Styring - Steering
Styring er et system af komponenter, koblinger osv., Der tillader et køretøj at følge en ønsket kurs. En undtagelse er jernbanetransport , hvorved jernbanespor kombineret med jernbanekontakter (også kendt som 'punkter' på britisk engelsk) giver styrefunktionen. Det primære formål med styresystemet er at give føreren mulighed for at lede køretøjet.
Introduktion
Det mest konventionelle ratarrangement er at dreje forhjulene ved hjælp af et håndbetjent rat, der er placeret foran føreren, via ratstammen , som kan indeholde universalled (som også kan være en del af den sammenklappelige ratstammedesign) , for at den kan afvige noget fra en lige linje. Andre arrangementer findes undertiden på forskellige køretøjstyper; for eksempel en styrestang eller baghjulsstyring. Sporede køretøjer som bulldozere og tanke anvender normalt differentialstyring - det vil sige, at sporene skal bevæge sig med forskellige hastigheder eller endda i modsatte retninger ved hjælp af koblinger og bremser for at opnå en retningsændring.
Landkøretøjs styring
Grundlæggende geometri
Ackermann styring
Bell-crank styring
Tandstangsstyring
Kort tandhjulsstyring
Det grundlæggende formål med styring er at sikre, at hjulene peger i den ønskede retning. Dette opnås typisk ved en række sammenkoblinger, stænger, svingninger og gear. Et af de grundlæggende begreber er hjulets vinkel - hvert hjul styres med et drejepunkt foran hjulet; dette får styringen til at være selvcentrerende i retning af kørselsretningen.
Styreleddene, der forbinder styreboksen og hjulene, er normalt i overensstemmelse med en variation af Ackermann -styregeometrien for at tage højde for, at det indre hjul i en sving bevæger sig en sti med en mindre radius end det ydre hjul, så tågraden egnet til kørsel i en lige sti er ikke egnet til sving. Den vinkel, hjulene gør med det lodrette plan, kendt som camber -vinkel , påvirker også styringsdynamikken, ligesom dækkene gør.
Tandstang, cirkulerende kugle, orm og sektor
Mange moderne biler bruger tandhjulsstyringsmekanismer , hvor rattet drejer tandhjulet; tandhjulet bevæger stativet, som er et lineært gear, der hænger sammen med tandhjulet, og konverterer cirkulær bevægelse til lineær bevægelse langs bilens tværakse (side til side bevægelse). Denne bevægelse anvender styremomentet til de drejelige kugleled, der erstattede tidligere anvendte kingpins af de styrede hjuls stubaksel via trækstænger og en kort håndtagarm, der kaldes styrearmen.
Tandstangens design har fordelene ved en stor grad af feedback og direkte styring "føler". En ulempe er, at den ikke er justerbar, så når den slides og udvikler vipper , er den eneste opløsning udskiftning.
BMW begyndte at bruge tandhjulsstyresystemer i 1930'erne, og mange andre europæiske producenter vedtog teknologien. Amerikanske bilproducenter vedtog tandhjul, der begyndte med Ford Pinto fra 1974 .
Ældre designs anvender to hovedprincipper: snekken og sektordesignet og skruen og møtrikken. Begge typer blev forstærket ved at reducere friktionen; for skrue og møtrik er det den cirkulerende kuglemekanisme, som stadig findes på lastbiler og nyttekøretøjer. Rattstammen drejer en stor skrue, der hænger sammen med møtrikken ved at recirkulere kugler. Møtrikken bevæger en sektor af et gear, hvilket får den til at rotere om sin akse, når skruen drejes; en arm, der er fastgjort til sektorens akse, bevæger Pitman -armen , som er forbundet til styrestangen og dermed styrer hjulene. Den cirkulerende kugleversion af dette apparat reducerer den betydelige friktion ved at placere store kuglelejer mellem skruen og møtrikken; i hver ende af apparatet forlader kuglerne mellem de to stykker i en kanal inde i kassen, der forbinder dem med apparatets anden ende; således bliver de "recirkuleret".
