Get Adobe Flash player

Deshko Zoltán
mechatronikai mérnök MSc hallgató
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar

Dr. Tóth János
főiskolai docens
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar

 

Az autóhasználat ma már szerves részét képezi mindennapi életünknek. Legyen szó bevásárlásról, munkáról, szórakozásról vagy egyéb teendőkről. A járművek használatával időt lehet megspórolni, valamint kényelmesebbé tenni az utazással eltöltött időt. A kényelmet nem feltétlenül a bőrüléseken és a különféle hangtechnikai berendezéseken kell érteni, sokkal inkább a vezetési élményen és a járműkezelésének könnyedségén. Ezért manapság nélkülözhetetlen szerepet játszanak a szervokormányok.

The power steering systems are really important in the vehicle industry. The steering system is a necessary part of a car practical and comfortable reasons. The electro hydraulic steering system is an advanced hydraulic system. Our paper is really complex, as it combines different kind of fields, such as mechanical technology, electronics and information technology. We have used the devices of the Bosch Rexroth. They were suitable for making that hydraulic circuit we have planned. The project has been created by more parts. The main part was to create the hydraulic circuit and its the control system. We selected a PLC for control of project. We also have used analog and digital signals to make this project work.

 

Hidraulikus rendszerekről röviden

A hidraulikus meghajtás az energiaátvitel elvén alapszik, azaz a hidraulika-folyadékmechanikai munka befektetéssel energiát közvetít, melyet megfelelő berendezés segítségével (pl. munkahenger) ismét visszaalakítanak mechanikai munkává. Az energiaátvitel fajtájától függően hidrosztatikus és hidrodinamikus energiaátvitel lehetséges [1].

A hidraulika fontos előnyei pneumatikával szemben a teljesség igénye nélkül:
l a folyadék összenyomhatatlansága következtében működésükkor nincs késés,
a. követőrendszerként alkalmazhatóak;
b. gyors működőképességgel rendelkeznek;
l a mozgatási sebesség jól szabályozható;
l egymáson elmozduló berendezések külön kenést,
hűtést nem igényelnek;
l szélső, és tetszőleges közbülső helyzetben a folyadék bezárásával a működtetett hidraulikus motorok rögzíthetőek;
l a rendszer fajlagos tömege és térfogata viszonylag kicsi;
l jó hatásfokú;
l hosszú üzemidő.

A szervokormányoknak több típusa ismert napjainkban. A hidraulikus szervokormány mellett szól még, amit nélkülözhetetlen megemlítenünk, a vezetési élmény. Nagyobb mértékben ad visszajelzést a kerekek mozgásváltozásáról és realisztikusabb vezetési élményt nyújt.

Hidraulikus rásegítésű szervokormány

A hidraulikus szervokormányokat (kormányszervokat) (1. ábra) az jellemzi, hogy a kifejtett szervo-hatás kizárólag a kormánykerékre ható forgatónyomatéktól függ. A rásegítő erő ezzel a nyomatékkal arányos [2].

 

deb1

1. ábra: Hidraulikus szervokormány elvi működése

 

Elektrohidraulikus rásegítésű szervokormány

Az elektrohidraulikus és elektromos szervokat számítógép vezérli, ami azt jelenti, hogy a szervohatás mértéke több tényezőtől függhet (például a sebességtől). Az elektrohidraulikus szervoban az erő kifejtése továbbra is olajnyomással valósul meg, de annak mértékét elektronika vezérli. A kormányoszlopban a csőbe van bújtatva a torziósrugó, de a két alkatrész közé elfordulás érzékelő van beépítve (2. ábra), ami a számítógéppel (ECU) van összeköttetésben [2].

 

deb2

2. ábra. Elektrohidraulikus rásegítésű kormányrendszer
elvi működése

 

Elektromos rásegítésű szervokormány

Az elektromos rásegítésű kormányszervoban már nincs hidraulika, a rásegítést villamos áram, villamos motor szolgáltatja.
Egyes estekben nem kell hozzányúlnia hagyományos kormánygéphez (esetünkben a fogasléchez). A szervo egyszerűen megnöveli azt a forgatónyomatékot, amit a gépkocsivezető a kormánykerékre kifejt. Míg más esetben az egész kormánygép új konstrukció [2].

Az általunk megvalósított hidraulikus modell

A modellünket a gépészeti, elektronikai és informatikai részfeladatok egyesítése teszi igazán újszerűvé és aktuálissá a mai technikai megoldások mellett. Ezzel sikerült megalkotnunk egy komplex mechatronikai feladatot.
A szervokormány modell megvalósításához egyaránt meg kellett építeni a hidraulikus- elektrohidraulikus kört valamint a feladat irányítására szolgáló ipari PLC-vel (Programmable Logic Controller) megvalósított elektromos áramkört is. A modell (3. ábra) teljes egészében ipari eszközök segítségével valósult meg. Működését tekintve, nem tér ki a segédenergia előállítási módjára, mivel a működési módot helyezi középpontba.

