Řízení motorového vozidla: Účel: - natočením kol do rejdu měnit směr jízdy - umožnit rozdílný úhel rejdu rejdových kol při průjezdu zatáčkou - dostatečně zvětšit silový moment pro ovládání rejdových kol Hlavní části: - volant - vřeteno řízení (hřídel volantu) - převodka řízení - hlavní páka řízení - táhlo řízení - řídící páka - čep kola - spojovací tyč - páka spojovací tyče Způsoby konstrukce řízení: a) točnicové řízení b) řízení se svislými čepy (natáčením nápravy): (natáčením kol): Kola se při zatáčení otáčejí kolem společného bodu otáčení. Zmenšením plochy postavení je větší sklon vozidla k překlopení. Točnicové řízení se používá u dvounápravových přívěsů. Má dobrou schopnost při pojíždění. Každé kolo se může otáčet kolem vlastní osy, osy otáčení řízení, což je zpravidla podélná osa svislých čepů. Řízení se používá u všech dvoustopých motorových vozidel. Při vytočení kol kolem osy otáčení řízení zůstane plocha postavení přibližně stejná. Odvalování kol při jízdě zatáčkou: Každé rejdové kolo se otáčí kolem vlastní rejdové osy. Při jízdě v zatáčce ujedou kola téže nápravy nestejnou dráhu. Kdyby byla obě rejdová kola stejně natočena, žádné z nich by se neodvalovalo bez smýkání. Aby se obě kola odvalovala bez smýkání, musí být vnitřní kolo natočeno více než vnější, a to tak, že prodloužené osy rejdových kol se protínají na prodloužené ose neřízené zadní nápravy. Při průjezdu zatáčkou mají přední i zadní kola teoreticky společný střed otáčení. Skutečný střed otáčení je v důsledku bočních sil, působících na kola (boční deformace pneumatik) posunut obvykle dopředu. 112
Lichoběžník řízení: Spojovací tyč řízení a obě páky rejdových kol tvoří spolu s osou přední nápravy při přímé jízdě lichoběžník řízení. Lichoběžník řízení umožňuje nestejné natočení rejdových kol při jízdě v zatáčce. Při přímé jízdě je spojovací tyč umístěna paralelně vzhledem k přední nápravě (je s ní rovnoběžná). Při průjezdu zatáčkou musí dojít k natočení kol. Vzhledem k tomu, že úhel mezi osou kola a řídící pákou spojovací tyče není 90, není při natočení kol spojovací řídící tyč rovnoběžná s osou nápravy a tím je zajištěno nestejné natočení vnitřního a vnějšího rejdového kola. GEOMETRIE ŘÍZENÍ: Prvky geometrie řízení jsou: - odklon kola - příklon čepu (rejdové osy) - poloměr rejdu - záklon čepu (rejdové osy) - sbíhavost kol - diferenční úhel Odklon kola: Je to úhel mezi střední rovinou kola a rovinou kolmou k vozovce. Udává se v úhlových stupních a minutách. Odklon kola může být: - pozitivní - negativní (příklon kola) Odklon kola vytváří axiální (osovou) sílu, která zatěžuje ložiska kola a tím zabraňuje kmitání ( třepetání ) kol. Pozitivní odklon: Ten má většina vozidel u přední rejdové nápravy. Pohybuje se v rozmezí: 0 20-2. V přípustné toleranci leží odchylka +/-30. Pozitivní odklon zlepšuje směrovou stabilitu vozidla při přímé jízdě a zmenšuje poloměr rejdu. Negativní odklon (příklon): Ten má většina vozidel u zadní nápravy. Pohybuje se v rozmezí: -0 30 - -2. Příklon kola zlepšuje boční vedení při jízdě zatáčkou, ale zvyšuje opotřebení vnitřní plochy běhounu pneumatiky. Příklon čepu (rejdové osy): Je to úhel mezi rejdovou osou a podélnou rovinou vozidla kolmou k vozovce. Udává se v úhlových stupních a minutách. Pohybuje se v rozmezí: 5-10. Příklon rejdové osy způsobuje nadzvednutí přední části vozidla při natočení rejdových kol a vlivem zatížení přední nápravy se vytvoří vratný moment pro zpětné natočení kol do přímého směru. Přispívá tedy k samočinnému navracení kol do přímého směru po projetí vozidla zatáčkou. Příklon má také zabránit třepetání kol. 113