Den cirkulerende kuglemekanisme har fordelen ved en langt større mekanisk fordel, så den blev fundet på større, tungere køretøjer, mens tandstangen og tandhjulet oprindeligt var begrænset til mindre og lettere; på grund af den næsten universelle vedtagelse af servostyring er dette imidlertid ikke længere en vigtig fordel, hvilket fører til en stigende brug af tandhjul på nyere biler. Designet med recirkulerende kugler har også en mærkbar vippe eller "død plet" i midten, hvor et minuts drejning af rattet i begge retninger ikke bevæger styreapparatet; dette kan let justeres via en skrue i enden af styreboksen for at tage højde for slid, men det kan ikke elimineres, fordi det vil producere overdrevne interne kræfter i andre positioner, og mekanismen slides meget hurtigt. Dette design er stadig i brug i lastbiler og andre store køretøjer, hvor hurtigheden af styring og direkte følelse er mindre vigtig end robusthed, vedligeholdelse og mekaniske fordele.
Ormen og sektoren var et ældre design, der f.eks. Blev brugt i Willys og Chrysler -biler og Ford Falcon (1960'erne). For at reducere friktion erstattes sektoren af en rulle eller roterende stifter på vippeakselarmen.
Generelt bruger ældre køretøjer den cirkulerende kuglemekanisme, og kun nyere køretøjer bruger tandhjulsstyring. Denne opdeling er imidlertid ikke særlig streng, og tandhjulsstyringssystemer kan findes på britiske sportsvogne i midten af 1950'erne, og nogle tyske bilproducenter opgav ikke recirkulerende kugleteknologi før i begyndelsen af 1990'erne.
Der findes andre systemer til styring, men er ualmindelige på vejkøretøjer. Børns legetøj og gokarts bruger ofte en meget direkte forbindelse i form af en bellcrank (også almindeligt kendt som en Pitman-arm), der er fastgjort direkte mellem ratstammen og ratarmene , og brugen af kabelbetjente ratforbindelser (f.eks. capstan og bowstring- mekanisme) findes også på nogle hjemmebyggede køretøjer, såsom sæbekassebiler og liggende trehjulede cykler .
Servostyring
Servostyring hjælper føreren af et køretøj med at styre ved at styre noget af dets kraft til at hjælpe med at dreje de styrede vejhjul om deres styreakser. Efterhånden som køretøjer er blevet tungere og skiftede til forhjulstræk , især ved brug af negativ forskydningsgeometri, sammen med stigninger i dækbredde og diameter, er den nødvendige indsats for at dreje hjulene om deres styreakser steget, ofte til det punkt, hvor større fysisk anstrengelse ville være nødvendig, hvis det ikke var for strømhjælp. For at afhjælpe dette har bilproducenter udviklet servostyringssystemer eller mere korrekt servostyring, da der på vejkørende køretøjer skal være en mekanisk kobling som fejlsikker. Der er to typer servostyringssystemer: hydraulisk og elektrisk/elektronisk. Et hydraulisk-elektrisk hybridsystem er også muligt.
En hydraulisk servostyring (HPS) bruger hydraulisk tryk, der leveres af en motordrevet pumpe til at hjælpe bevægelsen ved at dreje på rattet. Elektrisk servostyring (EPS) er mere effektiv end hydraulisk servostyring, da den elektriske servostyringsmotor kun behøver at yde assistance, når rattet drejes, mens den hydrauliske pumpe skal køre konstant. I EPS kan mængden af assistance let indstilles til køretøjstype, kørehastighed og førerpræference. En ekstra fordel er eliminering af miljøfaren ved lækage og bortskaffelse af hydraulisk servostyringsvæske. Derudover går elektrisk assistance ikke tabt, når motoren svigter eller går i stå, hvorimod hydraulisk assistance stopper med at fungere, hvis motoren stopper, hvilket gør styringen dobbelt tung, da føreren nu ikke kun skal dreje den meget tunge styring - uden hjælp - men også selve strømhjælpssystemet.
Hastighedsfølsom styring
En udvikling af servostyring er hastighedsfølsom styring, hvor styringen er stærkt assisteret ved lav hastighed og let assisteret ved høj hastighed. Bilproducenter opfatter, at bilister muligvis skal foretage store styreindgange, mens de manøvrerer til parkering, men ikke når de kører med høj hastighed. Det første køretøj med denne funktion var Citroën SM med sit Diravi -layout, selvom det i stedet for at ændre mængden af assistance som i moderne servostyringssystemer ændrede presset på en centreringskam, der fik rattet til at forsøge at "springe" tilbage til positionen lige ud. Moderne hastighedsfølsomme servostyringssystemer reducerer den mekaniske eller elektriske assistance, når køretøjets hastighed stiger, hvilket giver en mere direkte fornemmelse. Denne funktion bliver gradvist mere almindelig.
