Λύσεις — Σύστημα Διεύθυνσης με Υδραυλική Υποβοήθηση (σελ. 125) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Σύστημα Διεύθυνσης με Υδραυλική Υποβοήθηση

Λύσεις στις 6 ερωτήσεις του κεφαλαίου: εξέλιξη ηλεκτρονικά ελεγχόμενου τιμονιού, δομή/λειτουργία υδραυλικού συστήματος κρεμαγιέρας-πινιόν, ασφαλιστικές βαλβίδες, ρύθμιση σκληρότητας με την ταχύτητα, πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα, τρόποι υποβοήθησης.

Λόγοι εξέλιξης του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου τιμονιού

Ερώτηση: Ποιοι λόγοι οδήγησαν τους κατασκευαστές στην εξέλιξη του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου τιμονιού;

Απάντηση:

• Ποιοι λόγοι οδήγησαν τους κατασκευαστές στην εξέλιξη του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου τιμονιού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πρώτοι σερβομηχανισμοί υποβοήθησης του τιμονιού ήταν καθαρά μηχανικοί και παρουσίαζαν σοβαρό πρόβλημα «ασάφειας» του τιμονιού καθώς αύξανε η ταχύτητα του αυτοκινήτου — δηλαδή δεν μπορούσαν να προσαρμόσουν τη δύναμη υποβοήθησης ανάλογα με τις συνθήκες οδήγησης. Οι πρώτες παρεμβάσεις έγιναν με απλό έλεγχο της υδραυλικής πίεσης στην αντλία υποβοήθησης, αλλά το πρόβλημα ξεπεράστηκε πραγματικά μόνο με την τοποθέτηση ειδικών αισθητήρων (ταχύτητας οχήματος, γωνιακής θέσης τιμονιού, στροφών κινητήρα) και μιας ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου, η οποία μπορεί να μεταβάλλει συνεχώς και με ακρίβεια τη δύναμη υποβοήθησης ανάλογα με την ταχύτητα και τις συνθήκες οδήγησης, δίνοντας στον οδηγό αίσθημα στιβαρότητας, σταθερότητας και ευκολίας. Επιπλέον, η ηλεκτρονική μονάδα προσέφερε τη δυνατότητα αυτοδιάγνωσης βλαβών, κάτι αδύνατο στα καθαρά μηχανικά/υδραυλικά συστήματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το καθαρά μηχανικό/υδραυλικό τιμόνι είχε «ασάφεια» στις υψηλές ταχύτητες· η ηλεκτρονική μονάδα με αισθητήρες ταχύτητας/γωνίας τιμονιού επέτρεψε ακριβή ρύθμιση της υποβοήθησης ανάλογα με τις συνθήκες, με αυτοδιάγνωση βλαβών

Δομή λειτουργίας υδραυλικού συστήματος υποβοήθησης κρεμαγιέρας-πινιόν

Ερώτηση: Εξηγήστε τη δομή λειτουργίας ενός υδραυλικού συστήματος υποβοήθησης με οδοντωτό κανόνα (κρεμαγιέρα) πινιόν.

Απάντηση:

• Εξηγήστε τη δομή λειτουργίας ενός υδραυλικού συστήματος υποβοήθησης με οδοντωτό κανόνα (κρεμαγιέρα) πινιόν.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σύστημα αποτελείται από μια αντλία λαδιού (με κύρια αντλία και υποαντλία), η οποία τροφοδοτεί με λάδι υπό πίεση τον θάλαμο αντίθλιψης μέσα στο κέλυφος της κρεμαγιέρας, όπου τέσσερα μικρά έμβολα πιέζουν τον άξονα του τιμονιού λειτουργώντας σαν περιστροφικός σύρτης. Μια μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος) δέχεται σήματα από τον αισθητήρα ταχύτητας του οχήματος και τον αισθητήρα γωνιακής θέσης του τιμονιού και, μέσω ενός βηματικού μοτέρ, ρυθμίζει το άνοιγμα μιας βηματικής βαλβίδας που ελέγχει τη ροή λαδιού της υποαντλίας προς τον θάλαμο αντίθλιψης. Όταν το όχημα κινείται αργά ή στρίβει με χαμηλή ταχύτητα, η βαλβίδα ανοίγει περισσότερο, η πίεση στον θάλαμο μειώνεται και το τιμόνι γίνεται «ελαφρύ»· όταν η ταχύτητα αυξάνεται, η βαλβίδα στενεύει, η πίεση ανεβαίνει και το τιμόνι «βαραίνει». Παράλληλα, μια βαλβίδα απόκρισης ρυθμίζει την πίεση ανάλογα με την αντίσταση κύλισης των τροχών στο οδόστρωμα, δίνοντας φυσική αίσθηση, ενώ ο οδοντωτός κανόνας, εμπλεκόμενος με το πινιόν, μεταφέρει τελικά την κίνηση στους τροχούς μέσω των ακρόμπαρων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αντλία λαδιού → θάλαμος αντίθλιψης με 4 έμβολα στον άξονα τιμονιού· μονάδα ελέγχου + βηματικό μοτέρ ρυθμίζουν τη βηματική βαλβίδα ανάλογα με ταχύτητα/γωνία τιμονιού, μεταβάλλοντας την πίεση (άρα το «βάρος» του τιμονιού)