Odklon kola a příklon rejdové osy spolu tvoří sdružený (součtový) úhel, jehož velikost při seřizování zůstává neměnná. Čím je odklon kola kola větší, tím je menší příklon rejdové osy a naopak. Odklon a příklon společně určují velikost poloměru rejdu Ro. Poloměr rejdu: Poloměr rejdu Ro je rameno, na kterém působí třecí síla mezi kolem a vozovkou. Je to vzdálenost středu stopy kola od průsečíku prodloužené rejdové osy s vozovkou. Rozlišujeme: - pozitivní poloměr rejdu - negativní poloměr rejdu - nulový poloměr rejdu Pozitivní poloměr rejdu: Prodloužená rejdová osa protíná vozovku na vnitřní straně stopy pneumatiky. Při brzdění působící brzdná síla natáčí přední část kola ven (do rozbíhavosti). Pokud je rozdílná přilnavost kol, kolo s větší přilnavostí je natáčeno více ven a vozidlo táhne do strany. Proto má být poloměr rejdu malý, ale přesto dostatečný pro zachování přiměřené ovládací síly řízení a zabránění třepetání kol. Negativní poloměr rejdu: Prodloužená rejdová osa protíná vozovku ve vnější polovině stopy pneumatiky. Brzdná síla působící na kolo vytváří stáčivý moment, který natáčí přední část kola dovnitř (do sbíhavosti), protože bod otáčení leží ve vnější části stopy kola.. Pokud je při brzdění rozdílná přilnavost kol (např. různý povrch vozovky, defekt pneumatiky apod.), natáčí brzdná síla kolo s větší přilnavostí dovnitř. Svým natáčením působí kolo proti táhnutí vozidla na tu stranu, na které kola intenzivněji brzdí vlivem větší přilnavosti. Tento samočinný stabilizující účinek je zvláště důležitý při defektu pneumatiky přední nápravy. Nulový poloměr rejdu: Prodloužená rejdová osa protíná vozovku přesně ve středu stopy pneumatiky. Kola se natáčejí do rejdu na místě, u stojícího vozidla je nutná velká síla v řízení pro natočení kol do rejdu. Při brždění je kolo natáčeno ven, ale natáčecí moment je podstatně menší než u pozitivního poloměru rejdu. Záklon rejdové osy: Je to úhel mezi rejdovou osou a kolmicí k vozovce v rovině rovnoběžné s podélnou svislou rovinou vozidla. Udává se v úhlových stupních a minutách. Záklon můžeme také určit jako vzdálenost z průsečíku osy kola s vozovkou K a průsečíku rejdové osy s vozovkou O. Vzdálenosti z se říká závlek kola. V tomto případě se záklon udává v milimetrech. 114
Záklon může opět být: - pozitivní - bod O je ve směru jízdy před bodem K - negativní (předklon) - bod O je ve směru jízdy za bodem K Pozitivní záklon: V tomto případě jsou kola vlečena a stabilizována v přímém směru. Působením záklonu je vnitřní kolo při natočení v zatáčce nadzvedáváno a vnější kolo stlačováno. Tím se vytváří vratný moment, který působí vracení kol do přímého směru po projetí zatáčkou. Osobní automobily s motorem vzadu, u kterých je přední náprava méně zatížena, mají větší úhel záklonu než vozidla s motorem vpředu. Negativní záklon (předklon): Používá se u některých vozidel s pohonem předních kol a způsobuje zmenšení vratného momentu při jízdě v zatáčce. Tím se brání příliš intenzivnímu vracení kol do přímého směru. Sbíhavost kol: Je rozdíl vzdálenosti mezi vnitřními okraji ráfku kol při postavení kol do přímého směru. Měření se provádí ve vodorovné rovině procházející středy kol, určuje se pro obě kola společně v milimetrech nebo v úhlových stupních a minutách. Rozlišujeme: kladnou sbíhavost (l2 l1)>0 nulovou sbíhavost (l2 l1)=0 zápornou sbíhavost rozbíhavost (l2 l1)<0 Přední kola vozidel s pohonem zadní nápravy při pozitivním poloměru rejdu mají snahu se natáčet svou přední částí ven (do rozbíhavosti). Nastavením sbíhavosti zabráníme kmitání kol a zlepšíme směrovou stabilitu v přímé jízdě. U vozidel s předním pohonem se