Qual è il sistema di sterzo automobilistico più utilizzato al mondo?
Il sistema di sterzo è uno dei componenti più critici di un'auto, che è direttamente correlato alle prestazioni di manovrabilità del veicolo e alla sicurezza di guida. Dal primo sistema di sterzo meccanico al modernosistema di servosterzo elettrico, la tecnologia dello sterzo automobilistico ha subito molte innovazioni. Vari sistemi di sterzo automobilistico sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo. Diversi sistemi hanno i loro vantaggi e svantaggi, ma alcuni sistemi di sterzo sono diventati i sistemi più comunemente utilizzati al mondo grazie alle loro eccellenti prestazioni e ampia applicabilità.
In questo articolo verranno esaminati i sistemi di sterzo per autoveicoli più comunemente utilizzati al mondo, analizzandone i principi di funzionamento, i vantaggi e gli svantaggi e le ragioni della loro ampia applicazione.
Cos'è un sistema sterzante per autoveicoli?
Il sistema di sterzo è una parte importante del sistema di controllo del veicolo. La sua funzione principale è quella di trasmettere con precisione le istruzioni di sterzo del conducente alle ruote per ottenere la sterzata del veicolo. Che si tratti di un'auto compatta, di un SUV o di un camion commerciale, tutti i veicoli si affidano al sistema di sterzo per mantenere la corretta direzione di guida ed eseguire operazioni di sterzata quando necessario.
Le prestazioni del sistema di sterzo automobilistico influenzano direttamente la stabilità di guida del veicolo, il comfort di guida e la sicurezza. Pertanto, progettare un sistema di sterzo efficiente e affidabile è sempre stato un argomento importante nel campo dell'ingegneria automobilistica.
Quali sono i principali tipi di sistemi sterzanti per autoveicoli?
Attualmente, i tipi di sistemi di sterzo più comuni nel settore automobilistico includono principalmente i seguenti:
● Sistema di sterzo meccanico: il primo tipo di sistema di sterzo, una struttura puramente meccanica, costituita da piantone dello sterzo, cremagliera dello sterzo, barra dello sterzo e altri componenti.
● Sistema di sterzo idraulico (HPS): fornisce potenza tramite una pompa idraulica per ridurre la forza richiesta dal conducente per girare il volante.
● Sistema di sterzo elettrico (EPS): utilizza un motore elettrico per fornire potenza allo sterzo e ha gradualmente sostituito il sistema di potenza idraulica, diventando la scelta più diffusa.
● Sistema di sterzo idraulico elettronico (EHPS): combina le caratteristiche dei sistemi di sterzo idraulico ed elettrico e ottimizza l'effetto del servosterzo tramite controllo elettronico.
● Sistema di sterzatura a quattro ruote (4WS): un sistema presente in alcuni modelli di fascia alta che consente di sterzare le ruote anteriori e posteriori, migliorando la maneggevolezza e la stabilità.
Sistema di sterzo idraulico (HPS)
Il principio di funzionamento del sistema di sterzo idraulico:
Il sistema di servosterzo idraulico (HPS) era un tempo il sistema di sterzo più utilizzato al mondo, specialmente nel mercato automobilistico dagli anni '90 all'inizio del 21° secolo. Il principio di funzionamento del sistema di potenza idraulica è quello di generare pressione attraverso la pompa idraulica azionata dal motore, e la pompa idraulica fornisce olio idraulico ad alta pressione al cilindro di potenza su entrambe le estremità della cremagliera dello sterzo. Quando il conducente gira il volante, la valvola di potenza controlla l'olio idraulico per entrare nel lato sinistro o destro del cilindro di potenza in base alla direzione di rotazione e all'ampiezza del volante, fornendo così assistenza alla potenza e rendendo più facile la sterzata.
Vantaggi del sistema di sterzo idraulico:
● Feedback della forza di sterzo reale: il feedback della forza del sistema di potenza idraulica è relativamente lineare e il conducente può percepire chiaramente il contatto tra la ruota e il terreno, il che contribuisce ad aumentare la sicurezza di guida.
