Hydrauliczne wspomaganie kierownicy: What it is and How it Works

Just like how Apple iPhone changed the mobile industry, hydraulic power steering rack is the equivalent in the automotive industry.

Samochody są niezwykle ciężkim obiektem i mogą ważyć do 1500 kilogramów. Wyobraź sobie, że próbujesz kierować tym monstrum gołymi rękami – to po prostu niemożliwe! To właśnie dlatego na początku mamy przekładnię kierowniczą, która to umożliwiła.

Ale nie była ona doskonała. Jeśli prowadziłeś Perodua Kancil, wiesz, jak sztywno było kierować samochodem. Wiedzieliśmy, że musimy podjąć rack kierownicy do następnego poziomu. Odpowiedź, była wspomaganie kierownicy rack. Kierownica rack umożliwił kierowanie samochodem, ale wspomaganie kierownicy rack był tym, który uczynił go łatwym.

Dla tych, którzy próbowali obu rodzajów stojaków kierownicy z pewnością docenią wpływ, jaki wywarł w naszym codziennym życiu dojeżdżających. I z tego powodu, ta technologia stała się tak szeroko rozpowszechniona do punktu, że wszystkie samochody produkowane w 21 wieku przyjmuje jakąś formę wspomagania kierownicy.

Jak w 2018 roku, mamy trzy rodzaje wspomagania kierownicy: (i) hydrauliczne wspomaganie kierownicy, (ii) elektro-hydrauliczne wspomaganie kierownicy, oraz (iii) elektryczne wspomaganie kierownicy. Dziś zgłębimy i zyskamy głębsze zrozumienie dziadka wszystkich układów wspomagania kierownicy – hydraulicznej zębatki wspomagania: czym jest i jak działa.

• Co to jest hydrauliczne wspomaganie kierownicy?
• Powstanie hydraulicznego wspomagania kierownicy
• Jak to działa?
  • Zbiornik płynu kierowniczego
  • Pompa kierownicza
  • Zawór obrotowy
  • Komora hydrauliczna
• Ograniczenie hydraulicznego wspomagania układu kierowniczego
  • Ograniczenie #1: Niedopasowanie wspomagania
  • Limit #2: Skłonność do wycieków
• Przyszłość hydraulicznego wspomagania układu kierowniczego

Co to jest hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego?

Wiesz, inżynierowie potrafią być dość dosłowni i praktyczni, jeśli chodzi o nazewnictwo rzeczy i to naprawdę pomaga w ich zrozumieniu! Rozbijmy to słowo po słowie.

Słowo – „Hydrauliczny” jest po prostu fantazyjnym słowem na użycie cieczy, co może oznaczać wodę, olej i itp. W tym przypadku, używamy jasny różowy kolor hydrauliczny olej kierowniczy dla naszych cars.

Then, mamy słowo – „Power Steering”. Kiedy zwiększamy ciśnienie płynu kierowniczego i używamy go w inteligentny sposób (więcej na ten temat później), otrzymujemy dodatkową moc, która pomaga nam kierować naszym samochodem łatwiej.

I oto mamy to!

W istocie, hydrauliczne wspomaganie kierownicy zwiększa ciśnienie płynu hydraulicznego, aby dać nam dodatkową moc, która ułatwia kierowanie naszym samochodem. Jest to ergonomiczna pomoc w celu poprawy kontroli i bezpiecznego manewrowania.

Tak wygląda typowa hydrauliczna zębatka wspomagania układu kierowniczego. Oto zgrabna sztuczka. Aby wiedzieć, czy jest to hydrauliczna przekładnia kierownicza, wystarczy zwrócić uwagę na środek przekładni. Jeśli widzisz dwie metalowe rury wystające z listwy kierowniczej, wiesz, że jest to typ hydrauliczny. Również, może nie być w stanie powiedzieć od obrazu, ale są one rzeczywiście bardzo nieporęczne. Każdy stojak kierownicy może rozciągać się do 1,5 metra długości.

