Direcția este un sistem de componente, legături etc. care permite unui vehicul să urmeze un curs dorit. O excepție este cazul transportului feroviar, prin care șinele feroviare combinate cu comutatoarele de cale ferată (cunoscute și ca „puncte” în engleza britanică) asigură funcția de direcție. Scopul principal al sistemului de direcție este de a permite șoferului să ghideze vehiculul.
Cea mai convențională aranjare de direcție este de a roti roțile din față utilizând un volan acționat manual, care este poziționat în fața șoferului, prin intermediul coloanei de direcție, care poate conține articulații universale (care pot face, de asemenea, parte din designul coloanei de direcție pliabile) , pentru a-i permite să se abate oarecum de la o linie dreaptă. Alte aranjamente se găsesc uneori pe diferite tipuri de vehicule; de exemplu, o bară sau o direcție pe roți din spate. Vehiculele pe șenile, cum ar fi buldozerele și tancurile, folosesc de obicei direcție diferențială, adică șenilele sunt făcute să se miște la viteze diferite sau chiar în direcții opuse, folosind ambreiaje și frâne, pentru a obține o schimbare a direcției.
Direcția vehiculului
Geometrie de bază
Scopul de bază al direcției este de a se asigura că roțile sunt îndreptate în direcțiile dorite. Acest lucru se realizează de obicei printr-o serie de legături, tije, pivoți și angrenaje. Unul dintre conceptele fundamentale este cel al unghiului de rotire — fiecare roată este direcționată cu un punct de pivotare în fața roții; acest lucru face ca direcția să aibă tendința de a fi autocentrată spre direcția de mers.
Legăturile de direcție care leagă caseta de direcție și roțile se conformează de obicei unei variații a geometriei direcției Ackermann, pentru a ține seama de faptul că, într-o viraj, roata interioară parcurge o cale cu o rază mai mică decât roata exterioară, astfel încât gradul de vârf. potrivit pentru circulația pe o cale dreaptă nu este potrivit pentru viraj. Unghiul pe care roțile îl formează cu planul vertical, cunoscut sub denumirea de unghi de cambra, influențează și dinamica direcției, ca și anvelopele.
Cremallera și pinion, bilă recirculară, melcat și sector
Multe mașini moderne folosesc mecanisme de direcție cu cremalieră și pinion, unde volanul rotește pinionul; pinionul mișcă cremaliera, care este o roată dințată liniară care se integrează cu pinionul, transformând mișcarea circulară în mișcare liniară de-a lungul axei transversale a mașinii (mișcare laterală). Această mișcare aplică cuplul de direcție la articulațiile sferice a știftului pivotant (care au înlocuit pivoturile utilizate anterior) ale axului cilindric al roților direcționate prin intermediul tiranților și al unui braț scurt de pârghie numit braț de direcție.
Designul cu cremalieră și pinion are avantajele unui grad mare de feedback și „simțire” directă a direcției. Un dezavantaj este că nu este reglabil, astfel încât atunci când se uzează și dezvoltă genele, singura rezoluție este înlocuirea.
BMW a început să folosească sisteme de direcție cu cremalieră și pinion în anii 1930, iar mulți alți producători europeni au adoptat tehnologia. Producătorii americani au adoptat direcția cu cremalieră și pinion începând cu Ford Pinto din 1974.
Modelele mai vechi folosesc două principii principale: designul melc și sector și șurubul și piulița. Ambele tipuri au fost îmbunătățite prin reducerea frecării; pentru șurub și piuliță este mecanismul cu bile de recirculare, care se găsește încă pe camioane și vehicule utilitare. Coloana de direcție rotește un șurub mare care se blochează cu piulița prin recirculare a bilelor. Piulița mișcă un sector al unui angrenaj, făcându-l să se rotească în jurul axei sale pe măsură ce șurubul este rotit; un braț atașat de axa sectorului mișcă brațul Pitman, care este conectat la tija de direcție și astfel direcționează roțile. Versiunea cu bile cu recirculare a acestui aparat reduce frecarea considerabilă prin plasarea rulmenților mari cu bile între șurub și piuliță; la fiecare capăt al aparatului, bilele ies dintre cele două piese într-un canal intern cutiei care le conectează cu celălalt capăt al aparatului; astfel, sunt „recirculate”.
Mecanismul cu bile cu recirculare are avantajul unui avantaj mecanic mult mai mare, astfel incat a fost gasit pe vehicule mai mari, mai grele in timp ce pinionul si cremaliera era initial limitat la cele mai mici si mai usoare; datorită adoptării aproape universale a servodirecției, acesta nu mai este însă un avantaj important, ceea ce duce la utilizarea din ce în ce mai mare a cremalierei și pinionului pe mașinile mai noi. Designul bilei cu recirculare are, de asemenea, o bătaie perceptibilă, sau „punct mort” în centru, unde o rotire de minut a volanului în nicio direcție nu mișcă aparatul de direcție; acesta este ușor de reglat printr-un șurub de la capătul cutiei de direcție pentru a ține seama de uzură, dar nu poate fi eliminat deoarece va produce forțe interne excesive în alte poziții și mecanismul se va uza foarte rapid. Acest design este încă utilizat în camioane și alte vehicule mari, unde rapiditatea direcției și senzația directă sunt mai puțin importante decât robustețea, mentenabilitatea și avantajul mecanic.
