Le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction assistée

Le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction assistée est basé sur l'effet à court terme de la pression générée par la pompe sur le cylindre, qui déplace la crémaillère dans la bonne direction, aidant le conducteur à diriger la voiture. Par conséquent, les voitures à direction assistée sont beaucoup plus confortables, en particulier lors de manœuvres à basse vitesse ou de conduite dans des conditions difficiles, car un tel rail supporte la majeure partie de la charge nécessaire pour faire tourner le volant, et le conducteur ne lui donne que des commandes, sans perdre de rétroaction. de la route. .

La crémaillère de direction dans l'industrie du transport de passagers a longtemps supplanté d'autres types d'appareils similaires en raison de ses caractéristiques techniques, dont nous avons parlé ici (Comment fonctionne la crémaillère de direction). Mais, malgré la simplicité de la conception, le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction avec un surpresseur hydraulique, c'est-à-dire un surpresseur hydraulique, est encore incompréhensible pour la plupart des propriétaires de voitures.

Développement du pilotage - un bref aperçu

Depuis l'avènement des premières voitures, la base de la direction est devenue un réducteur à grand rapport de vitesse, qui fait tourner les roues avant du véhicule de différentes manières. Initialement, il s'agissait d'une colonne avec un bipied attaché au fond, donc une structure complexe (trapèze) devait être utilisée pour transférer la force de sollicitation aux fusées d'essieu auxquelles les roues avant étaient boulonnées. Ensuite, ils ont inventé une crémaillère, également une boîte de vitesses, qui transmettait la force de rotation à la suspension avant sans structures supplémentaires, et bientôt ce type de mécanisme de direction a remplacé la colonne partout.

Mais le principal inconvénient découlant du principe de fonctionnement de ce dispositif n'a pas pu être surmonté. L'augmentation du rapport de démultiplication a permis au volant, également appelé volant ou volant, de tourner sans effort, mais a forcé plus de tours pour déplacer la fusée de direction de l'extrême droite à l'extrême gauche ou vice versa. La réduction du rapport de vitesse rendait la direction plus nette, car la voiture réagissait plus fortement même à un léger décalage du volant, mais conduire une telle voiture nécessitait une grande force physique et une grande endurance.

Des tentatives pour résoudre ce problème ont été faites depuis le début du XXe siècle, et certaines d'entre elles étaient liées à l'hydraulique. Le terme "hydraulique" lui-même vient du mot latin hydro (hydro), qui signifiait eau ou une sorte de substance liquide comparable dans sa fluidité à l'eau. Cependant, jusqu'au début des années 50 du siècle dernier, tout se limitait à des échantillons expérimentaux qui ne pouvaient pas être mis en production de masse. La percée a eu lieu en 1951 lorsque Chrysler a introduit la première direction assistée produite en série (GUR) qui fonctionnait en conjonction avec la colonne de direction. Depuis lors, le principe général de fonctionnement d'une crémaillère ou d'une colonne de direction hydraulique est resté inchangé.

La première direction assistée présentait de sérieuses lacunes, elle :

• fortement chargé le moteur;
• renforcé le volant uniquement à des vitesses moyennes ou élevées;
• à haut régime, cela créait une surpression (pression) et le conducteur perdait le contact avec la route.

Par conséquent, un servomoteur hydraulique fonctionnant normalement n'est apparu qu'au tournant du XXI, alors que le râteau était déjà devenu le principal mécanisme de direction.

Comment fonctionne un surpresseur hydraulique

Pour comprendre le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction hydraulique, il est nécessaire de considérer les éléments qui y sont inclus et les fonctions qu'ils remplissent:

• pompe
• détendeur;
• vase d'expansion et filtre;
• cylindre (cylindre hydraulique);
• distributeur.

Chaque élément fait partie du surpresseur hydraulique, par conséquent, le bon fonctionnement de la direction assistée n'est possible que lorsque tous les composants remplissent clairement leur tâche. Cette vidéo montre le principe général de fonctionnement d'un tel système.

