Εισάγετε λέξη/όρο:

Κατηγορίες

Κρεμαγιέρα (Rack and pinion)

Θέση:
< Όλα τα περιεχόμενα

Τα συστήματα διεύθυνσης που χρησιμοποιούνται στην συντριπτική πλειοψηφία των σημερινών επιβατικών αυτοκινήτων διαθέτουν διάταξη κρεμαγιέρας. Σε μικρότερη συχνότητα συναντάμε συναρμογές με ατέρμονα κοχλία ενώ ο συνδυασμός του τελευταίου μηχανισμού με επανακυκλοφορούντα σφαιρίδια χρησιμοποιείται σπανίως λόγω της πολύπλοκης και κατ΄επέκταση δαπανηρής κατασκευής.
Η αρχή λειτουργίας της κρεμαγιέρας βασίζεται σε ένα γρανάζι (πινιόν), συνήθως με ελικοειδή οδόντωση, το οποίο κινεί έναν οδοντωτό κανόνα μετατρέποντας την περιστροφική κίνηση σε γραμμική. Όταν ο οδηγός περιστρέφει το τιμόνι δεξιά ή αριστερά ανάλογα κινείται και το πινιόν με πολλαπλάσια ωστόσο ροπή εξαιτίας της σχέσης μετάδοσης. Η γραμμική πλέον κίνηση μετακινεί τον κανόνα δεξιά ή αριστερά αλλάζοντας την κατεύθυνση των τροχών των οποίων οι πλήμνες είναι αρθρωμένες με τα ακρόμπαρα και αυτά με την σειρά τους στα άκρα της κρεμαγιέρας. Στην περίπτωση του ατέρμονα κοχλία έχουμε τον συνδυασμό ενός κοχλία με μια κορόνα.
Το πλεονέκτημα της συγκεκριμένης διάταξης αφορά στην μεταφορά αυξημένου φορτίου και για αυτό το λόγο η εφαρμογή της περιορίζεται πλέον σε μοντέλα εκτός δρόμου. Σε κάθε περίπτωση η ανταπόκριση του τιμονιού καθορίζεται από την σχέση μετάδοσης που έχει επιλέξει ο κατασκευαστής. Για παράδειγμα ένα τιμόνι με λιγότερες στροφές από άκρη σε άκρη μπορεί να υπερτερεί σε σβελτάδα κάνει όμως την ζωή του οδηγού πιο δύσκολη σε διαδικασίες όπως αυτή της στάθμευσης λόγω της επιπλέον δύναμης που πρέπει να καταβάλει. Την λύση σε αυτό το «πρόβλημα» καλούνται να δώσουν τα συστήματα υποβοήθησης.

Υδραυλική υποβοήθηση
Λόγω του αυξημένου φορτίου στον εμπρός άξονα, ειδικά στην περίπτωση οχημάτων βαρέως τύπου, τα πράγμα δεν ήταν καθόλου ευχάριστα για τον οδηγό. Αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η Chevrolet επινόησαν περίπου στις αρχές της δεκαετίας του ΄50 υδραυλικά συστήματα τα οποία υποβοηθούσαν το στρίψιμο του τιμονιού. Από τα τέλη της προηγούμενης χιλιετίας μόνο ορισμένες βασικές εκδόσεις αυτοκινήτων πόλης δεν διαθέτουν υδραυλική υποβοήθηση η οποία όμως απειλείται άμεσα από την ηλεκτρική και σε μερικά χρόνια απλά τα υδραυλικά συστήματα θα έχουν καταργηθεί (τουλάχιστον στα επιβατικά οχήματα). Πως όμως λειτουργεί το όλο σύστημα;
Με απλά λόγια πρόκειται για ένα υδραυλικό κύκλωμα όπου η πίεση μεταβάλλεται από μια φυγοκεντρική αντλία η οποία λαμβάνει κίνηση μέσο ιμάντα από τον στροφαλοφόρο άξονα. Ανάλογα με την φορά περιστροφής της αυξομειώνεται η υδραυλική πίεση ανάμεσα σε δύο θαλάμους-έμβολα υποβοηθώντας κατά αυτόν τον τρόπο την κίνηση του συστήματος διεύθυνσης. Ορισμένα συστήματα διαθέτουν μεταβλητή υποβοήθηση και συνδυάζονται με μια ηλεκτρονική μονάδα που ελέγχει το βηματικό μοτέρ, ένας μικρός ηλεκτροκινητήρας που ρυθμίζει την βηματική βαλβίδα μέσω ενός σετ γραναζιών μεταβάλλοντας την δίοδο του υγρού. Έτσι, ανάλογα και με την ταχύτητα του αυτοκινήτου και την θέση της κολόνας επαναπροσδιορίζει την αίσθηση που αποκομίζει ο οδηγός από το τιμόνι.
Τα τελευταία υδραυλικά συστήματα συνδυάζονται με αισθητήρα που αντιλαμβάνεται την μεταβολή της γωνιακής ταχύτητας της κολόνας του τιμονιού. Γενικά η μέγιστη τιμή της υποβοήθησης, η οποία θεωρητικά φτάνει τα 120bar, στην πράξη δεν ξεπερνά τα 80bar, και την μέγιστη τιμή την συναντάμε στην διαδικασία επιτόπιων ελιγμών. Στην περίπτωση αυτή το έργο που καταναλώνει η αντλία από τον κινητήρα γίνεται αντιληπτό αν παρατηρήσετε το σκαμπανέβασμα του δείκτη του στροφόμετρου. Η αύξηση όμως της πίεσης στο κύκλωμα έχει ως συνέπεια η αίσθηση του τιμονιού να ελαφρύνει υπερβολικά. Έτσι λοιπόν όσο το αυτοκίνητο αυξάνει ταχύτητα η μονάδα ελέγχου η οποία λαμβάνει πληροφορίες και από τους αισθητήρες του ABS δίνει εντολή σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα να μειώσει την πίεση ώστε να βαρύνει η αίσθηση του βολάν. Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν οι τροχοί βρίσκονται σε ευθεία στο υδραυλικό κύκλωμα επικρατεί ισορροπία, δηλαδή μηδενικές -πάντα θεωρητικά- πιέσεις.
Στα ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα υπάρχουν γραναζωτές αντλίες που λαμβάνουν κίνηση από έναν ηλεκτροκινητήρα. Με αυτό τον τρόπο η κίνηση της αντλίας δεν εξαρτάται από τις στροφές του κινητήρα και είναι ανεξάρτητη ενώ η υποβοήθηση διατηρείται ακόμη και αν ο κινητήρας απενεργοποιηθεί. Επίσης, η ύπαρξη του ηλεκτροκινητήρα επιτρέπει την παραμετροποίηση της υποβοήθησης και σε ορισμένα μοντέλα συναντάμε συγκεκριμένες επιλογές (π.χ. Ford Focus, C-MAX κ.α.)


