Cum funcționează direcția auto

S-ar putea să fii surprins să afli că atunci când îți întorci mașina, roțile din față nu sunt îndreptate în aceeași direcție.

Pentru ca o mașină să se întoarcă lin, fiecare roată trebuie să urmeze un cerc diferit. Întrucât roata interioară urmărește un cerc cu o rază mai mică, de fapt se face un viraj mai strâns decât roata exterioară. Dacă trasați o linie perpendiculară pe fiecare roată, liniile se vor intersecta în punctul central al virajului. Geometria legăturii de direcție face ca roata interioară să se întoarcă mai mult decât roata exterioară.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Există câteva tipuri diferite de angrenaje de direcție. Cele mai frecvente sunt cremalieră și pinion și bila recirculantă.

Direcția cu raft și pinion devine rapid cel mai comun tip de direcție pe mașini, camioane mici și SUV-uri. Este de fapt un mecanism destul de simplu. Un ansamblu de cremalieră și pinion este închis într-un tub metalic, cu fiecare capăt al cremalierului care iese din tub. O tijă, numită a tijă de legătură, se conectează la fiecare capăt al suportului.

pinion gear este atașat la arborele de direcție. Când rotiți volanul, angrenajul se învârte, mișcând suportul. Tija de fixare de la fiecare capăt al suportului se conectează la brațul de direcție pe ax (vezi diagrama de mai sus).

Angrenajul cu cremalieră și pinion face două lucruri:

• Acesta transformă mișcarea de rotație a volanului în mișcarea liniară necesară pentru a transforma roțile.
• Oferă o reducere a vitezei, făcând mai ușoară rotirea roților.

La majoritatea mașinilor, este nevoie de trei până la patru rotații complete ale volanului pentru ca roțile să se întoarcă de la blocare la blocare (de la stânga la extremă dreapta).

raport de direcție este raportul cât de departe rotiți volanul și cât de departe se rotesc. De exemplu, dacă o revoluție completă (360 de grade) a volanului are ca rezultat roțile mașinii să se întoarcă cu 20 de grade, atunci raportul de direcție este 360 ​​împărțit la 20 sau 18: 1. Un raport mai mare înseamnă că trebuie să rotiți volanul mai mult pentru ca roțile să întoarcă o distanță dată. Cu toate acestea, este nevoie de mai puțin efort din cauza raportului de viteză mai mare.

În general, mașinile mai ușoare, mai sportive au raporturi de direcție mai mici decât mașinile și camioanele mai mari. Raportul mai scăzut oferă volanului un răspuns mai rapid - nu trebuie să rotiți volanul pentru a obține roțile să întoarcă o distanță dată - ceea ce este o trăsătură de dorit în mașinile sport. Aceste mașini mai mici sunt suficient de ușoare încât, chiar și cu raportul mai mic, efortul necesar pentru rotirea volanului nu este excesiv.

Unele mașini au direcție cu raport variabil, care folosește un ansamblu cu cremalieră și pinion care are în centru un alt pas al dinților (numărul de dinți pe inch) decât cel din exterior. Acest lucru face ca mașina să răspundă rapid la pornirea unui viraj (raftul este aproape de centru) și, de asemenea, reduce efortul în apropierea limitelor de rotire a roții.

Power Rack-and-pinion

Când cremaliera și pinionul se află într-un sistem de servodirecție, suportul are un design ușor diferit.

O parte a suportului conține un cilindru cu un piston în mijloc. Pistonul este conectat la cremalieră. Există două porturi de fluid, unul de o parte și de alta a pistonului. Furnizarea de lichid de presiune mai mare într-o parte a pistonului forțează să se miște pistonul, care la rândul său mișcă rackul, oferind asistența de putere.

Vom verifica componentele care furnizează fluidul de înaltă presiune, precum și vom decide în ce parte a cremalierului să-l alimentăm, ulterior în articol. În primul rând, să aruncăm o privire la un alt tip de direcție.

Direcția cu bilă de recirculare este folosit astăzi pe multe camioane și SUV-uri. Legătura care întoarce roțile este ușor diferită decât pe un sistem cu cremalieră și pinion.

