Λύσεις — Συστήματα 4 Διευθυντηρίων Τροχών (σελ. 137) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Συστήματα 4 Διευθυντηρίων Τροχών

Λύσεις στις 7 ερωτήσεις του κεφαλαίου: παθητική/ενεργητική τετραδιεύθυνση, μηχανικά και ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα, ηλεκτρονικά-υδραυλικό σύστημα Nissan, ηλεκτρονικά-μηχανικό σύστημα, έλεγχος βλαβών, κοινοί αισθητήρες με άλλα συστήματα.

Διαφορές παθητικής και ενεργητικής τετραδιεύθυνσης

Ερώτηση: Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ παθητικής και ενεργητικής τετραδιεύθυνσης;

Απάντηση:

• Παθητική: οι πίσω τροχοί μαζί με την ανάρτηση στρίβουν ελαφρά, επειδή το σύστημα στηρίζεται σε ελαστικές βάσεις με μεγάλη ανοχή κίνησης· στρίβουν ανάλογα με ταχύτητα, φορτίο και γωνία στροφής.
• Ενεργητική: ο οδηγός, περιστρέφοντας το τιμόνι, μεταφέρει την περιστροφή με κατάλληλη διάταξη (μηχανικά ή ηλεκτρονικά ελεγχόμενα) και στους πίσω τροχούς.
• Στην ενεργητική η γωνία των πίσω τροχών μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μέγιστη της παθητικής.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στα συστήματα παθητικής τετραδιεύθυνσης οι πίσω τροχοί, μαζί με το σύστημα ανάρτησης, μπορούν να στρίψουν μόνο ελαφρά δεξιά ή αριστερά, χωρίς κανέναν ενεργό (κινούμενο από ενεργοποιητή) μηχανισμό στροφής· η μικρή αυτή στροφή προκύπτει παθητικά, χάρη στη στήριξη του συστήματος σε ειδικά σχεδιασμένες ελαστικές βάσεις με μεγάλη ανοχή κίνησης, οι οποίες επιτρέπουν στους τροχούς να «υποχωρούν» ελαφρά ανάλογα με την ταχύτητα, το φορτίο και τη γωνία στροφής, βελτιώνοντας την τροχιά και μειώνοντας την πιθανότητα υπερστροφής. Στα συστήματα ενεργητικής τετραδιεύθυνσης, αντίθετα, ο οδηγός μεταφέρει ενεργά την περιστροφή του τιμονιού και στους πίσω τροχούς, μέσω κατάλληλης διάταξης (μηχανικής, υδραυλικής ή ηλεκτρικής)· η γωνία περιστροφής των πίσω τροχών μπορεί εδώ να είναι πολύ μεγαλύτερη απ' ό,τι στα παθητικά συστήματα, και μπορεί να αλλάζει κατεύθυνση (ίδια ή αντίθετη με τους μπροστινούς) ανάλογα με την ταχύτητα ή τη γωνία του τιμονιού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Παθητική: μικρή στροφή πίσω τροχών παθητικά, μέσω ελαστικών βάσεων ανάρτησης, χωρίς ενεργοποιητή· Ενεργητική: ενεργή μεταφορά περιστροφής στους πίσω τροχούς μέσω μηχανικής/υδραυλικής/ηλεκτρικής διάταξης, με μεγαλύτερη δυνατή γωνία

Βασικά μέρη μηχανικού συστήματος τετραδιεύθυνσης

Ερώτηση: Από ποια βασικά μέρη αποτελείται ένα μηχανικό σύστημα τετραδιεύθυνσης;

Απάντηση:

• Το μηχανικό σύστημα διαιρείται σε δύο απλά μηχανικά υποσυστήματα:
• Κρεμαγιέρα για τους μπροστινούς τροχούς και κιβώτιο αλλαγής σχέσης μετάδοσης με πίσω κρεμαγιέρα, που συνδέονται με ελαφρύ αρθρωτό άξονα μετάδοσης της κίνησης διεύθυνσης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα μηχανικό σύστημα τετραδιεύθυνσης αποτελείται από δύο απλά μηχανικά υποσυστήματα: πρώτον, ένα σύστημα κρεμαγιέρας για την αλλαγή διεύθυνσης των μπροστινών τροχών (η κλασική κρεμαγιέρα-πινιόν)· δεύτερον, ένα υποσύστημα κιβωτίου αλλαγής σχέσης μετάδοσης με πίσω κρεμαγιέρα, το οποίο διευθύνει τους πίσω τροχούς. Τα δύο αυτά υποσυστήματα συνδέονται μεταξύ τους με έναν ελαφρύ αρθρωτό άξονα (άξονα μετάδοσης της κίνησης διεύθυνσης), ο οποίος μεταφέρει την κίνηση περιστροφής από τη μπροστινή κρεμαγιέρα στο πίσω κιβώτιο διεύθυνσης, καθορίζοντας —ανάλογα με τη γωνία περιστροφής του τιμονιού— αν οι πίσω τροχοί θα στρίψουν στην ίδια ή στην αντίθετη κατεύθυνση από τους μπροστινούς.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σύστημα κρεμαγιέρας μπροστινών τροχών, υποσύστημα κιβωτίου αλλαγής σχέσης μετάδοσης + πίσω κρεμαγιέρα, και ελαφρύς αρθρωτός άξονας σύνδεσης μεταξύ τους