Ηλεκτρική υποβοήθηση
Σίγουρα θα καταλάβατε ότι η ειδοποιός διαφορά ανάμεσα στα υδραυλικά συστήματα εντοπίζεται στο… μέσο υποβοήθησης καθώς η αντλία αντικαθίσταται από έναν μικρό σε μέγεθος ηλεκτροκινητήρα. Με ηλεκτρική υποβοήθηση εξοπλίζονται -πρωτεργάτες στο είδος- μοντέλα όπως τα Fiat Punto και Renault Megane ενώ η συνεχής υιοθέτηση τους από τους κατασκευαστές αναμένεται στο μέλλον να εκτοπίσουν τα υδραυλικά συστήματα.
Τα συστήματα EPS (Electrically Power Steering) δομούνται από έναν ηλεκτρο- κινητήρα ο οποίος συνδυάζεται με ένα μικροσκοπικό μειωτήρα. Η συνολική διάταξη συνήθως βρίσκεται τοποθετημένη στην κολόνα του τιμονιού αν και είθισται πλέον η παράλληλη με την κρεμαγιέρα τοποθέτηση της λόγω της καλύτερης αμεσότητας. Πριν από τον ηλεκτροκινητήρα όμως έχει τοποθετηθεί ένας αισθητήρας ροπής ο οποίος επικοινωνεί συνεχώς με την ηλεκτρονική μονάδα του EPS προκειμένου να την τροφοδοτήσει με πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος της ροπής που υφίσταται η κολόνα. Ο συγκεκριμένος σένσορας σε συνδυασμό με αυτόν που «διαβάζει» την περιστροφή του τιμονιού μεταβιβάζει την ροπή που ασκεί ο οδηγός προς τον επεξεργαστή της μονάδας ο οποίος συνήθως «τρέχει» στα 16-bit με μνήμη 64Kb. Βάση του αλγοριθμικού προγράμματος της τελευταίας συνυπολογίζεται και η ταχύτητα με την οποία κινείται το αυτοκίνητο. Με αυτό τον τρόπο η λειτουργία του ηλεκτρικού μοτέρ διαχειρίζεται ανάλογα μεταβάλλοντας παράλληλα το μέγεθος της υποβοήθησης.
Για ποιο λόγο όμως έχει επικρατήσει η ηλεκτρική υποβοήθηση; Αφενός για την απλούστερη και κατά συνέπεια φτηνότερη κατασκευή του συστήματος, το μειωμένο βάρος ενώ η απουσία υδραυλικών υγρών δεν επιβαρύνει το περιβάλλον. Αφετέρου, τα παρελκυόμενα του συστήματος καταλαμβάνουν 20-30% λιγότερο χώρο ενώ η κατανάλωση μειώνεται έως και μισό λίτρο ανά 100 χλμ., περισσότερο από 4% σε σχέση με ένα μοντέλο που διαθέτει υδραυλική υποβοήθηση. Το τελευταίο πλεονέκτημα των EPS δικαιολογείται άμεσα αν αναλογισθεί κανείς ότι στα υδραυλικά συστήματα η αντλία είναι μόνιμα συνδεδεμένη με τον κινητήρα απορροφώντας έως και 12 φορές περισσότερο έργο. Ο ηλεκτροκινητήρας ενεργοποιείται μόνο όταν το απαιτήσουν οι συνθήκες.

Πηγή: https://www.caroto.gr/2009/05/13/%cf%83%cf%85%cf%83%cf%84%ce%ae%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%ce%b4%ce%b9%ce%b5%cf%8d%ce%b8%cf%85%ce%bd%cf%83%ce%b7%cf%82/

Περιεχόμενα