Дифференциальное рулевое управление

Дифференциальное рулевое управление — это средство управления наземным транспортным средством путем приложения большего крутящего момента к одной стороне транспортного средства, чем к другой. ^[1] Дифференциальное рулевое управление является основным средством управления гусеничными транспортными средствами , такими как танки и бульдозеры , также используется в некоторых колесных транспортных средствах, широко известных как бортовой поворот , и даже реализовано в некоторых автомобилях, где это называется векторизацией крутящего момента , чтобы улучшить рулевое управление путем изменения направление колес относительно автомобиля. Дифференциальное рулевое управление отличается от крутящего момента , которое обычно считается негативным побочным эффектом выбора конструкции трансмиссии.

История

Британская сельскохозяйственная компания Hornsby в Грантеме разработала гусеницу непрерывного действия, которая была запатентована в 1905 году. ^[2] Тракторы Hornsby имели гусеничное сцепление.

Механизмы

Существует несколько механизмов, разработанных для изменения крутящего момента, приложенного к различным сторонам автомобиля. К ним относятся рулевое управление с муфтой-тормозом , рулевое управление с тормозным дифференциалом , рулевое управление с управляемым дифференциалом , рулевое управление с редуктором , рулевое управление с двойным дифференциалом Maybach , рулевое управление с двойным дифференциалом , рулевое управление с тройным дифференциалом , ^[1] гидравлический , ^[3] и электрический. ^[4]

Сцепление-тормоз

При дифференциальном рулевом управлении сцепление-тормоз мощность отключается на ту или иную сторону с помощью сцепления , а на стороне без привода также может быть задействован тормоз для затягивания поворота. ^[1] Обратите внимание, что в этой конструкции нет дифференциальной передачи. Гусеницы по обе стороны от транспортного средства всегда будут поворачиваться с одинаковой скоростью, если только одна из них не будет отключена для рулевого управления. Этот метод прост в реализации, но неэффективен и подходит только для легковых автомобилей. Кроме того, при движении вниз по склону при торможении двигателем выключение одной стороны для поворота может привести к повороту в другую сторону. ^[1]^[5]

Тормозной дифференциал

При рулевом управлении с тормозным дифференциалом мощность передается на обе стороны через дифференциал , а тормоз применяется к одной или другой стороне. Замедление одной стороны заставляет другую сторону ускоряться из-за дифференциала, и поэтому транспортное средство поддерживает постоянную скорость. Следующим недостатком является то, что изменения сопротивления качению или тяги с одной стороны на другую автоматически приводят к повороту автомобиля, если этому не противодействует водитель. ^[1] Дифференциальное рулевое управление этого типа использовалось во многих конструкциях полугусеничных машин для облегчения выполнения крутых поворотов.

Контролируемо-дифференциальный

При рулевом управлении с управляемым дифференциалом шестерни внутри дифференциала блокируются, в результате чего одна сторона вращается быстрее, чем другая. Преимущество состоит в том, что при торможении не теряется мощность. Недостатком является то, что только один радиус поворота эффективно может быть выполнен . Этот метод был разработан Cleveland Tractor Company в 1921 году и получил название « Регенеративная система рулевого управления Cletrac» . ^[1]

Приспособленный

В рулевом управлении с дифференциалом две полные коробки передач используются для передачи мощности на каждую сторону, и из каждой комбинации передаточных чисел можно получить один определенный радиус поворота . Основным недостатком этой системы является то, что она удваивает размер и вес всей трансмиссии, поэтому она была реализована только экспериментально. ^[1]

Двойной дифференциал Майбаха

В двойном дифференциале Maybach мощность передается через одну главную передачу, а затем через главную передачу эпицикла с каждой стороны. Различная скорость привода обусловлена подачей крутящего момента от отдельной «рулевой» трансмиссии на ту или иную главную передачу с помощью пары сцеплений. Обычно рулевое управление поворачивается с фиксированным передаточным числом относительно двигателя, что приводит к разному радиусу поворота для каждого передаточного отношения главной трансмиссии. Эта система была реализована на немецких танках «Пантера» во время Второй мировой войны. ^[1] Недостаток этой конструкции по сравнению с другими конструкциями с несколькими дифференциалами заключается в том, что применение рулевого управления к одной гусенице также увеличивает среднюю скорость двух гусениц, поэтому скорость транспортного средства не является постоянной.

Двойной дифференциал

При рулевом управлении с двойным дифференциалом, как и в системе с двойным дифференциалом Maybach, мощность от второй трансмиссии передается на эпицикл в главной передаче той или иной стороны. Однако в этой конструкции средняя скорость движения гусениц поддерживается за счет добавления натяжного ролика для приложения противоположного крутящего момента к эпициклической передаче на другой стороне поворота. Пара муфт используется для подачи мощности рулевой трансмиссии, которая поворачивается только в одном направлении, на поперечный вал рулевого управления в любом направлении. Эта система была разработана в 1928 году майором Уилсоном. ^[1] Здесь рулевое управление используется не столько для приложения крутящего момента к обеим сторонам, сколько для управления разницей в крутящем моменте и скорости между двумя сторонами.