Βασικά μέρη ηλεκτρονικά ελεγχόμενου συστήματος τετραδιεύθυνσης

Ερώτηση: Από ποια βασικά μέρη αποτελείται ένα σύστημα ηλεκτρονικά ελεγχόμενης τετραδιεύθυνσης;

Απάντηση:

• Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, που υπολογίζει τις παραμέτρους της κίνησης με τη βοήθεια αισθητήρων (ταχύτητας αυτοκινήτου, ταχύτητας τροχού, γωνίας περιστροφής).
• Ενεργοποιητές που ρυθμίζουν την κλίση των πίσω τροχών: μόνο ηλεκτρικοί (ηλεκτρονικά-ηλεκτρικό σύστημα, π.χ. κύριος και δευτερεύων ηλεκτροκινητήρας) ή ηλεκτρικοί με υδραυλικούς μηχανισμούς (π.χ. υδραυλικό έμβολο διπλής ενέργειας, αντλία, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα σύστημα ηλεκτρονικά ελεγχόμενης τετραδιεύθυνσης αποτελείται βασικά από: μία ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, η οποία επεξεργάζεται τα σήματα των αισθητήρων και υπολογίζει τις παραμέτρους κίνησης του αυτοκινήτου· έναν ή περισσότερους αισθητήρες (κυρίως αισθητήρα ταχύτητας του αυτοκινήτου, αισθητήρα ταχύτητας των τροχών και αισθητήρα γωνίας περιστροφής του τιμονιού/πίσω συστήματος)· και τους ενεργοποιητές, οι οποίοι, με βάση την εντολή της ηλεκτρονικής μονάδας, ρυθμίζουν πραγματικά την κλίση/γωνία στροφής των πίσω τροχών. Οι ενεργοποιητές μπορεί να είναι αμιγώς ηλεκτρικοί (ηλεκτρικά μοτέρ που μετακινούν τη ράβδο ελέγχου του πίσω μηχανισμού διεύθυνσης, όπως στο ηλεκτρονικά-μηχανικό σύστημα) ή συνδυασμός ηλεκτρικών ενεργοποιητών με υδραυλικό μηχανισμό (π.χ. υδραυλικό έμβολο διπλής ενέργειας μέσα σε κύλινδρο, ελεγχόμενο από ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, όπως στο ηλεκτρονικά-υδραυλικό σύστημα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, αισθητήρες (ταχύτητας οχήματος/τροχών, γωνίας τιμονιού), και ενεργοποιητές (ηλεκτρικοί ή/και υδραυλικοί) που ρυθμίζουν τη γωνία των πίσω τροχών

Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα μηχανικών vs ηλεκτρονικά ελεγχόμενων συστημάτων

Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα μεταξύ μηχανικών και ηλεκτρονικά ελεγχόμενων συστημάτων τετραδιεύθυνσης;

Απάντηση:

