Wspomaganie układu kierowniczego jest standardowym wyposażeniem nawet najmniejszych i najlżejszych samochodów osobowych. Rośnie grupa kierowców, którzy nigdy nie prowadzili pojazdu bez wspomagania. Prawdopodobne wielu z nich nie potrafiłoby się bez niego obyć.

Systemy wspomagania są obecne w samochodach osobowych od dziesięcioleci i nieustannie ewoluują. Tempo zmian przyspieszyło wraz ze wzrostem udziału elektroniki i mikrokontrolerów w sterowaniu pojazdem. Powstają zaawansowane konstrukcje dostosowujące parametry wspomagania do prędkości jazdy, stylu prowadzenia pojazdu, współpracujące z oprogramowaniem rozpoznającym kierowcę i zapamiętującym jego przyzwyczajenia i preferencje.
Elementy systemów wspomagania układu kierowniczego są wykorzystywane do realizacji funkcji asystenta parkowania, a w samochodach autonomicznych są jednymi z elementów wykonawczych realizujących polecenia komputera sterującego ruchem pojazdu. Te zastosowania wyznaczają kierunek rozwoju wspomagania w najbliższych latach: coraz bardziej wyrafinowane sterowanie i stopniową rezygnację z systemów hydraulicznych na rzecz elektrycznych.

Trzy grupy

Systemy wspomagania układu kierowniczego dzielą się na trzy rodzaje, w zależności od rodzaju napędu: hydrauliczne, elektryczne i hybrydowe (EPHS – Electrically Powered Hydraulic Steering). W pierwszym przypadku przekładnia kierownicza ma zabudowany siłownik z tłokiem dwustronnym, napędzanym przy pomocy oleju (płynu) hydraulicznego pod wysokim ciśnieniem, uzyskiwanym przy pomocy pompy napędzanej przez silnik spalinowy.
Wspomaganie elektryczne wykorzystuje silnik elektryczny, natomiast EPHS jest połączeniem hydraulicznego układu wykonawczego z pompą oleju hydraulicznego napędzaną silnikiem elektrycznym.
W samochodach z napędem elektrycznym i hybrydowym montowane są systemy wspomagania elektryczne i hydrauliczno-elektryczne.
Każdy typ wspomagania wymaga innego podejścia podczas diagnozowania i naprawy, a także innego zestawu narzędzi oraz przyrządów diagnostycznych. W zależności od oczekiwanej liczby zleceń trzeba rozważyć, czy opłaca się wykonywanie tego rodzaju napraw i na jakim poziomie będą one prowadzone. W wielu przypadkach okaże się, że racjonalnym podejściem jest ograniczenie się do wstępnej diagnozy, wymontowanie całego uszkodzonego podzespołu i odesłanie go do zakładu specjalizującego się w naprawach i regeneracji (np. przekładni, pomp itp.).
Samodzielna, całkowita naprawa na poziomie elementów (np. usuwanie przecieku płynu hydraulicznego z siłownika) może się okazać zbyt kłopotliwa, a jej skuteczność trudno ocenić bez specjalnego stanowiska diagnostycznego. Z reguły klientowi proponuje się trzy rozwiązania. Pierwszym jest montaż nowego podzespołu, z reguły kosztownego, drugim – odesłanie uszkodzonego podzespołu do naprawy lub regeneracji (co wiąże się z dłuższym czasem oczekiwania na naprawę). Trzecim rozwiązaniem, dość wygodnym (przy założeniu, że współpracujemy z zaufanym zakładem regenerującym), jest zakup elementu regenerowanego pochodzącego z innego pojazdu i odesłanie w rozliczeniu uszkodzonego podzespołu.

Zmagania z hydrauliką

Specyfika hydraulicznych układów wspomagania wynika z faktu, że czynnikiem przenoszącym siły jest płyn (olej) hydrauliczny pod wysokim ciśnieniem. Usterki można podzielić na dwie grupy. Pierwsza to zdarzenia, które całkowicie wyłączają wspomaganie i wymagają natychmiastowej interwencji, ale ich lokalizacja jest prosta: pęknięcie przewodu i gwałtowny wypływ płynu, uszkodzenie pompy, koła pasowego albo paska wieloklinowego, masywny wyciek płynu z siłownika spowodowany zestarzeniem albo wypchnięciem pierścieni uszczelniających.

