Elektroniczny pedał gazu, hamulca lub sprzęgła – oto jego zalety
08/26/2020Wszyscy znają klasyczne cięgno Bowdena. Rdzeń cięgna stanowi stalowa linka umieszczona w odpornej na ściskanie rurce zmniejszającej tarcie lub w stalowym oplocie, zabezpieczona wodoszczelną warstwą z tworzywa sztucznego. Cięgno służy do przenoszenia siły mechanicznej. Cięgno Bowdena stosuje się zazwyczaj do sterowania przepustnicą za pomocą pedału gazu lub do uruchamiania wysprzęglika za pomocą pedału sprzęgła.
Cięgno Bowdena przenosi siły rozciągające i jest ustawiane mechanicznie w pierwotnym położeniu przez sprężynę powrotną. Prosty, ale wrażliwy system. Elementy mechaniczne są zawsze narażone na zużycie, muszą być smarowane i chronione przed wpływami środowiska.
Ponadto dokładność pozycjonowania nie jest idealna, cięgno Bowdena (lecz również drążek) może się skręcać, może ocierać o elementy pojazdu, a rdzeń z biegiem czasu wydłuża się. W układach hamulcowych stosuje się powszechnie systemy hydrauliczne, np. do wytwarzania ciśnienia w hamulcach bezpośrednio przez pedał hamulca i rozprowadzania go przez układ wspomagania hamulca. Jednak rozwiązania z cięgnami Bowdena są nadal stosowane w ręcznych hamulcach pomocniczych, np. w hamulcu postojowym.
X-by-Wire
W wielu nowoczesnych samochodach pedały gazu, hamulca i sprzęgła są wykonane już bez cięgna Bowdena, drążka czy hydraulicznego przenoszenia siły. Magicznym słowem jest „X-by-Wire”, które w naszych przykładach oznacza nic innego, jak sterowane elektronicznie lub elektrohydraulicznie przenoszenie życzenia kierowcy za pomocą pedałów.
Pedał jest zatem oddzielony mechanicznie od reszty elementów peryferyjnych systemu. Czujnik położenia pedału określa dokładną pozycję pedału i przekazuje informacje do odpowiedniego sterownika. Specjalne urządzenia wykonawcze zapewniają, aby informacje o pedałach były przetwarzane przez odpowiednie elementy systemu.
Ponadto „X-by-wire” pozwala na zintegrowanie wielu dodatkowych informacji z innych sterowników, na przykład w celu zmniejszenia prędkości obrotowej silnika w niektórych sytuacjach jazdy, rozpoczęcia hamowania bądź wyłączenia lub włączenia sprzęgła. Pozwala to na realizację licznych systemów wspomagania kierowcy, takich jak wspomaganie hamowania awaryjnego, tempomat adaptacyjny ACC czy różne rozkłady obciążenia w pojazdach hybrydowych.
Klasyczne cięgno Bowdena: Rdzeń stalowy (1) jest umieszczony w zmniejszającej tarcie rurce (2) z tworzywa sztucznego (tutaj na zdjęciu) lub w stalowym oplocie. Dodatkowo powłoka z tworzywa sztucznego (3) chroni przed czynnikami zewnętrznymi. Zdjęcie: Georg Blenk, Krafthand Medien.
Elektroniczny pedał gazu (Gas-by-Wire)
Pozycja elektronicznego pedału gazu zmienia się w zależności od życzenia kierowcy. Mówiąc wprost, kierowca dodaje gazu. Czujnik pedału gazu jest sercem elektronicznego pedału gazu. Przekazuje on informacje o obciążeniu do sterownika silnika. Informacja ta służy systemowi zarządzania silnikiem Diesla jako główna zmienna sterująca do obliczania podstawowej ilości wtrysku, niezbędnego ciśnienia w układzie paliwowym oraz w połączeniu z prędkością obrotową silnika przy rozpoczęciu wtrysku.
W systemach zarządzania silnikiem benzynowym czujnik pedału gazu służy również do wykrywania pozycji pedału gazu. W zależności od położenia sterownik silnika steruje siłownikiem przepustnicy i ustawia go pod odpowiednim kątem otwarcia przepustnicy w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika.
Czujnik pedału gazu może być bezdotykowym czujnikiem indukcyjnym, czujnikiem Halla lub potencjometrem. Czujniki indukcyjne posiadają wewnętrzny obwód przetwarzający i mogą przesyłać zarówno analogowe, jak i cyfrowe sygnały napięciowe. Indukcyjne czujniki położenia HELLA (CIPOS®) są bardzo dokładne, solidne i niezwykle kompaktowe. Elektroniczny pedał gazu to jednostka składająca się z pedału, elektroniki, czujnika położenia, jednostki haptycznej oraz wtyczki do podłączenia do instalacji elektrycznej pojazdu.
