Sistemul de direcţie asigură maniabilitatea automobilului, adică capacitatea acestuia de a se deplasa în direcţia comandată de către conducător, respectiv de a executa virajele dorite şi de a menţine mersul rectiliniu, atunci când virajele nu sunt necesare.
Schimbarea direcţiei de mers se obţine prin schimbarea planului (bracarea) roţilor de direcţie în raport cu planul longitudinal al autovehiculului. Sistemul de direcţie trebuie să asigure automobilului o bună manevrabilitate şi stabilitate.
Obţinerea unor direcţii stabile presupune că în afara aprecierii transmisiei direcţiei este necesar să se ţină seama de autovehicul în ansamblu şi în special de poziţia roţilor de direcţie.
Un sistem de direcţie este considerat stabil dacă la deplasarea în curbă apar momente de redresare (stabilizare) care tind să readucă roţile de direcţie la poziţia de mers în linie dreaptă.
Valoarea momentelor de redresare sunt în dependenţă directă cu valoarea unghiurilor de aşezare ale roţilor directoare.
Condiţiile impuse sistemului de direcţie sunt:
- să asigure o bună ţinută de drum (capacitatea acestora de a menţine direcţia de mers în linie dreaptă);
- să permită stabilizarea mişcării rectilinii (roţile de direcţie, după ce virajul a fost efectuat, să aibă tendinţa de a reveni în poziţia mersului în linie dreaptă);
- efortul necesar pentru manevrarea direcţiei să fie cât mai redus;
- randamentul să fie cât mai ridicat;
- şocurile provenite din neregularităţile căii de rulare să fie transmise la volan cât mai atenuat;
- să permită reglarea şi întreţinerea uşoare;
- să nu prezinte uzuri excesive care pot duce la jocuri mari şi, prin aceasta, la micşorarea siguranţei conducerii.
Clasificarea sistemelor de direcţie
a. După locul de dispunere a mecanismului de acţionare a direcţiei:
- sisteme de direcţie pe dreapta;
- sisteme de direcţie pe stânga.
b. După tipul mecanismului de acţionare:
- raportul de transmitere:
- constant;
- variabil;
- tipul angrenajului:
- mecanismele cu melc,
- mecanismele cu şurub,
- mecanismele cu manivelă
- mecanismele cu roţi dinţate;
3. tipul comenzii:
- mecanică,
- mecanică cu servomecanism (hidraulic, electric, activ)
c. După particularităţile transmisiei direcţiei: - 1. poziţia trapezului de direcţie în raport cu puntea din faţă:
- anterior;
- posterior;
- construcţia trapezului de direcţie:
- cu bară transversală de direcţie dintr-o bucată;
- cu bară transversală de direcţie din mai multe părţi;
d. După locul unde este plasat sistemul de direcţie : - direcţie la puntea din faţă;
- direcţie la puntea din spate;
- la ambele punţi.
Materiale utilizate la construcţia sistemului de direcţie
Arborele levierului de comandă a direcţiei, precum şi levierul de comandă se execută din oţeluri aliate cu Cr şi Ni sau OLC. Levierele şi barele mecanismului de direcţie sunt executate din OLC. Melcul globoidal este executat din oţel special aliat cu Cr şi Ni, care se cianurează sau se cementează.
Rola se execută tot din oţel aliat cu Cr şi Ni şi se cementează, iar arborele volanului din OLC 45. Pinionul se execută din oţeluri aliate cu Cr şi Ni. Cremaliera se execută din aceleaşi oţeluri ca şi roţile dinţate.
Construcţia sistemului de direcţie
Pentru a se schimba traiectoria automobilului, conducătorul auto acţionează asupra volanului 1, care transmite mişcarea prin intermediul coloanei volanului 2, la melcul 3, care angrenează cu sectorul dinţat 4.
Pe axul sectorului dinţat se află levierul de direcţie (comandă) 5, care este în legătură cu bara longitudinală de direcţie (comandă) 6. Prin rotirea sectorului dinţat, deci şi a levierului de direcţie, bara longitudinală de direcţie va avea o mişcare axială care depinde de sensul de rotaţie a sectorului dinţat.
Părţile componente ale sistemului de direcţie
Prin deplasarea axială a barei longitudinale de direcţie, braţul fuzetei 11 va roti fuzeta 9 în jurul pivotului 10 şi o dată cu ea şi roata din stânga. Legătura care există între fuzeta 9 şi fuzeta 13, prin intermediul levierelor 8 şi 14 şi bara transversală de direcţie 7, va produce rotirea fuzetei 13.
Patrulaterul format din puntea propriu-zisă 12, levierele fuzetelor 8 şi 14 şi bara transversală de direcţie 7 se numeşte trapezul direcţiei.
Volanul de direcţie este realizat, în general, din material plastic cu armătură metalică având formă circulară cu 1-3 spiţe. Coloana volanului este formată dintr-o bucată sau din două bucăţi, legate între ele printr-o articulaţie cardanică, în general rigidă. Soluţia din două bucăţi se foloseşte atunci când caseta de direcţie nu se află pe direcţia axului volanului.
