Proprio come Apple iPhone ha cambiato l’industria mobile, cremagliera del servosterzo idraulico è l’equivalente nell’industria automobilistica.
Le auto sono oggetti estremamente pesanti e possono pesare fino a 1500 kg. Immaginate di provare a guidare questa mostruosità a mani nude – semplicemente impossibile! Questo è esattamente il motivo per cui abbiamo la cremagliera dello sterzo per iniziare, l’ha reso possibile.
Ma non era perfetto. Se avete guidato una Perodua Kancil, sapete quanto fosse rigida per sterzare l’auto. Sapevamo di dover portare la cremagliera dello sterzo al livello successivo. La risposta è stata la cremagliera dello sterzo. La cremagliera dello sterzo rendeva possibile sterzare un’auto, ma la cremagliera del servosterzo era quella che lo rendeva facile.
Per coloro che hanno provato entrambi i tipi di cremagliera dello sterzo, apprezzeranno sicuramente l’impatto che ha avuto nella nostra vita quotidiana da pendolari. E a causa di ciò, questa tecnologia è diventata così ampiamente diffusa al punto che tutte le auto prodotte nel 21° secolo adottano una qualche forma di servosterzo.
A partire dal 2018, abbiamo tre tipi di servosterzo: (i) servosterzo idraulico, (ii) servosterzo elettroidraulico e (iii) servosterzo elettrico. Oggi, esploreremo e acquisiremo una comprensione più profonda del nonno di tutti i sistemi di servosterzo – la cremagliera del servosterzo idraulico: cos’è e come funziona.
- Che cos’è il servosterzo idraulico?
- La nascita del servosterzo idraulico
- Come funziona?
- Serbatoio del liquido dello sterzo
- Pompa dello sterzo
- Valvola rotante
- Camera idraulica
- Limitazione del servosterzo idraulico
- Limitazione #1: Mismatch of Power Assist
- Limitazione #2: Incline alle perdite
- Il futuro del servosterzo idraulico
- Che cos’è il servosterzo idraulico?
- L’ascesa del servosterzo idraulico – Da dove viene tutta questa potenza?
- Come funziona un servosterzo idraulico?
- Serbatoio del liquido di sterzo
- Pompa dello sterzo
- Valvola rotativa
- Camera idraulica
- Limiti intrinseci del servosterzo idraulico – non è abbastanza buono?
- Limitazione #1: Mismatch of Power Assist.
- Limitazione #2: incline alle perdite
- Il futuro del sistema di sterzo idraulico
Che cos’è il servosterzo idraulico?
Sai, gli ingegneri possono essere abbastanza letterali e pratici quando si tratta di dare un nome alle cose e questo aiuta davvero a capire meglio le cose! Rompiamo parola per parola.
La parola – “Idraulico” è solo una parola di fantasia per usare un liquido, che potrebbe significare acqua, olio, ecc. In questo caso, stiamo usando un olio per lo sterzo idraulico di colore rosa brillante per le nostre auto.
Poi, abbiamo la parola – “Servosterzo”. Quando pressurizziamo il fluido dello sterzo e lo usiamo in modo intelligente (più avanti), otteniamo una potenza aggiuntiva che ci aiuta a sterzare la nostra auto più facilmente.
E qui abbiamo tutto!
In sostanza, il servosterzo idraulico pressurizza il fluido idraulico per darci una potenza extra che rende più facile lo sterzo della nostra auto. È un aiuto ergonomico per migliorare il controllo e la manovrabilità sicura.
Ecco come appare una tipica cremagliera del servosterzo idraulico. Ecco un bel trucco. Per sapere se si tratta di una cremagliera idraulica, tutto quello che dovete fare è prestare attenzione al centro della cremagliera. Se vedete due tubi di metallo che sporgono dalla cremagliera, sapete che è di tipo idraulico. Inoltre, potreste non essere in grado di dirlo dalla foto, ma in realtà sono molto ingombranti. Ogni cremagliera può raggiungere 1,5 metri di lunghezza.