● Tecnologia matura e costi relativamente bassi: sin dalla sua nascita, il servosterzo idraulico ha subito decenni di sviluppo e miglioramento. La sua tecnologia è molto matura e il suo costo di produzione è relativamente basso.
● Ampia gamma di applicazioni: il sistema di alimentazione idraulica è adatto a vari tipi di veicoli, dalle piccole auto ai camion pesanti.
Svantaggi del sistema di sterzo idraulico:
● Elevato consumo energetico: il sistema di potenza idraulica richiede che il motore fornisca potenza per azionare la pompa idraulica. Anche quando non si sterza, la pompa idraulica continua a funzionare, con conseguente spreco di energia.
● Elevati costi di manutenzione: il servosterzo idraulico richiede la sostituzione regolare dell'olio idraulico e le guarnizioni sono soggette a invecchiamento e perdite di olio, il che aumenta la complessità e i costi di manutenzione.
● Peso elevato: la pompa idraulica, il cilindro di potenza, il tubo dell'olio e gli altri componenti del sistema di potenza idraulica sono relativamente pesanti, il che non favorisce la leggerezza del veicolo.
Applicazione del sistema di sterzo idraulico:
Il sistema di servosterzo idraulico era un tempo ampiamente utilizzato in varie autovetture e veicoli commerciali, specialmente alla fine del XX secolo, quasi tutti i veicoli di fascia media e alta erano dotati di sistema di servosterzo idraulico. Tuttavia, con l'avvento del sistema di servosterzo elettrico (EPS), l'applicazione del sistema di potenza idraulica è gradualmente diminuita, ma in alcuni veicoli pesanti e veicoli speciali, il sistema di servosterzo idraulico ha ancora un posto.
Sistema di servosterzo elettrico (EPS)
Principio di funzionamento del sistema di servosterzo elettrico:
Il sistema di servosterzo elettrico (EPS) è uno dei tipi di sistema di sterzo più comunemente utilizzati al mondo. A differenza del tradizionale sistema di potenza idraulica, il sistema di servosterzo elettrico fornisce direttamente assistenza allo sterzo tramite motore elettrico. Il principio di funzionamento del sistema di servosterzo elettrico è che quando il conducente gira il volante, il sensore rileva l'angolo di sterzata e la forza di sterzata e trasmette il segnale all'unità di controllo elettronico (ECU). L'ECU controlla il funzionamento del motore in base al segnale e quindi fornisce potenza alla cremagliera dello sterzo tramite un meccanismo di ingranaggi o un sistema di trasmissione a cinghia.
Vantaggi del sistema di servosterzo elettrico:
● Elevata efficienza energetica: il sistema di servosterzo elettrico avvia il motore solo per fornire potenza quando il conducente gira e, quando si guida in linea retta, il motore è in modalità standby e non consuma energia. Pertanto, il sistema di servosterzo elettrico è più efficiente dal punto di vista energetico e può ridurre efficacemente il consumo di carburante del veicolo.
● Peso leggero: rispetto al sistema di servosterzo idraulico, il sistema di servosterzo elettrico non richiede una pompa idraulica, un tubo dell'olio e un cilindro di potenza, quindi è più leggero e contribuisce a ottenere un design leggero del veicolo.
● Elevata programmabilità: poiché il sistema di servosterzo elettrico è gestito dall'unità di controllo elettronica, le dimensioni e le caratteristiche dell'assistenza allo sterzo possono essere regolate tramite software per adattarsi alle diverse condizioni di guida e alle preferenze del conducente.
● Manutenzione semplice: il sistema di servosterzo elettrico non utilizza olio idraulico, quindi non è necessario sostituire l'olio idraulico e non si verificano problemi di perdite nel sistema idraulico, il che riduce i costi e la complessità della manutenzione.
Svantaggi del sistema di servosterzo elettrico:
● Mancanza di feedback realistico: sebbene il sistema di servosterzo elettrico possa simulare un certo feedback di forza tramite programmazione, il suo feedback di forza non è realistico come quello del tradizionale sistema di servosterzo idraulico, il che a volte può far percepire al conducente una mancanza di connessione con la strada.
