Jak funguje hřeben řízení – zařízení a typy mechanismů

Hřeben řízení je mechanismus, který přenáší impulsy z volantu přes kardan a ozubený hřídel do mechanismu horizontálního hřebenu, čímž se realizuje synchronní otáčení kol. Při jízdě autem se mění poloha kol vůči povrchu vozovky. Řídicí jednotka polohy kol automaticky zajišťuje jejich prostorové umístění.

Bez ohledu na výrobce je princip fungování hřebenů řízení stejný. Mechanismus se dvěma navzájem spojenými ozubenými koly. Věnec jednoho je narovnán, druhý převod (ozubený hřídel) je připojen přes hnací hřídel k volantu, aby přenášel točivý moment z řidiče přes hřeben na kola.

V našem autoservisu můžete provést kompletní profesionální diagnostiku a oprava hřebenu řízení jakéhokoli výrobce. Servisní specialisté pracují na moderním vybavení (stojany) a mají bohaté zkušenosti. Montáž a demontáž na místě. Záruka na dílo je 2 roky.

Konstrukce umožňuje spojit dvě důležité výhody v jeden celek: snížení síly potřebné k otáčení volantem a transformaci kruhového pohybu na lineární pohyb. Pohyb vpřed je omezen rozsahem pohybu kol během zatáček, který je vlastní konstrukci vozu. Posunutí hřebenu z levé do pravé úvrati vyžaduje 2,5 až 4 plné otáčky volantu.

Typy hřebenů řízení

Provoz nejjednoduššího šnekového páru funguje bez dalších zařízení, která pomáhají otáčet volantem. Touha ulehčit řidiči úsilí vedla k vybavení mechanismu speciálními bloky, které eliminují potřebu namáhat se při provádění manévru. Schéma bylo soustavně vylepšováno a prošlo třemi fázemi vylepšování.

• Mechanický hřeben řízení – jedná se o základní typ konstrukce. Jde o přímý pohon točivého momentu od volantu, přes odpovídající kardanovou hřídel a ozubenou hřídel. Toto řešení vyžaduje značné úsilí řidiče směrem k volantu. To může omezit okruh osob, které jsou schopny takové vozidlo obsluhovat. Touha snížit úsilí řidiče potřebné k ovládání pohybu vedla ke vzniku hydraulických a elektrických zařízení, která zvyšují točivý moment.
• Hydraulický hřeben řízení – je nejběžnější schéma s posilovačem řízení. Funguje podle schématu synchronního pohybu volantu řidiče pod vlivem tlakového rozdílu v kapalině pístu. Spojení ozubeného hřídele s hřebenem je normální, ale v místě, kde se spojuje s hřídelí sloupku řízení, jsou speciální rotační ventily, které regulují směr přívodu kapaliny pod tlakem z čerpadla. Hydraulické zařízení hřebenu řízení vyžaduje dodatečnou instalaci čerpadla posilovače řízení na motor, které odebírá určité množství energie z motoru. Konstrukce hřebenu posilovače řízení znamená, že posilovač řízení funguje pouze při běžícím motoru, kdy je dosažen jmenovitý tlak hydraulické kapaliny v uzavřeném okruhu.
• Elektrický hřeben řízení – jde o snížení síly vynaložené řidičem na volant pomocí elektromotoru spojeného šnekovým převodem s převodem upevněným na hřídeli řízení. Regulátor motoru synchronizuje směr jeho otáčení s pohyby rukou řidiče. Zvláštností takového hřebene je, že přenos točivého momentu je možný pouze v jednom směru ze šneku na hnaný věnec ozubeného kola. V opačném pořadí je mechanismus zablokován. Pokud selže šnekové soukolí a zablokuje se, točivý moment se bez překážek přenáší přímo z rukou řidiče přes mechanismus hřebenového řízení na kola. V tomto případě budete muset pouze vyvinout větší sílu kvůli selhání elektrického posilovače řízení, ale na ovladatelnost vozu to nebude mít vliv.

Zařízení hřebenu řízení

Hřeben řízení je postaven na interakci záběru zubů s hřídelí převodovky. Čtyři hlavní součásti hřebenu řízení.

