Hoe autosturing werkt

Het zal u misschien verbazen dat wanneer u uw auto draait, uw voorwielen niet in dezelfde richting wijzen.

Om een ​​auto soepel te laten draaien, moet elk wiel een andere cirkel volgen. Omdat het binnenwiel een cirkel volgt met een kleinere straal, maakt het eigenlijk een strakkere bocht dan het buitenwiel. Als u een lijn loodrecht op elk wiel tekent, zullen de lijnen elkaar in het middelpunt van de bocht kruisen. De geometrie van de stuurstang zorgt ervoor dat het binnenwiel meer draait dan het buitenwiel.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Er zijn een aantal verschillende soorten stuurhuizen. De meest voorkomende zijn tandheugel en recirculerende bal.

Tandheugelbesturing wordt in snel tempo het meest voorkomende type stuurinrichting op auto's, kleine vrachtwagens en SUV's. Het is eigenlijk een vrij eenvoudig mechanisme. Een tandheugel-tandwielset is ingesloten in een metalen buis, waarbij elk uiteinde van de tandheugel uit de buis steekt. Een staaf, genaamd a trekstang, wordt aangesloten op elk uiteinde van het rek.

De rondsel is bevestigd aan de stuuras. Wanneer je aan het stuur draait, draait de versnelling, waardoor het rek beweegt. De trekstang aan elk uiteinde van het rek wordt aangesloten op de stuur arm op de spil (zie diagram hierboven).

De tandheugel-tandwielset doet twee dingen:

• Het zet de roterende beweging van het stuur om in de lineaire beweging die nodig is om de wielen te laten draaien.
• Het zorgt voor een versnellingsreductie, waardoor het gemakkelijker wordt om de wielen te draaien.

Bij de meeste auto's duurt het drie tot vier volledige omwentelingen van het stuur om de wielen van aanslag naar aanslag te laten draaien (van uiterst links naar uiterst rechts).

De stuur ratio is de verhouding tussen hoe ver u het stuur draait en hoe ver de wielen draaien. Als een volledige omwenteling (360 graden) van het stuur er bijvoorbeeld toe leidt dat de wielen van de auto 20 graden draaien, dan is de stuurverhouding 360 gedeeld door 20 of 18: 1. Een hogere ratio betekent dat je het stuur meer moet draaien om de wielen een bepaalde afstand te laten draaien. Door de hogere overbrengingsverhouding is echter minder inspanning vereist.

Over het algemeen hebben lichtere, sportievere auto's lagere stuurverhoudingen dan grotere auto's en vrachtwagens. De lagere overbrengingsverhouding geeft de besturing een snellere reactie - je hoeft niet zoveel aan het stuur te draaien om de wielen een bepaalde afstand te laten draaien - wat een wenselijke eigenschap is bij sportwagens. Deze kleinere auto's zijn zo licht dat zelfs met de lagere verhouding de inspanning die nodig is om het stuur te draaien niet buitensporig is.

Sommige auto's hebben variabele stuuroverbrenging, die een tandheugel-tandwielset gebruikt met een andere tandafstand (aantal tanden per inch) in het midden dan aan de buitenkant. Hierdoor reageert de auto snel bij het starten van een bocht (het rek bevindt zich in het midden) en vermindert ook de inspanning in de buurt van de draailimieten van het wiel.

Power Rack-and-pinion

Wanneer de tandheugel zich in een stuurbekrachtigingssysteem bevindt, heeft de tandheugel een iets ander ontwerp.

Een deel van het rek bevat een cilinder met in het midden een zuiger. De zuiger is verbonden met het rek. Er zijn twee vloeistofpoorten, één aan weerszijden van de zuiger. Door vloeistof onder hoge druk aan één kant van de zuiger toe te voeren, wordt de zuiger gedwongen te bewegen, wat op zijn beurt de tandheugel in beweging brengt en de kracht ondersteunt.

We zullen de componenten bekijken die de hogedrukvloeistof leveren, en ook beslissen aan welke kant van het rack we deze leveren, later in dit artikel. Laten we eerst eens kijken naar een ander type besturing.

Besturing met recirculerende bal wordt tegenwoordig op veel vrachtwagens en SUV's gebruikt. De koppeling die de wielen laat draaien is iets anders dan bij een tandheugel-en-rondselsysteem.