L’ascesa del servosterzo idraulico – Da dove viene tutta questa potenza?
Il servosterzo esiste da molto tempo. Sto parlando di circa cento anni. Il primo servosterzo idraulico fu brevettato nel 1876. Fu poi migliorato da Frederick W. Lanchester nel 1902.
Nel 1926, Francis Davis divenne la prima persona a montare con successo un servosterzo idraulico in un’automobile. Lo installò nella sua Pierce-Arrow del 1921 e viaggiò da New York a Los Angeles in soli 12 giorni. Sfortunatamente, nessuno vide veramente il potenziale e non fu mai commercializzato. Almeno non fino al 1939, quando scoppiò la seconda guerra mondiale.
Quando viene testato e provato su così larga scala, è difficile non vedere il potenziale in questo relativamente “nuovo” pezzo di tecnologia. E così è successo. Nel 1951, Chrysler è la prima casa automobilistica a rendere disponibile in commercio il servosterzo. Era disponibile al pubblico attraverso la loro autovettura – la Chrysler Imperial.
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Poco dopo, molti altri produttori di automobili come General Motors, Toyota e Honda hanno rapidamente proposto la loro variante di servosterzo e l’hanno implementata. E questo ci porta a dove siamo ora. Nel 21° secolo, praticamente tutte le auto sono ora dotate di servosterzo.
Se ci pensate davvero, il servosterzo è un pezzo di tecnologia che è nato in tempi difficili ed è sbocciato in qualcosa che ha cambiato la nostra vita completamente in meglio. È davvero notevole.
Come funziona un servosterzo idraulico?
Se sei completamente nuovo al sistema di sterzo dell’auto, ti consiglio vivamente di iniziare con Come funziona il sistema di sterzo dell’auto – in inglese semplice. Questo perché una normale cremagliera dello sterzo non assistita funziona in modo molto simile a un sistema di servosterzo idraulico.
L’unica differenza è che il servosterzo idraulico ha alcune parti aggiuntive per fornire la potenza extra. Sto parlando di…
- Fluido idraulico
- Serbatoio del liquido di sterzo
- Pompa dello sterzo
- Valvola rotante
- Camera idraulica
Serbatoio del liquido di sterzo
Proprio come abbiamo un serbatoio per la benzina, abbiamo un serbatoio per il liquido di sterzo. Ogni volta che usiamo un fluido, abbiamo sempre un contenitore che lo contiene quando non lo usiamo.
Non c’è niente di troppo stravagante in questa parte, e anche il suo scopo è abbastanza autoesplicativo. Ma il viaggio di un servosterzo idraulico inizia qui. Quando riempiamo il liquido dello sterzo, lo mettiamo in questo serbatoio. Tiene il fluido e lo fornisce alla pompa dello sterzo attraverso tubi di gomma.
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Pompa dello sterzo
La pompa dello sterzo si trova attaccata al motore dell’auto, solitamente accanto all’alternatore e al compressore dell’aria condizionata. Colleghiamo la pompa dello sterzo al motore attraverso un meccanismo di puleggia a cinghia utilizzando una cinghia del motore.
Quando il motore della vostra auto è in funzione, la cinghia del motore gira ad anello e questo fa girare anche la pompa dello sterzo. Con questo, la pompa tira il liquido dello sterzo dal serbatoio del liquido dello sterzo e lo pressurizza.
Come fanno esattamente? Beh, non voglio sommergervi con tutti i piccoli dettagli, ma se siete interessati a saperne di più, abbiamo un articolo sulla pompa dello sterzo in arrivo molto presto. Per ora, pensate alla pompa dello sterzo come a una scatola nera. Ci mettiamo dentro il liquido dello sterzo a bassa pressione, e dall’altra parte esce il liquido dello sterzo ad alta pressione.