• Μηχανικό σύστημα: μειονέκτημα είναι ότι η γωνία των πίσω τροχών είναι ανάλογη μόνο της γωνίας του τιμονιού, ανεξάρτητα από την ταχύτητα του αυτοκινήτου.
• Ηλεκτρονικά ελεγχόμενο: η μονάδα ρυθμίζει τη γωνία ανάλογα με την ταχύτητα (αντίθετη κατεύθυνση κάτω από 40 km/h, ίδια πάνω από αυτήν), βελτιώνοντας ελιγμούς και σταθερότητα· απαιτεί όμως αισθητήρες, ενεργοποιητές και έλεγχο με διαγνωστική συσκευή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα μηχανικά συστήματα τετραδιεύθυνσης έχουν το πλεονέκτημα της απλότητας και της αξιοπιστίας —δεν εξαρτώνται από ηλεκτρονικά κυκλώματα ή αισθητήρες, αφού η κίνηση μεταφέρεται καθαρά μηχανικά από τη μπροστινή στην πίσω κρεμαγιέρα μέσω αρθρωτού άξονα— αλλά έχουν το σημαντικό μειονέκτημα ότι η γωνία περιστροφής των πίσω τροχών εξαρτάται αποκλειστικά από τη γωνία περιστροφής του τιμονιού και όχι από την ταχύτητα του αυτοκινήτου, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να προσαρμοστούν βέλτιστα σε κάθε συνθήκη οδήγησης. Τα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα, αντίθετα, μπορούν —μέσω αισθητήρων και ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου— να ρυθμίζουν με ακρίβεια τη γωνία και την κατεύθυνση περιστροφής των πίσω τροχών ανάλογα με την πραγματική ταχύτητα του οχήματος (π.χ. αντίθετη κατεύθυνση σε χαμηλή ταχύτητα για ευκολότερους ελιγμούς, ίδια κατεύθυνση σε υψηλή ταχύτητα για μεγαλύτερη σταθερότητα), προσφέροντας έτσι καλύτερη συνολική συμπεριφορά· το μειονέκτημά τους είναι η μεγαλύτερη πολυπλοκότητα (περισσότερα εξαρτήματα, αισθητήρες, καλωδιώσεις, ενεργοποιητές) που αυξάνει το κόστος και τις πιθανές αιτίες βλάβης, απαιτώντας συχνά ειδική διαγνωστική συσκευή για τον εντοπισμό τους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μηχανικά: απλά/αξιόπιστα αλλά η γωνία πίσω τροχών εξαρτάται μόνο από τη γωνία τιμονιού, όχι από ταχύτητα· Ηλεκτρονικά: προσαρμόζονται στην πραγματική ταχύτητα (καλύτερη συμπεριφορά) αλλά πιο πολύπλοκα/ακριβά, με περισσότερες πιθανές βλάβες

Κατεύθυνση περιστροφής πίσω τροχών ανάλογα με ταχύτητα

Ερώτηση: Γιατί η γωνία περιστροφής των πίσω τροχών στις χαμηλές ταχύτητες έχει την ίδια κατεύθυνση διεύθυνσης, ενώ στις υψηλές ταχύτητες αντίθετη κατεύθυνση διεύθυνσης;

Απάντηση:

• Σύμφωνα με τη θεωρία του βιβλίου (§2.2.3, §2.2.5), στις χαμηλές ταχύτητες οι πίσω τροχοί στρίβουν αντίθετα από τους μπροστινούς και στις υψηλές προς την ίδια κατεύθυνση.
• Χαμηλές ταχύτητες (αντίθετη κατεύθυνση): μικρότερη ακτίνα στροφής και μεγαλύτερη ικανότητα ελιγμών (π.χ. στάθμευση).
• Υψηλές ταχύτητες (ίδια κατεύθυνση): αυξάνεται η ταχύτητα αντίδρασης στις αλλαγές πορείας (καλύτερο κράτημα), βελτιώνεται η ευστάθεια και μειώνεται η υπερστροφή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σημείωση: η εκφώνηση του βιβλίου αντιστρέφει τις δύο περιπτώσεις· σύμφωνα με τη θεωρία του ίδιου του βιβλίου, στις χαμηλές ταχύτητες οι πίσω τροχοί στρίβουν σε αντίθετη κατεύθυνση από τους μπροστινούς («ανάστροφη λειτουργία», κάτω από 40 km/h), ενώ στις υψηλές ταχύτητες στρίβουν στην ίδια κατεύθυνση («ταυτόσημη λειτουργία»). Στις χαμηλές ταχύτητες (π.χ. στάθμευση, ελιγμοί), η αντίθετη στροφή των πίσω τροχών μειώνει την ακτίνα στροφής του αυτοκινήτου και του δίνει μεγαλύτερη ικανότητα ελιγμών. Στις υψηλές ταχύτητες, η στροφή των πίσω τροχών προς την ίδια κατεύθυνση με τους μπροστινούς αυξάνει την ταχύτητα αντίδρασης του αυτοκινήτου στις αλλαγές πορείας (καλύτερο κράτημα), βελτιώνει την ευστάθεια και μειώνει το φαινόμενο της υπερστροφής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χαμηλή ταχύτητα: αντίθετη κατεύθυνση (μικρότερη ακτίνα στροφής, ευκολότεροι ελιγμοί)· υψηλή ταχύτητα: ίδια κατεύθυνση (καλύτερη ευστάθεια, λιγότερη υπερστροφή)

Τρόποι ελέγχου καλής λειτουργίας συστημάτων τετραδιεύθυνσης

Ερώτηση: Με ποιους τρόπους γίνεται ο έλεγχος καλής λειτουργίας των συστημάτων τετραδιεύθυνσης;

