Posilovač řízení u vozidel s pohonem předních kol, způsoby řešení problému

Oblíbená řešení používaná výrobci automobilů k eliminaci točivého řízení u vozidel s pohonem předních kol

Řízení s kroutícím momentem, známé také jako torque steer, je hlavním nepřítelem všech výkonných vozů s pohonem předních kol. Postupem času se tento nepříjemný jev rozšířil ze segmentu výkonných hatchbacků do dalších částí automobilového trhu.

Pojďme si konkrétněji vysvětlit, co je to řízení s kroutivým momentem. Pokud jste jeho účinky na svém voze s pohonem předních kol nezažili, pak vaše auto nemá dostatek točivého momentu. Aby k tomu došlo, je nutné k vyřešení problému použít technické triky.

Parazitní točivý moment volantu se vyskytuje u vozidel s pohonem předních kol a napříč uloženým motorem. Projevuje se pouze při silné akceleraci vozidla. Jeho přítomnost lze poznat podle nepříjemného tahu volantu do stran, jeho spontánního kymácení nebo trhání v okamžiku, kdy se přední kola vozu snaží dosáhnout dobré trakce s vozovkou, tj. přenést maximální točivý moment na povrch vozovky a zrychlit jízdu.

Jednoduše řečeno, s parazitním řízením volant auta doslova začíná žít svůj vlastní život, jako by byl řidiči vytržen z rukou. Na tomto efektu samozřejmě není nic příjemného.

Proč k tomu dochází? Hlavní příčiny kroutícího momentu spočívají v technické části vozu. Přesněji řečeno, v asymetrických úhlech hnací hřídele, v rozdílném točivém momentu přenášeném na každou z hřídelí v geometrii, v odchylkách v tolerancích zavěšení, v nerovnoměrných trakčních silách způsobených rozdílnou adhezí k povrchu vozovky, stejně jako v nerovnoměrném opotřebení pneumatik a dalších rozdílech použitých v pohonech, například v jejich různých průměrech.

Takový posilovač řízení se tedy může časem projevit i v důsledku opotřebovaných pouzder zavěšení nebo pneumatik a negativní vliv má i samotná špatná kvalita povrchu vozovky. Do tohoto seznamu lze zahrnout i ladění motoru, které výrazně zvyšuje jeho točivý moment a výkon, a mnoho dalších specifických faktorů.

V průběhu let automobilky hledaly a vyvíjely řešení, jak tento jev u vysoce výkonných modelů s pohonem předních kol snížit nebo zcela eliminovat. Vážení čtenáři, dnes se podíváme na nejprogresivnější metody boje proti tomuto jevu a vysvětlíme si technologie a různá technická řešení, která dnes používá většina automobilek a která dělají jejich modely vozů příjemnými na řízení.

Hnací hřídele stejné délky.

Vzhledem k tomu, že napříč uložené motory mají tendenci trpět nedotáčivým řízením, jedním z prvních řešení vyvinutých výrobci automobilů byla instalace stejně dlouhých pohonů. K realizaci tohoto řešení bylo nutné instalovat motor do nestandardní polohy, což později vedlo k nedotáčivosti.

Tento přístup však nabízel i jiná inovativní řešení. Například použití mezilehlé hřídele místo delší hnací hřídele, která byla připevněna k převodovce na jedné straně a další hřídel stejné a stejné délky na druhé straně. Některé společnosti vyráběly a prodávaly pro sekundární trh hřídele ještě delší délky, které výrobci nabízeli jako volitelnou výbavu. Výsledky v tomto případě mohly být velmi odlišné a pouze k horšímu. Přesnost výroby těchto laděných hřídelí musela být totiž velmi vysoká, aby byla zajištěna spolehlivost a další bezpečnost.

Mezi další řešení patřila krátká dutá hnací hřídel a plná monolitická hřídel. Ne všechna tato řešení však fungovala, protože jejich výkon mohl být omezen v zatáčkách nebo v případech vysokého výkonu a vysokého točivého momentu.

Revo Knuckle (speciálně navržený kloub řízení od Fordu).

Tento systém odpružení byl použit u Fordu Focus RS Mk2. Jeho vývoj umožnil automobilce nabídnout zákazníkům hot-hatchy s pohonem předních kol a vysokým výkonem, které netrpěly ztrátou kontroly kvůli tahání vozu do strany. Ti, kteří měli to štěstí, že toto auto řídili, vám řeknou následující: Ford Focus RS Mk2 se otravného „brouka“ úplně nezbavil – při intenzivní akceleraci se volant stále choval ne zcela přirozeně, 100% změněné odpružení a samosvorný diferenciál tento problém vyřešit nepomohly. Tento efekt byl však minimální.

Zajímavostí ohledně vývoje tlumiče zavěšení kol bylo, že původně byla vyvinuta pro modelovou řadu Mondeo, která u svých výkonných vznětových verzí nejvíce trpěla tzv. „torque steer“ (nedostatečným řízením krouticího momentu). Ford vyvinul vlastní systém odpružení, který zvládal dodatečný točivý moment bez nutnosti použití samosvorného diferenciálu. Ve Focusu RS však, jak jsme již zmínili, byl kvůli ještě vyššímu točivému momentu instalován další samosvorný diferenciál.

