W dzisiejszych czasach, od producentów pojazdów na całym świecie oczekuje się zmniejszenia masy pojazdów, obniżenia ich kosztów eksploatacji oraz redukcji emisji spalin. To z kolei przekłada się na producentów części i systemów, którzy opracowują coraz to bardziej zaawansowane technologie oszczędzania paliwa, jak również modyfikują te istniejące.

Liderem w tej dziedzinie jest ZF Group, właściciel marki TRW. Firma inwestuje około pięć procent przychodów w badania i rozwój (ostatnio 1,4 mld EUR). Dzięki temu, klienci marki uzyskują dostęp do najbardziej aktualnych technologii, a rynek motoryzacyjny stawia kolejny krok na długiej drodze w kierunku zapewnienia bezpieczeństwa na drogach.

Prostym sposobem na uzyskanie oszczędności paliwa jest odłączenie układu wspomagania kierownicy od silnika, tak by nie pracował on kiedy nie jest potrzebny. W tradycyjnym systemie hydraulicznym pompa wspomagania układu kierowniczego jest napędzana przez silnik za pośrednictwem paska klinowego lub wieloklinowego. Takie rozwiązanie oznacza, że ​​pompa jest stale napędzana, nawet gdy kierowca nie obraca kierownicą, a układ niepotrzebnie zużywa energię i paliwo.

Układy wspomagania elektrohydraulicznego (EPHS)

Przełomowym momentem w rozwoju układów wspomagania była zamiana napędu pompy wspomagania z pasowego na elektryczny. Układy wspomagania elektrohydraulicznego zużywają dziś jedynie 25% energii zużywanej przez systemy konwencjonalne.

Produkowany przez ZF TRW system EPHS to elektrycznie wspomagany układ kierowniczy, który łączy w sobie zalety układu elektrycznego i hydraulicznego. EPHS firmy ZF TRW to kompaktowej budowy zespół pompy (MPU) połączonej z tradycyjną wspomagana hydraulicznie przekładnią zębatkową.

Podobnie jak w przypadku innych sterowanych elektrycznie układów, praca EPHS jest niezależna od silnika spalinowego. System cechują stosunkowo niskie koszty opracowywania i rozwoju, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla platform hybrydowych pojazdów elektrycznych.

W porównaniu z tradycyjnymi hydraulicznymi układami wspomagania, EPHS oferuje oszczędność paliwa rzędu 0.3l / 100km i zmniejszenie emisji dwutlenku węgla
o około 7g / km.

Oferta ZF TRW obejmuje różne wersje EPHS, przeznaczone zarówno do aut z segmentów A/B (Generacja B), jak i mocniejsze (Generacja C), dostarczające do 18kN siły na zębatce. Te ostatnie zwiększają tym samym korzyści zapewniane przez elektryczne wspomaganie w większych pojazdach typu SUV i samochodach dostawczych. W kwestii dostosowania oprogramowania do indywidualnych potrzeb kierowcy, EPHS oferuje szereg korzyści, takich jak siła wspomagania generowana proporcjonalnie do aktualnej prędkości pojazdu, czy ogólna personalizacja „czucia kierownicy”.

Elektryczne wspomaganie kierownicy (EPS) Column Drive

Następnym etapem ewolucji układów wspomagania kierownicy są systemy elektryczne, powszechnie znane jako systemy EPS. Pozwalają one na uzyskanie jeszcze większych oszczędności paliwa. Ponadto, istotnie przyczyniają się do ochrony środowiska, ze względu na brak wykorzystania w nich jakiegokolwiek oleju hydraulicznego.

Jednym z systemów w bogatej ofercie EPS jest układ wspomagania z elektryczną jednostką napędową na kolumnie kierownicy. Pierwotnie zaprojektowana do segmentu małych samochodów, kolumna kierownicy EPS od ZF TRW ewoluowała do rodziny modułowych i skalowalnych rozwiązań obsługujących obciążenia układów kierowniczych od 4,0 kN do 10 kN. Jedną z głównych zalet systemu EPS jest jego kompaktowa konstrukcja, pozwalająca na większą swobodę instalacji w szerokiej gamie pojazdów i obniżenie kosztów eksploatacji. 

