Řízení - Steering
Řízení je systém součástí, táhel atd., Který umožňuje vozidlu sledovat požadovaný směr. Výjimkou je případ železniční dopravy , kdy železniční koleje v kombinaci s železničními výhybkami (v britské angličtině také známé jako 'points') poskytují funkci řízení. Hlavním účelem systému řízení je umožnit řidiči vést vozidlo.
Úvod
Nejběžnějším uspořádáním řízení je natáčení předních kol pomocí ručně ovládaného volantu, který je umístěn před řidičem, prostřednictvím sloupku řízení , který může obsahovat univerzální klouby (které mohou být také součástí konstrukce sklopného sloupku řízení) , aby se mohla poněkud odchýlit od přímky. Na různých typech vozidel se někdy nacházejí jiná uspořádání; například oj nebo řízení zadních kol. Pásová vozidla, jako jsou buldozery a tanky, obvykle používají diferenciální řízení - to znamená, že se dráhy pohybují různými rychlostmi nebo dokonce v opačných směrech pomocí spojek a brzd, aby se dosáhlo změny směru.
Řízení pozemních vozidel
Základní geometrie
Ackermannovo řízení
Řízení pomocí kliky
Hřebenové řízení
Krátké hřebenové řízení
Základním cílem řízení je zajistit, aby kola směřovala v požadovaných směrech. Toho je typicky dosaženo řadou táhel, tyčí, čepů a ozubených kol. Jedním ze základních konceptů je úhel kolečka - každé kolo je řízeno otočným bodem před kolem; díky tomu má řízení tendenci být ve směru jízdy samostředící.
Táhla řízení spojující skříň řízení a kola obvykle odpovídají variantě geometrie řízení Ackermanna , aby se zohlednila skutečnost, že v zatáčce vnitřní kolo projde dráhu menšího poloměru než vnější kolo, takže stupeň špičky vhodné pro jízdu po přímé dráze není vhodné pro zatáčky. Úhel, který kola svírají se svislou rovinou, známý jako úhel odklonu , také ovlivňuje dynamiku řízení, stejně jako pneumatiky.
Hřeben a pastorek, recirkulační koule, červ a sektor
Mnoho moderních automobilů používá hřebenové mechanismy řízení, kde volant otáčí pastorkem; pastorek pohybuje hřebenem, což je lineární ozubené kolo, které zabírá s pastorkem a převádí kruhový pohyb na lineární pohyb podél příčné osy vozu (pohyb ze strany na stranu). Tento pohyb aplikuje točivý moment řízení na otočného čepu kulových kloubů , která nahradila dříve používané šéfů na čepu nápravy řízených kol prostřednictvím táhel a krátkým ramenem páky se nazývá řídicí páka.
Hřebenový design má výhody velkého stupně zpětné vazby a přímého „pocitu“ řízení. Nevýhodou je, že není nastavitelný, takže když se opotřebuje a vyvine řasu , jediným řešením je výměna.
BMW začalo používat systémy řízení ozubeného kola ve 30. letech minulého století a mnoho dalších evropských výrobců tuto technologii přijalo. Americké automobilky přijaly hřebenové řízení počínaje Fordem Pinto z roku 1974 .
Starší konstrukce používají dva hlavní principy: šnekový a sektorový design a šroub a matice. Oba typy byly vylepšeny snížením tření; u šroubů a matic je to recirkulační kulový mechanismus, který se stále nachází na nákladních a užitkových vozidlech. Sloupek řízení otáčí velkým šroubem, který je v záběru s maticí recirkulací kuliček. Matice pohybuje sektorem ozubeného kola, což způsobuje, že se při otáčení šroubu otáčí kolem své osy; rameno připevněné k ose sektoru pohybuje ramenem Pitmana , které je spojeno s táhlem řízení, a tím řídí kola. Recirkulační kuličková verze tohoto zařízení snižuje značné tření umístěním velkých kuličkových ložisek mezi šroub a matici; na obou koncích zařízení míče vycházejí z obou kusů do kanálu uvnitř krabice, který je spojuje s druhým koncem zařízení; jsou tedy „recirkulovány“.
