Hvordan bilstyring fungerer

Du kan bli overrasket over å høre at når du snur bilen, peker ikke forhjulene dine i samme retning.

For at en bil skal snu jevnt, må hvert hjul følge en annen sirkel. Siden det indre hjulet følger en sirkel med en mindre radius, gjør det faktisk en strammere sving enn det ytre hjulet. Hvis du tegner en linje vinkelrett på hvert hjul, vil linjene krysses ved midtpunktet av svingen. Geometrien til styreleddet gjør at hjulet blir mer enn det ytre.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Det er et par forskjellige typer styrehjul. De vanligste er tannstang med tanndrev og resirkulerende ball.

Rack-and-pinion styring begynner raskt å bli den vanligste typen styring på biler, små lastebiler og SUV-er. Det er faktisk en ganske enkel mekanisme. Et tannhjulsett er lukket i et metallrør, hvor hver ende av stativet stikker ut fra røret. En stang, kalt a strekkstang, kobles til hver ende av stativet.

De tannhjul utstyr er knyttet til styreaksel. Når du svinger rattet, snur giret og flytter stativet. Strekkstangen i hver ende av stativet kobles til styrearm på spindel (se diagram over).

Rack-and-pinion girset gjør to ting:

• Den konverterer rattets rotasjonsbevegelse til den lineære bevegelsen som trengs for å vri hjulene.
• Det gir girreduksjon, noe som gjør det lettere å vri hjulene.

På de fleste biler tar det tre til fire komplette omdreininger av rattet for å få hjulene til å dreie seg fra lås til lås (helt fra venstre til helt til høyre).

De styringsforhold er forholdet mellom hvor langt du svinger rattet og hvor langt hjulene svinger. Hvis for eksempel en fullstendig revolusjon (360 grader) av rattet fører til at hjulene på bilen svinger 20 grader, er styreforholdet 360 delt med 20 eller 18: 1. Et høyere forhold betyr at du må vri rattet mer for å få hjulene til å vri en gitt avstand. Det kreves imidlertid mindre krefter på grunn av det høyere girforholdet.

Generelt har lettere, sportsligere biler lavere styringsforhold enn større biler og lastebiler. Det lavere forholdet gir styringen en raskere respons - du trenger ikke vri rattet like mye for å få hjulene til å vri en gitt avstand - noe som er en ønskelig egenskap i sportsbiler. Disse mindre bilene er lette nok til at selv med lavere forhold er ikke innsatsen som kreves for å vri rattet for stor.

Noen biler har styring med variabelt forhold, som bruker et tannhjulsett som har en annen tannhøyde (antall tenner per tomme) i midten enn det har på utsiden. Dette får bilen til å reagere raskt når du starter en sving (stativet er i nærheten av midten), og reduserer også innsatsen nær hjulets svinggrenser.

Power Rack-and-pinion

Når stativet er i et styringssystem, har stativet en litt annen design.

En del av stativet inneholder en sylinder med et stempel i midten. Stempelet er koblet til stativet. Det er to væskeporter, en på hver side av stempelet. Tilførsel av høytrykksvæske til den ene siden av stempelet tvinger stemplet til å bevege seg, noe som igjen beveger stativet, noe som gir krafthjelp.

Vi skal sjekke komponentene som gir høytrykksvæsken, samt bestemme hvilken side av stativet som skal tilføres senere i artikkelen. La oss først se på en annen type styring.

Styring av resirkulerende ball brukes på mange lastebiler og SUVer i dag. Koblingen som vender hjulene er litt annerledes enn på et rack-og-pinion-system.

Styreutstyret med resirkuleringskule inneholder et ormutstyr. Du kan avbilde giret i to deler. Den første delen er en metallblokk med et gjenget hull i det. Denne blokken har girtenner kuttet i utsiden av den, som griper inn i et gir som beveger pitman arm (se diagram over). Rattet kobles til en gjengestang, lik en bolt, som stikker inn i hullet i blokken. Når rattet svinger, snur det bolten. I stedet for å vri seg lenger inn i blokken slik en vanlig bolt ville gjort, holdes denne bolten fast slik at når den snurrer, beveger den blokken, som beveger giret som svinger hjulene.

I stedet for at bolten direkte griper inn trådene i blokken, er alle trådene fylt med kulelager som resirkulerer gjennom giret når det svinger. Ballene tjener faktisk to formål: For det første reduserer de friksjon og slitasje i giret; For det andre reduserer de pytt i giret. Det blir følt en skråning når du endrer rattets retning - uten kulene i rattet, ville tennene komme ut av kontakt med hverandre et øyeblikk, og få rattet til å føle seg løs.

Servostyring i et resirkulerende kule-system fungerer på samme måte som et rack-og-pinion-system. Hjelpen tilveiebringes ved å tilføre fluid med høyere trykk til den ene siden av blokken.

La oss nå se på de andre komponentene som utgjør et servostyringssystem.

Det er et par sentrale komponenter i servostyring i tillegg til rack-og-pinion- eller resirkulasjonsballemekanismen.

Pumpe

Styringens hydrauliske kraft leveres av a roterende-ving pumpe (se diagram nedenfor). Denne pumpen blir drevet av bilens motor via et belte og remskive. Den inneholder et sett med uttrekkbare skovler som snurrer inne i et ovalt kammer.