• Kolo – volant automobilu je zařízení sloužící k ovládání pohybu automobilu v daném směru. Volant se spojuje přes ozubené sedlo s hřídelí sloupku řízení a přenáší rotační sílu na hřeben. Moderní volanty automobilů jsou vybaveny dalšími funkcemi. Tlačítka pro ovládání palubních systémů a airbagu ve střední části volantu. Podle technických předpisů je volant pevně upevněn na hřídeli bez vůle a volného pohybu v horizontální a vertikální rovině.
• Hřídel řízení – přenáší rotační pohyb volantu, skládá se z více částí orientovaných v různých směrech. Jsou navzájem spojeny pomocí kardanových mechanismů.
• Hřeben řízení – je vodorovně pohyblivý hřeben se zářezem pro záběr s ozubeným hřídelem, který se uvádí do rotačního pohybu synchronně s otáčením volantu. Na obou stranách jednotky jsou zdířky pro kloubové nebo závitové připojení se speciálními hroty připojenými k pákám řízení kol.
• Řídící tyče – zajistit přenos síly na kola a provést tah spojený s blokem náboje. Konstrukce zajišťuje nutnost rozdílu úhlů natočení vnitřních a vnějších kol. Tyče přenášejí jak translační, tak rotační pohyb.
• Konec řízení – vyrobeno ve formě závěsu s čepy, pro závitové připojení a nastavení délky, pro účely korekce úhlů natočení.
• Tlumič – Jedná se o dvojčinný tlumič. Instaluje se na hřeben řízení mezi tyče a tělo. Používá se na SUV a prémiových vozidlech s pohonem zadních kol. Zvyšuje směrovou stabilitu vozidla, minimalizuje vibrace volantu při jízdě po nerovném povrchu a prodlužuje životnost regálu. K dispozici je také tlumič hřídele řízení, instalovaný na sloupu vozů s EPS.

Pro usnadnění otáčení volantu může být mechanismus vybaven hydraulickým nebo elektrickým posilovačem. Konstrukce umožňuje odsazení kol v různých úhlech, což odpovídá geometrii vnějšího a vnitřního poloměru otáčení.

Výhody hřebenového řízení

Při porovnávání možností hřebenového řízení s ostatními je třeba zvážit řadu zřejmých výhod:

• Díky menšímu počtu zapojených prvků a menšímu počtu spojovacích bodů ozubnicový mechanismus rychleji reaguje na náraz a je snadněji ovladatelný.
• Nízká hmotnost konstrukce pomáhá zlepšit provozní a rychlostní vlastnosti vozu
• Hřebenové řízení poskytuje lepší pocit z řízení, což výrazně zvyšuje bezpečnost při jízdě na mokrém a kluzkém povrchu vozovky
• Oprava a restaurování jsou jednodušší, protože má méně součástí, které tvoří jednotku, a mechanismus je široce používán.

Výše uvedené úvahy podporují široké přijetí a zlepšení různých možností hřebenového řízení v automobilovém průmyslu.

Nevýhody hřebenového řízení

Obliba používání tohoto technického řešení na mnoha autech převažuje nad nevýhodami, z nichž lze uvést následující.

Pro mechanické a hydraulické systémy:

• Zrychlené opotřebení prvků v důsledku zvýšené zátěže, což je cena za jednoduchost řídicí jednotky skládající se z malého počtu dílů
• Citlivost hřebenového mechanismu na kvalitu povrchu vozovky, která je patrná zejména u SUV s pohonem všech kol při jízdě do terénu nepřipraveného na jízdu, kdy se prudce zvyšuje obtížnost ovládání
• Citlivost na vibrace přenášené přes volant na řidiče
• Únik procesní kapaliny

Další zařízení, která využívají elektřinu k pohonu posilovače řízení, mají následující nevýhody:

• Vyšší cena
• Potřeba speciálního vybavení pro diagnostiku elektronické řídicí jednotky
• Obtížnost oprav DIY

Všechny typy hřebenů řízení mají stejný princip fungování mechanismu, rozdíly spočívají pouze ve výběru schématu pro zvýšení síly přenášené řidičem otáčením volantu.

Existuje několik typů mechanismu řízení Víte, že když otočíte volantem, kola auta se otáčí. Ale mezi otáčením volantu a otáčením kol dochází k určitým akcím.

V tomto článku se podíváme na vlastnosti dvou nejběžnějších typů převodky řízení: hřebenové řízení a převodka řízení s kulovou maticí. Povíme si také o posilovači řízení a dozvíme se o zajímavých technologiích ve vývoji systémů řízení, které dokážou snížit spotřebu paliva. Nejprve se však podíváme na to, jak dochází k otáčení. Ne vše je tak jednoduché, jak by se mohlo zdát.