vzhledem k působení hnací síly přední části kola natáčí dovnitř (do sbíhavosti). Proto se u těchto vozidel často nastavuje rozbíhavost, pokud však mají rejdová kola negativní poloměr rejdu, používá se sbíhavost (většina předních hnacích náprav má negativní poloměr rejdu). Diferenční úhel: Diferenční úhel je úhel, o který je vnitřní kolo natočeno více než vnější při průjezdu zatáčkou. Velikost diferenčního úhlu se obvykle zjišťuje při natočení vnitřního kola do rejdu o 20. Jeho měření je nutné při kontrole lichoběžníku řízení (ohnutá řídící páka nebo spojovací tyč). Diferenční úhel má značný vliv na jízdní vlastnosti vozidla a opotřebení pneumatik. 115
JEDNOTLIVÉ ČÁSTI ŘÍZENÍ: 1. Volant a hřídel volantu: Dnes se u všech motorových vozidel standardně používají bezpečnostní volanty a hřídele volantu. Z hlediska bezpečnosti řidiče při čelním nárazu vozidla vyhovují tyto konstrukční varianty: a) dvoudílný hřídel volantu: Dvoudílný hřídel volantu, u něhož se drážkovaný konec jednoho dílu zasouvá do drážkovaného otvoru dílu druhého, popřípadě obě části spojuje vhodně tvarovaný bezpečnostní střední díl, který má dostatečnou torzní tuhost, ale snadno se axiálně deformuje. b) dělený hřídel volantu: c) vícedílný hřídel volantu: Při čelním nárazu se bezpečnostní člen Jednotlivé díly jsou spojeny deformuje, popřípadě přetrhne a umožní speciálními křížovými klouby. mimoběžný pohyb obou částí hřídele Volant je tvořen kostrou z ocelových drátů, na které je vytvořena vrstva z vhodného plastu. Střed volantu je zpravidla zapuštěn a má měkkou horní plochu, aby se snížilo riziko zranění hrudníku řidiče při čelním nárazu vozidla. Ve středu volantu může být uložen airbag. V tomto případě musí být hřídel volantu konstruován tak, aby si volant i po čelním nárazu zachoval původní polohu vůči řidiči. Zabrání se tím zranění řidiče činností aktivovaného airbagu. 2. Převodka řízení: účel: mění otáčivý pohyb volantu a hřídele volantu na natočení kol do rejdu zvětšují točivý moment, který vzniká působením síly řidiče na volant tak, aby mohlo dojít k natočení kol do rejdu Při otáčení volantem se otáčivý pohyb přenáší hřídelem volantu do převodky řízení. V převodce řízení se otáčivý pohyb zpřevoduje dopomala a změní se na posuvný, který je pomocí řídících pák a spojovacích tyčí přenesen na kola. Převodový poměr: Převodovým poměrem v převodce řízení rozumíme poměr mezi úhlem natočení volantu a úhlem natočení kol do rejdu. Například převodový poměr 15:1 znamená, že otočíme-li volantem o 15, dojde k natočení kol do rejdu o 1. Převodový poměr musí být takový, aby ovládací síla na volantu nepřesáhla 250N. Převodový poměr je u osobních vozidel od 12:1 do 25:1, u nákladních vozidel od 20:1 do 35:1. Nákladní i osobní vozidla mohou být vybavena posilovačem řízení. Maximální úhel rejdu je omezen konstrukcí podvozku. V praxi obvykle bývá 30 až 45 na každou stranu, celkový úhel rejdu je tedy 60 až 90. 116
Druhy převodek řízení: Celkový přehled používaných mechanických převodek řízení ukazuje následující obrázek: Existují celkem tři základní druhy převodek řízení: hřebenové, maticové, šnekové a) Hřebenová převodka řízení: Pastorek 2, který je uložen ve skříni převodky řízení a spojen s hřídelem volantu 1, zabírá do šikmého ozubení hřebenové tyče 3. Aby se vymezily vůle v ozubení, je hřebenová tyč přitlačována k pastorku pružinou 4. Otáčením volantu se posouvá hřebenová tyč, která prostřednictvím řídících tyčí 5 a pák natáčí kola do rejdu. Tato převodka je výrobně jednoduchá, vyznačuje se přesným řízením, které se lehce vrací do původní polohy. Kromě konstantního převodu v převodovce řízení existuje také variabilní převod. Variabilní převod: U čistě mechanických převodovek řízení bez hydraulického posilovače je převod vytvořen tak, že řízení v oblasti menšího vychýlení působí více přímo než při větších vychýleních. Toho se dosáhne tím, že ozubená tyč má rozdílnou rozteč zubů (vzdálenost mezi zuby) větší než na okrajích Výhody variabilního převodu: - přímé řízení pro rychlou přímou jízdu - menší nároky na sílu při velkém zatáčení (př. při parkování) 117