Viermele și sectorul au fost un design mai vechi, folosit, de exemplu, în vehiculele Willys și Chrysler și Ford Falcon (anii 1960). Pentru a reduce frecarea, sectorul este înlocuit cu o rolă sau știfturi rotative pe brațul culbutorului.
În general, vehiculele mai vechi folosesc mecanismul cu bile de recirculare, iar doar vehiculele mai noi folosesc direcție cu cremalieră și pinion. Această diviziune nu este însă foarte strictă, iar sistemele de direcție cu cremalieră și pinion pot fi găsite pe mașinile sport britanice de la mijlocul anilor 1950, iar unii producători auto germani nu au renunțat la tehnologia de recirculare cu bile până la începutul anilor 1990.
Există și alte sisteme de direcție, dar sunt mai puțin frecvente la vehiculele rutiere. Jucăriile pentru copii și karturile folosesc adesea o legătură foarte directă sub forma unei manivele (cunoscută și sub numele de braț Pitman) atașată direct între coloana de direcție și brațele de direcție și utilizarea unor legături de direcție acționate prin cablu (de exemplu, Cabstan și mecanism de coardă) se găsește și pe unele vehicule construite în casă, cum ar fi mașinile cu cutie de săpun și triciclurile înclinate.
Servodirecție
Servodirecția îl ajută pe șoferul unui vehicul să vireze, direcționând o parte din puterea motorului acestuia pentru a ajuta la rotirea roților direcționate în jurul axelor lor de direcție. Pe măsură ce vehiculele au devenit mai grele și au trecut la tracțiunea față, în special folosind geometria offset negativă, împreună cu creșterea lățimii și diametrului anvelopei, efortul necesar pentru a întoarce roțile în jurul axei lor de direcție a crescut, adesea până la punctul în care efortul fizic major ar fi nevoie dacă nu ar fi fost pentru asistență electrică. Pentru a atenua acest lucru, producătorii de automobile au dezvoltat sisteme de servodirecție sau, mai corect, servodirecția asistată, deoarece pe vehiculele de circulație trebuie să existe o legătură mecanică ca dispozitiv de siguranță. Există două tipuri de sisteme de servodirecție: hidraulice și electrice/electronice. Este posibil și un sistem hibrid hidraulic-electric.
O servodirecție hidraulică (HPS) utilizează presiunea hidraulică furnizată de o pompă acționată de motor pentru a ajuta mișcarea de rotire a volanului. Servodirecția electrică (EPS) este mai eficientă decât servodirecția hidraulică, deoarece motorul servodirecției electrice trebuie să ofere asistență doar atunci când este rotit volanul, în timp ce pompa hidraulică trebuie să funcționeze constant. În EPS, cantitatea de asistență poate fi reglată cu ușurință în funcție de tipul de vehicul, viteza pe drum și preferințele șoferului. Un avantaj suplimentar este eliminarea pericolului pentru mediu reprezentat de scurgerile și eliminarea lichidului hidraulic de servodirecție. În plus, asistența electrică nu se pierde atunci când motorul se defectează sau se blochează, în timp ce asistența hidraulică nu mai funcționează dacă motorul se oprește, ceea ce face ca direcția să fie de două ori grea, deoarece șoferul trebuie să întoarcă acum nu numai direcția foarte grea – fără niciun ajutor – ci și sistemul de asistență electrică în sine.
Direcție sensibilă la viteză
O dezvoltare a servodirecției este direcția sensibilă la viteză, în care direcția este asistată puternic la viteză mică și ușor asistată la viteză mare. Producătorii de automobile percep că șoferii ar putea avea nevoie să efectueze acțiuni mari de direcție în timp ce manevrează pentru parcare, dar nu și atunci când călătoresc cu viteză mare. Primul vehicul cu această caracteristică a fost Citroën SM cu aspectul său Diravi,[2] deși, în loc să modifice cantitatea de asistență ca în sistemele moderne de servodirecție, a modificat presiunea asupra unei came de centrare care a făcut ca volanul să încerce să „aruncă. ” înapoi la poziția de drept înainte. Sistemele moderne de servodirecție, sensibile la viteză, reduc asistența mecanică sau electrică pe măsură ce viteza vehiculului crește, oferind o senzație mai directă. Această caracteristică devine treptat mai comună.[interval de timp?]
Direcție pe patru roți
Caseta de directie spate Honda Prelude Mk III
Direcție pe patru roți în funcție de viteză.