De stuurinrichting met kogelomloop bevat een wormwiel. Je kunt het tandwiel in twee delen in beeld brengen. Het eerste deel is een blok metaal met een schroefdraadgat erin. Dit blok heeft tandwieltanden die in de buitenkant zijn uitgesneden, die een tandwiel inschakelen dat de pitman-arm (zie diagram hierboven). Het stuur is verbonden met een draadstang, vergelijkbaar met een bout, die in het gat in het blok steekt. Als het stuur draait, draait het de grendel. In plaats van verder in het blok te draaien zoals een gewone bout zou doen, wordt deze bout vastgehouden zodat wanneer hij draait, hij het blok beweegt, waardoor het tandwiel beweegt dat de wielen draait.

In plaats van dat de bout rechtstreeks in aanraking komt met de schroefdraad in het blok, zijn alle schroefdraden gevuld met kogellagers die tijdens het draaien door het tandwiel recirculeren. De ballen dienen eigenlijk twee doelen: ten eerste verminderen ze wrijving en slijtage in de versnelling; ten tweede verminderen ze slop in de versnelling. Slop zou worden gevoeld als je de richting van het stuur verandert - zonder de ballen in het stuurhuis zouden de tanden even uit contact met elkaar komen, waardoor het stuur los aanvoelt.

Stuurbekrachtiging in een recirculerend kogelsysteem werkt op dezelfde manier als een tandheugel-systeem. Hulp wordt geboden door vloeistof onder hoge druk aan één kant van het blok toe te voeren.

Laten we nu eens kijken naar de andere componenten waaruit een stuurbekrachtigingssysteem bestaat.

Er zijn een aantal belangrijke componenten in Stuurbekrachtiging naast het tandheugel- of kogelomloopmechanisme.

Pomp

De hydraulische kracht voor de besturing wordt geleverd door een schottenpomp (zie onderstaande afbeelding). Deze pomp wordt aangedreven door de motor van de auto via een riem en poelie. Het bevat een set intrekbare schoepen die in een ovale kamer draaien.

Terwijl de schoepen draaien, trekken ze met lage druk hydraulische vloeistof uit de retourleiding en persen deze onder hoge druk in de uitlaat. De hoeveelheid stroom die door de pomp wordt geleverd, is afhankelijk van het motortoerental van de auto. De pomp moet zijn ontworpen om voldoende stroom te leveren wanneer de motor stationair draait. Als gevolg hiervan verplaatst de pomp veel meer vloeistof dan nodig is wanneer de motor op hogere snelheden draait.

De pomp bevat een overdrukventiel om ervoor te zorgen dat de druk niet te hoog wordt, vooral bij hoge motortoerentallen wanneer er zoveel vloeistof wordt gepompt.

Roterende klep

Een stuurbekrachtigingssysteem mag de bestuurder alleen helpen als hij kracht op het stuur uitoefent (zoals bij het starten van een bocht). Als de bestuurder geen kracht uitoefent (zoals bij het rijden in een rechte lijn), zou het systeem geen ondersteuning moeten bieden. Het apparaat dat de kracht op het stuur detecteert, wordt de roterende klep.

De sleutel tot de roterende klep is een torsiestaaf. De torsiestaaf is een dunne metalen staaf die draait wanneer er koppel op wordt uitgeoefend. De bovenkant van de stang is verbonden met het stuur en de onderkant van de stang is verbonden met het rondsel of wormwiel (dat de wielen draait), dus de hoeveelheid koppel in de torsiestang is gelijk aan de hoeveelheid koppel die bestuurder gebruikt om de wielen te draaien. Hoe meer koppel de bestuurder gebruikt om de wielen te laten draaien, hoe meer de staaf verdraait.

De input van de stuuras vormt het binnenste deel van een regelventiel montage. Het maakt ook verbinding met het bovenste uiteinde van de torsiestaaf. De onderkant van de torsiestang sluit aan op het buitenste deel van de plunjerklep. De torsiestang verdraait ook de output van de stuurinrichting en maakt verbinding met het rondsel of het wormwiel, afhankelijk van het type stuurinrichting dat de auto heeft..

