Sådan fungerer bilstyring

Du kan blive overrasket over at høre, at når du drejer din bil, peger dine forhjul ikke i samme retning.

For at en bil kan dreje jævnt, skal hvert hjul følge en anden cirkel. Da det indvendige hjul følger en cirkel med en mindre radius, gør det faktisk en strammere drejning end det udvendige hjul. Hvis du tegner en linje vinkelret på hvert hjul, krydses linjerne ved drejepunktets midtpunkt. Styretøjets geometri får det indvendige hjul til at dreje mere end det udvendige hjul.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Der er et par forskellige typer styretøj. De mest almindelige er rack-and-pinion og recirkulerende kugle.

Rack-and-pinion styring bliver hurtigt den mest almindelige type styring på biler, små lastbiler og SUV'er. Det er faktisk en temmelig enkel mekanisme. Et tandhjulssæt er indkapslet i et metalrør, hvor hver ende af stativet stikker ud fra røret. En stang, kaldet a forbindelsesstangen, forbindes til hver ende af stativet.

Det tandhjul gear er knyttet til styreaksel. Når du drejer på rattet, drejer gearet og flytter stativet. Trækstangen i hver ende af stativet forbindes til styrearm på den spindel (se diagram ovenfor).

Rack-and-pinion gearet gør to ting:

• Det konverterer rattets rotationsbevægelse til den lineære bevægelse, der er nødvendig for at dreje hjulene.
• Det giver en reduktion af gearet, hvilket gør det lettere at dreje hjulene.

På de fleste biler tager det tre til fire komplette omdrejninger af rattet for at få hjulene til at dreje fra lås til lås (fra langt til venstre til langt højre).

Det styringsforhold er forholdet mellem hvor langt du drejer rattet og hvor langt hjulene drejer. For eksempel, hvis en komplet omdrejning (360 grader) af rattet resulterer i, at bilens hjul drejer 20 grader, er styreforholdet 360 divideret med 20 eller 18: 1. Et højere forhold betyder, at du skal dreje rattet mere for at få hjulene til at dreje en given afstand. Der kræves dog mindre kræfter på grund af det højere gearforhold.

Generelt har lettere, sportsligere biler lavere styreforhold end større biler og lastbiler. Det lavere forhold giver styret et hurtigere svar - du behøver ikke at dreje rattet så meget for at få hjulene til at dreje en given afstand - hvilket er en ønskelig egenskab i sportsbiler. Disse mindre biler er lette nok til at selv med det lavere forhold er den krævede indsats for at dreje rattet ikke for stor.

Nogle biler har styring med variabelt forhold, der bruger et tandhjulssæt, der har en anden tandhøjde (antal tænder pr. tomme) i midten, end det har på ydersiden. Dette får bilen til at reagere hurtigt, når man starter en sving (stativet er i nærheden af ​​midten), og reducerer også indsatsen nær hjulets drejegrænser.

Power Rack-and-pinion

Når rack-og-tandhjulet er i et servostyringssystem, har stativet et lidt anderledes design.

En del af stativet indeholder en cylinder med et stempel i midten. Stemplet er forbundet til stativet. Der er to væskeporte, en på hver side af stemplet. Tilførsel af højtryksvæske til den ene side af stemplet tvinger stemplet til at bevæge sig, hvilket igen bevæger stativet, hvilket giver strømhjælpen.

Vi tjekker de komponenter, der leverer højtryksvæsken, samt beslutter, hvilken side af stativet der skal leveres til det senere i artiklen. Lad os først se på en anden type styring.

Konstruktionsboldstyring bruges på mange lastbiler og SUV'er i dag. Koblingen, der drejer hjulene, er lidt anderledes end på et rack-og-tandhjulssystem.

Det cirkulerende kuglestyretøj indeholder et ormegear. Du kan forestille gearet i to dele. Den første del er en metalblok med et gevind i hullet. Denne blok har geartænder skåret i ydersiden af ​​den, som griber ind i et gear, der bevæger pitman arm (se diagram ovenfor). Rattet forbindes til en gevindstang, der ligner en bolt, der stikker ind i hullet i blokken. Når rattet drejer, drejer det bolt. I stedet for at dreje længere ind i blokken, som en almindelig bolt gør, holdes denne bolt fast, så når den drejer, bevæger den blokken, der bevæger gearet, der drejer hjulene.

I stedet for at bolten direkte griber ind i gevindene i blokken, er alle gevindene fyldt med kuglelejer, der cirkulerer gennem gearet, når det drejer. Kuglerne tjener faktisk to formål: For det første reducerer de friktion og slid i gearet; for det andet reducerer de slop i gearet. Hældning kunne mærkes, når du skifter rattets retning - uden kuglerne i styretøjet ville tænderne komme i kontakt med hinanden et øjeblik, hvilket får rattet til at føle sig løs.

Servostyring i et recirkulations-kuglesystem fungerer på samme måde som et rack-og-pinion-system. Hjælp tilvejebringes ved at tilføre væske med højere tryk til den ene side af blokken.

Lad os nu se på de andre komponenter, der udgør et servostyringssystem.

Der er et par nøglekomponenter i servostyring ud over rack-og-pinion eller recirkuleringsboldmekanisme.

Pumpe

Styringens hydrauliske kraft leveres af en roterende vingepumpe (se diagram nedenfor). Denne pumpe drives af bilens motor via et bælte og remskive. Det indeholder et sæt indtrækkelige skovle, der roterer inde i et ovalt kammer.