Druga grupa to usterki wymagające znacznie większego doświadczenia i specjalistycznych urządzeń. Występują one jedynie w pewnych okolicznościach i są związane z zakresem ruchu siłowników, wzrostem ciśnienia w instalacji, zmianą temperatury oleju (płynu) hydraulicznego. Odtworzenie warunków, w których występują, wymaga obserwowania pracy układu wspomagania pod obciążeniem: przy włączonym silniku, działającej pompie wspomagania i pracującym układzie kierowniczym. To wymusza obecność co najmniej dwóch pracowników i konieczność zapewnienia stanowiska, na którym można wygodnie unieść przednią oś, żeby odciążyć koła.
Optymalne warunki pracy zapewnia specjalne stanowisko wyposażone w pompę oleju, zawory sterujące, manometry sprawdzające ciśnienie płynu. Przy ich pomocy, po zdemontowaniu podzespołu, można odtworzyć warunki, w których dochodzi do uszkodzenia: maksymalne ciśnienie płynu, powtarzające się wychylenia w prawo i w lewo, drgania itp. Tyle tylko, że budowa takiego stanowiska jest opłacalna jedynie wtedy, gdy regularnie naprawiamy podzespoły wspomagania hydraulicznego.

Nie tylko do wspomagania

Hydrauliczny układ wspomagania można wykorzystać do napędzania wyciągarki zainstalowanej w samochodzie terenowym albo pikapie. Wyciągarki hydrauliczne są wolniejsze od wyciągarek elektrycznych, ale dysponują stosunkowo dużą mocą i dlatego są chętnie montowane przez miłośników off-roadu.

Naprawa układu wspomagania w takim pojeździe może być skomplikowana i czasochłonna: trzeba skontrolować nie tylko układ wspomagania, ale i przewody doprowadzające olej do wyciągarki, samą wyciągarkę, jej zawory sterujące itp. Żeby zaoszczędzić sobie pracy, w pierwszej kolejności należy sprawdzić poprawność montażu wyciągarki. Nie wszystkie są instalowane w warsztatach posiadających odpowiednie wyposażenie i doświadczenie, więc trzeba brać pod uwagę, że do awarii wspomagania układu kierowniczego doszło w wyniku błędów lub zaniedbań podczas montażu lub eksploatacji wyciągarki.

Utylizacja płynu hydraulicznego

Olej hydrauliczny jest mieszaniną związków chemicznych. Jego skład jest różny, w zależności od tego, czy mamy do czynienia z produktem mineralnym, syntetycznym czy półsyntetycznym. Podczas wymiany trzeba unikać wycieków i zbierać usunięty z przewodów płyn do bezpiecznych pojemników. Uwolnienie oleju do środowiska naturalnego spowoduje skażenie, więc w żadnym wypadku nie wolno pozbywać się tego odpadu na własną rękę. Olej powinien być gromadzony i utylizowany według zaleceń producenta. Zajmują się tym wyspecjalizowane przedsiębiorstwa, które określają warunki zbiórki i przechowywania odpadów. Większość oczekuje, że olej hydrauliczny nie będzie mieszany z innymi płynami eksploatacyjnymi, więc w warsztacie należy wyznaczyć osobne pojemniki do przechowywania różnych płynów eksploatacyjnych.

Wymiana płynu

Wymiana oleju w instalacji wspomagania układu kierowniczego jest najczęstszą czynnością serwisową wykonywaną na tym układzie. W większości przypadków jest to czynność technicznie prosta. Ewentualne komplikacje wynikają z bardzo dużego zagęszczenia podzespołów w przedziale silnika i związanym z tym utrudnionym dostępem do zbiornika wyrównawczego, pompy i przewodów wysokiego oraz niskiego ciśnienia.

Właściciele pojazdów pytają mechaników, czy wymieniać olej w układzie wspomagania, a jeśli tak, to kiedy. Te pytania biorą się między innymi stąd, że producenci pojazdów umieszczają w dokumentacji zapisy zapewniające użytkowników, że całkowita wymiana oleju jest zbędna, wystarczy ograniczyć się do kompensowania ubytków. Stanowisko producentów wiąże się z oczekiwaniami urzędów homologujących pojazdy, które naciskają na zmniejszenie zużycia materiałów potencjalnie niebezpiecznych dla środowiska.
Dobrą okazją do całkowitej wymiany oleju i przepłukania układu wspomagania jest każda naprawa wymagająca rozszczelnienia układu: wymiana lub naprawa pompy wspomagania, wymiana przewodu wysokiego lub niskiego ciśnienia.

Okresowa wymiana oleju niezwiązana z żadną usterką również ma sens. Płyn wypełniający układ wspomagania, oprócz przenoszenia siły, pełni również rolę środka smarującego i chłodzącego. Każde uszkodzenie ślizgających się po sobie części ruchomych pozostawia ślad w postaci opiłków metalu, które krążą wraz z nim i przyczyniają się do powstawania kolejnych uszkodzeń. Układ wspomagania nie ma zabezpieczeń w postaci filtrów, pułapek magnetycznych itp., więc wraz z upływem czasu zjawisko degradacji narasta.
Wydaje się, że wbrew zaleceniom producentów samochodów rozsądnie byłoby zmieniać płyn w układzie wspomagania nie później niż po upływie czasu odpowiadającego jego przydatności do użycia po otwarciu opakowania.

