Fot. Wikimedia, ZF Services

Pierwszy wspomagany układ sterujący zastosowano na legendarnym parowcu Great Eastern

Produkcję hydraulicznie wspomaganych przekładni kierowniczych typu Servotronic rozpoczął koncern ZF 25 lat temu i od tamtej pory dostarczył ich różnym samochodowym markom aż 12 milionów.

W jubileuszowych podsumowaniach trudno jest uniknąć skrótów i uproszczeń, lecz tym razem lakoniczny prasowy komunikat szacownego jubilata wymaga jednak pewnego uzupełnienia, choćby dla stworzenia kontekstu pozwalającego lepiej zrozumieć zarówno przełomowe znaczenie tej innowacji sprzed ćwierćwiecza, jak i wyjątkową rolę firmy ZF w rozwoju tej dziedziny motoryzacyjnej techniki.

Pierwsze urządzenie wspomagające układ kierowniczy powstało znacznie wcześniej niż najstarsze prototypy samochodów. Wyposażone było w siłowniki parowe, a zamontowano je w 1866 roku na największym wówczas i najszybszym brytyjskim transatlantyku Great Eastern. Jego potężne pióro sterowe nie dawało się bowiem, zwłaszcza przy znacznych prędkościach, dostatecznie lekko i szybko odchylać siłą ludzkich mięśni za pośrednictwem mechanicznej przekładni. 

W transporcie kołowym analogiczny problem pojawił się dopiero sześćdziesiąt lat później i dotyczył największych amerykańskich wywrotek, choć już na samym początku XX wieku zgłoszono pierwsze patenty na the steering mechanism actuated by hydraulic Power, czyli na hydraulicznie wspomagany układ kierowniczy. Firma ZF, używająca początkowo swej pełnej nazwy ZahnradFabrik (niem. fabryka kół zębatych), została założona w Niemczech w 1915 roku. Po zakończeniu I wojny światowej podjęła również cywilną produkcję przekładni i skrzyń biegów, a od 1932 roku także układów kierowniczych, szybko zyskując światową renomę w każdej z tych specjalności. 

Wspomagana hydraulicznie przekładnia kierownicza do samochodu ciężarowego, produkowana kiedyś
w Polsce na licencji ZF

Późniejszych sukcesów ZF w konstruowaniu i wytwarzaniu hydraulicznych lub pneumatycznych systemów wspomagających kierowanie ciężkich pojazdów ze zrozumiałych względów nie ogłaszano publicznie. O ile jednak ówczesne tego rodzaju rozwiązania, opracowane dla koncernu General Motors, znalazły się oprócz wspomnianych wywrotek także w amerykańskich i brytyjskich samochodach pancernych podczas II wojny światowej, o tyle wojska niemieckie dysponowały w tym zakresie w pełni konkurencyjnymi konstrukcjami krajowymi. Po wojnie zaopatrywano w nie różnych europejskich producentów ciężkich pojazdów użytkowych, produkowano je nawet w Polsce do starów i sanów na licencji… firmy ZF.

Ogólna koncepcja systemu ZF Servotronic z 1986 roku: ciśnienie sterowane prędkością

Gdy w 1951 roku Chrysler wprowadził na rynek swój model Imperial, jako pierwszy samochód osobowy z hydraulicznym wspomaganiem kierownicy, a w ciągu trzech kolejnych lat analogiczne własne systemy pojawiły się w luksusowych limuzynach GM, Forda i czołowych marek z Europy – były to zminiaturyzowane wersje urządzeń stosowanych w ciężarówkach już 20 lat wcześniej. Zakłady ZF należały do wąskiego grona głównych ich dostawców.    

Okazało się jednak, że zapożyczone skądinąd rozwiązanie nie jest tak komfortowe w samochodach osobowych, jak w ciężkich pojazdach użytkowych albo w dużych statkach. Przy powolnych manewrach, np. w trakcie parkowania, działało znakomicie, pozwalając obracać kierownicę dosłownie jednym palcem, lecz przy większych prędkościach działanie układu wspomagania okazywało się zbyt miękkie i nieprecyzyjne, czyli niekiedy nawet niebezpieczne. Próby uzależnienia wartości siły wspomagającej od prędkości jazdy na zasadzie hydromechanicznej dawały rezultaty zbyt skomplikowane i kosztowne.

System ZF Servotronic zintegrowany z zębatkową przekładnią kierowniczą

Problem ten rozwiązał zadowalająco dopiero układ ZF Servotronic, produkowany masowo od 1986 roku. Siłę wspomagania dozuje w nim bowiem zawór elektrohydrauliczny, sterowany sygnałami wysyłanymi przez zintegrowany z prędkościomierzem elektryczny czujnik aktualnej prędkości pojazdu. Podobnie jak wcześniejsze rozwiązania czysto hydrauliczne układ ten mógł współpracować z różnymi rodzajami przekładni kierowniczych. 

Konstrukcja ta w trakcie 25 lat jej stosowania była kilkakrotnie modyfikowana. Pierwsza generacja, oparta na rotacyjnych zaworach tłoczkowych, została zastąpiona w 1989 roku przez Servotronic z rotacyjnymi zaworami ślizgowymi. W 1998 roku opracowano wielostronnie zmodyfikowaną wersję o nazwie Servotronic 2 z elektronicznym sterowaniem ciśnienia hydraulicznego. 

Następną generację stanowią już urządzenia z silnikami elektrycznymi zamiast siłowników hydraulicznych, na zdjęciu: system ZF Servoletric

Choć różne systemy hydrauliczne nadal wykorzystywane są powszechnie w wielu modelach pojazdów licznych światowych marek, w konstruktorskim dorobku firmy ZF stanowią już etap zamknięty chlubnie, lecz definitywnie. Od 2001 roku produkcją nowych układów wyłącznie elektrycznych ZF Servolectric zajmuje się spółka joint venture o nazwie ZF Lenksysteme GmbH, w której po 50% udziałów posiadają ZF Friedrichshafen AG oraz Robert Bosch GmbH. Wytwarzana przez nią konstrukcja rożni się od poprzedników nie tylko zastąpieniem siłowników i pomp hydraulicznych bardziej energooszczędnymi silnikami elektrycznymi, lecz także mikroprocesorowym sterowaniem, umożliwiającym, dzięki współpracy z innymi systemami samochodu, bardziej subtelne dostosowywanie charakterystyki wspomagania do różnych realnych warunków jazdy.  

W artykule wykorzystano materiały ZF Lenksysteme                          

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa