Układ kierowniczy z zębatką i zębnikiem po cichu zawładnął światem motoryzacji. Dziś jest to standardowe wyposażenie wszystkich pojazdów, od kompaktowych samochodów miejskich po duże SUV-y. System ten jest elegancki w swojej prostocie. Ochronna metalowa rurka zawiera szereg kół zębatych, które przekształcają ruchy dłoni w ruchy fizyczne.
Sercem systemu jest Rack and Pinion. Zębatka to wydłużone koło zębate, którego zęby są tej samej długości. Znajduje się wewnątrz metalowej rurki, której końce wystają na zewnątrz. Do tych końcówek przymocowane są drążki kierownicze. Pchnięcia te służą jako łącznik pomiędzy mechanizmem wewnętrznym a światem zewnętrznym.
Akcja zaczyna się na górze. Przekładnia jest przymocowana do kolumny kierownicy, która rozciąga się od kierownicy. Gdy kręcisz kołem, kolumna obraca bieg. Koło zębate zazębia się z zębami zębatki i przesuwa ją z boku na bok. Ten ruch liniowy jest przenoszony przez drążki kierownicze na wahacze, które są połączone z piastą koła.
Mechanizm ten pełni jednocześnie dwie ważne funkcje. Po pierwsze, przekształca ruch obrotowy kierownicy w ruch liniowy niezbędny do skrętu kół. Po drugie, zapewnia przełożenie przekładni redukcyjnej. Ta obniżka jest kluczowa. Dzięki temu skręcanie kierownicą jest dużo prostsze niż bezpośrednie łączenie koła z wałem.
Większość nowoczesnych samochodów wymaga trzech lub czterech obrotów kierownicy, aby przejechać z jednego przystanku na drugi. Jest to zakres od skrajnego skrętu w lewo do skrajnego skrętu w prawo. Zakres ten jest określony przez przełożenie układu kierowniczego.
Zrozumienie współczynnika sterowania
Przełożenie układu kierowniczego to prosta zależność matematyczna. Porównuje obrót kierownicy z rzeczywistą zmianą kierunku kół samochodu. Jeżeli jeden obrót kierownicy (360 stopni) powoduje obrót kół samochodu o 20 stopni, wówczas przełożenie skrzyni biegów wynosi 18:1.
Większa liczba oznacza, że do osiągnięcia danego kąta potrzeba więcej obrotów kierownicą. Ale oznacza to także mniejszy wysiłek fizyczny. Większość pracy wykonuje przekładnia redukcyjna.
Tutaj w grę wchodzą preferencje kierowcy. Lżejsze i bardziej sportowe samochody mają zwykle niższe przełożenia układu kierowniczego. Im mniejsze przełożenie (np. 12:1), tym szybciej samochód reaguje. Wprowadzasz niewielki sygnał, a koła natychmiast reagują. Jest to konieczne dla zwrotności samochodów sportowych. Samochody te są na tyle lekkie, że kierowcy mogą obsługiwać większe obciążenia bez poczucia, że unoszą się w powietrzu bez wspomagania układu kierowniczego.
Większe ciężarówki i rodzinne sedany często korzystają z wyższych przełożeń. Priorytetem jest tutaj stabilność i zmniejszenie obciążenia podczas jazdy po autostradzie. Nie chcesz gwałtownej reakcji; wymagana jest stabilna kontrola.
Niektórzy producenci znaleźli rozsądny kompromis w przypadku sterowania ze zmiennym przełożeniem. System ten modyfikuje przekładnię zębatkową i zębnikową. Zęby zębatki są nierównomiernie rozmieszczone. W środkowej części szczelina między zębami staje się mniejsza. Zapewnia to szybką reakcję potrzebną podczas rozpoczynania skrętu. Gdy kierownica zbliża się do granicy obrotu, stopień zmiany biegów staje się większy. Zmniejsza to wysiłek wymagany do pełnego osadzenia kół, ułatwiając parkowanie i manewrowanie w ciasnych miejscach.
Układy wspomagania kierownicy z zębatką i zębnikiem
Dodanie wspomagania kierownicy nieznacznie zmienia konstrukcję. Większość kierowców polega na układach wspomagania kierownicy. Jednostki te integrują wspomaganie hydrauliczne lub elektryczne bezpośrednio z zespołem ramy. Podstawowa zasada pozostaje ta sama. Koło zębate nadal porusza zębatką. Ale dzisiaj hydraulika i silniki elektryczne zapewniają niezbędną moc.
Pomoc ta ma charakter zmienny. Zmienia się w zależności od prędkości pojazdu. Największą pomoc zapewnia jazda z małą prędkością, na przykład podczas parkowania równoległego. Ciężką kierownicę można obrócić jednym palcem. Wspomaganie układu kierowniczego jest zmniejszone podczas jazdy z dużą prędkością. Dzięki temu samochód nie będzie sprawiał wrażenia niejasnego lub nadmiernie wrażliwego na drobne ruchy kierownicą. Sprzężenie zwrotne staje się bardziej dotkliwe i wpływa na kierowcę
Mechanizm pomocniczy
To nie magia. Układ hydrauliczny wykonuje ciężkie prace podnoszące.
W korpusie zębatki znajduje się cylinder. W środku cylindra znajduje się tłok. Tłok jest sztywno połączony z samą zębatką. Dlatego gdy tłok się porusza, zębatka również się porusza. Kropka.
Ciecz wpływa przez dwa porty. Jeden jest po lewej stronie. Drugi jest po prawej stronie.
Pomysł jest następujący: pompa tłoczy płyn pod wyższym ciśnieniem na jedną stronę tłoka. Różnica ciśnień powoduje ślizganie się tłoka. Przesuw tłoka popycha zębatkę. I nagle kierownica nie wydaje się już ciężka jak kamień młyński.
Jest to system, który pomaga wytworzyć ciśnienie hydrauliczne. Po prostu im to powiedz.
Ale jak ciecz się tam dostaje? W jaki sposób system rozpoznaje, w którą stronę chcesz skręcić, zanim jeszcze znacząco skręcisz kierownicą? Pompie, zaworom i logice przepływu przyjrzymy się później.
Najpierw odejdźmy od szmat hydraulicznych i spójrzmy na innego znaczącego gracza w świecie kierowania.