Recirkulační kulový mechanismus má výhodu mnohem větší mechanické výhody, takže byl nalezen u větších, těžších vozidel, zatímco hřeben a pastorek byly původně omezeny na menší a lehčí; vzhledem k téměř univerzálnímu přijetí posilovače řízení to však již není důležitá výhoda, což vede ke zvýšenému používání ozubených kol na novějších automobilech. Recirkulační koule má také vnímatelnou řasu, neboli „mrtvé místo“ ve středu, kde minutové otočení volantu v obou směrech nepohybuje řídicím zařízením; to je snadno nastavitelné pomocí šroubu na konci skříňky řízení, aby se zohlednilo opotřebení, ale nelze to eliminovat, protože v jiných polohách bude vyvíjet nadměrné vnitřní síly a mechanismus se velmi rychle opotřebovává. Tento design je stále používán v nákladních automobilech a jiných velkých vozidlech, kde rychlost řízení a přímý pocit nejsou tak důležité než robustnost, udržovatelnost a mechanické výhody.
Červ a sektor byly starší konstrukce, používané například ve vozidlech Willys a Chrysler a Ford Falcon (60. léta 20. století). Ke snížení tření je sektor nahrazen válečkem nebo otočnými čepy na rameni vahadla.
Obecně platí, že starší vozidla používají recirkulační kulový mechanismus a pouze novější vozidla používají řízení s ozubeným kolem. Toto rozdělení však není příliš přísné a systémy řízení s ozubeným kolem lze nalézt na britských sportovních vozech v polovině 50. let a některé německé automobilky se technologie recirkulačních míčů nevzdaly až do začátku 90. let minulého století.
Jiné systémy řízení existují, ale na silničních vozidlech jsou neobvyklé. Dětské hračky a motokáry často používají velmi přímé spojení ve formě zvonku (také běžně známého jako Pitmanova paže) připevněného přímo mezi sloupek řízení a ramena řízení a použití kabelových táhel řízení (např. hřebenový a bowstring mechanismus) se vyskytuje také u některých podomácku vyrobených vozidel, jako jsou auta s mýdlem a ležecí tříkolky .
Posilovač řízení
Posilovač řízení pomáhá řidiči vozidla řídit tím, že část jeho síly usměrňuje při otáčení řízených silničních kol kolem jejich os řízení. Jak se vozidla staly těžšími a přešly na pohon předních kol , zejména s použitím negativní offsetové geometrie, spolu se zvětšením šířky a průměru pneumatiky, úsilí potřebné k otočení kol kolem jejich osy řízení se zvýšilo, často až do bodu, kdy došlo k velké fyzické námaze bylo by potřeba, kdyby to nebylo pro pomoc s mocí. Aby to autoři zmírnili, vyvinuli systémy posilovače řízení, nebo přesněji posilovače řízení, protože na silničních vozidlech musí existovat mechanické spojení, které je bezpečné. Existují dva typy systémů posilovače řízení: hydraulické a elektrické/elektronické. Možný je také hydraulicko-elektrický hybridní systém.
Hydraulický posilovač řízení (HPS) využívá k otáčení volantu hydraulický tlak dodávaný čerpadlem poháněným motorem. Elektrický posilovač řízení (EPS) je účinnější než hydraulický posilovač řízení, protože elektrický posilovač řízení potřebuje pomoc pouze při otočení volantu, zatímco hydraulické čerpadlo musí běžet neustále. V systému EPS lze míru pomoci snadno přizpůsobit typu vozidla, rychlosti jízdy a preferencím řidiče. Další výhodou je odstranění nebezpečí pro životní prostředí způsobeného únikem a likvidací kapaliny hydraulického posilovače řízení. Kromě toho se elektrická pomoc neztratí, když motor selže nebo se zastaví, zatímco hydraulická pomoc přestane fungovat, pokud se motor zastaví, což činí řízení dvojnásobně těžkým, protože řidič nyní musí otáčet nejen velmi těžkým řízením - bez jakékoli pomoci - ale také samotný systém asistence napájení.
