Diravi (Direction à Rappel Asservi) : Werking en storingen

De werking van Diravi

In dit deel wordt de Diravi werking en de afzonderlijke onderdelen beschreven. Aan het eind worden mogelijke Diravi storingen met oplossingen uitgelegd.

Hydraulische besturing: Drive-by-Wire

Een zij-en een bovenaanzicht in Solidworks 3D weergave van de Diravi stuurcommando

De bekrachtiging berust op krachtevenwicht met behulp van drukvariatie en wordt uitgevoerd door de hydraulische regeling, coaxiaal gemonteerd in het stuur-commando. Tijdens het normale functioneren is de besturing volledig hydraulisch met een constante bekrachtiging. Door speling J van 15° naar ieder kant tussen as P1 en rondsel P3 is het stuur niet langer mechanisch gekoppeld met rondsel P3, waarbij speling J niet kan worden opgeheven. De hydraulische stuurcilinder is de enige actuator van de tandheugel en drijft rondsel P3 aan. Dit vormt de mechanische ontkoppeling tussen het stuurwiel en de wielen, ook wel Drive-by-Wire genoemd. Kamer nr. 2 van de stuurcilinder is altijd aangesloten op HP: hoge druk, voor het verkrijgen van een hoge reactiesnelheid van het systeem. Een sterke rubberen ring met teflon, om de zuiger, voorkomt lekkages tussen beide kamers. Als het hydraulisch systeem om wat voor reden dan ook defect zou zijn, dan treedt het beveiligings-mechanisme in werking door middel van de penbevestiging met speling J tussen as P1 en rondsel P3. Wanneer aan het stuurwiel wordt gedraaid dan moet eerst speling J van 15° opgeheven worden. Dan pas kan de effectieve stuurverdraaiing plaatsvinden, waarbij het rondsel de tandheugel met stuurcilinder aandrijft. Het stuurwiel moet ook handmatig teruggedraaid worden naar de middenstand.

De Diravi stuurcommando bestaat uit twee hydraulische regelingen. Aan de rechterkant van as P1, nr. 1 zwart omkaderd, is de regeleenheid die de regeldruk voor de stuurcilinder verzorgt met schuif T1. Aan de linkerkant van as P1, nr.2 blauw omkaderd, is de regeleenheid die de as P1 en daarmee ook het stuurwiel snelheidsafhankelijk maakt. Dat wil zeggen, dat het stuurwiel zwaarder bedient naarmate de snelheid toeneemt en lichter maakt naarmate de snelheid afneemt. Ook het geforceerd terugdraaien van het losgelaten stuurwiel en de rechtuit stand wordt hiermee geregeld.

Diravi stuurcommando met centraal as P1 en regelingen nr.1 en nr.2

Regeleenheid nr. 1 stuurcilinder:

De regeleenheid bestaat uit:
- Een schuif T1
- Een as P1 in verbinding met het stuurwiel
- Een verbinding met speling J van de as P1 met het rondsel P3
- Twee tandwielen P4 en P2
- Twee t-staafjes b

Deze regeleenheid zorgt voor de hydraulische bediening tussen het stuur en de spoorstangen en de mechanische ontkoppeling is bereikt door speling J. De mechanische bediening wordt verzorgd door het stuur en as P1. As P1 is in verbinding met tandwiel P2, rondsel P3 staat in verbinding met tandwiel P4. De verbinding tussen de tandwielen P2 en P4 wordt uitgevoerd door t-staafjes b met kogelgewricht scharnieren. T-staafjes b bedienen schuif T1 en daarmee de druk in kamer 1 van de stuurcilinder. In de onderstaande afbeeldingen worden de aansturing van schuif T1 met de stuurcilinder weergegeven.

Overzicht regeleenheid stuurcilinder nr.1 en een Solidworks 3D tekening

De tandwielen P2, P4 samen met de t-staafjes b vormen de differentiaalregelaar. Het verschil in hoeksnelheid ω tussen as P1 en rondsel P3 is bepalend voor de snelheid waarmee schuif T1 beweegt en daarmee de aansturing van de zuiger in de stuurcilinder.

Het aantal slagen per tijdseenheid dat het stuurwiel maakt heeft tot gevolg dat as P1 en tandwiel P2 een hoeksnelheid bereiken. Schuif T1 maakt hierdoor een slag. Hoe de slag verloopt, is afhankelijk van het verschil in hoeksnelheid tussen de combinatie as P1 met tandwiel P2 en de combinatie rondsel P3 met tandwiel P4. Zodra schuif T1 zich verplaatst zal de zuiger in de stuurcilinder met de tandheugel verschoven worden. De tandheugel drijft het rondsel P3 aan die met tandwiel P4 is verbonden. Naarmate de stuuruitslag per tijdseenheid toeneemt, neemt het verschil in hoeksnelheid van as P1 met tandwiel P2 ten opzichte van rondsel P3 met tandwiel P4 af.
Er zijn een aantal stuursituaties te onderscheiden dat de snelheid van schuif T1 en daarmee ook de mate van stuurcilinder aanvoer en retour bepaald:

Geen stuuruitslag
Bij het rechtuitrijden of bij het vasthouden van een stuurhoek is er geen verschil in hoeksnelheid ω tussen as P1 en rondsel P3, de t-staafjes b nemen hun neutrale positie in en schuif T1 wordt niet bediend.

