La fel cum Apple iPhone a schimbat industria de telefonie mobilă, cremaliera servodirecției hidraulice este echivalentul în industria auto.
Autoturismele sunt obiecte extrem de grele și pot cântări până la 1500 de kilograme. Imaginați-vă că încercați să conduceți această monstruozitate cu mâinile goale – pur și simplu imposibil! Tocmai de aceea avem cremalieră de direcție pentru început, a făcut acest lucru posibil.
Dar, nu a fost perfect. Dacă ați condus un Perodua Kancil, știți cât de rigid era să conduceți mașina. Am știut că trebuie să ducem cremaliera de direcție la nivelul următor. Răspunsul, a fost cremaliera de servodirecție. Cremaliera de direcție a făcut posibilă direcționarea unei mașini, dar cremaliera de servodirecție a fost cea care a făcut-o mai ușoară.
Pentru cei care au încercat ambele tipuri de cremaliere de direcție vor aprecia cu siguranță impactul pe care l-a avut în viața noastră zilnică de navetiști. Și datorită acestui fapt, această tehnologie s-a răspândit atât de mult încât toate mașinile fabricate în secolul XXI adoptă o formă de servodirecție.
În 2018, avem trei tipuri de servodirecție: (i) servodirecția hidraulică, (ii) servodirecția electro-hidraulică și (iii) servodirecția electrică. Astăzi, vom explora și vom obține o înțelegere mai profundă a bunicului tuturor sistemelor de servodirecție – cremaliera de servodirecție hidraulică: ce este și cum funcționează.
- Ce este servodirecția hidraulică?
- Creșterea servodirecției hidraulice
- Cum funcționează?
- Rezervor de lichid de direcție
- Pompă de direcție
- Supapă rotativă
- Camera hidraulică
- Limitații ale servodirecției hidraulice
- Limitația #1: Nepotrivirea puterii de asistență
- Limitarea #2: Predispusă la scurgeri
- Viitorul servodirecției hidraulice
- Ce este servodirecția hidraulică?
- Răsăritul servodirecției hidraulice – De unde a apărut toată această putere?
- Cum funcționează o servodirecție hidraulică?
- Rezervor de lichid de direcție
- Pompa de direcție
- Supapa rotativă
- Camera hidraulică
- Limitele inerente ale servodirecției hidraulice – nu sunt suficient de bune?
- Limitația #1: Nepotrivirea asistenței electrice.
- Limitația nr. 2: Predispusă la scurgeri
- Viitorul sistemului de direcție hidraulică
Ce este servodirecția hidraulică?
Știți, inginerii pot fi destul de literali și practici atunci când vine vorba de denumirea lucrurilor, iar acest lucru ajută într-adevăr la facilitarea înțelegerii lucrurilor! Haideți să o despărțim cuvânt cu cuvânt.
Cuvântul – „Hidraulic” este doar un cuvânt fantezist pentru utilizarea lichidului, care ar putea însemna apă, ulei și etc. În acest caz, folosim un ulei de direcție hidraulică de culoare roz aprins pentru mașinile noastre.
Apoi, avem cuvântul – „servodirecție”. Atunci când presurizăm lichidul de direcție și le folosim într-un mod inteligent (mai multe despre asta mai târziu), obținem o putere suplimentară care ne ajută să ne dirijăm mai ușor mașina.
Și iată-l!
În esență, servodirecția hidraulică presurizează lichidul hidraulic pentru a ne oferi o putere suplimentară care ne face să ne dirijăm mai ușor mașina. Este un ajutor ergonomic pentru a îmbunătăți controlul și manevrabilitatea în siguranță.
Aceasta este modul în care arată o cremalieră tipică de servodirecție hidraulică. Iată un truc ingenios. Pentru a ști dacă este o cremalieră de direcție hidraulică, tot ce trebuie să faceți este să fiți atenți la centrul cremalierei de direcție. Dacă vedeți două țevi metalice care ies din cremalieră, știți că este de tip hidraulic. De asemenea, s-ar putea să nu vă puteți da seama din imagine, dar acestea sunt de fapt foarte voluminoase. Fiecare cremalieră de direcție se poate întinde pe o lungime de până la 1,5 metri.
