Posilovač řízení: Soudruhu, nedři se!

Ještě v devadesátých letech minulého století výrazně převažovaly hydraulické posilovače řízení. Nicméně už v předešlém desetiletí u nich byla snaha řídit posilový účinek. Ten nejprve klesal v závislosti na otáčkách motoru, což bylo relativně jednoduché k vyřešení. Prostě se do čerpadla vložil odstředivý regulátor, jenž toto umožnil.

Posilový účinek je velmi výhodný při nízkých rychlostech. Naopak při těch vysokých je spíše nežádoucí, neboť omezuje kontakt řidiče s vozovkou. Sice to nemusí vždycky platit, nicméně jde o zažitý úzus.

Logickou snahou proto bylo omezit účinek posilovače při rychlé jízdě. V roce 1986 přišla firma ZF s první generací svého Servotronicu. Premiéru si odbyl na vzácné Lancii Thema 8.32 s osmiválcem z Ferrari Mondial. Jen několik měsíců nato se Servotronic stal standardním vybavením BMW 750i/iL (E32). První systémy tohoto druhu ale měly k vytoužené dokonalosti daleko. V dobových testech byl Servotronic neustále terčem kritiky motoristických novinářů, většinou za opožděnou reakci a inertnost celého řízení.

Nastupuje elektrika

Modernější alternativou hydraulického posilovače řízení se stal v polovině 90. let takzvaný elektrohydraulický posilovač řízení. Jeho předností je, že neodebírá motoru výkon a navíc má i výhodnější zástavbové parametry. To jej od začátku předurčovalo k nasazení v automobilech nižších segmentů s maloobjemovými motory.

Jak známo, inovativní technická řešení ale jenom zřídka slaví premiéru v cenově dostupném voze, a ani tady tomu nebylo jinak. Průkopníkem v zavádění elektrohydraulického posilovače se stal u nás málo známý sportovní automobil Renault Alpine A610. Jde současně o poslední model slavné francouzské značky činné také v automobilových soutěžích. Vzpomínáte na letos už dvaaosmdesátiletého závodníka Vladimíra Hubáčka?

Progresivní řízení: Stejně zatáčet, méně ale točit volantem

A610 byla v roce 1992 vlastně důkladnou modernizací řady GT/GTA vyráběné od poloviny osmdesátých let. Jednou z inovací bylo zavedení posilovače řízení, který předchozímu modelu dost chyběl. A protože má A610 motor až za zadní nápravou (stejně jako všechna Porsche 911), stáli francouzští konstruktéři před problémem značné vzdálenosti mezi motorem a přední nápravou. Hydraulické potrubí by v tomto případě muselo být hodně dlouhé…

Pomoc přišla od specializované firmy TRW, jež vyvinula systém, u něhož je čerpadlo poháněno samostatným elektromotorem. Vznikla tak vysoce kompaktní jednotka elektromotor/čerpadlo/vyrovnávací nádoba na hydraulický olej. Tento celek byl umístěn do ploché přídě A610 a bylo to.

V masovém měřítku se elektrohydraulický posilovač řízení dočkal rozšíření o tři roky později ve vozech Citroën Saxo/Peugeot 106. Následovaly pak Opel Astra G a také Škody Fabia první a později druhé generace.

První masově vyráběný systém na zmíněných malých vozech koncernu PSA ještě nedokázal snížit otáčky čerpadla v případě, že řidič nepotřeboval zatáčet. Vinou toho měly tyto první systémy relativně velký proudový odběr. Výše uvedenou vlastnost patrně také neumožňovala tehdejší elektrická síť bez datových sběrnic CAN, která prostě byla příliš pomalá.

Pozdější verze, použitá kupříkladu u vozu Škoda Fabia první generace, již pracovala se snímačem otáček volantu, jakož i momentu na něm, jenž dával v případě potřeby impuls ke zvýšení otáček čerpadla a tedy růstu hydraulického tlaku v systému. To samozřejmě výrazně šetřilo elektrickou energii, a tedy i alternátor.

Oba popsané systémy, navzdory sofistikovanosti, ale mají stále jednu podstatnou nevýhodu, a tou je samotná hydraulika. Ta vyžaduje nejen vyrovnávací nádobku s hydraulickými hadicemi a vedením, nýbrž i relativně složité řízení, jež musí obsahovat pracovní válec a také řídicí ventil rozvádějící kapalinu na příslušnou stranu zmíněného válce podle toho, kam zrovna točíte volantem.

Hydraulika už není potřeba

Posilovač řízení, jenž by se obešel bez komplikované hydrauliky, existuje už docela dlouho. Úplně poprvé jej použila Honda na dodnes úžasném kupé NSX. Psal se rok 1990 a bylo to výhradně v kombinaci se samočinnou převodovkou. Jak tento raný a do jisté míry ojedinělý systém od firmy Showa fungoval v praxi, by mě docela zajímalo. Bohužel tehdejší novinářské NSX bylo i v zámoří pouze s manuální převodovkou. Asi Honda, pardon Acura věděla proč…

Japonský supersport byl dlouhá léta jediným uživatelem popisované techniky. V masovém měřítku se uplatnění dočkal až na sklonku devadesátých let ve Fiatu Punto druhé generace a posléze ve Stilo. Acura NSX ale používala zcela ojedinělou verzi, u níž byl servomotor přímo součástí tyče řízení. Rotor elektromotoru tak vlastně tvořil objímku ozubené tyči (hřebenu) řízení. Pro zmíněné masové modely byla vyvinuta výrazně jednodušší varianta, čímž se dostáváme k jednotlivým variantám.