Απάντηση:

• Οι μηχανικές βλάβες (π.χ. φθορές στην κινηματική αλυσίδα) ελέγχονται όπως στα συμβατικά συστήματα διεύθυνσης.
• Οι ηλεκτρικές-ηλεκτρονικές βλάβες ελέγχονται με άμεση μέτρηση του εξαρτήματος ή με τη διαγνωστική συσκευή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο έλεγχος καλής λειτουργίας ενός συστήματος τετραδιεύθυνσης γίνεται με δύο διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με το είδος της βλάβης. Οι μηχανικές βλάβες, όπως φθορές στην κινηματική αλυσίδα (άξονες, γρανάζια, αρθρώσεις κ.τ.λ.), ελέγχονται με τον ίδιο τρόπο όπως και στα συμβατικά συστήματα διεύθυνσης — δηλαδή με οπτικό έλεγχο, έλεγχο τζόγων/φθορών και δοκιμή λειτουργίας. Οι ηλεκτρικές-ηλεκτρονικές βλάβες, από την άλλη, ελέγχονται είτε με άμεση μέτρηση του συγκεκριμένου εξαρτήματος (π.χ. μέτρηση αντίστασης ή τάσης ενός αισθητήρα με πολύμετρο) είτε με τη χρήση της αντίστοιχης διαγνωστικής συσκευής, η οποία επικοινωνεί με την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του συστήματος και διαβάζει τους κωδικούς βλαβών που έχουν καταγραφεί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μηχανικές βλάβες: όπως στα συμβατικά συστήματα διεύθυνσης (οπτικός έλεγχος, φθορές)· ηλεκτρικές/ηλεκτρονικές βλάβες: με άμεση μέτρηση εξαρτήματος ή με διαγνωστική συσκευή

Κοινοί αισθητήρες τετραδιεύθυνσης με άλλα συστήματα

Ερώτηση: Ποιοι αισθητήρες από αυτούς που υπάρχουν σε ένα σύστημα ηλεκτρονικά ελεγχόμενης τετραδιεύθυνσης μπορεί να χρησιμοποιούνται ως κοινοί και από άλλο σύστημα του αυτοκινήτου;

Απάντηση:

• Το ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα τετραδιεύθυνσης χρησιμοποιεί αισθητήρες ταχύτητας αυτοκινήτου, ταχύτητας τροχού και γωνίας περιστροφής.
• Από τα άλλα κεφάλαια του βιβλίου: τον αισθητήρα ταχύτητας οχήματος τον χρησιμοποιούν και η υδραυλική υποβοήθηση του τιμονιού και η ηλεκτρονικά ελεγχόμενη ανάρτηση· τους αισθητήρες ταχύτητας τροχών το ABS και τα συστήματα ελέγχου ολίσθησης.
• Τον αισθητήρα γωνίας τιμονιού τον χρησιμοποιούν η υδραυλική υποβοήθηση, η ακύρωση του φλας, η αυτόματη ρύθμιση της ανάρτησης και το ESP.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι αισθητήρες του συστήματος ηλεκτρονικά ελεγχόμενης τετραδιεύθυνσης μπορούν να είναι κοινοί με άλλα συστήματα του αυτοκινήτου. Ο αισθητήρας ταχύτητας του αυτοκινήτου χρησιμοποιείται επίσης από το σύστημα διεύθυνσης με υδραυλική υποβοήθηση (για τη ρύθμιση της σκληρότητας του τιμονιού) και από την ηλεκτρονικά ελεγχόμενη ανάρτηση. Ο αισθητήρας ταχύτητας τροχού είναι του ίδιου τύπου με τους αισθητήρες στροφών των τροχών που χρησιμοποιεί το ABS και τα συστήματα ελέγχου ολίσθησης (ASR, ESP κ.ά.). Ο αισθητήρας γωνίας περιστροφής του τιμονιού χρησιμοποιείται επίσης από το σύστημα υδραυλικής υποβοήθησης, για την ακύρωση του μοχλού των φλας μετά από στροφή, για την αυτόματη ρύθμιση της ανάρτησης και από το ESP.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αισθητήρας ταχύτητας οχήματος (κοινός με υδραυλική υποβοήθηση τιμονιού και ανάρτηση), αισθητήρας ταχύτητας τροχού (κοινός με ABS/συστήματα ελέγχου ολίσθησης), αισθητήρας γωνίας τιμονιού (κοινός με υποβοήθηση, ακύρωση φλας, ανάρτηση, ESP)