Řízení citlivé na rychlost
Vylepšením posilovače řízení je řízení citlivé na rychlost, kdy je řízení silně podporováno při nízké rychlosti a lehce asistováno při vysokých rychlostech. Výrobci automobilů si uvědomují, že motoristé možná budou muset při manévrování na parkování provádět velké vstupy do řízení, ale ne při cestování vysokou rychlostí. Prvním vozidlem s touto funkcí byl Citroën SM s uspořádáním Diravi , i když spíše než změnil množství pomoci, jako u moderních systémů posilovače řízení, změnil tlak na středicí vačku, díky čemuž se volant pokusil „odpružit“ zpět na přímou pozici. Moderní systémy posilovače řízení citlivé na rychlost snižují mechanickou nebo elektrickou pomoc při zvyšování rychlosti vozidla, což dává přímější pocit. Tato funkce se postupně stává stále běžnější.
Řízení všech čtyř kol
Řízení všech čtyř kol je systém používaný některými vozidly ke zlepšení odezvy řízení, zvýšení stability vozidla při manévrování při vysoké rychlosti nebo ke snížení poloměru otáčení při nízké rychlosti.
Aktivní řízení všech čtyř kol
U aktivního systému řízení všech čtyř kol se při řízení řídí všechna čtyři kola současně. U většiny aktivních systémů řízení čtyř kol jsou zadní kola řízena počítačem a akčními členy. Zadní kola se obecně nemohou otáčet tak daleko jako přední kola. Mohou existovat ovládací prvky pro vypnutí zadního řízení a možnosti řízení pouze zadních kol nezávisle na předních kolech. Při nízké rychlosti (např. Parkování) se zadní kola otáčejí opačně než přední kola, čímž se snižuje poloměr otáčení, což je někdy kritické pro velká nákladní vozidla, traktory, vozidla s přívěsy a osobní automobily s velkým rozvorem, zatímco při vyšších rychlostech přední i zadní kola otáčejte podobně (elektronicky ovládané), aby vozidlo mohlo měnit polohu s menším zatáčením a zlepšeným nárůstem příčného zrychlení, což zvyšuje stabilitu v přímém směru. „Hadí efekt“, k němuž došlo při dálničních jízdách při tažení přívěsu na cestování, je tak do značné míry zrušen.
Řízení všech čtyř kol našlo nejrozšířenější použití v monster trucích , kde je manévrovatelnost v malých arénách kritická, a je také populární ve velkých zemědělských vozidlech a nákladních automobilech. Některé z moderních evropských meziměstských autobusů také využívají řízení všech čtyř kol, které napomáhá manévrovatelnosti v autobusových terminálech a také zlepšuje stabilitu vozovky. Mazda byla průkopníkem v aplikaci řízení všech čtyř kol na automobily a ukázala to na svém koncepčním voze Mazda MX-02 z roku 1984, kde zadní kola při nízkých rychlostech protisměrovala. Mazda začala v roce 1988 nabízet verzi tohoto elektronického systému řízení všech čtyř kol na modelech Mazda 626 a MX6 . Prvním soutěžním vozidlem, které tuto technologii využilo, byl Peugeot 405 Turbo 16 , který debutoval v roce 1988 na Pikes Peak International Hill Climb.
Dříve měla Honda u modelů Prelude a Honda Ascot Innova (1992–1996) volitelně řízení čtyř kol . General Motors nabízel Delphi Quadrasteer ve svých Silverado/Sierra a Suburban/Yukon. Kvůli nízké poptávce společnost GM ukončila technologii na konci modelového roku 2005. Nissan/Infiniti nabízí několik verzí svého systému HICAS standardně nebo jako volitelný doplněk ve velké části své nabídky.