System jest montowany w kabinie pasażerskiej samochodu, a nie jak w innych przypadkach pod maską w komorze silnika. Takie rozwiązanie pozwala na znaczne zmniejszenie wymagań odnośnie temperatury pracy oraz uszczelnień systemu. Technologia wspomaganej kolumny kierowniczej EPS od ZF TRW zastosowana została w ponad 26 milionach samochodów osobowych na całym świecie. Stanowi przystępne cenowo i wydajne pod względem zużycia paliwa rozwiązanie, które spełnia wymagania 5* w testach zderzeniowych NCAP. Ponadto, zapewnia najwyższej klasy dynamikę układu kierowniczego i inteligentne sterowanie w dynamicznie rozwijających się dziedzinach: systemów wspomagających kierowcę (DAS) i jazdy automatycznej.

Elektryczne wspomaganie kierownicy (EPS) Belt Drive

Dla segmentu pojazdów premium i segmentu większych pojazdów, ZF TRW oferuje system EPS oparty na napędzie pasowym przekładni zębatkowej. Elementy te zintegrowane są w jeden zespół, w którego skład wchodzą bezszczotkowy silnik elektryczny, pasek zębaty oraz zespół przekładni kulowej zespolonej z rolką i łożyskiem.Takie rozwiązanie skutkuje zmniejszeniem bezwładności oraz tarcia przy zastosowaniu w układach o dużej mocy, a także pozwala na znacznie lepsze wyczucie układu kierowniczego i skrócenie czasu reakcji. Tak samo jak technologia wspomaganej kolumny kierowniczej, system EPS z napędem pasowym został zaprojektowany w modułowej i skalowalnej architekturze, oferując tym samym swobodę montażu i dopasowany projekt dla szerokiej gamy zastosowań pojazdów. Jego zespół zasilania elektrycznego (EPP), zintegrowany silnik i ECU są dostępne zarówno w opcji zespołów osiowych jak i promieniowych. Każdy z nich można dowolnie zainstalować wokół przekładni kierowniczej w konfiguracji wbudowanej oraz przyczepnej.

Technologia elektrycznego wspomagania kierownicy z napędem pasowym najlepiej sprostała wymaganiom europejskiego rynku samochodów z segmentu D i wyższych. System ZF TRW jest zasilany bezpośrednio napięciem 12 V, które jest wystarczające dla obciążeń rzędu 18 kN. System współdzieli „rdzeń mechatroniczny” (architekturę systemu, bezpieczeństwo, czujnik, silnik, ECU i oprogramowanie) z drugim układem tj. wspomaganą kolumną kierowniczą EPS. Ponieważ brak tu zapotrzebowania na energię pochodzącą z silnika pojazdu, system EPS pozwala na oszczędność paliwa rzędu 0.33L/100km, a co za tym idzie obniża emisję dwutlenku węgla o około 8g/km.

ZF TRW nieustannie dokonuje w tej dziedzinie postępów, a nowy prototyp firmy, łączący technologie firm ZF i TRW może przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa, jak i wydajności w zautomatyzowanych i częściowo zautomatyzowanych pojazdach.

Model testowy, dla poprawy kontroli jazdy, wyposażony został w nowy, opracowany przez TRW system EPS z podwójną zębatką na przedniej osi oraz system AKC (system aktywnej kontroli kinematyki) firmy ZF na osi tylnej. W rezultacie widzimy, jak bardzo integracja niezawodnych i sprawdzonych systemów przyczynia się do zwiększenia bezpieczeństwa i komfortu jazdy.

Przy niskich prędkościach, AKC wpływa na ustawienie tylnych kół, obracając je w kierunku przeciwnym do kąta skrętu kół przednich. W rezultacie zmniejszony zostaje promień skrętu pojazdu, a komfort jazdy jest większy.

Przy dużych prędkościach, koła tylne i przednie ustawiają się w tym samym kierunku zwiększając stabilność pojazdu. Gdy wszystkie koła skręcone są w tą samą stronę, ruch obrotowy pojazdu wokół osi pionowej jest ograniczony, co umożliwia bezpieczniejsze kierowanie pojazdem.

Samochód utrzymuje tor jazdy nawet podczas zmiany pasa ruchu na nawierzchniach o niskim współczynniku tarcia. Połączona praca tych dwóch układów może być również wykorzystana we współpracy z automatycznymi funkcjami pojazdu. Prototyp demonstruje koncept kierowania pojazdem przy użyciu efektywnych układów elektrycznej kontroli, co może przyczynić się do zwiększenia precyzji kierowania podczas manewrów wyprzedzania, czy zmiany pasa ruchu.