Angrenajul de direcție cu bilă recirculantă conține un dispozitiv de vierme. Puteți imagina echipamentul în două părți. Prima parte este un bloc de metal cu o gaură filetată în ea. Acest bloc are dinții angrenajului tăiați în exteriorul acestuia, care antrenează o roată care mișcă pitman braț (vezi diagrama de mai sus). Volanul se conectează la o tijă filetată, similară cu un șurub, care se blochează în orificiul blocului. Când volanul se întoarce, se întoarce șurubul. În loc să se răsucească mai departe în bloc așa cum ar face un șurub obișnuit, acest șurub este ținut fixat astfel încât atunci când se învârte, se mișcă blocul, care mișcă angrenajul care întoarce roțile.

În loc de șurubul care cuplează direct firele din bloc, toate firele sunt umplute cu rulmenți cu bilă care recirculează prin angrenaj în timp ce se învârte. Bilele servesc de fapt în două scopuri: în primul rând, reduc frecarea și uzura în angrenaj; în al doilea rând, reduc agent de poliție în angrenaj. Înclinarea ar fi resimțită atunci când schimbați direcția volanului - fără bilele din volan, dinții vor ieși din contact unul cu celălalt pentru o clipă, făcând volanul să se simtă desfăcut..

Servodirecția într-un sistem cu bilă recirculantă funcționează în mod similar cu un sistem cu cremalieră și pinion. Asistența este asigurată prin furnizarea de lichid cu presiune mai mare pe o parte a blocului.

Acum să aruncăm o privire asupra celorlalte componente care alcătuiesc un sistem de servodirecție.

Există câteva componente cheie în servodirecție în plus față de mecanismul cu știft și cu pinion sau cu bilă recirculantă.

Pompa

Puterea hidraulică pentru direcție este asigurată de un pompă rotativă cu palet (vezi diagrama de mai jos). Această pompă este condusă de motorul mașinii printr-o curea și scripetă. Conține un set de palete retractabile care se învârt în interiorul unei camere ovale.

Pe măsură ce paletele se învârt, trag lichidul hidraulic de la linia de retur la presiune scăzută și îl forțează în ieșire la presiune ridicată. Cantitatea de debit furnizată de pompă depinde de turația motorului mașinii. Pompa trebuie să fie proiectată pentru a asigura un debit adecvat atunci când motorul este în ralanti. Drept urmare, pompa deplasează mult mai mult fluid decât este necesar atunci când motorul funcționează la viteze mai rapide.

Pompa conține o supapă de reducere a presiunii pentru a vă asigura că presiunea nu devine prea mare, mai ales la viteze mari ale motorului atunci când este pompat atât de mult fluid.

Supapă rotativă

Un sistem de servodirecție trebuie să-l ajute pe șofer doar atunci când exercită forță pe volan (cum ar fi atunci când începeți un viraj). Atunci când șoferul nu exercită forță (cum ar fi atunci când conduce pe linie dreaptă), sistemul nu ar trebui să ofere asistență. Dispozitivul care sesizează forța de pe volan se numește supapă rotativă.

Cheia valvei rotative este a bară de torsiune. Bara de torsiune este o tijă subțire de metal care se răsucește atunci când se aplică cuplul. Partea superioară a barei este conectată la volan, iar partea inferioară a barei este conectată la pinion sau angrenajul cu vierme (care întoarce roțile), astfel încât cantitatea de cuplu din bara de torsiune este egală cu cantitatea de cuplu șoferul folosește pentru a roti roțile. Cu cât șoferul folosește mai mult pentru a întoarce roțile, cu atât bara se răsucește.