Questo fluido di sterzo ad alta pressione lascia la pompa dello sterzo, attraverso i tubi dello sterzo e nella cremagliera dello sterzo, in particolare nella valvola rotativa.
Valvola rotativa
All’interno della cremagliera dello sterzo, abbiamo la cosiddetta valvola rotativa. Una valvola rotativa è un involucro metallico altamente sensibile con fori strategicamente posizionati che reindirizza il fluido dello sterzo o verso la pompa dello sterzo o verso la cremagliera dello sterzo.
Pensate ad essa come alla polizia stradale in un incrocio trafficato. Dice al fluido dello sterzo da che parte andare a seconda di dove girate il volante. Ecco come funziona…
- Se il volante è nella sua posizione originale, la valvola rotativa reindirizza il liquido dello sterzo alla pompa dello sterzo e non succede nulla. Il ciclo del liquido dello sterzo che passa dal serbatoio alla pompa e alla valvola rotativa continua a ripetersi.
- Ma quando il guidatore gira il volante, la valvola rotativa si apre e il liquido dello sterzo dalla pompa dello sterzo viene reindirizzato. Questa volta, non torna alla pompa dello sterzo, ma esce dalla valvola rotativa attraverso le linee del fluido e va in una delle camere idrauliche della cremagliera dello sterzo.
Camera idraulica
Quando il fluido dello sterzo dalla valvola rotativa viene reindirizzato nella camera idraulica, iniziamo ad avere il servofreno! Ma facciamo un passo indietro e vediamo come avviene il tutto.
Nella camera idraulica, c’è un pistone idraulico proprio al centro. Esso separa la camera idraulica in due porzioni uguali: la parte sinistra e la parte destra. Il fluido dello sterzo viene reindirizzato in queste due camere, ma ecco il colpo di scena – non ricevono quantità uguali di fluido dello sterzo!
Quando c’è più fluido dello sterzo su un lato della camera idraulica, si crea un differenziale di pressione attraverso la camera. Il fluido dello sterzo spinge quindi il pistone idraulico verso il lato più debole della camera idraulica e la cremagliera dello sterzo si muove di conseguenza.
Ora alcuni di voi si staranno chiedendo, perché c’è un differenziale di pressione.
Per via della dinamica dei fluidi. O, più specificamente, l’equazione di Bernoulli. Per darvi una metafora che vi aiuti a capire, immaginate due stanze di uguali dimensioni con un muro mobile che potete spingere nel mezzo. Una stanza è piena di 50 persone mentre l’altra è piena di 100 persone. Poiché fa molto caldo e si soffoca nella stanza, vorrei spingere il muro in modo da avere più spazio nella mia stanza. Ma ehi, anche l’altra stanza vuole più spazio! Molto rapidamente, questo diventa un tiro alla fune dove la squadra più forte spinge il muro dall’altra parte.
Ad ogni modo, questo “spingere il muro” è ciò che ci dà la potenza extra. Poiché entrambe le estremità della cremagliera dello sterzo sono collegate alle ruote dell’auto, quando la cremagliera si sposta a destra, lo faranno anche le ruote dell’auto. E… Voilà! L’auto cambia direzione e il liquido dello sterzo torna al serbatoio del liquido dello sterzo per ripetere di nuovo l’intero processo.
E questo, amici miei, è il funzionamento del servosterzo idraulico.
Limiti intrinseci del servosterzo idraulico – non è abbastanza buono?
Il servosterzo idraulico è incredibile. Fornisce la tanto necessaria assistenza allo sterzo nella nostra vita quotidiana da pendolari. Ma, come ogni cosa al mondo, niente è perfetto. Anche il servosterzo idraulico ha dei difetti intrinseci.
Limitazione #1: Mismatch of Power Assist.
È un peccato che non possiamo controllare la quantità di assistenza che otteniamo. L’assistenza che stiamo ottenendo potrebbe non essere quella di cui abbiamo bisogno.