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Animatie die laat zien wat er in de roterende klep gebeurt wanneer u voor het eerst aan het stuur begint te draaien

Terwijl de staaf draait, draait deze de binnenkant van de regelklep ten opzichte van de buitenkant. Omdat het binnenste deel van de regelklep ook verbonden is met de stuuras (en dus met het stuur), is de mate van rotatie tussen de binnenste en buitenste delen van de regelklep afhankelijk van hoeveel koppel de bestuurder uitoefent op het stuur..

Wanneer het stuur niet wordt gedraaid, zorgen beide hydraulische leidingen voor dezelfde hoeveelheid druk op het stuurhuis. Maar als de plunjerklep op de een of andere manier wordt gedraaid, gaan de poorten open om hogedrukvloeistof naar de juiste leiding te leiden.

Het blijkt dat dit type stuurbekrachtiging behoorlijk inefficiënt is. Laten we eens kijken naar enkele vorderingen die we de komende jaren zullen zien die de efficiëntie zullen helpen verbeteren.

Omdat de stuurbekrachtigingspomp van de meeste auto's tegenwoordig constant draait en constant vloeistof pompt, verspilt dit pk's. Dit verspilde vermogen vertaalt zich in verspilde brandstof.

U kunt verschillende innovaties verwachten die het brandstofverbruik zullen verbeteren. Een van de coolste ideeën op de tekentafel is het "steer-by-wire" of "drive-by-wire" -systeem. Deze systemen zouden de mechanische verbinding tussen het stuur en het stuur volledig elimineren en deze vervangen door een puur elektronisch controlesysteem. In wezen zou het stuur werken zoals het stuur dat u kunt kopen voor uw thuiscomputer om games te spelen. Het zou sensoren bevatten die de auto vertellen wat de bestuurder doet met het stuur, en er zouden enkele motoren in zitten om de bestuurder feedback te geven over wat de auto doet. De output van deze sensoren zou worden gebruikt om een ​​gemotoriseerd stuursysteem te besturen. Dit zou ruimte vrijmaken in het motorcompartiment door de stuuras weg te laten. Het zou ook de trillingen in de auto verminderen.

General Motors heeft een conceptauto geïntroduceerd, de Hy-wire, die is voorzien van dit type aandrijfsysteem. Een van de meest opwindende dingen van het drive-by-wire-systeem in de GM Hy-wire is dat je het rijgedrag van de auto kunt afstemmen zonder iets aan de mechanische componenten van de auto te veranderen - alles wat nodig is om de besturing af te stellen is een nieuwe computer. software. In toekomstige drive-by-wire-voertuigen kunt u de bedieningselementen waarschijnlijk precies naar wens configureren door een paar knoppen in te drukken, net zoals u de stoelpositie in een auto vandaag zou kunnen aanpassen. In dit soort systemen zou het ook mogelijk zijn om voor elke bestuurder in de familie verschillende besturingsvoorkeuren op te slaan.

In de afgelopen vijftig jaar zijn de stuursystemen van auto's niet veel veranderd. Maar in het komende decennium zullen we vooruitgang zien in de besturing van auto's die zullen resulteren in efficiëntere auto's en een comfortabelere rit.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over stuursystemen en gerelateerde onderwerpen.

Quiz hoek

Weet u welke stuursystemen in auto's worden gebruikt? Test je kennis met de Car Steering Quiz van Turbo.

Gerelateerde artikelen

• Quiz over auto-ophanging
• Hoe richtingaanwijzers werken
• Hoe versnellingen werken
• Hoe differentiëlen werken
• Hoe remmen werken
• Hoe Cruise Control-systemen werken
• Tractiecontrole uitgelegd

Meer geweldige links

• The Columbia Encyclopedia: Steering System
• Problemen met stuursystemen oplossen
• Vrachtwagens: probleemoplossing voor harde besturing, wieltrap en andere problemen met het stuurbekrachtigingssysteem
• De Auto Channel-forums
• Professionele mechanica online: sturen
• Automotive 101: werking van ophangings- en stuursystemen
• QUADRASTEER van Delphi: voertuigen van volledige grootte die manoeuvreren als compacte auto's
• Hoe bouw je een achterwielbesturing Trike met voorwielaandrijving