Firehjulsstyring
Firehjulsstyring er et system, der bruges af nogle køretøjer til at forbedre styreaktionen, øge køretøjets stabilitet under manøvrering ved høj hastighed eller til at reducere drejeradius ved lav hastighed.
Aktiv firehjulsstyring
I et aktivt firehjulet styresystem drejer alle fire hjul på samme tid, når føreren styrer. I de fleste aktive firehjulsstyringssystemer styres baghjulene af en computer og aktuatorer. Baghjulene kan generelt ikke dreje så langt som forhjulene. Der kan være betjeningselementer til at slukke for bageste styring og muligheder for kun at styre baghjulene uafhængigt af forhjulene. Ved lav hastighed (f.eks. Parkering) drejer baghjulene modsat forhjulene, hvilket reducerer drejeradius, nogle gange kritisk for store lastbiler, traktorer, køretøjer med trailere og personbiler med stor akselafstand, mens ved højere hastigheder både for- og baghjul dreje ens (elektronisk styret), så køretøjet kan ændre position med mindre gab og forbedret opbygning af den laterale acceleration, hvilket forbedrer stabiliteten i lige linjer. Den "slangeeffekt", man oplever under motorvejskørsel, mens man trækker en rejsetrailer, annulleres således stort set.
Firehjulsstyring fandt sin mest udbredte anvendelse i monstertrucks , hvor manøvredygtighed på små arenaer er kritisk, og den er også populær i store landbrugskøretøjer og lastbiler. Nogle af de moderne europæiske Intercity-busser anvender også firehjulet styring til at hjælpe med at manøvrere i busterminaler og også for at forbedre vejstabiliteten. Mazda var pionerer i anvendelsen af firehjulsstyring til biler, hvilket viste det på deres Mazda MX-02 konceptbil fra 1984, hvor baghjulene modstyrede ved lave hastigheder. Mazda fortsatte med at tilbyde en version af dette elektroniske firehjulsstyringssystem på Mazda 626 og MX6 i 1988. Det første rallykøretøj, der brugte teknologien, var Peugeot 405 Turbo 16 , der debuterede på 1988 Pikes Peak International Hill Climb.
Tidligere havde Honda firehjulsstyring som ekstraudstyr i deres 1987-2001 Prelude og Honda Ascot Innova modeller (1992-1996). General Motors tilbød Delphis Quadrasteer i deres Silverado/Sierra og Suburban/Yukon. På grund af lav efterspørgsel afbrød GM teknologien i slutningen af modelåret 2005. Nissan/Infiniti tilbyder flere versioner af deres HICAS- system som standard eller som en mulighed i store dele af deres line-up.
I begyndelsen af 2000'erne blev en ny generation af firehjulsstyringssystemer introduceret på markedet. I 2001 udstyrede BMW E65 7-serien med et firehjulsstyringssystem (ekstraudstyr, kaldet 'Integral Active Steering'), som fås som ekstraudstyr i de nuværende 5, 6 og 7 serier. Renault introducerede en valgfri firehjulsstyring kaldet '4control' i 2009, først på Laguna GT , som i øjeblikket er tilgængelig på Talisman , Mégane og Espace billinjer. I 2013 introducerede Porsche et system på 911 Turbo som standardudstyr. Siden 2016 er Panamera blevet tilbudt med valgfri firehjulsstyring. 2014 Audi Q7 blev lanceret med et valgfrit system. Også de japanske OEM'er tilbyder luksusbiler udstyret med firehjulsstyring, f.eks. Infiniti på sin QX70-model ('Rear Active Steering') og Lexus på GS. Italienske producenter har lanceret teknologien i modelårene 2016–17 med Ferrari F12tdf , Ferrari GTC4Lusso samt Lamborghini Aventador S Coupé .
Krabbestyring
Krabbestyring er en særlig type aktiv firehjulsstyring. Det fungerer ved at styre alle hjul i samme retning og i samme vinkel. Krabbestyring bruges, når køretøjet skal køre i en lige linje, men i en vinkel: når du skifter vognbane på en motorvej i hastighed, når du flytter last med en rækkevidde eller under filmning med en kameravogn.
Baghjulsstyring kan også bruges, når baghjulene ikke må følge den vej, som forhjulsbanerne kører (f.eks. For at reducere jordkomprimering ved brug af rullende landbrugsudstyr).