Na počátku roku 2000 byla na trh uvedena nová generace systémů řízení všech čtyř kol. V roce 2001 vybavilo BMW řadu E65 7 systémem řízení všech kol (volitelně s názvem „Integrované aktivní řízení“), který je na přání k dispozici u aktuálních řad 5, 6 a 7. V roce 2009 Renault představil volitelně řízení všech kol s názvem „4control“, nejprve u modelu Laguna GT , který je v současné době k dispozici u modelových řad Talisman , Mégane a Espace . V roce 2013 představilo Porsche systém na 911 Turbo jako standardní vybavení. Od roku 2016 je Panamera nabízena s volitelným řízením všech kol. Audi Q7 2014 bylo uvedeno na trh s volitelným systémem. Také japonští výrobci OEM nabízejí luxusní segmentová vozidla vybavená řízením všech kol, například Infiniti u modelu QX70 („zadní aktivní řízení“) a Lexus u GS. Italští výrobci uvedli technologii na trh v modelových letech 2016–17 s vozy Ferrari F12tdf , Ferrari GTC4Lusso a Lamborghini Aventador S Coupé .
Krabí řízení
Krabí řízení je speciální typ aktivního řízení všech čtyř kol. Funguje tak, že řídí všechna kola ve stejném směru a pod stejným úhlem. Krabí řízení se používá, když vozidlo potřebuje postupovat po přímce, ale pod úhlem: při rychlé změně jízdního pruhu na dálnici, při přesunu nákladu s retrakem nebo při natáčení s kamerou.
Řízení zadních kol lze použít také v případě, že zadní kola nemusí sledovat dráhu, kterou vedou stopy předních kol (např. Za účelem snížení zhutnění půdy při používání válcovacích strojů).
Pasivní řízení zadních kol
Mnoho moderních vozidel má pasivní řízení zadních kol. U mnoha vozidel mají zadní kola v zatáčkách tendenci mírně zatáčet do vnější strany zatáčky, což může snížit stabilitu. Pasivní systém řízení využívá příčné síly generované v zatáčce (prostřednictvím geometrie odpružení) a pouzdra k nápravě této tendence a mírnému natočení kol dovnitř rohu. To zlepšuje stabilitu vozu v zatáčce. Tento efekt se nazývá nedotáčivost poddajnosti ; to, nebo jeho opak, je přítomen ve všech suspenzích. Typickými způsoby, jak dosáhnout nedotáčivosti poddajnosti, je použití Wattova článku na živé zadní nápravě nebo použití ovládacích pouzder špičky na závěsném nosníku . U nezávislého zadního odpružení je toho obvykle dosaženo změnou rychlosti gumových pouzder v zavěšení. Některá zavěšení mají typicky přetáčivost kvůli geometrii, jako jsou živé nápravy Hotchkiss , IRS polozadních ramen a zadní otočné nosníky, ale mohou být zmírněny revizemi bodů otáčení listové pružiny nebo vlečeného ramene nebo dalšími závěsnými články, nebo komplexní vnitřní geometrie pouzder.
Pasivní řízení zadních kol není novou koncepcí, protože se používá již mnoho let, i když ne vždy se tak uznává.
Kloubové řízení
Kloubové řízení je systém, pomocí kterého je vozidlo rozděleno na přední a zadní polovinu, které jsou spojeny svislým závěsem. Přední a zadní polovina je spojena s jedním nebo více hydraulickými válci, které mění úhel mezi oběma polovinami, včetně přední a zadní nápravy a kol, a tak řídí vozidlo. Tento systém nepoužívá ramena řízení, čepy čepu, táhla atd., Stejně jako řízení všech čtyř kol. Pokud je svislý závěs umístěn ve stejné vzdálenosti mezi oběma nápravami, také to eliminuje potřebu centrálního diferenciálu u vozidel s pohonem všech čtyř kol, protože přední i zadní náprava budou sledovat stejnou dráhu, a tedy se otáčet stejnou rychlostí. Kloubové tahače mají velmi dobrý výkon v terénu.
