1AT 4 Stuurgeometrie - Ppt in.pdf

# Doel en eisen van de stuurinrichting Het primaire doel van de stuurinrichting is het bewust en stabiel bepalen van de rijrichting van een voertuig door het veranderen van de stand van de wielen. Hierbij zijn diverse eisen gesteld aan een goed functionerende stuurinrichting, waaronder foutloze besturing, lichtheid, stuurgevoel, zelfrichtend vermogen en bedrijfszekerheid [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6). ### 1.1 Doel van de stuurinrichting Het hoofddoel van de stuurinrichting is het bewust en stabiel bepalen van de rijrichting van het voertuig door het aanpassen van de stand van de gestuurde wielen. Hoewel dit eenvoudig lijkt, is de relatie tussen het verdraaien van het stuurwiel, de hoekverdraaiing van de gestuurde wielen, de opbouw van spoorkrachten tussen de band en het wegdek, en de feitelijke koersverandering van het voertuig niet lineair. Hierbij kan een onderscheid worden gemaakt tussen bewuste besturing en onbewuste besturing (zelfsturing) [2](#page=2). ### 1.2 Eisen gesteld aan de stuurinrichting Er worden verschillende eisen gesteld aan een goed functionerende stuurinrichting, onderverdeeld naar functionaliteit en veiligheid: #### 1.2.1 Eisen met betrekking tot de besturing * **Foutloze besturing**: De gestuurde wielen dienen zo zuiver mogelijk te rollen om de rolweerstand te minimaliseren en bandenslijtage te beperken [4](#page=4). * **Licht sturen**: De inspanning die nodig is om het stuurwiel te draaien, moet gering zijn [4](#page=4). * **Efficiënte overbrenging**: Het sturen mag niet te veel omwentelingen van het stuurwiel vereisen om een gewenste wieluitslag te bereiken [4](#page=4). * **Stuurgevoel**: De bestuurder moet de krachten tussen de band en het wegdek kunnen voelen via het stuurwiel. Dit is cruciaal om de grenzen van slippen te herkennen [4](#page=4). * **Spelingvrije overbrenging**: De verbinding tussen het stuurwiel en de gestuurde wielen mag geen speling bevatten [4](#page=4). * **Zelfrichtend vermogen**: De stuurinrichting moet de neiging hebben om na een stuurbeweging zelf terug te keren naar de middenpositie [5](#page=5). * **Ongevoeligheid voor belading**: De werking van de stuurinrichting mag niet significant worden beïnvloed door de belading van het voertuig [5](#page=5). * **Kleine draaicirkel**: De draaicirkel van het voertuig moet zowel linksom als rechtsom beperkt zijn [5](#page=5). #### 1.2.2 Eisen met betrekking tot actieve veiligheid * **Bedrijfszekerheid**: De stuurinrichting moet een hoge mate van bedrijfszekerheid garanderen. Dit betekent dat deze niet mag uitvallen door breuk, het losraken van onderdelen of slijtage [6](#page=6). * Dit wordt bereikt door een solide constructie, het gebruik van taaie materialen en het borgen van moerbevestigingen [6](#page=6). #### 1.2.3 Eisen met betrekking tot passieve veiligheid * **Integriteit bij aanrijding**: De stuurinrichting moet zodanig worden ontworpen en geplaatst dat deze bij een aanrijding zo goed mogelijk blijft functioneren [7](#page=7). * **Plaatsing en vervorming**: Onderdelen van de stuurinrichting dienen bij voorkeur buiten de 'kreukzone' geplaatst te worden. In plaats van te breken, moeten deze onderdelen bij een impact buigen, tenzij breuk bewust is ingebouwd, zoals bij bepaalde veiligheidsstuurkolommen [7](#page=7). * **Letselbeperking**: Letsel als gevolg van contact met het stuurwiel moet tot een minimum worden beperkt. Specifiek moet de 'lanswerking' van de stuuras tijdens een frontale aanrijding worden voorkomen [7](#page=7). --- # Verschillende soorten stuursystemen Dit gedeelte beschrijft de diverse typen stuursystemen die gebruikt worden bij voertuigen, variërend van simpele mechanismen tot geavanceerde elektronische