Posilovač řízení s elektromotorem na sloupku řízení

Zřejmě nejjednodušší verze elektromechanického posilovače řízení. Dodnes převažuje u vozidel nižších segmentů a najdete ho také u větších automobilů. Jeho charakteristickým znakem je akční člen v podobě servomotoru umístěný na sloupku řízení, lidově na volantové tyči.

Přenos síly z elektromotoru na volantovou tyč je řešen přes šnekový převod a šikmé ozubení, které je přímo součástí pomocného hřídele. Ten je dutý, přičemž jím vede druhý hlavní hřídel, spojený přímo s volantem. Systém pracuje se dvěma nezbytnými snímači: momentu, jímž řidič působí na volant, a úhlu natočení volantu. Na základě signálu od obou pak otáčí elektromotor volantovým hřídelem ve stejném smyslu, jako řidič.

Výhody: Příznivá cena, malé nároky na zástavbu (vhodné pro malá auta), umožňuje samočinné parkování plus jiné podpůrné systémy řidiče, nízké energetické nároky.

Nevýhody: Nejvíce mate zpětnou vazbu v řízení, limitujícím faktorem je tloušťka, respektive dimenzace tyče sloupku řízení. Nevhodné pro těžká vozidla.

Příklady použití: Fiat Punto Mk2, Fiat Grande Punto (EVO, Punto), Renault Clio Mk3, Renault Mégane Mk2/Mk3, Mazda SkyActive (2, 3, 6, CX-5), Citroën C2, C3, DS3, Škoda Fabia Mk3, Volkswagen Up!, Škoda Citigo atd.

Posilovač řízení se dvěma pastorky

Tato verze posilovače řízení se od výše uvedeného dost zásadně odlišuje. Předně je to umístěním servomotoru, který již není na sloupku řízení, nýbrž je přesunutý mnohem níže k ozubené tyči, tedy k samotnému řízení. To má vlastně dva hřebeny. Do jednoho je zasazen pastorek od volantu, do druhého pastorek od elektromotoru posilovače. Nezbytné snímače momentu na volantu a jeho úhlu natočení jsou stejné, jako v předešlém případě.

Výhody: Vysoká přesnost, méně mate zpětnou vazbu od kol, široké pole využití (od rodinných aut až po sportovní), nenamáhá hřídel volantu (ten tak může být méně robustní a tedy s menší setrvačností – lepší řízení), kompatibilita s podpůrnými systémy řidiče.

Nevýhody: Vyšší cena, větší zástavbové nároky, je už dnes překonaný.

Příklady použití: koncern Volkswagen, konkrétně modely Golf Mk5, Mk6, Volkswagen Scirocco, Škoda Octavia Mk2, Škoda Superb Mk2, Škoda Yeti, Audi A3 Mk2, Audi TT Mk2, Seat Leon Mk2, Seat Altea, aj.).

Posilovač řízení paraxial (osově souměrný)

Dosud nejpokrokovějším masově rozšířeným elektromechanickým posilovačem řízení je typ paraxial. I v tomto případě je elektromotor situovaný přímo na ozubené tyči řízení. Stejné jsou rovněž snímače momentu a úhlu natočení volantu, přičemž i tady jsou vlastně dva hřebeny.

Od verze s dvojicí pastorku se odlišuje způsobem přenosu sil z elektromotoru na řízení. Překvapivě se zde využívá kombinace krátkého ozubeného řemenu a kuličkového převodu, podobného tomu v řízeních s „oběhem kuliček“. Na hřídeli elektromotoru je nasazena malá řemenice, na ozubené tyči řízení naopak velká. Druhá jmenovaná je vlastně objímkou ozubené tyče. Přenos síly z řemenice na tyč řízení je realizován zmíněným kuličkovým převodem, který zde tvoří kuličkový řetěz. Ten je ve stálém záběru s pomocným hřebenem na tyči řízení, kterou tak vlastně unáší. Do hlavního hřebene je opět zasazen pastorek od volantové tyče (sloupku řízení).

Výhody: Velmi nízké tření, vysoká přesnost, nejméně mate zpětnou vazbu od kol, kompatibilita s podpůrnými systémy řidiče.

Nevýhody: Vysoká cena, zástavbové nároky.

Příklady použití: koncern Volkswagen platforma MQB (Volkswagen Golf Mk7, Seat Leon Mk3, Škoda Octavia Mk3, Audi TT Mk3, Volkswagen Passat B8 aj.), Volkswagen Tiguan, Audi Q3, BMW 3 (F25), BMW X3 (F30), BMW X4, Ford C-Max Mk2, Ford Focus Mk3, Ford Mondeo Mk4, Porsche Cayman Mk2, Porsche 911 (991), aj.