Comment fonctionne la direction assistée d'une voiture ?

Pompe

La tâche de ce mécanisme est la circulation constante de fluide (huile hydraulique, ATP ou ATF) à travers le système de direction assistée avec la création d'une certaine pression suffisante pour faire tourner les roues. La pompe de direction assistée est reliée par une courroie à la poulie de vilebrequin, mais si la voiture est équipée d'un servomoteur hydraulique électrique, son fonctionnement est assuré par un moteur électrique séparé. Les performances de la pompe sont choisies de telle sorte que même au ralenti elle assure la rotation de la machine, et la surpression qui se produit lorsque la vitesse augmente est compensée par le détendeur.

La pompe de direction assistée est composée de deux types:

• lamellaire;
• vitesse.

Pompe de direction assistée

Quel que soit le type, la pompe de direction assistée fonctionne sur le principe d'une ancienne unité de propulsion à roue à vapeur. La lamellaire est plus difficile à fabriquer, mais avec son aide, vous pouvez modifier les performances et la pression créées par cette unité en raison de l'extension différente des plaques d'hélice, ce qui est important sur les machines équipées d'un système de commande de direction assistée électronique complexe. La pompe à engrenages, quant à elle, est une pompe à huile conventionnelle, dans laquelle les dents de l'engrenage déplacent le fluide hydraulique vers la sortie, et les performances et la pression générées ne dépendent que du régime moteur.

Sur les voitures particulières à suspension hydraulique, une pompe assure le fonctionnement des deux systèmes - direction assistée et suspension, mais fonctionne sur le même principe. Il ne diffère de l'habituel que par une puissance accrue.

Détendeur

Cette partie du surpresseur hydraulique fonctionne sur le principe d'une soupape de dérivation, constituée d'une bille de verrouillage et d'un ressort. Pendant le fonctionnement, la pompe de direction assistée crée une circulation de fluide avec une certaine pression, car ses performances sont supérieures au débit des flexibles et autres éléments. Lorsque le régime moteur augmente, la pression dans le système de direction assistée augmente, agissant par l'intermédiaire de la bille sur le ressort. La raideur du ressort est choisie pour que la soupape s'ouvre à une certaine pression, et le diamètre des canaux limite son débit, de sorte que le fonctionnement n'entraîne pas de chute brutale de pression. Lorsque la vanne s'ouvre, une partie de l'huile contourne le système, ce qui stabilise la pression au niveau requis.

Soupape de réduction de pression de direction assistée

Malgré le fait que le réducteur de pression soit installé à l'intérieur de la pompe, il s'agit d'un élément important du surpresseur hydraulique, il est donc à égalité avec d'autres mécanismes. Son dysfonctionnement ou son fonctionnement incorrect compromet non seulement la direction assistée, mais également la sécurité de la circulation sur la route, si la conduite d'alimentation éclate en raison d'une pression hydraulique excessive ou si une fuite apparaît, la réaction de la voiture à la rotation du volant changera et un inexpérimenté personne derrière le volant risque de ne pas traiter avec la direction. Par conséquent, le dispositif de la crémaillère de direction avec servomoteur hydraulique implique une fiabilité maximale à la fois de l'ensemble de la structure dans son ensemble et de chaque élément individuel.

Vase d'expansion et filtre

Pendant le fonctionnement de la direction assistée, le fluide hydraulique circule de force dans le système de direction assistée et est affecté par la pression créée par la pompe, ce qui entraîne un échauffement et une dilatation de l'huile. Le vase d'expansion absorbe l'excès de ce matériau, de sorte que son volume dans le système est toujours le même, ce qui élimine les surpressions causées par la dilatation thermique. L'échauffement de l'ATP et l'usure des éléments frottants entraînent l'apparition de poussières métalliques et d'autres contaminants dans l'huile. En pénétrant dans la bobine, qui est aussi un distributeur, ces débris obstruent les trous, perturbant le fonctionnement de la direction assistée, ce qui nuit à la tenue de route du véhicule. Pour éviter un tel développement d'événements, un filtre est intégré à la direction assistée, qui élimine divers débris du fluide hydraulique en circulation.