Otáčení auta

Možná vás překvapí, že kola na přední nápravě sledují při zatáčení různé dráhy.

Aby bylo zajištěno plynulé otáčení, každé kolo musí vytyčovat jiný kruh. Vzhledem k tomu, že vnitřní kolo popisuje kolo s menším poloměrem, zatáčí ostřeji než to vnější. Pokud ke každému kolu nakreslíte kolmici, čáry se protnou ve středovém bodu otáčení. Geometrie otáčení způsobuje, že se vnitřní kolo otáčí více než vnější kolo.

Existuje několik typů převodů řízení. Nejběžnější jsou převodka řízení s hřebenem a pastorkem a převodka řízení s kulovou maticí.

Hřebenové řízení

Hřebenové řízení je široce používáno v osobních automobilech, lehkých nákladních vozidlech a SUV. Ve skutečnosti je tento mechanismus docela jednoduchý. Hřebenová a pastorková kola jsou umístěna v kovové trubce s hřebenem vyčnívajícím z každé strany. Konec řízení se připojuje ke každé straně hřebenu.

Hnací kolo je spojeno s hřídelí řízení. Když otočíte volantem, ozubené kolo se začne otáčet a uvede hřeben do pohybu. Špička řízení na konci hřebenu je spojena s dvojnožkou řízení na vřetenu (viz obrázek).

• Převádí rotační pohyb volantu na lineární pohyb nutný k otáčení kol.
• Poskytuje převodový poměr pro usnadnění otáčení kola.

Převodový poměr řízení je poměr stupně řízení ke stupni natočení kol. Pokud například jedno celé otočení volantem (360 stupňů) otočí volantem o 20 stupňů, pak je převodový poměr řízení 18:1 (360 děleno 20). Čím vyšší je převod, tím větší je úhel natočení volantu. Navíc, čím vyšší je poměr, tím menší úsilí je potřeba.

Lehká sportovní auta mají obvykle nižší převod řízení než větší auta a nákladní auta. S nízkým převodem řízení je odezva řízení rychlejší, takže při zatáčení nemusíte silou točit volantem. Čím menší je vůz, tím menší je jeho hmotnost a i při nízkém převodovém poměru nevyžaduje další úsilí při zatáčení.

Existují také vozy s proměnným převodem řízení. V tomto případě má hřeben a pastorek různou rozteč zubů (počet zubů na palec) uprostřed a po stranách. Vůz díky tomu rychleji reaguje na otáčení volantem (ozubnice je umístěna blíže středu) a snižuje se námaha při úplném otočení volantu.

Posilovač řízení s hřebenem a pastorkem

Pokud máte mechanismus hřebenového řízení s posilovačem, hřeben má trochu jiný design. Hřebenová část obsahuje válec s pístem uprostřed. Píst je spojen s hřebenem. Na obou stranách pístu jsou dva otvory. Přívod vysokotlaké kapaliny na jednu stranu pístu způsobí pohyb pístu, který otáčí hřebenem a dodává sílu do mechanismu řízení.

Dále se v článku podíváme na komponenty zesilovače. Nejprve si ale povíme o jiném typu mechanismu řízení.

Převodka řízení s kulovou maticí

Kuličkové matice řízení lze nalézt na mnoha nákladních a SUV. Tento systém se mírně liší od hřebenového mechanismu.

Mechanismus řízení s kulovou maticí obsahuje šnekový převod. Šnekové kolo může být obvykle rozděleno na dvě části. První částí je kovový blok se závitovým otvorem. Tento blok má na vnější straně zuby, které zapadají do ozubeného kola, které pohání rameno řízení (viz obrázek). Volant je připojen k závitové tyči, podobné šroubu, instalované v závitovém otvoru v bloku. Když se volant otáčí, šroub se otáčí s ním. Namísto šroubování do bloku jako běžné šrouby je tento šroub zajištěn tak, že když se otáčí, pohání blok, který zase pohání šnekové kolo.

Šroub nepřichází do kontaktu se závity bloku, protože je naplněn kuličkovými ložisky obíhajícími mechanismem. Kuličková ložiska se používají ke dvěma účelům: Snižují tření a opotřebení ozubeného kola a snižují znečištění mechanismu. Pokud v mechanismu řízení nejsou kuličky, nějakou dobu se zuby vzájemně nedotýkají a vy budete mít pocit, že volant ztratil tuhost.