Ρόλος ασφαλιστικών βαλβίδων

Ερώτηση: Ποιος ο ρόλος των ασφαλιστικών βαλβίδων του συστήματος με υδραυλική υποβοήθηση;

Απάντηση:

• Ποιος ο ρόλος των ασφαλιστικών βαλβίδων του συστήματος με υδραυλική υποβοήθηση;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι ασφαλιστικές (ανακουφιστικές) βαλβίδες προστατεύουν το υδραυλικό σύστημα από υπερβολική πίεση. Όταν το τιμόνι στραφεί τέρμα προς τη μία κατεύθυνση και οι τροχοί φτάσουν στην ακραία τους θέση, η πίεση του λαδιού που καταθλίβεται από την αντλία ανεβαίνει σε πολύ υψηλά επίπεδα, επειδή το λάδι δεν μπορεί πλέον να διοχετευθεί κανονικά. Η υψηλή αυτή πίεση πιέζει συνεχώς μια ατσάλινη μπίλια μέσα στη βαλβίδα· μόλις η πίεση ξεπεράσει την προκαθορισμένη τάση του ελατηρίου της βαλβίδας, αυτή ανοίγει και επιτρέπει στο λάδι να διαφύγει πίσω στο δοχείο, αποφεύγοντας έτσι την υπερφόρτωση και πιθανή καταστροφή της αντλίας ή άλλων εξαρτημάτων του υδραυλικού κυκλώματος. Υπάρχει ξεχωριστή ασφαλιστική βαλβίδα για την κύρια αντλία (ανοίγει γύρω στα 80 kg/cm²) και μία για την υποαντλία (γύρω στα 40 kg/cm²), ώστε κάθε τμήμα του κυκλώματος να προστατεύεται στο δικό του όριο πίεσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Προστατεύουν την αντλία/κύκλωμα από υπερβολική πίεση όταν το τιμόνι φτάνει στο τέρμα διαδρομής, ανοίγοντας (μέσω μπίλιας/ελατηρίου) και διοχετεύοντας το λάδι πίσω στο δοχείο

Ρύθμιση σκληρότητας τιμονιού με την ταχύτητα

Ερώτηση: Με ποιον τρόπο ρυθμίζεται η σκληρότητα του τιμονιού με την άνοδο της ταχύτητας στο αυτοκίνητο;

Απάντηση:

• Με ποιον τρόπο ρυθμίζεται η σκληρότητα του τιμονιού με την άνοδο της ταχύτητας στο αυτοκίνητο;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του οχήματος, η μονάδα ελέγχου, με βάση το σήμα του αισθητήρα ταχύτητας, διατάζει το βηματικό μοτέρ να περιστρέψει τη βηματική βαλβίδα έτσι ώστε να στενέψει τη δίοδο λαδιού που έρχεται από την αντλία προς τον θάλαμο αντίθλιψης. Αυτή η στένωση αναγκάζει την υδραυλική πίεση μέσα στη δίοδο —και συνεπώς και μέσα στον θάλαμο αντίθλιψης— να αυξηθεί. Επειδή τα τέσσερα έμβολα του θαλάμου αντίθλιψης πιέζουν τον άξονα εισόδου της κρεμαγιέρας, η αυξημένη πίεση κάνει τη λειτουργία του τιμονιού «βαρύτερη», δίνοντας στον οδηγό την αίσθηση σταθερότητας που απαιτείται στις υψηλές ταχύτητες. Αντίθετα, σε χαμηλή ταχύτητα η βηματική βαλβίδα ανοίγει περισσότερο, η πίεση παραμένει χαμηλή και το τιμόνι είναι «ελαφρύ», για ευκολία σε ελιγμούς/στάθμευση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η μονάδα ελέγχου, μέσω του βηματικού μοτέρ, στενεύει τη βηματική βαλβίδα όσο αυξάνεται η ταχύτητα, ανεβάζοντας την πίεση στον θάλαμο αντίθλιψης και «βαραίνοντας» το τιμόνι

Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα χειροκίνητου και υποβοηθούμενου τιμονιού