Cylindre

Cette partie du surpresseur hydraulique est un tuyau à l'intérieur duquel se trouve une partie du rail avec un piston hydraulique installé dessus. Des joints d'huile sont installés le long des bords du tuyau pour empêcher l'ATP de s'échapper lorsque la pression augmente. Lorsque l'huile pénètre dans la partie correspondante du cylindre à travers les tubes, le piston se déplace dans le sens opposé, poussant la crémaillère et, à travers elle, agissant sur les bielles de direction et les fusées d'essieu.

cylindre de direction assistée

Grâce à cette conception de direction assistée, les fusées de direction commencent à bouger avant même que l'engrenage d'entraînement ne déplace la crémaillère.

Distributeur

Le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction assistée est de fournir brièvement du liquide hydraulique au moment où le volant est tourné, grâce à quoi la crémaillère commencera à bouger avant même que le conducteur ne fasse un effort sérieux. Une telle alimentation à court terme, ainsi que l'évacuation du fluide en excès du vérin hydraulique, est assurée par un distributeur, souvent appelé tiroir.

Pour comprendre le principe de fonctionnement de ce dispositif hydraulique, il est nécessaire non seulement de le considérer dans une section, mais également d'analyser plus en détail son interaction avec le reste des éléments de direction assistée. Tant que la position du volant et des fusées d'essieu correspondent, le distributeur, également appelé tiroir, bloque l'écoulement du fluide dans le cylindre de chaque côté, de sorte que la pression à l'intérieur des deux cavités est la même et il n'affecte pas le sens de rotation des jantes. Lorsque le conducteur tourne le volant, le faible rapport du réducteur de crémaillère de direction ne lui permet pas de tourner rapidement les roues sans appliquer d'effort important.

Distributeur de direction assistée

La tâche du distributeur de direction assistée est de fournir de l'ATP au vérin hydraulique uniquement lorsque la position du volant ne correspond pas à la position des roues, c'est-à-dire que lorsque le conducteur tourne le volant, le distributeur se déclenche d'abord et force le cylindre pour agir sur les fusées de suspension. Un tel impact devrait être à court terme et dépendre de combien le conducteur a tourné le volant. C'est-à-dire que le vérin hydraulique doit d'abord faire tourner les roues, puis le conducteur, cette séquence vous permet d'appliquer un effort minimal pour tourner, mais en même temps «sentir la route».

Lorsque la voiture heurte une sorte de bosse, sa roue avant, au moins un peu, mais change le sens de rotation, ce qui entraîne un impact sur le rail. Si un tel impact est suffisamment fort pour surmonter la rigidité de la barre de torsion, alors un décalage se produit, ce qui signifie qu'une partie de l'ATF pénètre dans le côté opposé du vérin hydraulique, ce qui compense largement une telle secousse et le volant ne fonctionne pas s'envoler des mains du conducteur. En même temps, il sent un mouvement à travers le volant et comprend que la voiture a traversé une zone inégale, ce qui lui permet de réagir rapidement aux changements de la situation de la circulation.

Comment ça marche?

La nécessité d'une telle opération de distribution était l'un des problèmes qui empêchaient la production en série de servomoteurs hydrauliques, car généralement dans une voiture, le volant et le boîtier de direction sont reliés par un arbre rigide, qui non seulement transfère la force aux fusées de direction, mais fournit également au pilote de la voiture des informations sur la route. Pour résoudre le problème, j'ai dû changer complètement la disposition de l'arbre reliant le volant et l'appareil à gouverner. Un distributeur a été installé entre eux, dont la base est le principe de torsion, c'est-à-dire une tige élastique capable de se tordre.