Intrarea din arborele de direcție formează partea interioară a ansamblu bobină-supapă. De asemenea, se conectează la capătul superior al bară de torsiune. Partea inferioară a barei de torsiune se conectează la partea exterioară a valvei bobinei. De asemenea, bara de torsiune transformă ieșirea angrenajului de direcție, conectându-se fie la angrenajul pinion, fie la angrenajul cu viermi, în funcție de tipul de direcție pe care îl are mașina.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Animație care arată ce se întâmplă în interiorul valvei rotative atunci când începeți să rotiți volanul

Pe măsură ce bara se răsucește, se rotește interiorul valvei bobinei în raport cu exteriorul. Deoarece partea interioară a valvei bobinei este de asemenea conectată la arborele de direcție (și, prin urmare, la volan), cantitatea de rotație între părțile interioare și exterioare ale valvei bobinei depinde de cât de cuplu se aplică șoferul la volan..

Când volanul nu este rotit, ambele linii hidraulice furnizează aceeași cantitate de presiune angrenajului de direcție. Dar dacă supapa bobinei este întoarsă într-un sens sau altul, porturile se deschid pentru a oferi fluid de înaltă presiune liniei corespunzătoare.

Se pare că acest tip de sistem de servodirecție este destul de ineficient. Haideți să aruncăm o privire la unele progrese pe care le vom vedea în anii următori care vor ajuta la îmbunătățirea eficienței.

Deoarece pompa de servodirecție a majorității mașinilor funcționează astăzi constant, pompând lichid tot timpul, acesta risipește putere. Această putere irosită se traduce prin combustibil irosit.

Vă puteți aștepta să vedeți mai multe inovații care vor îmbunătăți economia de combustibil. Una dintre cele mai tari idei de pe tabloul de desen este sistemul „direcționat cu fir” sau „acționare cu fir”. Aceste sisteme ar elimina complet conexiunea mecanică dintre volan și direcție, înlocuind-o cu un sistem de control pur electronic. În esență, volanul ar funcționa ca cel pe care îl puteți cumpăra pentru computerul de acasă pentru a juca jocuri. Acesta ar conține senzori care spun autoturismului ce face șoferul cu roata și ar avea câteva motoare pentru a oferi șoferului feedback despre ce face mașina. Puterea acestor senzori va fi utilizată pentru a controla un sistem de direcție motorizat. Aceasta va elibera spațiul din compartimentul motorului prin eliminarea arborelui de direcție. De asemenea, ar reduce vibrațiile din interiorul mașinii.

General Motors a introdus o mașină concept, Hy-wire, care prezintă acest tip de sistem de conducere. Unul dintre cele mai interesante lucruri despre sistemul drive-by-wire din GM Hy-wire este că puteți regla fin manevrarea vehiculului fără a schimba nimic în componentele mecanice ale mașinii - tot ce trebuie pentru a regla direcția este un computer nou. software-ul. În viitoarele vehicule conduse cu fir, cel mai probabil veți putea configura controalele exact după bunul plac, apăsând câteva butoane, la fel cum ați putea regla poziția scaunului într-o mașină astăzi. De asemenea, în acest tip de sistem ar putea fi stocate preferințe de control distincte pentru fiecare șofer din familie.

În ultimii cincizeci de ani, sistemele de direcție auto nu s-au schimbat prea mult. Dar în următoarea decadă, vom vedea progrese în direcția mașinii care vor duce la mașini mai eficiente și la o plimbare mai confortabilă.

Pentru mai multe informații despre sistemele de direcție și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Colț de testare

Știți ce sisteme de direcție sunt utilizate în mașini? Testează-ți cunoștințele cu testul de direcție auto Turbo.

Articole similare

• Quiz de suspendare a mașinii
• Cum funcționează semnalele de întoarcere
• Cum funcționează angrenajele
• Cum funcționează diferențele
• Cum funcționează frânele
• Cum funcționează sistemele de control al croazierei
• Controlul tracțiunii explicat

Mai multe legături grozave

• Enciclopedia Columbia: sistem de direcție
• Depanarea sistemelor de direcție
• Camioane: Soluționarea problemelor la volanul dur, lovitura pe roți și alte afecțiuni ale sistemului de direcție
• Forumul Auto Channel
• Mecanica profesională online: direcție
• Autovehicul 101: funcționarea sistemelor de suspensie și direcție
• QUADRASTEER de Delphi: Vehicule de dimensiuni mari, care manevrează ca mașinile compacte
• Cum se construiește o roată din spate