- senzorul de poziție poziția arborelui-pinion al mecanismului de direcție.
Unitatea de comandă compară valorile primite de la acești senzori (Figura 12.13). La autovehiculele noi, această corelare a semnalelor este realizată în fabrica producătoare.
Figura 12.13 Programarea unității de comandă a direcției active
În condiții de service, reglajul de bază este obligatoriu în următoarele cazuri:
- Instalarea unei unități noi sau diferite de comandă a direcției active;
- Instalarea unei coloane de direcție noi sau diferite;
- Instalarea unui senzor nou sau diferit de unghi al rotației volanului G85 ori calibrarea senzorului de unghi al rotației volanului;
- Reglarea unghiurilor de geometrie ale roților.
https://www.audi-technology-portal.de/en/chassis
https://www.youtube.com/watch?v=em1O8mz7sF0
Page updated
Google Sites
Report abuse