Răsăritul servodirecției hidraulice – De unde a apărut toată această putere?
Direcțiile hidraulice au existat de foarte mult timp. Vorbesc de vreo sută de ani. Prima servodirecție hidraulică din toate timpurile a primit un brevet în 1876. A fost apoi îmbunătățită de Frederick W. Lanchester în 1902.
În 1926,Francis Davis a devenit prima persoană care a reușit să monteze cu succes o unitate de servodirecție hidraulică într-un automobil. El a instalat-o în mașina sa Pierce-Arrow din 1921 și a călătorit de la New York la Los Angeles în doar 12 zile. Din păcate, nimeni nu i-a văzut cu adevărat potențialul și nu a fost comercializat niciodată. Cel puțin nu până în 1939, când a izbucnit cel de-al doilea război mondial.
În timpul războiului, oamenii au început să caute modalități de a-și controla mai bine, mai repede și mai ușor mașina de război puternic blindată. În căutarea unui avantaj competitiv în bătălie, tehnologia din spatele servodirecției hidraulice a fost rapid adoptată în mod proeminent. Până la sfârșitul războiului, în 1945, 10.000 de vehicule militare au fost echipate cu o unitate de servodirecție.
Când este testată și dovedită la o scară atât de mare, este greu să nu vezi potențialul acestei tehnologii relativ „noi”. Și așa s-a întâmplat. În 1951, Chrysler este primul producător auto care face disponibilă în comerț unitatea de servodirecție. Aceasta a fost pusă la dispoziția publicului prin intermediul autoturismului lor – Chrysler Imperial.
Sursa
Ascunde
La scurt timp după aceea, mulți alți producători de automobile, cum ar fi General Motors, Toyota și Honda, au venit rapid cu propria lor variantă de servodirecție și le-au implementat. Și asta ne aduce în punctul în care ne aflăm acum. În secolul 21, practic toate mașinile sunt acum echipate cu servodirecție.
Dacă vă gândiți cu adevărat la asta, servodirecția este o piesă de tehnologie care s-a născut din vremuri dificile și a înflorit în ceva care ne-a schimbat complet viața în bine. Este cu adevărat remarcabil.
Cum funcționează o servodirecție hidraulică?
Dacă sunteți complet nou în ceea ce privește sistemul de direcție auto, vă recomand cu tărie să începeți mai întâi cu How Car Steering System Works – in Simple English. Acest lucru se datorează faptului că o cremalieră de direcție obișnuită fără asistență electrică funcționează foarte asemănător cu un sistem de servodirecție hidraulică.
Singura diferență este că servodirecțiile hidraulice au câteva piese suplimentare pentru a furniza puterea suplimentară. Vorbesc despre…
- Fluid hidraulic
- Rezervor de lichid de direcție
- Pompă de direcție
- Valvă rotativă
- Camera hidraulică
Rezervor de lichid de direcție
La fel cum avem un rezervor de benzină pentru benzină, avem un rezervor de lichid de direcție pentru lichidul de direcție. Ori de câte ori folosim fluide, avem întotdeauna un recipient care să le rețină atunci când nu le folosim.
Nu este nimic prea fantezist în legătură cu această piesă de aici, iar scopul său este și el destul de auto-explicativ. Dar, călătoria unei servodirecții hidraulice începe aici. Când umplem lichidul de direcție, îl punem în acest rezervor. Acesta reține lichidul și le furnizează pompei de direcție prin furtunuri de cauciuc.
Sursa
Ascunde
Pompa de direcție
Puteți găsi pompa de direcție atașată la motorul mașinii, de obicei chiar lângă alternatorul mașinii și compresorul de aer condiționat. Legăm pompa de direcție la motor prin intermediul unui mecanism de curea cu scripete, folosind o curea de motor.
Când motorul mașinii dvs. funcționează, cureaua motorului se rotește în buclă și aceasta rotește și pompa de direcție. Cu asta, pompa trage lichidul de direcție din rezervorul de lichid de direcție și le presurizează.