Hydraulický posilovač v mechanismu řízení s kulovou maticí funguje přesně stejným způsobem jako v mechanismu řízení s hřebenem a pastorkem. Vyztužení je zajištěno přiváděním tekutiny pod vysokým tlakem na jednu stranu bloku.

Dále se podíváme na komponenty posilovače řízení.

Posilovač řízení

Kromě samotného mechanismu řízení obsahuje posilovač řízení několik hlavních součástí.

Čerpadlo

Lopatkové čerpadlo zásobuje mechanismus řízení hydraulickou energií (viz obrázek). Motor pohání čerpadlo pomocí řemene a řemenice. Čerpadlo obsahuje zapuštěné lopatky otáčející se v komoře oválného tvaru.

Jak se lopatky otáčejí, tlačí nízkotlakou hydraulickou kapalinu ze zpětného potrubí do vysokotlakého výstupu. Síla proudění závisí na počtu otáček motoru automobilu. Konstrukce čerpadla zajišťuje potřebný tlak i při volnoběžných otáčkách. Výsledkem je, že čerpadlo pohybuje více kapaliny, když motor běží ve vyšších otáčkách.

Čerpadlo má pojistný ventil pro zajištění správného tlaku, což je důležité zejména při vysokých otáčkách motoru, kdy je dodáváno velké množství kapaliny.

Otočný ventil

Hydraulický posilovač by měl řidiči pomoci pouze při působení síly na volant (při zatáčení). Při absenci síly (například při jízdě v přímém směru) by systém neměl poskytovat asistenci. Zařízení, které určuje působení síly na volant, se nazývá rotační ventil.

Hlavní součástí rotačního ventilu je torzní tyč. Torzní tyč je tenká kovová tyč, která se otáčí pod vlivem točivého momentu. Horní konec torzní tyče je připojen k volantu a spodní k ozubenému kolu nebo šnekovému soukolí (které otáčí koly), přičemž krouticí moment torzní tyče se rovná kroutícímu momentu aplikovanému řidičem k otáčení kol. Čím vyšší je točivý moment, tím větší je rotace torzní tyče. Vstup hřídele řízení tvoří vnitřek rotačního ventilu. Je také připojen k horní části torzní tyče. Spodní část torzní tyče je spojena s vnější částí rotačního ventilu. Torzní tyč také otáčí převodem řízení, který se připojuje k pastorku nebo šnekovému převodu, v závislosti na typu převodky řízení.

Při otáčení torzní tyč otáčí vnitřní částí otočného ventilu, zatímco vnější část zůstává nehybná. Vzhledem k tomu, že vnitřek ventilu je zároveň spojen s hřídelí řízení (a tedy volantem), závisí počet otáček vnitřku ventilu na momentu vyvíjeném řidičem.

Když volant stojí, obě hydraulické trubky zajišťují stejný tlak na převod. Ale když se ventil otočí, kanály se otevřou, aby přiváděly vysokotlakou kapalinu do odpovídající trubice.

Praxe ukázala, že tento typ posilovače řízení není příliš účinný.

Inovativní posilovač řízení

Protože čerpadlo posilovače řízení u většiny vozidel nepřetržitě čerpá kapalinu, plýtvá energií a palivem. Je logické počítat s řadou inovací, které zlepší spotřebu paliva. Jedním z nejúspěšnějších nápadů je počítačově řízený systém. Tento systém zcela eliminuje mechanické spojení mezi volantem a mechanismem řízení a nahrazuje jej elektronickým řídicím systémem.

Ve skutečnosti volant funguje stejně jako volant z počítačových her. Volant bude vybaven senzory, které vozu poskytují signály o směru pohybu kol a motorů, které reagují na akce vozu. Výstup z takových snímačů bude použit k ovládání mechanismu elektrického řízení. V tomto případě odpadá potřeba hřídele řízení, která zvětšuje volný prostor v motorovém prostoru.

General Motors představil koncepční vůz Hy-wire, který již má takový systém nainstalovaný. Skvělá věc na systému drive-by-wire od GM je, že si můžete přizpůsobit ovládání svého vozu pomocí nového počítačového softwaru bez výměny mechanických součástí. V elektronicky řízených vozech budoucnosti si budete moci upravit řídicí systém tak, aby vám vyhovoval, pouhým stisknutím několika tlačítek. Je to velmi jednoduché! Systémy řízení se za posledních padesát let příliš nezměnily. Příští desetiletí však zahájí éru úspornějších vozů.