systemen. ### 2.1 Molenbesturing Molenbesturing kenmerkt zich door het scharnierpunt, de koningsas of king pin, dat zich ter hoogte van het midden van de gehele as bevindt. Dit principe is zeer geschikt voor de getrokken besturing van aanhangwagens en wordt ook toegepast als bewuste besturing op sommige landbouwmachines [8](#page=8). ### 2.2 Balhoofdbesturing Balhoofdbesturing wordt toegepast wanneer slechts één wiel bestuurd hoeft te worden [9](#page=9). ### 2.3 Knikbesturing Bij knikbesturing bevindt het scharnierpunt voor de draaibeweging zich tussen de starre vooras en achteras. Hierdoor kan het voorste deel van het chassis ten opzichte van het achterste gedeelte bewegen. Dit type besturing is veelgebruikt bij grondverzetmachines [10](#page=10). ### 2.4 Besturing met behulp van aandrijf- of remkrachten #### 2.4.1 Besturing met aandrijfkrachten Voertuigen, zoals rupsvoertuigen maar ook voertuigen met reguliere wielen, kunnen bestuurd worden door een verschil in aandrijfkrachten tussen de linker en rechter rupsband of wielen te creëren. Dit maakt het mogelijk om zeer scherpe bochten te nemen. Door de linker en rechter rupsband tegengesteld van elkaar te laten draaien, kan het voertuig zelfs ter plaatse om zijn as draaien [11](#page=11). #### 2.4.2 Besturing met remkrachten Besturing met remkrachten wordt toegepast in combinatie met ESP (Electronic Stability Program). ESP is een voertuigdynamica regeling die de veiligheid tijdens het besturen van een voertuig aanzienlijk verhoogt [12](#page=12). ### 2.5 Krabbesturing Krabbesturing is een speciaal type vierwielbesturing waarbij alle wielen in dezelfde richting en met dezelfde hoek worden gestuurd. Dit type besturing wordt veelvuldig toegepast bij verreikers [13](#page=13). ### 2.6 Fuseebesturing Bij vierwielige voertuigen wordt uitsluitend fuseebesturing toegepast vanwege de benodigde ruimte en stabiliteit van het voertuig. Bij fuseebesturing draaien de gestuurde wielen afzonderlijk om een nagenoeg verticale as, de fuseehartlijn genoemd, die zich in de nabijheid van en naast de wielen bevindt [14](#page=14). #### 2.6.1 Achterwielbesturing Achterwielbesturing vergemakkelijkt het manoeuvreren en wordt daarom toegepast op voertuigen zoals vorkheftrucks en maaidorsers. Het is minder geschikt voor de besturing van zwaar belaste voorassen. Bij het sturen beweegt de achterzijde van het voertuig eerst naar buiten, wat leidt tot een naar binnen gerichte kracht onder de voorwielen. Pas daarna ontstaat onder de achterwielen ook een naar binnen gerichte kracht, wat het voertuig instabiel kan maken, de draaicirkel vergroot en grote stuuruitslagen vereist, met een verhoogd omkantelgevaar [15](#page=15). #### 2.6.2 Voorwielbesturing Voorwielbesturing wordt verkozen bij vooruitrijdende personenauto's vanwege de hoge snelheden en de grote dwarskrachten die optreden in bochten, wat een korte aanspreektijd van het stuursysteem vereist. Bij auto's met achterwielaandrijving zijn de aandrijving en besturing gescheiden, wat resulteert in een eenvoudigere constructie vergeleken met voorwielaandrijving [16](#page=16). #### 2.6.3 Vierwielbesturing Bij vierwielbesturing worden zowel de wielen van de vooras als de achteras gestuurd. Er zijn twee hoofdtypen [16](#page=16): * **Passieve zelfbesturing:** Hierbij stuurt de achteras door gecontroleerde vervorming van wielgeleidingselementen onder invloed van dwarskrachten [16](#page=16). * **Actieve besturing achteras:** Hierbij sturen de achterwielen mee met de voorwielen of tegen de voorwielen in [16](#page=16). ##### 2.6.3.1 Meesturen Bij meesturen worden de achterwielen in dezelfde richting bewogen als de voorwielen. Dit vermindert het giermoment op de wagen bij het uitwijken. Op snelwegen, wanneer de achterwielen