Tandheugelbesturing is stilletjes de autowereld gaan domineren. Tegenwoordig is het standaarduitrusting op alle voertuigen, van compacte stadsauto’s tot grote SUV’s. Dit systeem is elegant in zijn eenvoud. De beschermende metalen buis bevat een reeks rondsels die handbewegingen omzetten in fysieke bewegingen.
Het hart van het systeem is het tandheugeltandwielstel. Het tandheugel is een langwerpig rondsel waarvan de tanden dezelfde lengte hebben. Het bevindt zich in een metalen buis waarvan beide uiteinden uitsteken. Aan deze uiteinden zijn trekstangen bevestigd. Deze staven fungeren als een schakel tussen het innerlijke mechanisme en de buitenwereld.
De actie begint van bovenaf. Het rondsel is bevestigd aan de stuuras die vanaf het stuur naar beneden reikt. Als je aan het wiel draait, draait de as het rondsel. Het rondsel grijpt in de tanden van de tandheugel en duwt de tandheugel heen en weer. Deze lineaire beweging wordt via de trekstangen overgebracht op de stuurarmen, die in verbinding staan met de wielspindel.
Dit mechanisme vervult twee belangrijke functies tegelijkertijd. Zet eerst de rotatiebeweging van het stuur om in de lineaire beweging die nodig is om het stuur te laten draaien. Ten tweede zorgt het voor een reductie van het rondsel. Deze reductie is cruciaal. Het maakt het draaien van het wiel veel gemakkelijker dan het wiel rechtstreeks op de as te bevestigen.
Bij de meeste moderne voertuigen zijn drie of vier slagen van het stuur nodig om van het ene slot naar het andere te gaan. Dat is het bereik van de uiterst linkse bocht tot de uiterst rechtse bocht. Dit bereik wordt gedefinieerd door de stuurverhouding.
Stuurverhouding begrijpen
De stuurverhouding is een eenvoudige wiskundige relatie. Vergelijk het draaien van het stuur met de mate waarin de wielen van de auto daadwerkelijk van richting veranderen. Als één draai aan het stuur (360 graden) ervoor zorgt dat de wielen van de auto 20 graden draaien, is de verhouding 18:1.
Een groter getal betekent dat er voor een bepaalde hoek meer wielomwentelingen nodig zijn. Maar ze betekenen ook minder fysiek werk. De tandwielreductie doet het zware werk.
Dit is waar de voorkeur van de bestuurder een rol speelt. Lichtere en sportievere voertuigen hebben doorgaans een lagere stuurverhouding. Hoe kleiner de verhouding (bijvoorbeeld 12:1), hoe sneller de auto reageert. Je maakt een kleine inbreng en de wielen reageren onmiddellijk. Dit is essentieel voor de wendbaarheid van prestatieauto’s. Deze voertuigen zijn licht genoeg om bestuurders in staat te stellen de toegenomen stress aan te kunnen zonder het gevoel te hebben dat ze zonder stuurbekrachtiging zweven.
Grotere vrachtwagens en gezinssedans gebruiken vaak hogere verhoudingen. Prioriteit hierbij is stabiliteit en een lagere werklast bij het rijden op de snelweg. Je hebt geen zenuwachtige reactie nodig; Een constante controle is vereist.
Sommige fabrikanten hebben een redelijke middenweg gevonden met stuurinrichting met variabele overbrengingsverhouding. Dit systeem wijzigt de tandheugelversnellingsbak. De tanden op de tandheugel zijn niet gelijkmatig verdeeld. In het midden wordt de opening tussen de tanden gedetailleerder. Dit zorgt voor de snelle reactie die nodig is bij het initiëren van een bocht. Naarmate het stuur zijn draailimiet nadert, wordt de afstand tussen de rondsels groter. Dit vermindert de inspanning die nodig is om de wielen volledig te blokkeren, waardoor parkeren en krappe manoeuvres worden verminderd.
Elektrische tandheugelsystemen
Door bekrachtiging aan de vergelijking toe te voegen, verandert het ontwerp een beetje. De meeste bestuurders vertrouwen op power rack-and-pinion -systemen. Deze units integreren hydraulische of elektrische ondersteuning rechtstreeks in het frame. Het basisprincipe blijft hetzelfde. Het rondsel beweegt nog steeds de tandheugel. Maar tegenwoordig zorgen hydraulica en elektromotoren voor de kracht.
Deze hulp is variabel. Het varieert afhankelijk van de snelheid van het voertuig. De grootste ondersteuning wordt geboden bij het rijden met lage snelheden, zoals fileparkeren. Met één vinger kun je een zwaar wiel draaien. Bij het rijden met hoge snelheden neemt de stuurbekrachtiging af. Dit voorkomt dat de auto wazig of te gevoelig wordt voor kleine stuurbewegingen. De feedback wordt heviger en heeft invloed op de bestuurder
Hulpmechanisme
Dit is geen magie. Hydraulische systemen sturen het zware werk.
Er bevindt zich een cilinder in de rekbehuizing. In het midden van de cilinder bevindt zich een zuiger. De zuiger is vergrendeld aan het rek zelf. Wanneer de zuiger beweegt, beweegt dus ook het tandheugel. Periode.
Vloeistof komt binnen via twee poorten. Het is aan de linkerkant. Het is aan de rechterkant.
Hier is de truc: pomp vloeistof onder hogere druk aan één kant van de zuiger. Het drukverschil dwingt de zuiger te glijden. De slede duwt het rek. Opeens voelt het stuur niet meer als het draaien van een molensteen.
Dit is een systeem dat de hydraulische druk helpt. Vertel ze dat maar.
Maar hoe komt de vloeistof daar? Hoe weet het systeem welke kant je op wilt voordat je het stuur zelfs maar veel hebt verplaatst? Later zullen we dieper ingaan op de pomp, de kleppen en de logica achter de stroom.
Laten we eerst eens afstand nemen van hydraulische vodden en kijken naar een andere belangrijke speler op het gebied van stuurinrichting.