b) Maticové převodky: Běžná maticová převodka: Převodku tvoří šroub 2 s pohybovýn závitem a bronzová matice 3. Matice se otáčením šroubu posunuje, pohyb se přenáší z matice přes kulisu 5 na hřídel 6 a řídící páku 7. Maticová převodka kuličková: Pro snížení třecích ztrát mezi maticí 4 a šroubem 2 (zejména u větších osobních automobilů) se používají ocelové kuličky, které obíhají mezi závity šroubu a matice. Začátek a konec závitu jsou spojeny trubkou 3 naplněnou rovněž kuličkami tak, že je vytvořen jejich uzavřený okruh. Otáčením šroubu se posouvá matice, jejíž ozubení v dolní části zapadá do ozubeného segmentu 5. Ozubený segment natáčí řídící pákou 6. c) Šnekové převodky řízení: Šneková převodka se segmentem: Pohybem volantu se natáčí šnek 1 a tím i šnekový segment 2 spojený s hřídelem hlavní řídící páky 3. Používá se u nákladních automobilů. Šneková převodka s kladkou: Do globoidního šneku (šnekového šroubu) 1 zabírá kladka 2 uložená ve valivých ložiskách na rameni 3, které je spojeno s hřídelem 4. Vůle v ozubení se vymezuje posunem výstředně uložené kladky (výstřednost e) do záběru. Je to nejpoužívanější způsob řízení u nákladních automobilů. Šneková převodka s kolíkem: Kuželový kolík 2 zasahující do lichoběžníkového závitu šnekového šroubu 1 je uložen otočně v oku ramene 3, které je spojeno s hřídelem hlavní řídící páky 4. Často jsou používány dva kolíky na jednom rameni. Vůle se vymezuje axiálním posuvem kolíku do lichoběžníkového závitu šroubu. 3. Řídící tyče: účel: přenáší pohyb z převodky řízení na rejdová kola přenáší sílu a mění ji podle potřeby nastavují vzájemnou polohu rejdových kol 118
Hlavní části: - spojovací řídící tyče - kulové klouby řízení - řídící páky Kulové klouby řízení: Kulové klouby řízení (spojovací hlavice) spojují řídící tyče a řídící páky. Umožňují prostřednictvím závitů požadované nastavení sbíhavosti rejdových kol. Spojovací řídící tyče: Spojovací řídící tyče u tuhé nápravy: U tuhé nápravy nemohou kola měnit svou vzájemnou polohu a lichoběžník řízení zůstává stejný. Z toho důvodu se u tuhé nápravy používá jednodílná spojovací tyč, která je spojena s oběma řídícími pákami. Rázy, které vznikají při přejíždění nerovnosti na vozovce, se mohou přenášet z kolové řídící páky přes řídící tyč do převodky řízení. Aby se tyto rázy nepřenášely na volant, jsou vozidla obvykle vybavena tlumičem rázů. Spojovací řídící tyče u výkyvné nápravy: U nezávislého zavěšení kol se při propérování pohybují kola nezávisle na sobě a jejich dráha může být různě velká nebo i protichůdná. V tomto případě nemohou být obě kolové páky řízení propojeny jednou spojovací tyčí, protože by se nezabránilo jejich zvýšenému namáhání, neustálé změně sbíhavosti kol a tím i zvýšenému opotřebení pneumatik. Současně by došlo ke snížení bezpečnosti řízení. Z těchto důvodů se u nezávislého zavěšení rejdových kol používají dělené spojovací tyče. Dvoudílná spojovací tyč: Může být dělená: - souměrně - nesouměrně Řídící pohyb se přenáší na spojovací tyče řídící tyčí (táhlem) a dvouramennou pákou nebo přímo z hlavní řídící páky. Sbíhavost lze nastavit obvykle oběma částmi spojovací tyče. Používá