Når skovlene drejer, trækker de hydraulisk væske fra returledningen ved lavt tryk og tvinger det ind i udløbet ved højt tryk. Mængden af ​​strøm, der leveres af pumpen, afhænger af bilens motorhastighed. Pumpen skal være konstrueret til at give tilstrækkelig strøm, når motoren går i tomgang. Som et resultat bevæger pumpen sig meget mere væske end nødvendigt, når motoren kører med hurtigere hastigheder.

Pumpen indeholder en trykaflastningsventil for at sikre, at trykket ikke bliver for højt, især ved høje motorhastigheder, når der pumpes så meget væske.

Drejeventil

Et servostyringssystem skal kun hjælpe føreren, når han udøver kraft på rattet (f.eks. Når man starter et sving). Når føreren ikke udøver kraft (f.eks. Når han kører i en lige linje), bør systemet ikke give nogen hjælp. Enheden, der registrerer kraften på rattet, kaldes drejeventil.

Nøglen til drejeventilen er en torsionsstang. Drejestangen er en tynd metalstang, der drejes, når der påføres drejningsmoment. Den øverste del af stangen er forbundet med rattet, og bunden af ​​stangen er forbundet med tandhjulet eller ormhjulet (som drejer hjulene), så mængden af ​​drejningsmoment i torsionsstangen er lig med mængden af ​​drejningsmoment føreren bruger til at dreje hjulene. Jo mere drejningsmoment føreren bruger til at dreje hjulene, desto mere drejes bjælken.

Indgangen fra styreakslen udgør den indre del af en spole-ventil samling. Det forbinder også til den øverste ende af torsionsstang. Bunden af ​​torsionsstangen forbindes til den ydre del af spoleventilen. Drejestangen drejer også output fra styretøjet, idet den tilsluttes enten tandhjulet eller ormhjulet, afhængigt af hvilken type styring bilen har.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Animation, der viser, hvad der sker inden i rotationsventilen, når du først begynder at dreje rattet

Når stangen drejes, roterer den indersiden af ​​spoleventilen i forhold til ydersiden. Eftersom den indvendige del af spoleventilen også er forbundet med styreakslen (og derfor til rattet), afhænger rotationsmængden mellem spoleventilens indre og ydre dele af, hvor meget drejningsmoment føreren anvender på rattet.

Når rattet ikke drejes, giver begge hydraulikledninger den samme mængde tryk på ratet. Men hvis spoleventilen drejes den ene eller den anden vej, åbnes porte for at give højtryksfluid til den passende linje.

Det viser sig, at denne type servostyringssystem er temmelig ineffektiv. Lad os se på nogle fremskridt, vi ser i de kommende år, som vil hjælpe med at forbedre effektiviteten.

Da servostyringspumpen på de fleste biler i dag kører konstant og pumper væske hele tiden, spilder den hestekræfter. Denne spildt kraft omsættes til spildt brændstof.

Du kan forvente at se flere innovationer, der vil forbedre brændstoføkonomien. En af de fedeste ideer på tegnebrættet er "styre-for-wire" eller "drive-by-wire" -systemet. Disse systemer ville fjerne den mekaniske forbindelse mellem rattet og styringen fuldstændigt og erstatte det med et rent elektronisk styresystem. Grundlæggende fungerer rattet som det, du kan købe til din hjemmecomputer for at spille spil. Den vil indeholde sensorer, der fortæller bilen, hvad chaufføren laver med rattet, og har nogle motorer i den for at give chaufføren feedback på, hvad bilen gør. Output fra disse sensorer ville blive brugt til at styre et motoriseret styresystem. Dette vil frigøre plads i motorrummet ved at fjerne styreakslen. Det vil også reducere vibrationer inde i bilen.

General Motors har introduceret en konceptbil, Hy-wire, der indeholder denne type køresystem. En af de mest spændende ting ved drive-by-wire-systemet i GM Hy-wire er, at du kan finjustere køretøjshåndtering uden at ændre noget i bilens mekaniske komponenter - alt hvad der kræves for at justere styringen er en ny computer software. I fremtidige køre-for-wire køretøjer vil du sandsynligvis være i stand til at konfigurere kontrollerne nøjagtigt til din smag ved at trykke på et par knapper, ligesom du muligvis kan justere sædepositionen i en bil i dag. Det ville også være muligt i denne type system at gemme forskellige kontrolpræferencer for hver driver i familien.

I de sidste halvtreds år har bilstyresystemer ikke ændret sig meget. Men i det næste årti vil vi se fremskridt med bilstyring, der vil resultere i mere effektive biler og et mere behageligt kørsel.

For mere information om styresystemer og relaterede emner, se linkene på næste side.

Quiz hjørne

Ved du, hvilke styresystemer der bruges i biler? Test din viden med Car Steering Quiz fra Turbo.

Relaterede artikler

• Quiz til bilophæng
• Sådan fungerer signalerne
• Sådan fungerer gear
• Hvordan forskelle fungerer
• Sådan fungerer bremser
• Sådan fungerer Cruise Control Systems
• Traktionskontrol forklaret

Flere gode links

• The Columbia Encyclopedia: Steering System
• Fejlfinding af styresystemer
• Lastbiler: Fejlfinding af hård styring, hjulspark og andre servostyringssystemer
• Auto Channel Forums
• Professionel mekanik online: Styring
• Automotive 101: Betjening af ophæng og styresystemer
• QUADRASTEER af Delphi: Køretøjer i fuld størrelse, der manøvreres som kompakte biler
• Sådan oprettes en baghjulstyring på forhjulstræk