Rise of Hydraulic Power Steering – Gdzie cała ta moc pochodzi?

Wspomaganie kierownicy były wokół dla bardzo długi czas. Mówię tu o stu latach. Pierwsze w historii hydrauliczne wspomaganie kierownicy zostało opatentowane w 1876 roku. Został on następnie udoskonalony przez Fredericka W. Lanchestera w 1902 roku.

Podczas wojny ludzie zaczęli szukać sposobów na lepsze, szybsze i łatwiejsze kontrolowanie swoich ciężko opancerzonych maszyn wojennych. W poszukiwaniu przewagi konkurencyjnej w walce, technologia stojąca za hydraulicznym wspomaganiem kierownicy została szybko przyjęta do świadomości. Do czasu zakończenia wojny w 1945 r. 10 000 pojazdów wojskowych zostało wyposażonych w zespół wspomagania kierownicy.

Po przetestowaniu i sprawdzeniu na tak dużą skalę, trudno nie dostrzec potencjału w tej stosunkowo „nowej” technologii. I tak też się stało. W 1951 r. Chrysler jako pierwszy producent samochodów wprowadził do sprzedaży wspomaganie układu kierowniczego. Był on dostępny publicznie dzięki ich samochodowi osobowemu – Chrysler Imperial.

Wkrótce po tym, wielu innych producentów samochodów, takich jak General Motors, Toyota i Honda szybko wymyślił własne odmiany wspomagania kierownicy i wprowadził je w życie. I to doprowadziło nas do miejsca, w którym jesteśmy teraz. W XXI wieku praktycznie wszystkie samochody są teraz wyposażone we wspomaganie kierownicy.

Jeśli naprawdę o tym pomyślisz, wspomaganie kierownicy to kawałek technologii, która narodziła się w trudnych czasach i rozkwitła w coś, co całkowicie zmieniło nasze życie na lepsze. It’s truly remarkable.

How does a hydraulic power steering work?

If you are completely new to car steering system, I highly recommend starting with How Car Steering System Works – in Simple English first. Wynika to z faktu, że zwykły, niewspomagany układ kierowniczy działa bardzo podobnie do hydraulicznego układu wspomagania.

Jedyną różnicą jest to, że hydrauliczne wspomaganie kierownicy ma kilka dodatkowych części, aby dostarczyć dodatkową moc. Mówię o…

• Płyn hydrauliczny
• Zbiornik płynu kierowniczego
• Pompa kierownicza
• Zawór obrotowy
• Komora hydrauliczna

Zbiornik płynu kierowniczego

Tak jak mamy zbiornik na benzynę do benzyny, mamy zbiornik na płyn kierowniczy do płynu kierowniczego. Kiedykolwiek używamy płynu, zawsze mamy pojemnik, który trzyma je, kiedy ich nie używamy.

Nie ma nic zbyt fantazyjnego w tej części tutaj, a jej cel jest również dość oczywisty. Ale, podróż hydraulicznego wspomagania kierownicy zaczyna się tutaj. Kiedy napełniamy płyn kierowniczy, umieszczamy go w tym zbiorniku. To trzyma płyn, i dostarcza je do pompy kierowniczej przez węże gumowe.

Pompa układu kierowniczego

Wysokie ciśnienie płynu kierowniczego opuszcza pompę kierowniczą, przechodzi przez przewody kierownicze i trafia do przekładni kierowniczej, a konkretnie do zaworu obrotowego.

Zawór obrotowy

Wewnątrz przekładni kierowniczej znajduje się tak zwany zawór obrotowy. Zawór obrotowy jest bardzo wrażliwą metalową obudową ze strategicznie rozmieszczonymi otworami, która przekierowuje płyn kierowniczy albo z powrotem do pompy układu kierowniczego, albo do przekładni kierowniczej.

