Принцип Аккермана в рулевом управлении

Принцип Аккермана в рулевом управлении

 

Принцип Аккермана определяет геометрию рулевого управления, которая применима для любых транспортных средств, с целью обеспечения корректного угла поворота рулевых колес при прохождении поворота или кривой.

До того, как принцип был разработан, транспортные средства того времени (с лошадиной тягой) были снабжены параллельными рулевыми рычагами и страдали от плохих характеристик рулевого управления. Рудольф Аккерман известен разработкой принципа использования наклонных рулевых рычагов, который устраняет эту проблему рулевого управления в транспортных средствах.

 

Почему и как?

Рисунок изображает автомобиль, идущий через поворот (в данном случае, поворот бесконечен). Красные линии изображают путь, по которому движутся колеса. Вы можете заметить, что внутренние колеса автомобиля следуют по окружности меньшего диаметра, чем внешние колеса.

Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (будет скользить боком) и будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение колеса, которое также создает нежелательный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса.

 

Различие в углах внутреннего и внешнего колес может быть лучше понято путем изучения рисунка, где помечены внутренний и внешний радиусы, по которым движутся каждое из колес. Внутренний радиус (Ri) и внешний радиус (Ro) зависят от ряда факторов, включая ширину автомобиля и крутизну поворота, который собирается пройти автомобиль.

Следовательно, величины углов рычагов не определяются этими линиями, они определяются расстояниями, показанными в последующих разделах "Увеличенный", "Уменьшенный" и "Точный угол Аккермана" в рулевом управлении.

Расположение обоих колес в надлежащем направлении движения обеспечивает стабильное управление без чрезмерного износа и нагрева каждого из колес.

Очевидно, что при повороте одного из колес более, чем другого, вы рассогласовываете направление колес и вам нужно это сделать в то же время обеспечивая прямое направление обоих колес, когда автомобиль не поворачивает. Для обеспечения этого, необходимо, чтобы рассогласование направления росло от нулевого значения (колеса направлены прямо вперед) до точки, в которой существует значительное различие в углах между обоими колесами (при максимальном повороте колес).

 

Углы рулевых рычагов

Создание рассогласования колес достигается путем комбинации угла и длины рулевых рычагов. Ниже вы сможете увидеть несколько рисунков, которые приводят примеры использования параллельных и наклонных рулевых рычагов, для демонстрации того, почему необходимо использовать принцип Аккермана в рулевом управлении.

 

Параллельные рулевые рычаги

На этом рисунке рулевые рычаги направлены прямо и параллельно боковым сторонам автомобиля, что создает ситуацию, в которой перемещение рулевого сервопривода приводит к равному угловому перемещению колес.

 

Почему происходит это равное угловое перемещение можно увидеть, изучив рисунок слева, на котором нарисована красная окружность для демонстрации того, как боковое перемещение рулевого рычага преобразуется в круговое перемещение. Так как шарнир рулевого рычага (A) выровнен по вертикали с осью поворота колеса (B), когда колесо указывает прямо вперед, то одинаковые перемещения влево или вправо перемещают шарнир рулевого рычага на одинаковую вертикальную дистанцию от начального положения.

 

Наклонные рулевые рычаги

На этом рисунке рулевые рычаги наклонены внутрь для создания возможности различной степени изменения углов поворота колес. Это является основой принципа Аккермана и создает неравное угловое перемещение колес.

 

Почему происходит это неравное угловое перемещение можно увидеть на рисунке, на котором отображено относительное положение шарнира рулевого рычага (A) на красной окружности, чтобы показать как шарнир рулевого рычага движется вокруг оси поворота колеса (B).

Так как рулевой рычаг наклонен, шарнир рулевого рычага (A) не выровнен по вертикали с осью поворота колеса (B), когда колесо указывает прямо вперед, и находится на части пути по окружности. Из-за этого, правое движение рулевого рычага вызывает большее перемещение шарнира рулевого рычага в вертикальном направлении, чем это имеет место при левом перемещении рулевого рычага.

Самым важным является то, что это неравное угловое перемещение является экспоненциальным, то есть, чем больше вы поворачиваете колесо, тем больше становится угловое различие между колесами - в противном случае оба колеса никогда не будут указывать прямо вперед, когда автомобиль не поворачивает.

 

Вышеприведенный умышленно подчеркнутый пример в результате приводит к угловому различию между колесами в диапазоне этого рисунка, тогда как пример с параллельными рулевыми рычагами будет обеспечивать одинаковые углы поворота колес с обоих сторон.