Grote stuuruitslagen
Vanuit de middenstand naar een uiterste stand draaien voordat het eindpunt is bereikt, is er een relatief klein verschil in hoeksnelheid ω tussen as P1 en rondsel P3. Schuif T1 staat in één van zijn uiterste standen, de aanvoer c.q. retour wordt relatief rustig bediend.

Kleine stuuruitslagen
Bij korte snelle hoekverdraaiingen is de hoeksnelheid ω van as P1 ten opzichte van rondsel P3 groot. Schuif T1 en daarmee ook de aanvoer c.q. retour worden zeer snel en zeer direct bediend.

Kleine stuuruitslagen tijdens het slalommen
De hoeksnelheid ω van as P1 en rondsel P3 is even groot, waarbij as P1 en rondsel P3 in tegenfase draaien. Schuif T1 en daarmee de aanvoer c.q. retour worden relatief snel en direct bediend.

Werking stuurcilinder:

De tandheugel is verbonden met de zuiger van de stuurcilinder. is het oppervlak van de zuiger in kamer 1 en is het oppervlak in kamer 2.
Het evenwicht van de bekrachtiging wordt bereikt wanneer de krachten en uitgeoefend op elke kant van de zuiger gelijk zijn aan elkaar:

HP: 170bar (±5bar) werkdruk van het hydraulische circuit, de maximale pompdruk.

Zolang er een drukvariatie in kamer 1 plaatsvindt, overeenkomend met de draaibeweging van het stuurwiel zal de zuiger bewegen. Wordt het stuurwiel in een willekeurige positie vastgehouden, dan is er sprake van een krachtevenwicht in de cilinder en staat de zuiger stil.
Door middel van speciale rubberen afdichtingringen wordt voorkomen dat de stuurcilinder extern als intern kan gaan lekken.

De beweging van de zuiger en tandheugel wordt verzorgd door een drukverandering
in kamer 1 met behulp van schuif T1:

- Toelating van de LHM vloeistof → stijgt in kamer 1:

- Retour van de LHM vloeistof naar het LHM reservoir → daalt in kamer 1:

Regeleenheid nr. 2 stuurkracht als functie van snelheid en stuurhoek:

Drie stuursituaties: 1.Rechtuit 2.Naar rechts sturen 3.Stuur loslaten, geforceerd naar middenstand

De regeleenheid bestaat uit:
- Een regeldruk en veer belaste zuiger F
- Een rolwiel G
- Een excentrische schijf H
- Tandwiel P5

Overzicht regeleenheid stuurkracht & automatische terugloop nr.2

De excentrische schijf H vormt de basis van deze regeleenheid, door de vorm en uit het midden geplaatste draaipunt wordt het terugdraaien van het stuurwiel bereikt. De vorm is zodanig dat de stabiele punt overeenkomt met de rechtuit stand en het stuurwiel zwaarder laat bedienen naarmate de stuurhoek groter wordt.

Zijaanzicht excentrische schijf van de XM in de rechtuit stand, het stuurwiel in het midden

Via tandwiel P5 is de excentrische schijf H met as P1 en het stuurwiel verbonden. Om de stuurwielkracht snelheidsafhankelijk te maken drukt zuiger F met rolwiel G tegen de excentrische schijf H. Zuiger F wordt hydraulisch bekrachtigd vanuit de centrifugaalregelaar die de hydraulische druk aanpast aan de rijsnelheid. Zuiger F met rolwiel G wordt door de veer belast om te zorgen dat bij stilstand het stuurwiel terugdraait met een relatief lage hydraulische druk.

Rechtuit rijden:
Bij het rechtuitrijden drukt zuiger F met rolwiel G tegen de excentrische schijf H en houdt de rechtuit stand vast. Neemt de rijsnelheid toe dan stuurt de centrifugaal-regelaar de aangepaste hydraulische druk via ruimte C3 naar aanvoer ruimte L, ruimte C2 en ruimte C1. Zuiger F samen met rolwiel G worden meer tegen de excentrische schijf H gedrukt om het stuurwiel zwaarder te laten bedienen naarmate de rijsnelheid toeneemt. De hydraulische druk neemt af bij afnemende rijsnelheid via de centrifugaalregelaar en daardoor bedient het stuurwiel lichter.

Sturen:
Tijdens het sturen verdraait excentrische schijf H en drukt rolwiel G en zuiger F naar rechts. Veer R wordt gecomprimeerd en drukt zuiger I naar rechts tegen het huis O aan. Aanvoer ruimte L wordt volledig geopend en de hydraulische druk heerst via het gecalibreerd gat, in de aanvoer ruimte L en gaat via de open gedrukte klep B naar de centrifugaalregelaar. Zodoende wordt het verdraaien van het stuur licht, de afgeregelde druk behorende bij de rijsnelheid blijft gehandhaafd door de centrifugaalregelaar.