Myśl o nim jak o policji drogowej na ruchliwym skrzyżowaniu dróg. Mówi on płynowi kierowniczemu, w którą stronę ma jechać w zależności od tego, gdzie obrócisz kierownicę. Oto jak to działa…

• Jeśli kierownica jest w oryginalnym położeniu, zawór obrotowy przekierowuje płyn kierowniczy z powrotem do pompy kierowniczej i nic się nie dzieje. Cykl przepływu płynu kierowniczego ze zbiornika do pompy i do zaworu obrotowego po prostu się powtarza.
• Ale kiedy kierowca skręca kierownicą, zawór obrotowy otwiera się i płyn kierowniczy z pompy kierowniczej zostaje przekierowany. Tym razem nie wraca on z powrotem do pompy kierowniczej, ale wychodzi z zaworu obrotowego przez przewody płynu i trafia do jednej z komór hydraulicznych stojaka kierownicy.

Komora hydrauliczna

Jak płyn kierowniczy z zaworu obrotowego zostaje przekierowany do komory hydraulicznej, zaczynamy otrzymywać wspomaganie! Ale zróbmy krok do tyłu i zobaczmy jak to wszystko się stało.

W komorze hydraulicznej, w samym środku znajduje się tłok hydrauliczny. Dzieli on komorę hydrauliczną na dwie równe części: lewą i prawą. Płyn sterujący jest kierowany do tych dwóch komór, ale w tym tkwi szkopuł – nie otrzymują one równych ilości płynu sterującego!

Gdy po jednej stronie komory hydraulicznej znajduje się więcej płynu sterującego, powstaje różnica ciśnień w całej komorze. Płyn kierowniczy popycha wtedy tłok hydrauliczny w kierunku słabszej strony komory hydraulicznej i zębatka kierownicza porusza się odpowiednio.

Teraz niektórzy z was mogą się zastanawiać, dlaczego istnieje różnica ciśnień.

Z powodu dynamiki płynów. Lub, bardziej szczegółowo, równanie Bernoulliego. Aby dać ci metaforę, która pomoże ci to zrozumieć, wyobraź sobie dwa pokoje o równych rozmiarach z ruchomą ścianą, którą możesz przesunąć na środek. Jeden pokój jest wypełniony 50 osobami, a drugi 100 osobami. Ponieważ w pokoju jest tak gorąco i duszno, popchnąłbym ścianę, żeby mieć więcej miejsca w swoim pokoju. Ale hej, ten drugi pokój też chce mieć więcej miejsca! Bardzo szybko staje się to przeciąganie liny, gdzie silniejszy zespół popycha ścianę na drugą stronę.

W każdym razie, to „popychanie ściany” jest tym, co daje nam dodatkową moc. Ponieważ oba końce drążka kierowniczego są połączone z kołami samochodu, kiedy drążek kierowniczy przesunie się w prawo, to samo stanie się z kołami samochodu. I… Voilà! Samochód zmienia kierunek jazdy, a płyn kierowniczy płynie z powrotem do zbiornika płynu kierowniczego, aby powtórzyć cały proces jeszcze raz.

I tak właśnie, moi przyjaciele, działa hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego.

Wewnętrzne ograniczenia hydraulicznego wspomagania układu kierowniczego – niewystarczająco dobre?

Hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego jest niesamowite. Zapewnia bardzo potrzebne wspomaganie kierownicy w naszych codziennych podróżach do pracy. Ale, jak wszystko inne na świecie… Nic nie jest doskonałe. Hydrauliczne wspomaganie kierownicy również ma wrodzone wady.

Ograniczenie #1: Niedopasowanie wspomagania.

Niefortunne jest to, że nie możemy kontrolować ilości wspomagania, które otrzymujemy. The power assist that we are getting might not be what we need.

I’ll explain what I mean.