Cum fac asta mai exact? Ei bine, nu vreau să vă copleșesc cu toate micile detalii, dar dacă sunteți interesați să aflați mai multe, avem un articol despre pompa de direcție care va apărea foarte curând. Pentru moment, gândiți-vă la pompa de direcție ca la o cutie neagră. Introducem lichid de direcție de joasă presiune înăuntru, iar la celălalt capăt iese lichid de direcție de înaltă presiune.
Acest lichid de direcție de înaltă presiune părăsește apoi pompa de direcție, prin furtunurile de direcție și intră în cremaliera de direcție, mai exact în supapa rotativă.
Supapa rotativă
În interiorul cremalierei de direcție, avem ceea ce se numește supapa rotativă. O supapă rotativă este o carcasă metalică extrem de sensibilă, cu găuri plasate strategic, care redirecționează lichidul de direcție fie înapoi la pompa de direcție, fie în cremaliera de direcție.
Gândiți-vă la ea ca la poliția rutieră la o intersecție rutieră aglomerată. Ea spune lichidului de direcție încotro să meargă în funcție de direcția în care întoarceți volanul. Iată cum funcționează…
- Dacă volanul se află în poziția inițială, supapa rotativă redirecționează lichidul de direcție înapoi la pompa de direcție și nu se întâmplă nimic. Ciclul de deplasare a lichidului de direcție de la rezervor la pompă și la supapa rotativă se repetă.
- Dar atunci când șoferul rotește volanul, supapa rotativă se deschide și lichidul de direcție de la pompa de direcție este redirecționat. De data aceasta, nu se mai întoarce la pompa de direcție, ci iese din supapa rotativă prin conductele de fluid și intră într-una din camerele hidraulice ale cremalierei de direcție.
Camera hidraulică
Cum fluidul de direcție de la supapa rotativă este redirecționat în camera hidraulică, începem să obținem asistență electrică! Dar să facem un pas înapoi și să vedem cum s-a întâmplat totul.
În camera hidraulică, există un piston hidraulic chiar în mijloc. Acesta separă camera hidraulică în două porțiuni egale: partea stângă, și partea dreaptă. Lichidul de direcție este redirecționat în aceste două camere, dar iată întorsătura – ele nu primesc cantități egale de lichid de direcție!
Când există mai mult lichid de direcție pe o parte a camerei hidraulice, se creează o diferență de presiune în întreaga cameră. Lichidul de direcție împinge apoi pistonul hidraulic spre partea mai slabă a camerei hidraulice și cremaliera de direcție se mișcă în consecință.
Acum unii dintre voi se întreabă, de ce există o diferență de presiune.
Din cauza dinamicii fluidelor. Sau, mai precis ecuația lui Bernoulli. Pentru a vă oferi o metaforă care să vă ajute să o înțelegeți, imaginați-vă două încăperi de dimensiuni egale cu un perete mobil pe care îl puteți împinge în mijloc. O cameră este plină cu 50 de persoane, în timp ce cealaltă este plină cu 100 de persoane. Pentru că este foarte cald și sufocant în cameră, aș împinge peretele pentru a obține mai mult spațiu în camera mea. Dar, hei, și cealaltă cameră vrea mai mult spațiu! Foarte repede, acest lucru se transformă într-un război de tras de mânecă în care echipa mai puternică împinge peretele spre cealaltă parte.
În orice caz, această „împingere a peretelui” este ceea ce ne dă puterea suplimentară. Deoarece ambele capete ale cremalierei de direcție sunt conectate la roțile mașinii, atunci când cremaliera de direcție se mișcă spre dreapta, la fel se va întâmpla și cu roțile mașinii. Și… Voilà! Mașina își schimbă direcția, iar lichidul de direcție curge înapoi în rezervorul de lichid de direcție pentru a repeta din nou întregul proces.
Și acesta, prietenii mei, este modul în care funcționează o servodirecție hidraulică.
Limitele inerente ale servodirecției hidraulice – nu sunt suficient de bune?
Servieta hidraulică este uimitoare. Ea oferă asistența de direcție atât de necesară în viața noastră zilnică de navetiști. Dar, ca orice altceva în lume… Nimic nu este perfect. Și servodirecția hidraulică are defecte inerente.
Limitația #1: Nepotrivirea asistenței electrice.
Este regretabil că nu putem controla cantitatea de asistență electrică pe care o primim. Asistența de putere pe care o primim s-ar putea să nu fie ceea ce avem nevoie.