Kombinace vozidla a přívěsu, jako jsou návěsy, silniční vlaky , kloubové autobusy a trolejbusy pro vnitřní přepravu, lze považovat za pasivně kloubová vozidla.
Řízení zadních kol
Několik typů používání vozidla pouze zadních kol řízení, a to zejména vysokozdvižných vozíků , kamerové dollies , brzy pay-nakladače , Buckminster Fuller je Dymaxion a ThrustSSC .
V automobilech bývá řízení zadních kol nestabilní, protože v zatáčkách se mění geometrie řízení, čímž se zmenšuje poloměr zatáčky (přetáčivost), než aby se zvyšoval (nedotáčivost). Řízení zadních kol je určeno pro pomalejší vozidla, která vyžadují vysokou manévrovatelnost ve stísněných prostorách, např. Vysokozdvižné vozíky.
Pro těžkou přepravu nebo pro lepší manévrovatelnost jsou některé návěsy vybaveny řízením zadních kol, ovládaným elektrohydraulicky. Kola na všech nebo některých zadních nápravách mohou být natočena v různých úhlech, aby bylo umožněno těsnější zatáčení, nebo ve stejném úhlu (krabí řízení), aby se zadní část přívěsu pohybovala do stran.
Steer-by-wire
Cílem technologie Steer-by-Wire je zcela odstranit co nejvíce mechanických součástí (hřídel řízení, sloupek, mechanismus redukce převodu atd.). Úplné nahrazení konvenčního systému řízení systémem Steer-by-Wire má několik výhod, například:
- Absence sloupku řízení zjednodušuje design interiéru vozu.
- Absence hřídele řízení, sloupku a mechanismu redukce převodových stupňů umožňuje mnohem lepší využití prostoru v motorovém prostoru.
- Mechanismus řízení může být navržen a instalován jako modulární jednotka.
- Bez mechanického spojení mezi volantem a silničním kolem je méně pravděpodobné, že náraz čelního nárazu způsobí, že volant zasáhne řidiče.
- Charakteristiky systému řízení lze snadno upravit tak, aby se změnila reakce a pocit řízení.
Jak 2020 nejsou k dispozici žádné produkční vozy, které se spoléhají výhradně na steer-by-wire technologie kvůli bezpečnosti, spolehlivosti a ekonomických zájmů, ale tato technologie byla prokázána v mnoha koncepčních vozů a podobné fly-by-wire technologie je v provozu ve vojenských i civilních leteckých aplikacích.
Bezpečnost
Z bezpečnostních důvodů jsou všechny moderní vozy vybaveny sklopným sloupkem řízení (sloupek řízení pohlcující energii), který se v případě silného čelního nárazu zhroutí, aby nedošlo k nadměrnému zranění řidiče. Standardně jsou také standardně vybaveny airbagy . Nesklopné sloupky řízení montované na starší vozidla velmi často nabodávaly řidiče při čelních nárazech, zvláště když byla skříň řízení nebo nosič namontována před přední nápravou, v přední části deformační zóny . To byl problém zejména u vozidel, která měla tuhý samostatný rám podvozku bez deformační zóny. Mnoho moderních boxů nebo stojanů pro řízení vozidel je namontováno za přední nápravou na přední přepážce, v zadní části přední deformační zóny.
Skládací sloupky řízení vynalezl Béla Barényi a byly představeny v roce 1959 Mercedes-Benz W111 Fintail spolu s deformačními zónami. Tento bezpečnostní prvek se poprvé objevil na vozech vyrobených společností General Motors po rozsáhlé a velmi veřejné lobbistické kampani, kterou přijal Ralph Nader . Ford začal instalovat sklopné sloupky řízení v roce 1968.
Audi používalo zatahovací volant a systém napínání bezpečnostních pásů zvaný procon-ten , ale od té doby byl ukončen ve prospěch airbagů a pyrotechnických předpínačů bezpečnostních pásů.