Lorsque le conducteur tourne le volant, la barre de torsion se tord légèrement au début, ce qui provoque un décalage entre la position du volant et les roues avant. Au moment d'un tel décalage, le tiroir du distributeur s'ouvre et l'huile hydraulique pénètre dans le cylindre, ce qui déplace la crémaillère de direction dans la bonne direction et élimine donc le décalage. Mais, le débit du tiroir distributeur est faible, de sorte que l'hydraulique ne remplace pas complètement les efforts du conducteur, ce qui signifie que plus vous devez tourner vite, plus le conducteur devra tourner le volant, ce qui fournit un retour d'information et permet de sentir la voiture sur la route

Appareil

Pour effectuer un tel travail, c'est-à-dire doser l'ATP dans le cylindre hydraulique et arrêter l'alimentation une fois le décalage éliminé, il était nécessaire de créer un mécanisme hydraulique assez complexe qui fonctionne selon un nouveau principe et consiste en:

• une barre de torsion reliée au pignon d'entraînement, qui fournit un décalage lors de la rotation du volant;
• l'intérieur de la bobine;
• partie extérieure de la bobine.

Les parties intérieure et extérieure de la bobine sont si étroitement contiguës qu'aucune goutte de liquide ne s'infiltre entre elles. De plus, des trous y sont percés pour l'alimentation et le retour de l'ATP. Le principe de fonctionnement de cette conception est le dosage précis du fluide hydraulique fourni au vérin. Lorsque la position du gouvernail et de la crémaillère est coordonnée, les ouvertures d'alimentation et de retour sont décalées l'une par rapport à l'autre et le liquide qui les traverse n'entre ni ne sort des cylindres, de sorte que ce dernier est constamment rempli et qu'il n'y a aucune menace d'aération . Lorsque le pilote de la voiture tourne le volant, la barre de torsion se tord d'abord, les parties extérieure et intérieure de la bobine sont déplacées l'une par rapport à l'autre, grâce à quoi les trous d'alimentation d'un côté et les trous de vidange de l'autre sont combinés .

Voir aussi: Amortisseur de crémaillère de direction - but et règles d'installation

En entrant dans le cylindre hydraulique, l'huile appuie sur le piston, le déplaçant vers le bord, ce dernier se déplace vers le rail et il commence à se déplacer avant même que l'engrenage d'entraînement n'agisse dessus. Au fur et à mesure que la crémaillère se déplace, le décalage entre les parties extérieure et intérieure de la bobine disparaît, en raison de quoi l'alimentation en huile s'arrête progressivement, et lorsque la position des roues atteint un équilibre avec la position du volant, l'alimentation et la sortie de L'ATP est complètement bloqué. Dans cet état, le cylindre, dont les deux parties sont remplies d'huile et forment deux systèmes fermés, joue un rôle stabilisateur, par conséquent, lors de la collision d'une bosse, une impulsion sensiblement plus petite atteint le volant et le volant ne sort pas de les mains du conducteur.

C'est-à-dire que le fonctionnement de la crémaillère de direction hydraulique est basé sur les principes de la bobine et de la barre de torsion - lorsque le conducteur tourne le volant, il tord d'abord un peu la barre de torsion, grâce à quoi la bobine s'ouvre, puis la torsion barre redresse et ferme la bobine. C'est-à-dire que le fluide hydraulique, grâce au distributeur, ne pénètre dans le vérin hydraulique que lorsque l'angle de braquage dépasse le décalage de crémaillère de direction correspondant, de sorte que le conducteur n'exerce pas d'effort excessif, mais en même temps ne perd pas le contact avec la route.

Conclusion

Le principe de fonctionnement de la crémaillère de direction assistée est basé sur l'effet à court terme de la pression générée par la pompe sur le cylindre, qui déplace la crémaillère dans la bonne direction, aidant le conducteur à diriger la voiture. Par conséquent, les voitures à direction assistée sont beaucoup plus confortables, en particulier lors de manœuvres à basse vitesse ou de conduite dans des conditions difficiles, car un tel rail supporte la majeure partie de la charge nécessaire pour faire tourner le volant, et le conducteur ne lui donne que des commandes, sans perdre de rétroaction. de la route. .

Direction assistée - le dispositif et le principe de fonctionnement de la direction assistée sur le modèle Lego!