Exemplu timpuriu de direcție pe patru roți. Fotografia din 1910 a tractorului Caldwell Vale de 80 CP în acțiune.
1937 Mercedes-Benz Type G 5 cu direcție pe patru roți.
Sierra Denali cu Quadrasteer, unghi de virare din spate.
Troleibuzul articulat Arnhem care demonstrează direcția pe patru roți pe axele față și spate (2006).
Remorcă de transport greu cu direcție pe toate roțile controlată de la distanță de către un conducător care merge în spatele remorcii (2008).
2007 Manipulator telescopic Liebherr-Bauma cu direcție cu crab.
Rolă tandem Hamm DV70 care utilizează direcția crab pentru a acoperi suprafața maximă a drumului (2010).
Aplicator de nămol agricol care utilizează direcția de crab pentru a minimiza compactarea solului (2009).
Direcția pe patru roți este un sistem folosit de unele vehicule pentru a îmbunătăți răspunsul direcției, pentru a crește stabilitatea vehiculului în timpul manevrelor la viteză mare sau pentru a reduce raza de viraj la viteză mică.
Direcție activă pe patru roți
Într-un sistem activ de direcție pe patru roți, toate cele patru roți se rotesc în același timp când șoferul virează. În majoritatea sistemelor active de direcție pe patru roți, roțile din spate sunt direcționate de un computer și dispozitive de acționare. În general, roțile din spate nu se pot întoarce la fel de departe ca roțile din față. Pot exista comenzi pentru a opri direcția din spate și opțiuni pentru a vira numai roțile din spate, independent de roțile din față. La viteză mică (de exemplu, parcare) roțile din spate se rotesc în sens opus roților din față, reducând raza de viraj, uneori critică pentru camioanele mari, tractoare, vehicule cu remorci și autoturisme cu ampatament mare, în timp ce la viteze mai mari atât roțile din față, cât și din spate. virați la fel (controlat electronic), astfel încât vehiculul să își schimbe poziția cu mai puțină rotire și o creștere îmbunătățită a accelerației laterale, sporind stabilitatea în linie dreaptă. „Efectul de șerpuire” experimentat în timpul deplasărilor pe autostradă în timpul remorcării unei remorci este anulat în mare măsură.
Direcția pe patru roți și-a găsit cea mai răspândită utilizare în camioanele monstru, unde manevrabilitatea în arene mici este esențială și este, de asemenea, populară în vehiculele agricole mari și camioane. Unele dintre autobuzele moderne europene interurbane utilizează, de asemenea, direcția pe patru roți pentru a facilita manevrabilitatea în terminalele de autobuz și, de asemenea, pentru a îmbunătăți stabilitatea drumului. Mazda a fost pionieri în aplicarea direcției pe patru roți la automobile, arătând-o pe mașina lor concept Mazda MX-02 din 1984, unde roțile din spate au contravirat la viteze mici. Mazda a continuat să ofere o versiune a acestui sistem electronic de direcție pe patru roți pe Mazda 626 și MX6 în 1988. Primul vehicul de raliu care a folosit această tehnologie a fost Peugeot 405 Turbo 16, care a debutat la Pikes Peak International Hill Climb din 1988.
Anterior, Honda avea opțiune direcție pe patru roți la modelele Prelude și Honda Ascot Innova din 1987–2001 (1992–1996). General Motors a oferit Quadrasteer-ul lui Delphi în Silverado/Sierra și Suburban/Yukon. Din cauza cererii scăzute, GM a întrerupt tehnologia la sfârșitul anului model 2005.[7] Nissan/Infiniti oferă mai multe versiuni ale sistemului lor HICAS ca standard sau ca opțiune în mare parte din gama lor.
La începutul anilor 2000, a fost introdusă pe piață o nouă generație de sisteme de direcție pe patru roți. În 2001, BMW a echipat seria E65 7 cu un sistem de direcție pe toate roțile (opțional, denumit „Directie activă integrală”), care este disponibil pe actualele serii 5, 6 și 7,[8][9][4] ca o optiune. Renault a introdus o direcție opțională pe toate roțile numită „4control” în 2009, la început pe Laguna GT, care este disponibil în prezent pe Talisman, Mégane și Espace linii de vehicule. În 2013, Porsche a introdus un sistem pe 911 Turbo ca dotare standard. Din 2016, Panamera a fost oferită cu direcție opțională pe toate roțile. Audi Q7 2014 a fost lansat cu un sistem opțional. De asemenea, OEM-urile japoneze oferă vehicule din segmentul de lux echipate cu direcție pe toate roțile, cum ar fi Infiniti pe modelul său QX70 („Rear Active Steering”) și Lexus pe GS. Producătorii italieni au lansat tehnologia în anii model 2016–17 cu Ferrari F12tdf, Ferrari GTC4Lusso, precum și Lamborghini Aventador S Coupé.