Также обратите внимание, что в любом из методов рулевого управления с двойным или тройным дифференциалом эффективные радиусы поворота (например, при отсутствии рулевого сцепления или пробуксовки тормозов) определяются соотношением между входной скоростью рулевого управления и входной скоростью главного привода в каждом планетарная главная передача. Это означает, что наличие нескольких передаточных чисел в рулевой трансмиссии приводит к множеству радиусов поворота для каждого передаточного числа главной передачи. Дополнительная сложность механических систем и средств управления движением означает, что эта возможность реализуется редко. ^{[ нужна ссылка ]}

Тройной дифференциал

Рулевое управление с тройным дифференциалом аналогично рулевому управлению с двойным дифференциалом, за исключением того, что вместо использования рулевого поперечного вала и промежуточной шестерни в нем используются два рулевых поперечных вала, соединенных с рулевым дифференциалом. Часть крутящего момента всегда передается через рулевой дифференциал и два эпициклических дифференциала. Вместо сцепления используются тормоза для замедления того или иного рулевого поперечного вала. Рулевое управление работает так же, как упомянутое выше рулевое управление с тормозным дифференциалом, за исключением того, что возникающая в результате применения рулевого тормоза неэффективность влияет только на крутящий момент, передаваемый через рулевое управление. ^{[ нужна ссылка ]}

Гидравлический

Гидравлическое дифференциальное рулевое управление состоит из системы гидропривода с одним гидронасосом и двумя гидромоторами , по одному на каждую сторону. ^[3] Эта система часто используется на погрузчиках с бортовым поворотом и косилках с нулевым поворотом .

Электрический

Трехколесный робот с дифференциальным управлением.

Электрическое дифференциальное рулевое управление состоит из двух или более электродвигателей — по одному на каждую сторону автомобиля или до одного на колесо — которые приводятся в движение с разными скоростями (или направлениями), в зависимости от потребностей рулевого управления. ^[4] Это часто реализуется в колесных роботах .

Рука

Большинство традиционных инвалидных колясок управляются с помощью дифференциального рулевого управления, когда их приводит в движение пассажир.

Радиус поворота

В зависимости от реализации, трения между механизмом привода и землей и доступной мощности транспортное средство с дифференциальным рулевым управлением может иметь нулевой радиус поворота или радиус поворота от бордюра до бордюра, равный длине транспортного средства, при движении с каждой стороны с одинаковой скоростью. но в противоположных направлениях. Это также называется нейтральным поворотом . ^[6] Транспортные средства, у которых только одно ведущее колесо с каждой стороны жестко выровнено, а все остальные могут свободно вращаться, например инвалидные коляски и колесные роботы, требуют наименьшей мощности для поворота. Транспортные средства с длинными непрерывными гусеницами с каждой стороны, которые должны скользить по земле, чтобы вообще повернуть, требуют большей мощности.

Примеры

Танки , бронетранспортеры , бронетранспортеры , зенитные самоходные установки и аналогичные военные машины.
Бульдозеры , экскаваторы , тракторы , ратраки , траншеекопатели и другая тяжелая техника.
Погрузчики с бортовым поворотом и их производные
Квадроциклы-амфибии
Косилки с нулевым поворотом
Дифференциальные колесные роботы
Инвалидные коляски
Самобалансирующиеся самокаты

См. также

Системы рулевого управления танками

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Эдвардс, Филипп (сентябрь 1988 г.). «Дифференциалы, теория и практика» . Конструктор ежеквартально . Проверено 13 ноября 2017 г.
^ Британский патент № 16345 (1904 г.)
^ Jump up to: ^а ^б Ницца, Карим (6 июня 2001 г.). «Как работают погрузчики с бортовым поворотом и вездеходные погрузчики Caterpillar» . Как все работает . Проверено 23 ноября 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б Молоуни, Том (28 сентября 2021 г.). «Обзор первого привода Rivian R1T 2022 года: доминирование электрического внедорожника» . ВнутриEVs . Проверено 5 октября 2021 г.
^ Макгиган, Стюарт Дж.; Мосс, Питер Дж. (ноябрь 1998 г.). «Обзор систем трансмиссии гусеничной военной техники» . Журнал боевых технологий . 1 (3) . Проверено 23 ноября 2017 г.
^ Грин, Майкл; Браун, Джеймс Д. (2008). Танки «Тигр» на войне . Издательская компания МБИ. п. 46. ИСБН 9781610600316 .

[PE-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Эдвардс, Филипп (сентябрь 1988 г.). «Дифференциалы, теория и практика» . Конструктор ежеквартально . Проверено 13 ноября 2017 г.

[2] Британский патент № 16345 (1904 г.)

[HSW-3] Jump up to: ^а ^б Ницца, Карим (6 июня 2001 г.). «Как работают погрузчики с бортовым поворотом и вездеходные погрузчики Caterpillar» . Как все работает . Проверено 23 ноября 2017 г.

[insideevs20210928-4] Jump up to: ^а ^б Молоуни, Том (28 сентября 2021 г.). «Обзор первого привода Rivian R1T 2022 года: доминирование электрического внедорожника» . ВнутриEVs . Проверено 5 октября 2021 г.

[5] Макгиган, Стюарт Дж.; Мосс, Питер Дж. (ноябрь 1998 г.). «Обзор систем трансмиссии гусеничной военной техники» . Журнал боевых технологий . 1 (3) . Проверено 23 ноября 2017 г.

[6] Грин, Майкл; Браун, Джеймс Д. (2008). Танки «Тигр» на войне . Издательская компания МБИ. п. 46. ИСБН 9781610600316 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]