Producenci samochodów stosują oleje hydrauliczne o różnym składzie i parametrach. Spotyka się płyny mineralne, półsyntetyczne i syntetyczne. Najważniejsze, by trzymać się ważnych zasad: nie mieszać ze sobą różnych płynów, a ewentualne braki uzupełniać płynem tego samego typu, o identycznych parametrach. W sprzedaży spotyka się płyny o trzech barwach: czerwonej, żółtej i zielonej. Zgodność koloru nie oznacza zgodności wszystkich parametrów, o czym zapominają czasami właściciele samochodów.

Wspomaganie elektryczne

Elektryczne i hybrydowe (elektryczno-hydrauliczne) systemy wspomagania będą stosowane coraz częściej, gdyż jest to najbardziej naturalne rozwiązanie w samochodach z napędem elektrycznym i hybrydowym. Początkowo systemy te cieszyły się złą sławą. Uważano je (nie bez racji) za awaryjne, nieodporne na intensywną eksploatację. Silniki elektryczne miały tendencję do przegrzewania się, a kierowcy określali działanie wspomagania elektrycznego jako niekomfortowe, nieprecyzyjne, niezgodne z oczekiwaniami.
Kolejne generacje układów elektrycznych radzą sobie coraz lepiej; mają też zdecydowaną przewagę nad układami hydraulicznymi. Za charakterystykę działania wspomagania (prędkość narastania siły, wartość szczytową siły wspomagania) odpowiada elektronika pojazdu. Wyeliminowanie układu hydraulicznego znacznie upraszcza sterowanie i zmniejsza bezwładność układu wykonawczego. Kluczem do sukcesu są szybko reagujące, odporne na uszkodzenia napędy elektryczne, których pojawia się coraz więcej.
Układy elektryczne ulegają uszkodzeniom innego rodzaju niż układy hydrauliczne. Tutaj najczęściej zawodzą silniki, czujniki położenia i momentu obrotowego kierownicy, wiązki przewodów elektrycznych, układy elektroniczne odpowiedzialne za sterowanie silnikiem.

W przypadku silników bezszczotkowych, których ruchomym elementem jest magnes neodymowy, ruch wirnika uzyskuje się, doprowadzając do uzwojeń stojanu prąd o odpowiednio dobranej charakterystyce. Zmiany natężenia prądu (a więc i siły, z jaką stojan działa na wirnik) zależą od kształtu impulsów elektrycznych. Długotrwały przepływ prądu o maksymalnym natężeniu, wymuszony dużymi siłami na kierownicy, może doprowadzić do uszkodzenia układu zasilającego.
Podobnie jak w przypadku układów hydraulicznych, trzeba zdecydować, czy warsztat naprawia wszystko sam (w tym przypadku wskazane jest zatrudnienie elektronika albo mechatronika), czy wymienia uszkodzone moduły na nowe lub naprawione przez współpracujący, wyspecjalizowany zakład. Należy wziąć pod uwagę jeszcze jeden fakt: podzespoły wspomagania elektrycznego muszą być skalibrowane po montażu, a do tego niezbędne jest oprogramowanie dostarczone przez producenta.

Bezpieczeństwo

Właściciele samochodów osobowych czasami bagatelizują nieprawidłowości w działaniu układu wspomagania, zakładając, że najgorsze, co ich może spotkać, to wzrost siły potrzebnej do wykonania manewru, zwłaszcza podczas jazdy z niewielką prędkością i manewrowania (parkowania). Rzeczywistość jest inna. Elementy wspomagania, zwłaszcza w przypadku układów hydraulicznych, są nierozerwalnie związane z układem kierowniczym, a najgorszą możliwą awarią jest zablokowanie tego układu w przypadkowym położeniu podczas jazdy. Brak możliwości zmiany kierunku jazdy gwarantuje kolizję lub poważny wypadek – bez względu na prędkość.

Podejmując się naprawy wspomagania układu kierowniczego, trzeba mieć pełną świadomość odpowiedzialności. Każda czynność powinna być wykonana starannie, zgodnie z zasadami sztuki, a po zakończeniu pracy mechanik musi mieć całkowitą pewność, że niczego nie zaniedbał i dokładnie sprawdził działanie układu kierowniczego na postoju i podczas jazdy. Każda wątpliwość wymaga wyjaśnienia, a każdy błąd poprawy, nawet jeśli wiąże się to z koniecznością czasochłonnego ponownego demontażu układu kierowniczego.

Piotr Kołaczek