 

Принцип Аккермана в рулевом управлении

 

Принцип Аккермана определяет геометрию рулевого управления, которая применима для любых транспортных средств, с целью обеспечения корректного угла поворота рулевых колес при прохождении поворота или кривой.

До того, как принцип был разработан, транспортные средства того времени (с лошадиной тягой) были снабжены параллельными рулевыми рычагами и страдали от плохих характеристик рулевого управления. Рудольф Аккерман известен разработкой принципа использования наклонных рулевых рычагов, который устраняет эту проблему рулевого управления в транспортных средствах.

 

Почему и как?

Рисунок изображает автомобиль, идущий через поворот (в данном случае, поворот бесконечен). Красные линии изображают путь, по которому движутся колеса. Вы можете заметить, что внутренние колеса автомобиля следуют по окружности меньшего диаметра, чем внешние колеса.

Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (будет скользить боком) и будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение колеса, которое также создает нежелательный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса.

 

Различие в углах внутреннего и внешнего колес может быть лучше понято путем изучения рисунка, где помечены внутренний и внешний радиусы, по которым движутся каждое из колес. Внутренний радиус (Ri) и внешний радиус (Ro) зависят от ряда факторов, включая ширину автомобиля и крутизну поворота, который собирается пройти автомобиль.

Следовательно, величины углов рычагов не определяются этими линиями, они определяются расстояниями, показанными в последующих разделах "Увеличенный", "Уменьшенный" и "Точный угол Аккермана" в рулевом управлении.

Расположение обоих колес в надлежащем направлении движения обеспечивает стабильное управление без чрезмерного износа и нагрева каждого из колес.

Очевидно, что при повороте одного из колес более, чем другого, вы рассогласовываете направление колес и вам нужно это сделать в то же время обеспечивая прямое направление обоих колес, когда автомобиль не поворачивает. Для обеспечения этого, необходимо, чтобы рассогласование направления росло от нулевого значения (колеса направлены прямо вперед) до точки, в которой существует значительное различие в углах между обоими колесами (при максимальном повороте колес).

 

Углы рулевых рычагов

Создание рассогласования колес достигается путем комбинации угла и длины рулевых рычагов. Ниже вы сможете увидеть несколько рисунков, которые приводят примеры использования параллельных и наклонных рулевых рычагов, для демонстрации того, почему необходимо использовать принцип Аккермана в рулевом управлении.

 

Параллельные рулевые рычаги

На этом рисунке рулевые рычаги направлены прямо и параллельно боковым сторонам автомобиля, что создает ситуацию, в которой перемещение рулевого сервопривода приводит к равному угловому перемещению колес.

 

Почему происходит это равное угловое перемещение можно увидеть, изучив рисунок слева, на котором нарисована красная окружность для демонстрации того, как боковое перемещение рулевого рычага преобразуется в круговое перемещение. Так как шарнир рулевого рычага (A) выровнен по вертикали с осью поворота колеса (B), когда колесо указывает прямо вперед, то одинаковые перемещения влево или вправо перемещают шарнир рулевого рычага на одинаковую вертикальную дистанцию от начального положения.

 

Наклонные рулевые рычаги

На этом рисунке рулевые рычаги наклонены внутрь для создания возможности различной степени изменения углов поворота колес. Это является основой принципа Аккермана и создает неравное угловое перемещение колес.

 

Почему происходит это неравное угловое перемещение можно увидеть на рисунке, на котором отображено относительное положение шарнира рулевого рычага (A) на красной окружности, чтобы показать как шарнир рулевого рычага движется вокруг оси поворота колеса (B).

Так как рулевой рычаг наклонен, шарнир рулевого рычага (A) не выровнен по вертикали с осью поворота колеса (B), когда колесо указывает прямо вперед, и находится на части пути по окружности. Из-за этого, правое движение рулевого рычага вызывает большее перемещение шарнира рулевого рычага в вертикальном направлении, чем это имеет место при левом перемещении рулевого рычага.

Самым важным является то, что это неравное угловое перемещение является экспоненциальным, то есть, чем больше вы поворачиваете колесо, тем больше становится угловое различие между колесами - в противном случае оба колеса никогда не будут указывать прямо вперед, когда автомобиль не поворачивает.

 

Вышеприведенный умышленно подчеркнутый пример в результате приводит к угловому различию между колесами в диапазоне этого рисунка, тогда как пример с параллельными рулевыми рычагами будет обеспечивать одинаковые углы поворота колес с обоих сторон.