Ερώτηση: Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα χειροκίνητου και υποβοηθούμενου τιμονιού;

Απάντηση:

• Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα χειροκίνητου και υποβοηθούμενου τιμονιού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το χειροκίνητο (χωρίς υποβοήθηση) τιμόνι είναι απλούστερο, φθηνότερο και δεν εξαρτάται από κανένα υδραυλικό ή ηλεκτρικό εξάρτημα, αλλά έχει ως βασικό μειονέκτημα ότι απαιτεί μεγάλη μυϊκή δύναμη από τον οδηγό, ιδίως στο παρκάρισμα, στις απότομες στροφές, στις χαμηλές ταχύτητες και με φαρδιά ελαστικά, γεγονός που κουράζει τον οδηγό και δυσκολεύει τους ελιγμούς. Το υποβοηθούμενο τιμόνι, αντίθετα, χρησιμοποιεί σερβομηχανισμούς που παίρνουν κίνηση από τον κινητήρα (ή δικό τους ηλεκτροκινητήρα) και, μέσω πίεσης λαδιού, μειώνουν σημαντικά την απαιτούμενη προσπάθεια του οδηγού· τα πλεονεκτήματά του είναι το ελαφρύ τιμόνι, η μικρότερη ακτίνα στροφής από τέρμα σε τέρμα και η ταχύτερη αντίδραση σε καταστάσεις πανικού ή γρήγορη οδήγηση. Ως μειονέκτημα, το υποβοηθούμενο σύστημα είναι πιο πολύπλοκο και ακριβότερο, με περισσότερα εξαρτήματα που μπορεί να παρουσιάσουν βλάβη· ωστόσο, ακόμη κι αν ο σερβομηχανισμός σταματήσει να λειτουργεί, το σύστημα διεύθυνσης συνεχίζει να λειτουργεί μόνο με τη μυϊκή δύναμη του οδηγού, απαιτώντας απλώς μεγαλύτερη προσπάθεια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χειροκίνητο: απλό/φθηνό αλλά κουραστικό σε χαμηλές ταχύτητες/παρκάρισμα· Υποβοηθούμενο: ελαφρύ τιμόνι, μικρότερη ακτίνα στροφής, γρήγορη αντίδραση, αλλά πιο πολύπλοκο/ακριβό — αν χαλάσει, λειτουργεί ακόμη χειροκίνητα με περισσότερη προσπάθεια

Τρόποι υποβοήθησης του τιμονιού

Ερώτηση: Με ποιους τρόπους γίνεται η υποβοήθηση του τιμονιού;

Απάντηση:

• Με ποιους τρόπους γίνεται η υποβοήθηση του τιμονιού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η υποβοήθηση του τιμονιού μπορεί να γίνεται με δύο βασικούς τρόπους. Ο πρώτος είναι η υδραυλική υποβοήθηση, όπου μια αντλία λαδιού —κινούμενη συνήθως με ιμάντα από τον κινητήρα του αυτοκινήτου— δημιουργεί πίεση λαδιού που ασκείται στον θάλαμο αντίθλιψης μέσα στην κρεμαγιέρα, μειώνοντας την προσπάθεια που απαιτείται από τον οδηγό για να στρίψει το τιμόνι· η πίεση αυτή ρυθμίζεται ηλεκτρονικά ανάλογα με την ταχύτητα και τη γωνιακή θέση του τιμονιού. Μια παραλλαγή αυτής είναι η υδραυλική υποβοήθηση με ανεξάρτητο ηλεκτρικό κινητήρα, όπου η αντλία (γραναζωτή) κινείται από δικό της ηλεκτροκινητήρα αντί για ιμάντα, ώστε να είναι ανεξάρτητη από τις στροφές του κινητήρα του αυτοκινήτου και να λειτουργεί ακόμη κι αν αυτός σβήσει. Ο δεύτερος τρόπος είναι η ηλεκτρική υποβοήθηση (χωρίς καθόλου υδραυλικό λάδι), όπου ένας ηλεκτροκινητήρας συνδεδεμένος απευθείας στο σύστημα διεύθυνσης παρέχει τη δύναμη υποβοήθησης με βάση τα σήματα των αισθητήρων, απλοποιώντας ακόμη περισσότερο τη διάταξη — τρόπος που εφαρμόζεται ολοένα περισσότερο, ιδίως σε μικρά αυτοκίνητα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Υδραυλική υποβοήθηση (αντλία με ιμάντα ή με δικό της ηλεκτροκινητήρα) και καθαρά ηλεκτρική υποβοήθηση (ηλεκτροκινητήρας απευθείας στο σύστημα διεύθυνσης, χωρίς λάδι)