Cykly
Diferenciální řízení
Diferenciální řízení je hlavním prostředkem řízení pásových vozidel , jako jsou tanky a buldozery; používá se také v některých kolových vozidlech běžně známých jako smykové voliče a je implementován v některých automobilech, kde se nazývá vektorování točivého momentu , k posílení řízení změnou směru kol vzhledem k vozidlu.
Předpisy
V Evropské unii, Rusku a Japonsku souvisí předpis EHK OSN 79 s řízením.
Ve Spojených státech se federální normy bezpečnosti motorových vozidel 203 a 204 vztahují k ochraně řidiče při nárazu ze systému řízení řízení a zpětného posunu řízení, zatímco 49 kodexu federálních předpisů § 393.209 se týká systémů volantu.
Řízení plavidel
Lodě a čluny jsou obvykle řízeny kormidlem . V závislosti na velikosti plavidla mohou být kormidla ovládána ručně nebo ovládána pomocí servomechanismu nebo systému ozdobného jazýčku nebo serva . Čluny využívající přívěsné motory řídí otáčením celé pohonné jednotky. Lodě s vestavěnými motory někdy řídí pouze otáčením vrtulového lusku (tj. Pohon Volvo Penta IPS). Moderní lodě s dieselelektrickým pohonem používají azimutální trysky . Síla lodi vesly nebo pádly je řízena generováním vyšší pohonné síly na straně lodi proti směru otáčení. Vodní skútry jsou řízeny vektorováním tahu vyvolaného váhou a vodním paprskem .
Kormidlo plavidla může řídit loď pouze tehdy, když nad ní prochází voda. Pokud se tedy loď nepohybuje vzhledem k vodě, ve které se nachází, nebo nemůže pohnout kormidlem, nereaguje na kormidlo a říká se, že „ztratila řízení“. Pohyb lodi po vodě je znám jako „průlet“. Když se plavidlo pohybuje dostatečně rychle vodou, která se otáčí v reakci na kormidlo, říká se, že má „kormidelní dráhu“. Proto musí být lodě na řekách vždy pod pohonem, i když cestují po proudu.
Řízení letadel a vznášedel
Letadla jsou obvykle řízena, když jsou ve vzduchu, pomocí křidélek , spoilerů nebo obojího k naklonění letadla do zatáčky; ačkoli směrovka může být také použita k otočení letadla, obvykle se používá k minimalizaci nepříznivého zatáčení , spíše než jako prostředek k přímému vyvolání zatáčky. Na zemi jsou letadla obecně řízena při nízkých rychlostech otáčením příďového kola nebo zadního kola (pomocí oje nebo kormidelních pedálů) nebo prostřednictvím diferenciálního brzdění a kormidla při vysokých rychlostech. Střely, vzducholodě a velká vznášedla jsou obvykle řízena směrovkou, tahovým vektorováním nebo obojím. Malá sportovní vznášedla mají podobná kormidla, ale řídí se většinou tak, že pilot přesouvá váhu ze strany na stranu a vyvažuje silnější vztlakové síly pod sukní. Jet packy a létající platformy jsou řízeny pouze tahovým vektorováním. Vrtulníky jsou řízeny cyklickým ovládáním, změnou vektoru tahu hlavního rotoru (rotorů) a řízením proti krouticímu momentu, které obvykle zajišťuje ocasní rotor.
Viz také
- Active Yaw Control (AYC)
- Bump Steer
- Úhel odklonu
- Převýšení
- Úhel kolečka
- Protismykové řízení
- DIRAVI
- Suché řízení
- HICAS
- Kingpin
- Naproti zámku
- Posilovač řízení
- Smykové řízení
- Steer-by-wire
- Tlumič řízení
- Zpětný ráz řízení
- Poměr řízení
- Volant
- Volant (loď)
- Tiller
- Točivé řízení
- Poloměr otáčení
- Dynamika vozidla
Reference
- Encyklopedie německých tanků druhé světové války od Petera Chamberlaina a Hilary Doyleové, 1978, 1999