W zależności od pojazdu elektroniczny pedał gazu może być zamontowany w pozycji stojącej lub wiszącej. Czujnik pedału gazu jest elementem istotnym dla bezpieczeństwa. Z tego powodu dane o położeniu z czujnika pedału gazu są stale sprawdzane pod kątem wiarygodności. Odbywa się to za pomocą zainstalowanych dodatkowo przełączników (wyłączniki biegu jałowego i pełnego obciążenia) lub za pomocą jednego lub kilku dodatkowych potencjometrów.
Czujnik pedału gazu (APS) przekazuje życzenie kierowcy dotyczące przyspieszenia lub hamowania do elektroniki silnika poprzez precyzyjny pomiar położenia pedału.
Funkcja informacji zwrotnej
Również interfejs między pojazdem a kierowcą staje się coraz bardziej interaktywny. Na przykład kamery przednie kontrolują za pomocą funkcji asystenta pasa ruchu, czy samochód zjeżdża ze środka drogi. Najpierw pojawia się sygnalizacja, np. wibracja kierownicy i informacja ostrzegawcza dla kierowcy, a dopiero potem aktywowany jest hamulec lub układ kierowniczy.
Pedał gazu służy obecnie również jako element dostarczający informację zwrotną w zależności od aktualnej sytuacji. Pedał sprzężenia zwrotnego może nie tylko dopasować haptykę (twardszy i bardziej miękki pedał gazu), lecz umożliwia również na przykład wykrycie punktu przełączania w celu optymalnego wyboru momentu przełączania za pomocą sygnału stukania lub sygnału zwrotnego przy uruchamianiu silnika spalinowego w pojazdach hybrydowych.
Technologia pomiaru położenia jest istotną częścią czujnika pedału sprzężenia zwrotnego, który wymaga dużej dokładności. HELLA jest również liderem w tej dziedzinie dzięki technologii CIPOS®.
Elektroniczny pedał hamulca (Brake-by-Wire)
W elektronicznych układach hamulcowych pedał hamulca jest również oddzielony od samego hamulca. Podczas gdy w konwencjonalnych układach hamulcowych ciśnienie hamowania jest wytwarzane hydraulicznie bezpośrednio przez płyn hamulcowy, w układach typu „Brake-by-Wire” jest to realizowane np. przez jednostkę elektrohydrauliczną. Żądanie załączenia hamulca przetworzone przez sterownik hamulca na sygnał jest przesyłane przez czujnik położenia pedału i/lub czujnik ciśnienia do odpowiednich urządzeń wykonawczych lub do osobnej jednostki wytwarzającej ciśnienie z zaworami sterującymi do odpowiednich zacisków hamulcowych. Dzięki temu nie jest już potrzebny układ wspomagania hamulca czy układ ABS/ESP. Czucie pedału może być regulowane dynamicznie przez zawory hydrauliczne lub jednostki amortyzujące (symulatory). Układy sterowania hamulcami zawierają wszystkie komponenty wymagane do realizacji klasycznych funkcji hamowania, jak również funkcji ABS, ESP, ASR i innych funkcji wspomagających.
W pojazdach elektrycznych, w zależności od sytuacji hamowania, funkcja generatora (rekuperacja) i funkcja klasycznego hamulca nożnego uzupełniają się wzajemnie. W przypadku awarii jednostki centralnej (elektrohydraulicznej), jako zabezpieczenie awaryjne ustanawiane jest bezpośrednie połączenie hydrauliczne pedału hamulca i hamulców kół. Ostatecznie aktywny generator impulsów kierowcy pozostaje faktycznym pedałem hamulca, odsprzężonym lub bezpośrednim.
Elektroniczny pedał sprzęgła (Clutch-by-Wire)
Podobnie jak w odsprzężonym pedale gazu lub hamulca, również w elektronicznym pedale sprzęgła brak jest mechanicznego połączenia ze sprzęgłem. Otwieranie lub zamykanie jest realizowane również przez silnik elektryczny lub siłownik, którego położenie jest określone przez czujnik położenia na pedale sprzęgła. Za pomocą inteligentnego systemu sterowania można zoptymalizować charakterystykę procesu sprzęgania poprzez ręczne uruchomienie pedału sprzęgła. Chroni to sprzęgło przed niepotrzebnym zużyciem. Ponadto można realizować różne systemy, takie jak asystent ruszania lub asystent włączania sprzęgła, zabezpieczenie przed zgaśnięciem silnika czy funkcja żeglowania w celu zmniejszenia spalania paliwa.
Wszystko zależy od czujnika
Nie da się zrealizować aplikacji X-by-Wire bez odpowiednich czujników. HELLA jest specjalistą w dziedzinie szerokiej gamy czujników, które są bezpośrednio lub pośrednio odpowiedzialne za realizację, w szczególności czujników pedału gazu i wielu innych czujników położenia. Opracowana przez nas technologia CIPOS® wyróżnia się precyzją i niezawodnością.
Dalsze informacje i testy czujników pedału gazu
A przy okazji: Wiele przydatnych informacji i ważne wskazówki dotyczące czujnika pedału gazu w pojazdach przedstawiamy w osobnym artykule.
Ilustracja: Kierownik warsztatu rozmawia z klientami w warsztacie samochodowym