Passiv baghjulsstyring
Mange moderne biler har passiv baghjulsstyring. På mange køretøjer har baghjulene en tendens til at styre let til ydersiden af et sving i sving, hvilket kan reducere stabiliteten. Det passive styresystem anvender de laterale kræfter, der genereres i et sving (gennem affjedringsgeometri) og bøsninger til at rette op på denne tendens og styre hjulene let til indersiden af hjørnet. Dette forbedrer bilens stabilitet gennem svinget. Denne effekt kaldes compliance understyring ; den eller dens modsætning findes på alle suspensioner. Typiske metoder til at opnå overensstemmelse understyring er at bruge et watts led på en levende bagaksel eller brug af tåstyringsbøsninger på en twist -bjælkeophæng . På en uafhængig baghjulsophæng opnås det normalt ved at ændre gummibøsninger i affjedringen. Nogle affjedringer har typisk overstyringsoverensstemmelse på grund af geometri, såsom Hotchkiss-levende aksler , halvt anhængende arm IRS og bageste drejebjælker, men kan reduceres ved revisioner af bladfjederens eller bagarmens drejepunkter eller yderligere affjedringsled, eller kompleks indre geometri af bøsninger.
Passiv baghjulsstyring er ikke et nyt koncept, da det har været i brug i mange år, men ikke altid anerkendt som sådan.
Knækstyret styring
Ledstyret styring er et system, hvormed et køretøj opdeles i forreste og bageste halvdele, som er forbundet med et lodret hængsel. Den forreste og bageste halvdel er forbundet med en eller flere hydrauliske cylindre, der ændrer vinklen mellem halvdelene, herunder for- og bagaksler og hjul, og dermed styrer køretøjet. Dette system bruger ikke styrearme, kongestifter, bindestænger osv. Ligesom firehjulsstyring. Hvis det lodrette hængsel er placeret lige langt mellem de to aksler, eliminerer det også behovet for en central differential i firehjulstrukne køretøjer, da både for- og bagaksler vil følge den samme vej og dermed rotere med samme hastighed. Leddelt lastvogne har meget god off-road ydeevne.
Køretøj-trailer-kombinationer såsom sættevogne, vejtog , ledbusser og interne transportvognstog kan betragtes som passivt ledede køretøjer.
Baghjulsstyring
Et par typer af brug køretøj kun baghjulstræk styretøj, især gaffeltrucks , kamera dolly , tidlige løn læssemaskiner , Buckminster Fuller 's Dymaxion bil , og ThrustSSC .
I biler har baghjulsstyring en tendens til at være ustabil, fordi styringsgeometrien i sving ændrer sig og dermed reducerer svingradius (overstyring) frem for at øge den (understyring). Baghjulsstyring er beregnet til langsommere køretøjer, der har brug for høj manøvredygtighed i trange rum, f.eks. Gaffeltrucks.
Til tung vogn eller for øget manøvredygtighed er nogle sættevogne udstyret med baghjulsstyring, styret elektrohydraulisk. Hjulene på alle eller nogle af bagakslerne kan drejes gennem forskellige vinkler for at muliggøre strammere sving, eller gennem den samme vinkel (krabbestyring) til at flytte bagenden af traileren sideværts.
Styr-for-wire
Formålet med styre-by-wire- teknologien er helt at fjerne så mange mekaniske komponenter (styreaksel, søjle, gearreduktionsmekanisme osv.) Som muligt. Fuldstændig udskiftning af konventionelt styresystem med styre-by-wire har flere fordele, såsom:
- Fraværet af ratstamme forenkler bilens indretning.
- Fraværet af rataksel, søjle og gearreduktionsmekanisme tillader meget bedre pladsudnyttelse i motorrummet.
- Styremekanismen kan designes og installeres som en modulær enhed.
- Uden mekanisk forbindelse mellem rattet og vejhjulet er det mindre sandsynligt, at påvirkningen af et frontalt styrt får rattet til at påvirke føreren.
- Styresystemets egenskaber kan let justeres for at ændre styrerespons og følelse.
Fra 2020 er der ingen produktionsbiler til rådighed, der udelukkende er afhængige af styre-by-wire-teknologi på grund af sikkerhed, pålidelighed og økonomiske bekymringer, men denne teknologi er blevet demonstreret i mange konceptbiler, og den lignende fly-by-wire- teknologi er i brug i både militære og civile luftfartsapplikationer.