● Rischio di guasto dei componenti elettronici: il sistema di servosterzo elettrico si basa sul funzionamento preciso dei componenti elettronici. Se l'unità di controllo elettronica o il motore si guastano, la potenza dello sterzo potrebbe venire meno.
Applicazione del sistema di sterzo elettrico:
Attualmente, il sistema di servosterzo elettrico è diventato la configurazione principale nel mercato automobilistico globale, in particolare nel campo delle autovetture. Quasi tutti i modelli di recente lancio utilizzano sistemi di servosterzo elettrico. Non è utilizzato solo nelle piccole auto e nei SUV, ma è entrato gradualmente anche nel campo di alcuni veicoli commerciali e pesanti. L'ampia applicazione del sistema EPS è dovuta alla sua elevata efficienza energetica, alla leggerezza e alla facile manutenzione, e soddisfa anche gli standard sempre più severi in materia di emissioni e risparmio di carburante delle auto moderne.
Sistema di sterzo idraulico elettronico (EHPS)
Il principio di funzionamento del sistema di sterzo idraulico elettronico:
Il sistema di servosterzo idraulico elettronico (Electro-Hydraulic Power Steering, EHPS) è una combinazione di servosterzo idraulico e sistema di servosterzo elettrico. Il suo principio di funzionamento è quello di azionare la pompa idraulica tramite un motore elettrico per fornire assistenza idraulica. Questo sistema ottimizza il consumo di energia tramite controllo elettronico mantenendo i vantaggi del sistema di assistenza idraulica.
Vantaggi del sistema di sterzo idraulico elettronico:
● Combinazione dei vantaggi dei sistemi idraulici ed elettrici: il servosterzo idraulico elettronico non solo mantiene le buone caratteristiche di force feedback del sistema di servosterzo idraulico, ma migliora anche l'efficienza energetica del sistema tramite l'unità di controllo elettronica, riducendo il consumo di energia non necessario.
● Ampia applicabilità: il sistema di servosterzo idraulico elettronico può essere applicato a vari tipi di veicoli, in particolare a quei veicoli di grandi dimensioni con elevata richiesta di assistenza allo sterzo, come camion e SUV.
Svantaggi del sistema di servosterzo idraulico elettronico:
● Struttura complessa e costi elevati: il sistema di alimentazione idraulica elettronica combina i sistemi idraulico ed elettrico, con conseguente struttura più complessa e costi di produzione e manutenzione relativamente elevati.
● Peso elevato: rispetto al sistema di servosterzo puramente elettrico, il sistema di servosterzo idraulico elettronico ha un peso complessivo maggiore a causa della ritenzione della parte idraulica, il che non favorisce la leggerezza del veicolo.
Applicazione del sistema di servosterzo idraulico elettronico:
Il sistema di servosterzo idraulico elettronico è utilizzato principalmente nei veicoli con elevata richiesta di assistenza allo sterzo, come camion pesanti, SUV e alcune auto sportive ad alte prestazioni. Questi veicoli solitamente richiedono una maggiore assistenza allo sterzo e il sistema di servosterzo idraulico elettronico può fornire una forte assistenza mantenendo una buona efficienza energetica.
Il sistema di sterzo più comunemente utilizzato al mondo
In generale, ilsistema di servosterzo elettrico(EPS) è diventato il sistema di sterzo più comunemente utilizzato al mondo. Con la sua elevata efficienza, leggerezza e facile manutenzione, questo sistema ha gradualmente sostituito il tradizionale sistema di potenza idraulica ed è diventato la prima scelta delle principali case automobilistiche.
Sebbene i sistemi di servosterzo idraulico e i sistemi di servosterzo idraulico elettronico abbiano ancora un posto in alcune aree specifiche, il loro campo di applicazione si è gradualmente ridotto. I vantaggi dei sistemi di servosterzo elettrico in termini di efficienza energetica, controllabilità e adattabilità li hanno resi ampiamente riconosciuti e utilizzati in tutto il mondo.
Per questo motivo, il sistema EPS è senza dubbio il sistema di sterzo più utilizzato al mondo, garantendo la sicurezza e il comfort di guida di milioni di veicoli in tutto il mondo.