 

deb3

3. ábra. Az általunk megvalósított sebességfüggő
szervokormány modell

 

A hidraulikai rendszereknél nagy figyelmet kell fordítani a hidraulikus elemekből származó veszteségek minél nagyobb mértékű kiküszöbölésére. Ezt a gondolkodást igyekeztünk megvalósítani a szelepek és fojtások elhelyezésénél, munkafolyadék szempontjából figyelembe vett sorrendjük kialakításánál. Fontos ugyanis, hogy a tudatosan létrehozott veszteség (azaz amit a fojtószelep segítségével idéztünk elő) a kapcsolási elemekből adódó (útváltószelepek) veszteség után legyen, mivel így a veszteségek mértéke jelentősen alacsonyabb lesz.
A kormánykerék forgását szimuláló hidraulikus kapcsolási körbe (4. ábra) beletartozik az elektromos vezérlésű 4/3-as hidraulikus útváltószelep és az analóg vezérlővel ellátott arányos szelep.

 

deb4

4. ábra. A modell hidraulikus kapcsolási rajza

 

A felhasználói felület

A kitűzött feladat kényelmesebb felhasználásához elkészítettünk egy úgynevezett számítógépes kommunikációs felületet. A kommunikációs felület bal oldalán (5. ábra) található a kerékátmérő beállításáért felelős csúszka (0”–40”), amelyben a mérték megadás inchben (colban) értendő. A bal oldali mérőóráról visszajelzést kapunk a választott kerék nagyságáról. A felhasználói felület jobb oldalán található a sebességmérő óra, amely a PLC programban szereplő matematikai műveletekkel meghatározott, módosított szimulált értéket mutat. A sebességmérő alatt megtalálható a modellben felhasznált valós szögsebesség értékek.
A képernyő (5. ábra) felső részen találhatóak az irányváltásért felelős nyomógombok (téglalap és nyíl formában). Középen a “START” gomb segítségével lehet a szimulációt elindítani.

 

deb5

5. ábra. Felhasználói felület
Az ábra közepén az “Impulse” gombbal szenzorhiba esetén (jelkimaradás) a meghibásodott jeladó szimulálható. Ezzel ellenőrizhető, hogy nem a rendszerben van a hiba, hanem a szenzor hibásodott meg. A kijelző középső részén található jelző lámpák az éppen aktuális számított sebesség értékekről adnak visszajelzést.
A tartományok visszajelzése hangsúlyozva van
a színek kiemelésével (0-40 km/h) sötétzöld, (40-80
km/h) narancssárga, (80< km/h) piros színűre változik (8. ábra). A sebességmérő jelzőcsíkja is az előbb felsorolt három színre változik a jelzőlámpákkal párhuzamosan (6. 7. és 8. ábra).

 

deb6

6. ábra. Alacsony sebességtartomány

 

deb7

7. ábra. Közepes sebességtartomány

 

 

deb8

8. ábra. Magas sebességtartomány

 

 

A szervokormány modell működési folyamata

A modell működése (9. ábra) a Start gombbal indul, ami a motor beindításának folyamatát szemlélteti. Ezt követően kiválaszthatjuk a jármű kerekének átmérőjét. A következő lépés egy feltételvizsgálat a kormány mozgásának függvényében. Amennyiben a kormánykerék mozog, beindul a szivattyú. Ezután egy kettős feltételvizsgálat következik, ami megállapítja, melyik sebesség tartományban forog a kerék (sebessége nélkül). A három tartománynak megfelelően kapcsolja a szelepeket, így létrehozva a sebességfüggő három fokozatú szervo rásegítést.

 

deb9

9. ábra. A működés folyamat ábrája

 

Összefoglalás

Létrehoztunk egy három lépcsős sebességfüggő, azaz egyes sebességtartományokban más-más rásegítési szintek szerint működő hidraulikus szervokormány modellt. Munkánkban megvalósítottuk a rendszer mechanikus és elektronikus vezérlését. A megépített szerkezet tökéletesen szimulálja egy modern járműbe integrált szervo rásegítő rendszer működését. A Rexroth elektrohidraulikus oktatópanel segítségével egy jól szemléltethető és könnyen megérthető modellt valósítottunk meg, ami könnyen átláthatóvá teszi a megépített rendszert működés közben.

Szakirodalmi hivatkozások

[1] http://autotechnika.hu/uploads/files/archiv/2003/04/55-57.pdf. Letöltve: 2014-11-01
[2] http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/kormany/szervok/szervo.html. Letöltve: 2014-11-08
[3] Raptis Dimitrios Hidraulika Bázis TP501 tankönyv Budapest Kontaktprint Kft 2006., 108o. ISBN: 978-963-88159-4-1
[4] Rudolf Barnkopf – Hidraulika a gyakorlatban: kézkönyv a tervezéstől az üzemeltetésig, Budapest, Flaccus, 2011., ISBN: 9789639412859
[5] A modell működés közben – https://www.youtube.com/
watch?v=vNDa0E6gOko&feature=youtu.be
Készült: 2014-11-05
[6] Deshko Zoltán – Elektrohidraulikus szervokormány modellezése ipari vezérlő segítségével, Szakdolgozat, Debreceni Egyetem, 2014.