Sikkerhed
Af sikkerhedsmæssige årsager har alle moderne biler en sammenklappelig ratstamme (energiabsorberende ratstamme), som vil falde sammen i tilfælde af en kraftig frontalkollision for at undgå overdreven skade på føreren. Airbags er også generelt monteret som standard. Ikke-sammenklappelige ratkolonner, der er monteret på ældre køretøjer, kører meget ofte førere i frontalulykker, især når styreboksen eller stativet blev monteret foran forakslen, foran på krøllezonen . Dette var især et problem på køretøjer, der havde en stiv separat chassisramme uden krøllezone. Mange moderne køretøjs styrebokse eller stativer er monteret bag forakslen på det forreste skot bag på den forreste krøllezone.
Sammenklappelige styresøjler blev opfundet af Béla Barényi og blev introduceret i Mercedes-Benz W111 Fintail fra 1959 sammen med krøllezoner. Denne sikkerhedsfunktion dukkede først op på biler bygget af General Motors efter en omfattende og meget offentlig lobbykampagne vedtaget af Ralph Nader . Ford begyndte at installere sammenklappelige ratstammer i 1968.
Audi brugte et indtrækbart rat og sikkerhedssele-spændingssystem kaldet procon-ten , men det er siden blevet afbrudt til fordel for airbags og pyrotekniske seleforstrammere.
Cykler
Differentialestyring
Differentialstyring er det primære middel til styring af bæltekøretøjer , såsom tanke og bulldozere; det bruges også i visse hjulkøretøjer almindeligt kendt som udskridning-stude , og gennemføres i nogle biler, hvor det kaldes drejningsmoment vectoring , til augment styring ved at ændre hjul retning i forhold til køretøjet.
Forordninger
I EU, Rusland og Japan er UNECE -regulativ 79 relateret til styring.
I USA er Federal Motor Vehicle Safety Standards 203 og 204 relateret til slagbeskyttelse for føreren fra styrekontrolsystemet og styrekontrol bagud forskydning, mens 49 Code of Federal Regulations § 393.209 er relateret til ratsystemer.
Vandfartøjsstyring
Skibe og både styres normalt med et ror . Afhængigt af fartøjets størrelse kan ror aktiveres manuelt eller betjenes ved hjælp af en servomekanisme eller en trim -fane eller servo -fane system. Både, der bruger påhængsmotorer, styrer ved at dreje hele drivenheden. Både med indenbords motorer styrer nogle gange ved kun at dreje på propellestangen (dvs. Volvo Penta IPS -drev). Moderne skibe med dieselelektrisk drev bruger azimutpropeller . Bådees magt med årer eller padle styres ved at generere en højere fremdriftskraft på siden af båden modsat svingets retning. Jetski styres af vægtskiftinduceret rulle- og vandstrålefremkaldende vektorer .
Et fartøjs ror kan kun styre skibet, når vand passerer over det. Derfor, når et skib ikke bevæger sig i forhold til vandet, det er i eller ikke kan bevæge roret, reagerer det ikke på roret og siges at have "mistet styring". Skibets bevægelse gennem vandet er kendt som "at gøre vej". Når et fartøj bevæger sig hurtigt nok gennem vandet, til at det vender som reaktion på roret, siges det at have "styrevej". Derfor skal både på floder altid være under fremdrift, selv når de kører nedstrøms.
Fly og svæveflystyring
Fly styres normalt, når de er i luften ved hjælp af ailerons , spoilerons eller begge dele for at banke flyet til en sving; Selvom roret også kan bruges til at dreje flyet, bruges det normalt til at minimere uønsket gab , snarere end som et middel til direkte at forårsage svinget. På jorden styres fly generelt ved lave hastigheder ved at dreje næsehjulet eller baghjulet (ved hjælp af en styrestang eller rorpedalerne) eller gennem differentialbremsning og ved roret ved høje hastigheder. Missiler, luftskibe og store svævefly styres normalt af et ror, vektorkraft eller begge dele. Små sports svævefly har lignende ror, men styrer hovedsageligt ved at piloten forskyder vægten fra side til side og udligner de mere kraftfulde løftekræfter under nederdelen. Jetpakker og flyvende platforme styres kun af trykvektorer. Helikoptere styres af cyklisk kontrol, ændring af hovedrotorens (e) stødvektorer og af antimomentstyring, normalt leveret af en halerotor.
Se også
Referencer
- Encyclopedia of German Tanks of World War Two af Peter Chamberlain og Hilary Doyle, 1978, 1999