Elektromechanický posilovač řízení: Proč dnes převládá? A v čem se liší jeho typy?

Zásadním rozdílem mezi hydraulickým či elektrohydraulickým posilovačem řízení a popisovaným elektromechanickým, spočívá v absenci hydrauliky. K vyvození posilového účinku tak v tomto případě slouží výhradně elektromotor v kombinaci s vhodně zvoleným redukčním převodem. Předností těchto systémů je ale více. Jednou z nich je relativně snadná změna posilového účinku v závislosti na jízdních podmínkách. Při parkovacích rychlostech tak řízení vyžaduje jen zcela minimální sílu. Naopak s rostoucí rychlostí řízení tuhne, čímž je splněn předpoklad pro lepší kontakt řidiče s vozovkou. A tedy citlivější řízení. V praxi však toto ovlivňuje celá řada aspektů.

Z dalších výhod můžeme zmínit asistenční funkce, které jsou ve vozidlech čím dále častější. Při počínajícím smyku tak elektromechanický posilovač může řidiči pomoci tím, že mu vyvozením malého silového momentu naznačí, na jakou stranu má volantem točit, aby vznikající smyk snadněji zvládnul v jeho počátku. Jde o funkci, která předchází zásahu stabilizačního systému ESP.

Jinou funkcí je možnost nabídnout systém samočinného parkování, kdy elektromotor sám aktivně vychyluje kola a navenek tak točí volantem. U hydraulického případně elektrohydraulického posilovače toto nabídnout nelze.

K nevýhodám, které jsou často skloňovány, patří zmenšení zpětné vazby od kol, přenášené do volantu. Ta je však v současnosti vyžadována řidiči stále méně, neboť komunikativní řízení je zároveň pro mnohé méně komfortní. Nevýhodou může být také vyšší zatížení elektrické sítě vozidla.

V zásadě se dnes ve větší míře používají dvě odlišné koncepce elektromechanického posilovače řízení - s akčním členem (elektromotorem) na sloupku řízení a dále s elektromotorem na řízení (ozubené tyči). Tento se dále dělí na systém s vlastním pastorkem a systém osově souměrný (paraxial).

Pohled do historie

Elektromechanický posilovač řízení sice auta ve zvýšené míře používají až od přelomu tisíciletí, ovšem pokusy sestrojit takový posilovač se datují do 80. let. V roce 1988 představila firma Koyo řešení s elektromotorem na sloupku řízení. Podle dostupných informací to vypadalo podobně jako pozdější takto koncipované typy. Zajímavé je, že systém byl zmíněnou firmou zamýšlený pro použití ve větších automobilech.

Na elektromechanickém posilovači řízení pracovala v polovině 80. let také známá firma TRW. Za hlavní úskalí vývoje a tedy i důvod, proč se tento typ servořízení neprosadil už dříve, byl údajně problém s rychlým vybíjením akumulátoru vozidel, což se dělo zejména při parkování a tedy rychlém točení volantem.

Prvním autem, které používalo v sériové produkci elektromechanický posilovač řízení, se stala supersportovní hliníková Acura NSX, u nás známá jako Honda NSX z roku 1990. Nabízen byl zprvu za příplatek v kombinaci se samočinnou převodovkou. Později coby sériové výbava. Posilovač řízení pro Acuru (Hondu) dodávala firma Showa. Šlo o docela zvláštní řešení, které později převzala třeba původní Honda Insight. Elektromotor konstruktéři umístili přímo na řízení. Avšak nikoliv mimo něj, jako je tomu u dvojice výše popsaných systémů, ale opravdu přímo do něj. Řízení v podobě ozubené tyče tak vlastně procházelo středem elektromotoru, jehož rotor byl objímkou tyče (vřetena) řízení. Nebo jinak řečeno, tyč řízení byla přímo součástí rotoru elektromotoru. Šlo tedy o souosou koncepci posilovače řízení.

Elektromotor na sloupku řízení – Posilovač pro lehká auta

Servořízení s akčním členem na sloupku vyniká příznivou hmotností a malými zástavbovými rozměry. Je tudíž vhodné zejména pro vozidla nižších tříd. Zajímavostí je, že sloupek řízení tvoří s posilovačem jeden kompaktní celek. Někteří výrobci, třeba firma Bosch, jej tak dodávají automobilkám už vcelku. Na druhou stranu to však může trochu komplikovat případné opravy a zvyšovat servisní náklady na ně. Dále firma Bosch coby jeden z výrobců zařízení uvádí zajímavé číslo - podle zmíněné firmy je tento typ vhodný pro auta s maximálním zatížením přední nápravy 1000 kg.

Bez ohledu na koncepci elektromechanického posilovače řízení jsou k jeho správné činnosti nezbytně nutné některé vstupní údaje, které snímají příslušné snímače. Sem patří snímač úhlu natočení volantu, snímač točivého momentu na volantu a dále snímač točivého momentu v řízení. Snímače momentu využívají v principu takzvaných vířivých proudů. Díky tomu mohou mít kompaktní rozměry a hlavně přenos signálu z nich je bezdotykový. Jde o velmi důležité vstupní parametry do řídicí jednotky servořízení. Dalším údajem je samozřejmě rychlost jízdy vozidla. Akčním členem je elektromotor. Zpravidla se používá stejnosměrný sériový s přerušovaným budicím vinutím.