Din motive de securitate, începe să se răspândească la autoturisme soluţia cu coloana volanului deformabilă sub acţiunea unui şoc puternic. În general s-a răspândit soluţia coloanei telescopice, compusă din două tuburi, care devin telescopice la o anumită forţă axială.
La unele automobile, poziţia volanului poate fi reglată (prin deplasarea în direcţie axială şi înclinare cu un anumit unghi).
Elementele componente ale sistemului de direcţie se împart în două grupe, în funcţie de destinaţia lor, şi anume:
- mecanismul de acţionare sau comandă a direcţiei, care serveşte la transmiterea mişcării de la volan la levierul de direcţie;
- transmisia direcţiei, cu ajutorul căreia mişcarea este transmisă de la levierul de direcţie la fuzetele roţilor.
Mecanismul de acţionare a direcţiei
Condiţiile impuse sistemului de direcţie sunt satisfăcute în mare măsură de construcţia mecanismului de acţionare, care trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
- să fie reversibil pentru a permite revenirea roţilor de direcţie în poziţia corespunzătoare mersului în linie dreaptă după încetarea efortului aplicat volanului:
- să aibă un randament ridicat – pierderile prin frecare în mecanismul de direcţie să fie cât mai mici – în scopul unei conduceri mai uşoare. Este indicat să aibă un randament mai mare la transmiterea mişcării de la volan la levierul de direcţie şi randament mai redus de la levier la volan pentru că şocurile provocate roţilor de către neregularităţile căii de rulare să fie absorbite în mare măsură în mecanism şi să se transmită cât mai atenuate la volan;
- să asigure caracterul şi valorile necesare ale raportului de transmitere;
- să aibă un număr minim de puncte de reglare, cu posibilitatea obligatorie de reglare a jocului dintre elementul conducător şi condus al mecanismului.
Transmisia direcţiei
Construcţia transmisiei direcţiei este determinată de tipul constructiv al punţii directoare şi de locul unde sunt plasate roţile de direcţie.
Transmisia direcţiei în cazul punţii rigide
Caracteristic pentru această soluţie este faptul că bara transversală de direcţie 3 este executată, de regulă, dintr-o singură bucată.
Trapezul de direcţie, format din bara transversală 3, levierele fuzetelor 4 şi partea centrală a punţii din faţă, este un trapez posterior.
Tijele şi pârghiile care formează transmisia direcţiei sunt legate între ele prin articulaţii sferice, care mai au şi rolul de a elimina jocurile datorate uzării şi de a se amortiza şocurile transmise roţilor de direcţie de la calea de rulare.
Transmisia direcţiei în cazul punţii rigide
1 – levierul de direcţie ; 2 – bară longitudinală de direcţie; 3- bară transversală de direcţie; 4 – levierele fuzetelor; 5- fuzete ; 6 – braţul fuzetei; 7 – mecanismul de acţionare.
Articulaţiile sferice se clasifică în funcţie de forma bolţului şi de sistemul de reglare a jocului. Bolţul poate avea capul sub formă sferică, semisferică şi tronconică.
După sistemul de reglare a jocului, articulaţiile sferice pot fi:
- elastice;
- tip pană.
În cazul articulaţiilor elastice, jocurile datorate uzării sunt compensate automat cu ajutorul unui arc, care poate acţiona axial sau radial.
Tipuri constructive de articulaţii sferice
1 – bolţ; 2 – pastile; 3 – arcuri de compensare
Intensitatea şocurilor care se transmit mecanismului de acţionare a direcţiei şi volanului depinde de tipul constructiv al acestor articulaţii sferice. Articulaţiile sferice trebuie unse periodic, pentru aceasta prevăzându-se cu un gresor. În ultima vreme pentru simplificarea întreţinerii, se folosesc pe scară tot mai largă articulaţiile sferice capsulate fig. La aceste articulaţii partea sferică a bolţului şi pastilele au aplicate pe ele un strat din material plastic de cca. 2,5 mm, impregnat cu bisulfură de molibden pentru reducerea frecării. Articulaţia este umplută la montare cu o unsoare pe bază de calciu şi capsulată.
Transmisia direcţiei în cazul punţii articulate
La autoturismele cu suspensie independentă a roţilor din faţă, este caracteristic faptul că bara transversală de direcţie este fracţionată în două sau mai multe părţi, pentru a permite separat fiecărei roţi oscilaţii pe verticală. În figură de mai jos, este reprezentată transmisia direcţiei la care mecanismul de acţionare 1 imprimă levierului de direcţie 2 o mişcare de rotaţie care se transmite pârghiei unghiulare 3 care este articulată de bara transversală de direcţie compusă din două părţi.
Transmisia direcţiei la automobilele cu suspensie independentă a roţilor
La soluţia din figura de mai sus, bara transversală de direcţie se compune dintr-o parte centrală 1 şi două părţi laterale 4, legate la braţele fuzetelor 5. Transmisia direcţiei mai cuprinde levierul de direcţie 2 (elementul conducător) care primeşte mişcarea de la caseta 3 şi pârghia pendulară 6.