By now, we all know that car engine drives our steering pump through the engine belt. Są one połączone fizycznie i nie ma sposobu, abyśmy mogli kontrolować, ile mocy dać lub nie dać. Czy nam się to podoba czy nie, prędkość naszej pompy kierowniczej jest bezpośrednio związana z obrotami silnika samochodu. Kiedy jeździmy szybciej, obroty silnika samochodu wzrastają i pompa pracuje szybciej. I odwrotnie, kiedy jeździmy wolniej, obroty silnika samochodu spadają, a pompa zwalnia. Rozważmy teraz te 3 scenariusze…

• Podczas jazdy z małą prędkością / na postoju
• Podczas jazdy z dużą prędkością
• Podczas jazdy prosto

Podczas jazdy z małą prędkością lub na biegu jałowym potrzebujemy więcej wspomagania, ponieważ trudniej jest kierować samochodem bez rozpędu. Ale w rzeczywistości obroty silnika samochodu na biegu jałowym są niskie, a zatem uzyskujemy najmniejszą ilość wspomagania, na przykład podczas wjeżdżania i wyjeżdżania z parkingu.

Podczas jazdy z dużą prędkością pomocne jest sztywniejsze koło kierownicy, dzięki czemu kierownica jest bardziej stabilna i mocna. Ale podczas szybkiej jazdy, silnik samochodu przepracowuje pompę układu kierowniczego i otrzymujemy zbyt duże wspomaganie. Lekkie naciśnięcie na kierownicę może spowodować nadsterowność samochodu w kierunku, którego nie chcemy.

Podczas jazdy prosto nie potrzebujemy w ogóle wspomagania, ponieważ nie skręcamy samochodu. Ale silnik nadal napędza pompę układu kierowniczego, czy tego potrzebujemy, czy nie. Kiedy poruszasz niepotrzebne części, energia jest marnowana i to zmniejsza naszą oszczędność paliwa.

Wyłączenie #2: podatność na wycieki

Jest jeszcze jeden problem.

Dzięki samej naturze hydrauliki, potrzebujemy płynu kierowniczego, aby system mógł działać. Płyny są bardzo podstępne, gdziekolwiek się udadzą, znajdą każdy mały otwór, aby uciec. Oznacza to, że zawsze, gdy używamy płynu, możesz być pewien jak cholera, że przyjdzie czas, kiedy zacznie przeciekać.

W naszym przypadku, nie jest niczym niezwykłym znaleźć wycieki płynu kierowniczego na wężu kierowniczym, pompie kierowniczej lub stojaku kierowniczym po zaledwie kilku latach użytkowania. Kiedy to się stanie, zaczniesz zauważać, że kierownica jest trudniejsza do obrócenia. Lub, znajdziesz się konieczności stale uzupełniać płyn kierowniczy co 2 tygodnie lub tak.

To jest tylko jeden z wielu problemów, które możemy napotkać w hydraulicznym układzie kierowniczym. Jeśli chciałbyś dowiedzieć się więcej na ten temat, wymieniliśmy Top 7 Steering Rack Problems you can Identify just for you.

Give it a read, it will be worth every minute.

The Future of Hydraulic Steering System

Yes, there are flaws. Ale hydrauliczne wspomaganie kierownicy przeszło długą drogę i sprawiło, że jazda jest łatwiejsza i bezpieczniejsza niż kiedykolwiek wcześniej. Nie wiem jak ty, ale ja już nie wyobrażam sobie jazdy bez wspomagania kierownicy!

Technologia jest wspaniała i dlatego ciągle staramy się ją ulepszać. A przynajmniej próbowaliśmy. Zła wiadomość jest taka, że osiągamy dojrzałość hydraulicznego układu kierowniczego z powodu pewnych nieodłącznych ograniczeń.

Dobra wiadomość jest taka, że właśnie z tego powodu zaczynamy dostrzegać zmianę w kierunku elektronicznego układu wspomagania kierownicy, ponieważ możemy wprowadzić o wiele większą kontrolę nad całym układem wspomagania. Tak jak czujniki ABS ulepszyły układ hamulcowy, możemy zrobić to samo również dla układu wspomagania kierownicy. I kto wie, może to być kamień milowy do stworzenia w przyszłości samochodu bez kierowcy. Ale, to będzie inna historia na inny dzień.

Do tego czasu, jedź bezpiecznie i jedź mądrze!

.