Při otáčení volantem pomáhá elektromotor otáčet volantovou tyčí. Mezi ní a elektromotorem je vložena dvoustupňová redukční převodovka. Z pohledu konstrukce se jedná o nejlevnější a asi i nejjednodušší systém. Zároveň jde o první typ, který výrobci masově použili napříč rozličnými modely aut. Poprvé se tento typ objevil na sklonku 90. let ve Fiatu Punto 2. generace (řada 188) a také v první Toyotě Yaris ze stejného období. Později jej nabídli i ostatní výrobci. Třeba Renault u Mégane II/Scénicu II, či Citroën v malých modelech C1, C2 a C3.

Fiat u Punta či Stila v souvislosti s tímto typem posilovače řízení umožnil řidiči vybrat si, zda chce vyšší, nebo nižší posilový účinek. Jistě vzpomínáte na tlačítko „city“ na palubní desce. Po jeho aktivaci šel volant tak lehce, jako kdyby byla přední kola snad ve vzduchu. Něco podobného v rozšířenějším vydání přinesly později také korejské automobilky.

Elektromotor na řízení s vlastním pastorkem – Pro větší a těžší auta

Dokonalejší systém elektromechanického posilovače řízení představují typy, u nichž je elektromotor coby akční člen přesunutý ze sloupku řízení přímo na řízení. V porovnání s výše popsaným typem na sloupku se tento uplatní zejména u těžších a tedy větších automobilů. V případě vyšší hmotnosti zejména přední části by totiž servomotor na sloupku volantu dost namáhal volantový hřídel, který by tak musel být masivnější spolu s robustnější redukční převodovkou.

Přesunutím elektromotoru přímo na řízení lze i u hmotných aut zachovat příznivou hmotnost sloupku řízení. Převodka řízení může být zároveň robustnější, navíc posilový účinek působí přímo tam, kde je ho potřeba. Dle údajů firmy Bosch je tento typ posilovače vhodný pro vozidla se zatížením přední nápravy až do hmotnosti 1200 kg.

Jak to celé vypadá? Snímače potřebné pro funkci jsou obdobné jako u výše uvedeného jednoduššího typu. Jak je zřejmé z názvu, rotace pastorku elektromotoru posilovače se přes bezpečnostní vložený člen přenáší na kolo se šikmým ozubením, které je v záběru se šnekem vřetena řízení. Takto to prezentovala firma Bosch. Posilovač řízení, jehož elektromotor má vlastní pastorek, využíval v minulosti hojně koncern Volkswagen. Najdete to kupříkladu jak v Golfu 5. generace a jeho derivátů, tak i ve větším Passatu B6. Dle interpretace VW je pastorek elektromotoru v záběru s druhým hřebenem, který je podobně jako šnek součástí vřetena řízení.

Pokud zůstaneme u Golfu 5. generace, tak v základním uspořádání systém disponoval osmi rozličnými mapami chování posilovače řízení, přičemž řídicí jednotka dokázala pojmout až 16 různých map řízení. Mapa posilovače řízení vlastně ukazuje závislost momentu posilového účinku na momentu v řízení. Každá z map se navíc skládala z další pětice map podle rychlosti vozidla. Od 0 do 250 km/h.

Elektromotor na řízení osově souměrný – Nejen pro SUV a luxusní třídu

Osově souměrný elektromechanický posilovač má elektromotor uložený podobně jako typ s druhým pastorkem, tedy přímo na řízení. Vhodný je pro nejtěžší osobní auta, jmenovitě velká SUV a dále vozy luxusní třídy až do zatížení přední nápravy 1600 kg. Dnes se však používá i v mnohem nižších kategoriích, takže jej najdete třeba u současných modelů Volkswagenu Golf, Fordu Focus či Opelu Astra. Tedy v autech kompaktní třídy. U Volkswagenu tento typ posilovače používal jako první původní Tiguan.

Osově souměrný posilovač vypadá na první pohled skoro stejně jako typ s pastorkem. Liší se však uspořádání přenosu točivého momentu z elektromotoru na řízení. Podélná osa elektromotoru je s řízením vozidla rovnoběžná. Proto osově souměrný. Rotační pohyb rotoru elektromotoru se přenáší na převodku s oběhem kuliček (kuličkový řetěz) přes ozubený řemen. Základem převodky je tedy matice, která tvoří objímku vřetena řízení, tvořeného drážkami. Kuličky (kuličkový řetěz) tak obíhají mezi maticí a drážkovaným vřetenem. V závislosti na směru otáčení volantu se pohybují kuličky na jednu či druhou stranu a současně dochází k posouvání matice na tyči (vřetenu) řízení.

Foto Volkswagen, Bosch, Honda, Škoda Auto a archiv