Vi spiego cosa intendo.
Ora tutti sappiamo che il motore dell’auto aziona la pompa dello sterzo attraverso la cinghia del motore. Sono collegati fisicamente e non c’è modo di controllare quanta potenza dare o non dare. Che vi piaccia o no, la velocità della nostra pompa dello sterzo è direttamente collegata ai giri del motore dell’auto. Quando guidiamo più velocemente, i giri del motore dell’auto aumentano e la pompa funziona più velocemente. Al contrario, quando guidiamo più lentamente, i giri del motore dell’auto diminuiscono e la pompa rallenta. Ora considerate questi 3 scenari…
- Quando si guida a bassa velocità / fermo
- Quando si guida ad alta velocità
- Quando si guida dritto
Quando si guida a bassa velocità o al minimo, abbiamo bisogno di più assistenza perché è più difficile guidare l’auto senza slancio. Ma in realtà, il numero di giri del motore dell’auto è basso quando è al minimo, e quindi stiamo ottenendo solo la minima quantità di assistenza alla potenza quando, per esempio, ci muoviamo dentro e fuori da un parcheggio.
Quando si guida ad alta velocità, è utile avere un volante più rigido in modo che il volante sembri più fermo e stabile. Ma quando si guida veloce, il motore dell’auto sovraccarica la pompa dello sterzo e noi riceviamo troppa assistenza. Una leggera spinta sul volante può far sterzare troppo l’auto in una direzione che non vogliamo.
Quando si guida dritti, non abbiamo bisogno di alcun aiuto perché non stiamo girando l’auto. Ma il motore aziona comunque la pompa dello sterzo, che ne abbiamo bisogno o no. Quando si muovono parti non necessarie, l’energia viene sprecata e questo diminuisce il nostro risparmio di carburante.
Limitazione #2: incline alle perdite
C’è un altro problema.
A causa della natura stessa dell’idraulica, abbiamo bisogno del liquido dello sterzo per far funzionare il sistema. I fluidi sono molto subdoli, ovunque vadano, troveranno qualsiasi piccola apertura per scappare. Questo significa che ogni volta che usiamo il fluido, puoi essere sicuro come l’inferno che arriverà un momento in cui inizierà a perdere.
Nel nostro caso, non è raro trovare perdite di fluido dello sterzo al tubo dello sterzo, pompa dello sterzo o cremagliera dello sterzo dopo pochi anni di utilizzo. Quando ciò accade, comincerete a notare che il volante sembra più difficile da girare. Oppure, vi troverete a dover costantemente rabboccare il liquido dello sterzo ogni 2 settimane circa.
Questo è solo uno dei tanti problemi che possiamo incontrare in un sistema di sterzo idraulico. Se volete saperne di più, abbiamo elencato i 7 principali problemi della cremagliera dello sterzo che potete identificare solo per voi.
Date una lettura, varrà ogni minuto.
Il futuro del sistema di sterzo idraulico
Sì, ci sono dei difetti. Ma il servosterzo idraulico ha fatto molta strada e ha reso la guida più facile e più sicura che mai. Non so voi, ma io non riesco più a immaginare di guidare senza servosterzo!
La tecnologia è grande ed è per questo che cerchiamo continuamente di migliorarla. O almeno ci abbiamo provato. La cattiva notizia è che stiamo raggiungendo la maturità per un sistema di sterzo idraulico a causa di alcune limitazioni intrinseche.
La buona notizia è che proprio per questo, stiamo iniziando a vedere un passaggio al servosterzo elettronico perché possiamo introdurre molto più controllo sull’intero sistema di servosterzo. Proprio come i sensori dell’ABS hanno migliorato il sistema frenante, possiamo fare lo stesso per il servosterzo. E chissà, potrebbe essere un trampolino di lancio per un’auto senza conducente in futuro. Ma questa sarebbe un’altra storia per un altro giorno.
Fino ad allora, guida sicura e intelligente!
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