Når skovlene snurrer, trekker de hydraulisk væske fra returledningen ved lavt trykk og tvinger det inn i utløpet ved høyt trykk. Mengden strømning som pumpen avgir, avhenger av bilens motorhastighet. Pumpen må være designet for å gi tilstrekkelig flyt når motoren går på tomgang. Som et resultat beveger pumpen mye mer væske enn nødvendig når motoren kjører i raskere hastigheter.

Pumpen inneholder en trykkavlastningsventil for å sikre at trykket ikke blir for høyt, spesielt ved høye motorhastigheter når det pumpes så mye væske.

Rotasjonsventil

Et servostyringssystem skal bare hjelpe føreren når han utøver kraft på rattet (for eksempel når du starter en sving). Når sjåføren ikke utøver kraft (for eksempel når han kjører i en rett linje), skal systemet ikke gi noen hjelp. Enheten som registrerer kraften på rattet, kalles rotasjonsventil.

Nøkkelen til rotasjonsventilen er a torsjonsstang. Torsjonsstangen er en tynn metallstang som vrir seg når dreiemomentet påføres. Toppen av stangen er koblet til rattet, og bunnen av stangen er koblet til tannhjulet eller ormutstyret (som snur hjulene), så dreiemomentet i torsjonsstangen er lik mengden dreiemoment driveren bruker for å vri hjulene. Jo mer dreiemoment føreren bruker for å vri hjulene, desto mer vrir baren seg.

Inngangen fra styreakselen danner den indre delen av a spole-ventil montering. Den kobles også til den øverste enden av torsjonsstang. Bunnen av torsjonsstangen kobles til den ytre delen av spoleventilen. Torsjonsstangen dreier også utgangen fra rattet, og kobles til enten tannhjulhjulet eller ormutstyret, avhengig av hvilken type styring bilen har.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Animasjon som viser hva som skjer inne i rotasjonsventilen når du først begynner å vri rattet

Når stangen vrir seg, roterer den innsiden av spoleventilen i forhold til utsiden. Siden den indre delen av spoleventilen også er koblet til rattakselen (og derfor til rattet), avhenger rotasjonsmengden mellom de indre og ytre delene av spoleventilen av hvor mye dreiemoment føreren bruker på rattet.

Når rattet ikke er i sving, gir begge hydraulikklinjene samme trykkmengde til rattet. Men hvis spoleventilen dreies den ene eller den andre veien, åpnes portene for å gi høytrykksfluid til den aktuelle linjen.

Det viser seg at denne typen servostyringssystem er ganske ineffektiv. La oss se på noen fremskritt vi vil se de kommende årene som vil bidra til å forbedre effektiviteten.

Siden servostyringspumpen på de fleste biler i dag kjører konstant og pumper væske hele tiden, sløser den med hestekrefter. Denne bortkastede kraften oversettes til bortkastet drivstoff.

Du kan forvente å se flere nyvinninger som vil forbedre drivstofføkonomien. En av de kuleste ideene på tegnebrettet er "styre-for-wire" eller "drive-by-wire" -system. Disse systemene vil eliminere den mekaniske forbindelsen mellom rattet og rattet fullstendig, og erstatte det med et rent elektronisk kontrollsystem. I hovedsak vil rattet fungere som det du kan kjøpe for hjemmecomputeren din for å spille spill. Den vil inneholde sensorer som forteller bilen hva sjåføren gjør med rattet, og har noen motorer i seg for å gi sjåføren tilbakemelding på hva bilen gjør. Utgangen fra disse sensorene vil bli brukt til å kontrollere et motorisert styresystem. Dette vil frigjøre plass i motorrommet ved å eliminere rattakselen. Det vil også redusere vibrasjoner inne i bilen.

General Motors har introdusert en konseptbil, Hy-wire, som har denne typen kjøresystemer. Noe av det mest spennende med drive-by-wire-systemet i GM Hy-wire er at du kan finjustere kjøretøyhåndtering uten å endre noe i bilens mekaniske komponenter - alt som trengs for å justere styringen er en ny datamaskin programvare. I fremtidige driv-for-wire kjøretøyer vil du sannsynligvis kunne konfigurere kontrollene nøyaktig til din smak ved å trykke på noen få knapper, akkurat som du kan justere seteposisjonen i en bil i dag. Det vil også være mulig i denne typen systemer å lagre forskjellige kontrollpreferanser for hver driver i familien.

De siste femti årene har bilstyresystemer ikke endret seg mye. Men i løpet av det neste tiåret vil vi se fremskritt innen bilstyring som vil resultere i mer effektive biler og en mer komfortabel kjøretur.

For mer informasjon om styresystemer og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

Quiz Corner

Vet du hva styresystemer som brukes i biler? Test kunnskapene dine med Car Steering Quiz fra Turbo.

Relaterte artikler

• Quiz for biloppheng
• Hvordan blinklys fungerer
• Hvordan gir fungerer
• Hvordan forskjeller fungerer
• Hvordan bremser fungerer
• Hvordan cruisekontrollsystemer fungerer
• Traksjonskontroll forklart

Flere gode lenker

• The Columbia Encyclopedia: Steering System
• Feilsøking styringssystemer
• Lastebiler: Feilsøking hardt styring, hjulspark og andre servostyringssykeproblemer
• Auto Channel Forums
• Profesjonell mekanikk online: Styring
• Automotive 101: Suspension And Steering Systems Operation
• QUADRASTEER av Delphi: Kjøretøy i full størrelse manøvrerer som kompakte biler
• Slik bygger du en bakhjulsstyring foran hjulstrekk