Bara transversală de direcţie este compusă din două părţi 2 şi 5, legate cu capetele interioare de levierul de direcţie central 3, iar cu cele exterioare de braţele fuzetelor 1 şi 6. Elementul conducător îl constituie levierul de direcţie 7 care prin intermediul barei 4 transmite mişcarea levierului central 3.
Transmisia direcţiei la mecanismul de acţionare cu pinion şi cremalieră,este o variantă a transmisiei cu levier central. La această soluţie levierul central, având o mişcare de rotaţie, a fost înlocuit cu cremaliera 1 care are o mişcare de translaţie.
De la cremalieră, mişcarea este transmisă barelor laterale (bieletelor) 2 care sunt articulate de braţele fuzetelor 3. 0 soluţie asemănătoare este utilizată la foarte multe autoturisme.
Sisteme de direcţie asistate
Pentru uşurarea efortului la volan s-au introdus câteva tipuri de sisteme de asistare ale direcţiei:
- asistarea hidraulică;
- asistarea electrohidraulică;
- asistarea electrică;
- asistarea activă.
Asistarea hidraulică
Sistemul de acţionare a mecanismului de direcţie are următoarea componenţă:
- rezervor de ulei;
- pompă de ulei;
- supapă de siguranţă (limitează creşterea presiunii în instalaţie);
- distribuitor rotativ acţionat de coloană volanului;
- cilindru hidraulic cu piston;
- caseta de direcţie cu pinion şi cremalieră.
Casetă de direcţie asistată hidraulic
Funcţionare
Atunci când volanul este manevrat coloana volanului transmite mişcarea la pinion şi acesta antrenează
cremaliera. În acelaşi timp coloana volanului acţionează şi distribuitorul rotativ care deschide circuitul spre cilindrul hidraulic cu piston. Trebuie menţionat că pistonul este solidar cu cremaliera. În funcţie de sensul de rotire a volanului lichidul sub presiune ajunge în cilindrul hidraulic în dreapta sau stânga pistonului. Astfel peste forţa de acţionare a şoferului se suprapune forţa dată presiunea uleiului şi acţionarea direcţiei se face mult mai uşor. Dacă volanul nu se mişcă distribuitorul hidraulic revine la poziţia iniţială şi întrerupe curgerea uleiului spre cilindrul hidraulic.
Practic, distribuitorul hidraulic se deschide numai când volanul se învârte.
Un neajuns al acestui sistem de asistare se manifestă la viteze mari. În această situaţie motorul are turaţia ridicată iar pompă hidraulică, care este antrenată de motor, furnizează uleiul la presiune ridicată şi ca urmare nivelul de asistare creşte. În consecinţă, la volan nu mai apare aproape nici o rezistenţă iar şoferul are senzaţia că a pierdut contactul cu drumul. Pentru evitarea acestui fenomen („de plutire”) s-au realizat echipamente electronice care fac corecţiile necesare.
Asistarea electrohidraulică (sistemul servotronic)
La acest sistem un echipament electronic controlează nivelul de asistare în funcţie de viteza autovehiculului.
Astfel la viteze mici nivelul de asistare este maxim iar la viteze mari asistarea este redusă şi ca urmare dispare senzaţia şoferului de pierdere a contactului cu calea de rulare.
Funcţionare
Atunci când volanul este manevrat coloana volanului transmite mişcarea la pinion şi acesta antrenează cremaliera. În acelaşi timp coloana volanului acţionează şi distribuitorul rotativ care deschide circuitul spre cilindrul hidraulic cu piston. Trebuie menţionat că pistonul este solidar cu cremaliera. În funcţie de sensul de rotire a volanului lichidul sub presiune ajunge în cilindrul hidraulic în dreapta sau stânga pistonului. Astfel peste forţa de acţionare a şoferului se suprapune forţa dată presiunea uleiului şi acţionarea direcţiei se face mult mai uşor. Dacă volanul nu se mişcă distribuitorul hidraulic revine la poziţia iniţială şi întrerupe curgerea uleiului spre cilindrul hidraulic. Practic, distribuitorul hidraulic se deschide numai când volanul se învârte.
Un neajuns al acestui sistem de asistare se manifestă la viteze mari. În această situaţie motorul are turaţia ridicată iar pompă hidraulică, care este antrenată de motor, furnizează uleiul la presiune ridicată şi ca urmare nivelul de asistare creşte. În consecinţă, la volan nu mai apare aproape nici o rezistenţă iar şoferul are senzaţia că a pierdut contactul cu drumul. Pentru evitarea acestui fenomen („de plutire”) s-au realizat echipamente electronice care fac corecţiile necesare.
Sistemul de direcţie electrohidraulic are următoarea componenţă: 1- vitezometru; 2- calculator de bord; 3-
distribuitor hidraulic rotativ; 4- casetă de direcţie cu pinion şi cremalieră; 5- pompă hidraulică; 6- rezervor de lichid; 7- racord flexibil; 8- coloana volanului.
Acest mod de asistare ridică nivelul de confort al şoferului şi totodată siguranţa circulaţiei.