Geforceerd terugdraaien:
Zodra het verdraaide stuurwiel wordt losgelaten, sluit klep B doordat de hydraulische druk vanuit de centrifugaalregelaar wordt toegevoerd via ruimte C3, aanvoer ruimte L en gecalibreerd gat K. Zodoende wordt de hydraulische druk gedempt toegelaten, zuiger I schuift geleidelijk naar links en comprimeert veer R. Zuiger F en rolwiel G worden door de veerkracht in combinatie met de hydraulische druk tegen de excentrische schijf gedrukt. Door de vorm van de excentrische schijf met de kracht erop keert het stuurwiel terug naar de rechtuit stand. Het gecalibreerde gat K zorgt ervoor dat het stuurwiel rustig terugdraait.

Onderstaande grafiek geeft de koppelkarakteristiek aan het stuurwiel als functie van de stuurhoek bij vier verschillende rijsnelheden. De grafiek laat zien dat het koppel aan het stuurwiel bijna lineair verloopt bij toenemende stuurhoek. Naarmate de rijsnelheid toeneemt, neemt het koppel aan het stuurwiel meer toe ten opzichte van de toename van de stuurhoek. Deze grafiek is samengesteld m.b.v. gegevens van Citroën.

Centrifugaalregelaar:

De centrifugaalregelaar verzorgt de benodigde hydraulische druk op het stuurwiel aan de hand van de rijsnelheid. Het principe berust op het roteren van massa’s die door de centrifugaalkracht om de scharnierpunten naar buiten worden geslingerd. De as met de massa’s wordt aangedreven door een stalen aandrijfkabel die op zijn beurt verbonden is met een mechanische snelheidsopnemer op de versnellingsbak; de loopwerkaftak.

Zodra een rijsnelheid wordt bereikt, dan zullen de roterende massa’s een bijbehorende stand innemen en wordt veer R1 gecomprimeerd. Veer R1 drukt tegen een hefboom om zijn scharnierpunt die aan de andere zijde via stalen asje schuif T2 laat bedienen. Schuif T2 verzorgt de benodigde hydraulische druk voor regeleenheid nr.2 van het stuurcommando, door de benodigde druk (roze) toe te laten nemen met HP hoge druk (rood) of de benodigde druk af laten nemen door te verbinden met de retour (blauw). Om een nauwkeurige bediening van schuif T2 te bereiken wordt het krachtevenwicht bepaald door veerkracht R1, veerkracht R2 en de hydraulische druk in combinatie met het oppervlak S. In de onderstaande afbeeldingen worden drie situaties weergegeven.

Bij stilstand staat schuif T2 in de neutrale positie, zoals bovenstaande figuur laat zien. De afgeregelde druk naar regeleenheid nr.2 van het stuurcommando begint bij 25bar en verloopt progressief met de rijsnelheid, vanaf ongeveer 130km/h loopt de druk geleidelijk op.

De linker figuur laat de drukverhoging zien en de rechter figuur de drukverlaging van de benodigde hydraulische druk overeenkomend met de rijsnelheid

Bovenstaande grafiek en tabel tonen de regeldrukkarakteristiek van de centrifugaalregelaar van 0 tot 170 km/h. Om meer stuurgevoel te verkrijgen met de rijsnelheid is het verloop van de regeldruk zodanig gekozen dat de druk tot 50 km/h progressief verloopt. Vanaf 50km/h tot 130 km/h is het verloop degressief om vervolgens lineair op te lopen.

De centrifugaalregelaar van de XM bevindt zich aan het schutbord aan bestuurderszijde, in bovenstaande foto is die rood omcirkeld.

Loopwerkaftak van de centrifugaalregelaar:
De loopwerkaftak is de snelheidsopnemer van de centrifugaalregelaar en voor de serie1 modellen ook voor de snelheidsmeter. Serie 2 modellen hebben een elektronische snelheidsmeter, de centrifugaalregelaar wordt dan ook met een kabel aangedreven.

links de loopwerkaftak XM serie1 en rechts XM serie2

De loopwerkaftak is op de versnellingsbak geplaatst, aan de kant van de lange aandrijfas. Onderstaande foto laat een loopwerkaftak van een serie1 zien, waarop de kabel voor de centrifugaalregelaar als snelheidsmeter is geplaatst.

Locatie loopwerkaftak op de versnellingsbak, rood omcirkeld

Diravi storingen en oplossingen:
(dit zijn de meest voorkomende storingen, maar er zouden meer kunnen zijn)

Klacht: Zwaar sturen

Klacht: Continu licht sturen

Klacht: Ratelende of piepende geluiden

Klacht: Lekkage onderzijde centrifugaalregelaar

Klacht: Scheef trekken en schuin afgesleten voorbanden

Locatie Diravi stelwiel onder afdekkapje om de rechtuitstand af te stellen, rood omcirkeld

Klacht: Weinig remdruk aanwezig

Locatie remaccu; vooraan, onderin ter hoogte van het linker mistlicht/knipperlicht

Referenties
1. JF Levassor & G. Martine, Directions assistées hydrauliques
2. Mrs Guiral et Tachoire Lycée Louis Rascol Albi, le Centre National de Ressources ENS CACHAN
3. Citroën Service