Voi explica ce vreau să spun.
Până acum, știm cu toții că motorul mașinii antrenează pompa de direcție prin intermediul curelei motorului. Ele sunt conectate fizic și nu avem cum să controlăm câtă putere să dea sau să nu dea. Fie că vă place sau nu, turația pompei noastre de direcție este direct legată de turația motorului mașinii. Atunci când conducem mai repede, turația motorului mașinii crește și pompa funcționează mai repede. În schimb, atunci când conducem mai încet, turația motorului mașinii scade și pompa încetinește. Acum, luați în considerare aceste 3 scenarii…
- Când conducem cu viteză mică / staționare
- Când conducem cu viteză mare
- Când conducem în linie dreaptă
Când conducem cu viteză mică sau la ralanti, aveam nevoie de mai multă putere de asistență, deoarece este mai greu să direcționăm mașina fără niciun impuls. Dar, în realitate, turația motorului mașinii este mică atunci când merge la ralanti și, prin urmare, primim doar cea mai mică cantitate de asistență atunci când, de exemplu, intrăm și ieșim dintr-o parcare.
Când conducem la viteză mare, este util să avem un volan mai rigid, astfel încât volanul să se simtă mai ferm și mai stabil. Dar atunci când conducem cu viteză mare, motorul mașinii suprasolicită pompa de direcție și primim mult prea multă asistență electrică. O ușoară împingere a volanului poate supravira mașina într-o direcție pe care nu ne-o dorim.
Când conducem în linie dreaptă, nu avem nevoie de niciun fel de asistență pentru că nu întoarcem mașina. Dar, motorul continuă să acționeze pompa de direcție, indiferent dacă avem sau nu nevoie de ea. Când puneți în mișcare piese inutile, energia este irosită și asta ne scade economia de combustibil.
Limitația nr. 2: Predispusă la scurgeri
Există o altă problemă.
Datorită însăși naturii hidraulice, avem nevoie de lichid de direcție pentru ca sistemul să funcționeze. Fluidul este foarte șiret, oriunde ar merge, va găsi orice mică deschidere pentru a scăpa. Asta înseamnă că ori de câte ori folosim fluid, puteți fi siguri ca naiba că va veni un moment în care acesta va începe să curgă.
În cazul nostru, nu este neobișnuit să găsim scurgeri de lichid de direcție la furtunul de direcție, la pompa de direcție sau la cremaliera de direcție după doar câțiva ani de utilizare. Când se întâmplă acest lucru, veți începe să observați că volanul se simte mai greu de rotit. Sau, vă veți trezi că trebuie să completați constant lichidul de direcție la fiecare 2 săptămâni sau cam așa ceva.
Aceasta este doar una dintre multele probleme cu care ne putem confrunta la un sistem de direcție hidraulică. Dacă doriți să aflați mai multe despre, am enumerat Top 7 probleme ale cremalierei de direcție pe care le puteți identifica doar pentru dumneavoastră.
Consultați-l, va merita fiecare minut.
Viitorul sistemului de direcție hidraulică
Da, există și defecte. Cu toate acestea, servodirecțiile hidraulice au parcurs un drum lung și au făcut ca șofatul să fie mai ușor și mai sigur ca niciodată. Nu știu cum sunteți voi, dar eu nu-mi mai pot imagina să conduc fără servodirecție!
Tehnologia este grozavă și de aceea încercăm să o îmbunătățim continuu. Sau cel puțin noi am încercat. Vestea proastă este că ajungem la o maturitate pentru un sistem de direcție hidraulică din cauza unora dintre limitările inerente.
Veste bună este că, tocmai din această cauză, începem să vedem o trecere la sistemul de servodirecție electronică, deoarece putem introduce mult mai mult control asupra întregului sistem de servodirecție. La fel cum senzorii ABS au îmbunătățit sistemul de frânare, putem face același lucru și pentru sistemul de servodirecție. Și, cine știe, ar putea fi doar o piatră de hotar pentru o mașină fără șofer în viitor. Dar, aceasta ar fi o altă poveste pentru o altă zi.
Până atunci, conduceți în siguranță și conduceți inteligent!
Lasă un răspuns