se především u hřebenové převodky řízení. Třídílná spojovací tyč: Má seřiditelný střední díl nebo oba vnější díly. Jednotlivé části spojovací tyče jsou spojeny pomocí kulových kloubů. Kulové klouby řízení: Od převodky řízení se přenáší pohyb ke kolové řídící páce soustavou pák a řídících tyčí. Přitom jsou některé části řídícího ústrojí upevněny na odpružených hmotách podvozku, některé na neodpružených. Jejich vzájemný pohyb tedy není rovinný, ale prostorový. Tomuto prostorovému pohybu musí odpovídat vzájemné spojení jednotlivých dílů řídícího ústrojí.pro toto spojení se používají kulové klouby. 119
Kulový čep 1 je s dvoudílným pouzdrem 3 vsunut do hlavice 2. Vinutá pružina 4 trvale přitlačuje obě části pouzdra na kulový čep 1. Spodní víčko 5 uzavírá prostor hlavice a tvoří současně opěrku pružiny. Protiprachová manžeta 6 chrání vnitřní prostor kloubu proti vnikání nečistot, současně zabraňuje úniku maziva z hlavice. Současná provedení používají samomazné pánve (pouzdra), které mazivo nevyžadují. ŘÍZENÍ S POSILOVAČEM: U vozidel s velkým zatížením řídící nápravy je pro natočení rejdových kol nutná velká ovládací síla. Ovládací sílu je sice možné snížit použitím většího mechanického převodu, ale pak je pro natočení kol do krajních poloh potřeba příliš mnoho otáček volantu. Pro snížení ovládací síly při běžném převodu řízení se nejčastěji používá posilovačů řízení - servořízení. Provedení: - řízení s hydraulickým posilovačem - řízení s elektronicky řízeným hydraulickým posilovačem servotronic - elektrické servořízení (potřebná podpůrná síla pro servoúčinek je vyráběna elektromotorem) Hřebenové řízení s hydraulickým posilovačem: Konstrukce (složení): - mechanická hřebenová převodka řízení - integrovaný hydraulický pracovní válec s pracovním pístem - otočné šoupátko jako řídící ventil - křídlové olejové čerpadlo, tlakový pojistný ventil, olejová nádržka Pohon hřebenové tyče probíhá přes pastorek, výstup k tyčím řízení je dvoustranný, v provedení jako boční výstup. Skříň, ve které je umístěna hřebenová tyč, tvoří pracovní válec, který je pístem rozdělen na dva pracovní prostory. Jako řídící ventil se používají otočné šoupátkové ventily nebo otočné pístové ventily. Zkrutná tyč je dvěma kolíky neotočně spojena na jednom konci s ovládacím pouzdrem a pastorkem řízení a na druhém konci s hřídelí volantu a s otočným šoupátkem. 120
Otočné šoupátko a ovládací pouzdro tvoří otočný šoupátkový ventil. Tento ventil má na obvodových plochách řídící drážky. Drážky ovládacího pouzdra ústí do kanálů skříně, které vedou k oběma pracovním prostorům, ke křídlovému čerpadlu a k olejové nádržce. Princip činnosti: Otočením volantu se rukama vytvořená síla řízení přenáší přes zkrutnou tyč na pastorek řízení. Přitom je zkrutná tyč adekvátně k reakční síle namáhána krutem a mírně se překroutí. To způsobí natočení otočného šoupátka proti ovládacímu pouzdru, které jej obklopuje. Tím se změní vzájemná poloha řídících štěrbin. Vtoková štěrbina se otevře pro přítok hydraulického oleje. Hydraulický olej od křídlového čerpadla teče vtokovou štěrbinou do spodní radiální drážky ovládacího pouzdra a je veden do odpovídajícího pracovního prostoru. Tlak kapaliny působí buď na pravé nebo levé straně pracovního válce a vytváří hydraulickou pomocnou sílu. Ta spolupůsobí s mechanicky přenášenou silou řízení pastorkem na ozubenou tyč. Když se přestane volantem otáčet, zkrutná tyč a otočný šoupátkový ventil se vrátí do neutrální polohy. Řídící štěrbina k pracovním prostorům se uzavře, vratná štěrbina se otevře. Olej proudí od čerpadla přes řídící ventil zpět do zásobní nádržky. 121