onder dezelfde hoek worden verdraaid als de voorwielen, beweegt het voertuig parallel over het wegdek zonder giermoment. Dit vermindert de instabiliteit van het voertuig aanzienlijk tijdens een uitwijkmanoeuvre. Meesturen wordt uitsluitend gebruikt om op hoge snelheden de stabiliteit te verbeteren en de stuurprecisie te verhogen [17](#page=17). ##### 2.6.3.2 Tegensturen Bij tegensturen draaien de achterwielen in de tegengestelde richting van de voorwielen. Dit vergroot het giermoment op het voertuig, maar verkleint de draaicirkel. Dit wordt vaak toegepast bij uitzonderlijk vervoer en bij lange aanhangwagens om toch een relatief kleine draaicirkel te realiseren [18](#page=18). #### 2.6.4 Meerassige besturing Meerassige besturing wordt toegepast bij vrachtwagens en bussen om een kleinere draaicirkel te verkrijgen en een smallere bochtbaanbreedte te realiseren. Trailers met meerdere gestuurde assen maken gebruik van assen die mechanisch of hydraulisch worden aangestuurd [19](#page=19) [20](#page=20). ### 2.7 Mechanisch versus elektronisch stuursysteem #### 2.7.1 Mechanisch stuursysteem Vroeger werden stuursystemen volledig mechanisch uitgevoerd, waarbij de stuurarbeid via scharnierende stangen, hefbomen en tandwieloverbrengingen van het stuurwiel naar de gestuurde wielen werd overgebracht. Tegenwoordig beschikken vrijwel alle voertuigen over stuurbekrachtiging [21](#page=21). #### 2.7.2 Elektronisch sturen ('steer-by-wire') Bij 'steer-by-wire'-systemen is de mechanische verbinding tussen het stuurwiel en de gestuurde wielen verbroken. Het stuurcommando wordt hierbij elektrisch vertaald en elektronisch geregeld. Elk wiel kan individueel gestuurd worden. De huidige wetgeving biedt echter nog geen ruimte voor de toepassing van dergelijke systemen [22](#page=22). --- # Stuurgeometrie en correct sturen Dit gedeelte behandelt de principes van correct sturen, de formule die dit definieert, en de toepassing ervan binnen de Ackermannsturing om een optimale bochtmanoeuvre te realiseren. ### 3.1 Algemene begrippen De stuurinrichting is het mechanisme waarmee de bestuurder de rijrichting van een voertuig kan veranderen. Deze cursus focust specifiek op de stuurgeometrie die deze bewuste besturing behelst. Er bestaan diverse vormen van besturing, waaronder die door de bestuurder, aanhangersturing, zelfsturing door koppeloverdracht (torque steering), zelfsturing door krachten op de bovenbouw, onderstuur en overstuur, zelfsturing bij in- en uitveren (bump steering), en besturing door leunen of hangen in de bocht [23](#page=23) [24](#page=24). ### 3.2 Correct sturen #### 3.2.1 Definitie van correct sturen Correct sturen wordt gedefinieerd als de situatie waarin de normaalvlakken van alle wielen samenkomen in één lijn. Deze lijn staat loodrecht op het wegdek en snijdt in het draaipunt van de bocht [26](#page=26) [27](#page=27). #### 3.2.2 Formule voor correct sturen Om de relatie tussen de wieluitslagen en voertuigafmetingen te beschrijven bij correct sturen, wordt gebruik gemaakt van goniometrische relaties. Beschouw een tweewielige sturing met de volgende definities [27](#page=27): * $\alpha$: de inslaghoek van het buitenwiel [27](#page=27). * $\beta$: de inslaghoek van het binnenwiel [27](#page=27). * $s$: de fuseebasis (afstand tussen de draaipunten van de fusees) [27](#page=27). * $l$: de wielbasis (afstand tussen de voor- en achteras) [27](#page=27). Vanuit geometrische overwegingen met de driehoeken $\Delta OAX$ en $\Delta OBY$, waar $O$ het draaipunt is, vinden we de volgende relaties [27](#page=27): * $OX = l \cot(\alpha)$ * $OY = l \cot(\beta)$ Het verschil tussen $OX$ en $OY$ is gelijk aan de fuseebasis $s$: $l \cot(\alpha) - l \cot(\beta) = s$ Hieruit volgt de **formule voor correct sturen**: $$ \cot(\alpha) - \cot(\beta) = \frac{s}{l} $$ #### 3.2.3 Andere betrekkingen bij correct sturen * **$\beta$ in functie van $\alpha$**: Indien de voertuigafmetingen $s$ en $l$ bekend zijn, kan de inslaghoek van het binnenwiel ($\beta$) berekend worden voor elke inslaghoek van het buitenwiel ($\alpha$) met de volgende formule: $$ \cot(\beta) = \cot(\alpha) - \frac{s}{l} $$ Dit betekent dat $\beta = \text{arccot}\left(\cot(\alpha) - \frac{s}{l}\right)$ [28](#page=28). * **De draaistraal $R_\alpha$ in functie van de voertuigafmetingen**: De draaistraal bepaalt de minimum draaicirkel van een voertuig [28](#page=28). $$ R_\alpha = \frac{l}{\sin(\alpha)} + e $$ Hierbij is $e$ de afstand van de fusee tot de buitenkant van het wiel [28](#page=28). **Voorbeeld**: Een wagen met een wielbasis van 2,7 m en een maximale wieluitslag van het buitenwiel van 30°. De afstand van de fusee tot de buitenkant van het wiel is 25 cm (0,25 m). De draaistraal is: $R_\alpha = \frac{2,7 \text{ m}}{\sin(30^\circ)} + 0,25 \text{ m} = \frac{2,7}{0,5} + 0,25 = 5,4 + 0,25 = 5,65 \text{ m}$ [28](#page=28). De minimum draaicirkel is dan $2 \times R_\alpha = 2 \times 5,65 \text{ m} = 11,3 \text{ m}$ [28](#page=28). #### 3.2.4 Uitspoor in de bocht bij correct sturen Bij het nemen van een bocht, zullen de voorwielen een zekere mate van uitspoor vertonen. Dit uitspoor is het hoekverschil tussen de twee voorwielen. De grootte van dit uitspoor in de bocht, ook wel voorloophoek genoemd, is gelijk aan [29](#page=29): $$ \Delta = \alpha - \beta $$ > **Tip**: Bij correct sturen liggen de snijpunten van de verlengingen van de wielassen ($Z$) voor elke wieluitslag op een rechte lijn, bekend als de "rechte van Kamm" [39](#page=39). ### 3.3 Ackermannsturing #### 3.3.1 Principe van het stuurtrapezium De Ackermannsturing is een stuursysteem dat ontwikkeld is om de principes van correct sturen zo goed mogelijk te benaderen in de praktijk. Het stuursysteem wordt ook wel het "stuurtrapezium" genoemd [30](#page=30) [35](#page=35). Het fuseestuk, ook wel bekend als 'steering knuckle' in het Engels, bestaat uit de fuseearm en de wielas of wielnaaf die één geheel vormen. Bij een voertuig met achterwielaandrijving (RWD) is dit een fusee-as, terwijl het bij voorwielaangedreven voertuigen (FWD) een fuseenaaf is [31](#page=31) [35](#page=35). #### 3.3.2 Uitspoor in de bocht bij Ackermann Ook bij de Ackermannsturing vertonen de voorwielen uitspoor wanneer een bocht wordt genomen. Dit uitspoor is het hoekverschil tussen de twee voorwielen. De grootte van het uitspoor in de bocht wordt, net als bij correct sturen, uitgedrukt als [36](#page=36): $$ \Delta = \alpha - \beta $$ #### 3.3.3 De Ackermann stuurinrichting Bij de Ackermann stuurinrichting is er sprake van een "fout" op het binnenwiel. Er is idealiter slechts één correct punt S, wat overeenkomt met een kleine stuurhoek. Dit wordt vaak geassocieerd met snel rijden. De elasticiteit van de banden vangt de kleine afwijkingen die hierdoor ontstaan op [40](#page=40). > **Tip**: De Ackermannsturing streeft ernaar de ideale bochtstraal te benaderen, maar in de praktijk zullen er kleine afwijkingen zijn, vooral bij grotere stuurhoeken. De bandenelasticiteit speelt een cruciale rol in het compenseren van deze afwijkingen [40](#page=40). ### 3.4 Goniometrisch verband tussen correct sturen en Ackermann Het doel van de goniometrische analyse is om het verschil grafisch aan te tonen tussen het concept van "correct sturen" (de rechte van Kamm) en de "werkelijke stuurinrichting van Ackermann" (de foutkromme van Ackermann) [37](#page=37). #### 3.4.1 Correct sturen Bij correct sturen liggen de snijpunten $Z$ van de wielassen, voor elke mogelijke wieluitslag, op de rechte van Kamm. Dit is de theoretische ideale