Jak to funguje? Pojďme se na to podívat. Myšlenkou tohoto důmyslného systému odpružení bylo oddělit funkce řízení a odpružení přední nápravy. Řešením společnosti Ford bylo nainstalovat na každé přední kolo „kloub“, který umožnil pohyb volantu a oddělil ho od ramen zavěšení.

Toyota byla první, kdo uvedl na trh vozy s podobným systémem odpružení, nazývaným Super Struts, koncem 1990. let, ale později se rozšířily systémy od Fordu a General Motors. Moderní Honda Civic Type R má podobné uspořádání, které bylo vyvinuto speciálně touto japonskou automobilkou. Honda jej nazývá Dual Axis Strut Front Suspension a používá ho v předním zavěšení se dvěma podpěrnými čepy a elektronicky nastavitelnými tlumiči.

Pro zlepšení výkonu vozu byl také vybaven samosvorným diferenciálem. Inženýři vypočítali, že točivý moment řízení se ve srovnání s konvenčním odpružením sníží přibližně o 55 %.

Odpružení HiPer Strut.

Společnost General Motors, stejně jako Ford, vyvinula vlastní speciální přední zavěšení, které by umožňovalo vozům s pohonem předních kol zažívat menší točivý moment. Jak jsme již zjistili výše, tento systém fungoval tak, že se řízení od zavěšení na přední nápravě oddělilo přidáním vylepšených vzpěr.

Tento systém funguje skvěle, nemění vlastnosti řízení a eliminuje efekt „torque steer“, protože umožňuje snížit změnu odklonu kol při jízdě vozidla v oblouku, čímž zajišťuje, že pneumatiky vozu jsou při průjezdu zatáčkou neustále kolmé k vozovce.

Takové odpružení typu „Super Strut“ samozřejmě zvyšuje hmotnost vozu a přirozeně i cenu, komplikuje systém vozu s pohonem předních kol, ale pro dosažení kvalitní práce je vždy nutné něco obětovat a jako obvykle přeplatit. Spolu s vysoce výkonnými verzemi Opelu/Vauxhallu Astra a modelu Insignia v Evropě použil systém HiPer Strut i „GM“ u svých vozů Buick LaCross CXS a Buick Regal GS.

Elektronicky řízené diferenciály.

Stále rostoucí popularita sportovních hatchbacků, které se musí dostatečně dobře ovládat a poskytovat odpovídající výkon a točivý moment, vedla automobilky k hledání řešení pro regulaci točivého momentu. Jedním z řešení, které viděly, bylo použití elektronicky řízených diferenciálů v systému.

Podobný systém používá i koncern Volkswagen. Němci jej nazývají XDS (elektronická uzávěrka diferenciálu XDS). Před časem používali ve svých vozech funkci zvanou EDL a nyní se systém XDS stal jeho evolučním pokračováním. Tento systém se ukázal být pokročilejší, protože působí s předstihem, tj. „nečeká“, až kolo nacházející se na vnitřní straně zatáčky začne prokluzovat, čímž simuluje samosvorný diferenciál.

Základem elektronického diferenciálu jsou jeho senzory, ty řídí otáčky každého kola zvlášť, dále rychlost vozu, polohu samotné škrticí klapky, úhel natočení volantu a samozřejmě i řazení. Všechny parametry jsou v reálném čase porovnávány s hodnotami načtenými do počítače a když elektronický systém (podle jízdních parametrů) určí, že k řízení může dojít, okamžitě aktivuje funkci XDS.

Tento systém XDS pracuje a aktivuje brzdový systém vnitřního kola v zatáčce. Jak vysvětlil koncern Volkswagen, hladina tlaku v systému kolísá mezi 5 a 15 bary. Systém ve většině těchto případů funguje adekvátně a jasně a působí téměř jako „lehká“ verze mechanického samosvorného diferenciálu. To však v budoucnu způsobuje dodatečné opotřebení předních brzd, takže systém nemůže plnit svůj úkol tak dobře jako stejný mechanický samosvorný diferenciál u vysoce výkonných verzí vozů.

Samosvorný diferenciál.

Dražší řešení, často používané u vysoce výkonných modelů, zahrnuje samosvorný diferenciál. Protože tento typ diferenciálu je navržen tak, aby zlepšil přenos výkonu na kola a doplnil trakci, zvyšuje tím účinek řízení krouticího momentu. S kvalitním nastavením odpružení však samosvorný diferenciál toto „parazitní řízení“ zvládne a zlepší celkový výkon.

Poslední důvod, který jsme uvedli, je hlavním důvodem, proč se tento systém používá v mnoha sportovních hatchbackech prodávaných po celém světě, protože pomáhá sportovním způsobem zvýšit rychlost v zatáčkách. Takové technologie samosvorných diferenciálů z poslední doby umožňují získat větší kontrolu nad každým kolem a zlepšit stabilitu a trakci v zatáčkách i při jízdě v přímém směru. Myšlenkou tohoto systému je brzdit kolo, které má tendenci ztrácet trakci, podobně jako u řešení s elektronickým ovládáním.

Jak jsme již zjistili u Fordu Focus RS, takový experiment s vytvořením výkonného a ovladatelného vozu s pohonem předních kol ne vždy dosáhne svého absolutního cíle, a to ani se stejně dobrým odpružením a stejným mechanickým samosvorným diferenciálem. Přesto lze říci, že tyto výsledky jsou stále velmi vysoké.

Vysvětlení fungování systému HiPer Strut.

Systém kloubu tlumičů Revo pro Ford Focus RS Mk2.