situatie [38](#page=38) [39](#page=39). #### 3.4.2 De Ackermann stuurinrichting In de Ackermann stuurinrichting is er sprake van een afwijking, met name op het binnenwiel. Slechts bij een kleine stuurhoek, zoals bij snel rijden, kan de situatie als "correct" worden beschouwd (punt S). De elasticiteit van de banden is essentieel om de kleine afwijkingen die hieruit voortkomen op te vangen [40](#page=40). --- # Constructie van de stuurinrichting Dit deel behandelt de mechanische opbouw en diverse componenten van stuurinrichtingen, inclusief directe en indirecte besturing, verschillende stangenstelsels, fuseepen- en fuseekogelverbindingen, de spoorstangkogel en diverse typen stuurhuizen [45](#page=45). ### 4.1 Basisconstructie van de stuurinrichting Voor de overdracht van stuurbewegingen zijn meerdere onderdelen vereist [45](#page=45). ### 4.2 Directe en indirecte besturing Het onderscheid tussen directe en indirecte besturing ligt in het stuurhuis en de overbrenging van dit huis naar de spoorstangarmen [46](#page=46). #### 4.2.1 Directe besturing Bij directe besturing wordt de roterende beweging van de stuuras in het stuurhuis omgezet naar een rechtlijnige beweging, doorgaans middels een rondsel en een tandheugel. De tandheugel brengt deze beweging via de spoorstangen over op de spoorstangarmen, waarbij kogelgewrichten voor de nodige scharnierwerking zorgen [46](#page=46). **Eigenschappen van directe besturing:** * Eenvoudige en lichte constructie [47](#page=47). * Geringe slijtage door weinig draaipunten [47](#page=47). * Snelle reactie op stuurbewegingen [47](#page=47). * Relatief zwaar sturen [47](#page=47). * Directe overdracht van stoten en trillingen van de voorwielen naar het stuurwiel [47](#page=47). #### 4.2.2 Indirecte besturing Bij indirecte besturing is het stuurwiel via de stuuras verbonden met het stuurhuis, waar de roterende beweging wordt vertraagd overgebracht. De uitgaande as van het stuurhuis is voorzien van een Pitman-arm, die een cirkelvormige beweging uitvoert. Middels een stangenstelsel en een hulppitman-arm wordt deze beweging omgezet naar een min of meer rechtlijnige beweging van de spoorstangen. Indirecte besturing kenmerkt zich door een grotere vertraging, wat resulteert in een tragere reactie op stuurbewegingen [48](#page=48) [49](#page=49). **Eigenschappen van indirecte besturing:** * Relatief lichte besturing door de grote vertraging [50](#page=50). * Minder trillingen in het stuurwiel dankzij het dempende effect van de overbrengingsonderdelen [50](#page=50). * Geen snelle reacties mogelijk door de grote vertraging [50](#page=50). * Zware, ingewikkelde en kwetsbare constructie [50](#page=50). * Gevoelig voor slijtage door het grote aantal scharnierpunten en bewegende delen [50](#page=50). ### 4.3 Stangenstelsel van de stuurinrichting Spoorstangen zijn essentieel voor de overdracht van de stuurbeweging van het stuurhuis naar de voorwielen. Afhankelijk van de voorasconstructie worden bij starre assen ongedeelde spoorstangen toegepast, en bij onafhankelijke wielophanging twee- of driedelige spoorstangen [51](#page=51). #### Ongedeelde spoorstang met Pitmanarm Dit is het meest eenvoudige stangenstelsel en vereist drie draaipunten. Ongedeelde spoorstangen worden enkel toegepast bij starre assen, waarbij de afstand tussen fuseepennen of fuseekogels niet varieert [51](#page=51). #### Tweedelige spoorstang met Pitmanarm Tweedelige spoorstangen kunnen in het midden of zijdelings gedeeld zijn. Ze zijn noodzakelijk bij voertuigen met onafhankelijke wielophanging, aangezien de bestuurde wielen onafhankelijk kunnen inveren, wat de zelfstuurbewegingen tijdens het inveren vermindert [52](#page=52). #### Tweedelige spoorstang met tandheugel Deze constructie wordt zeer frequent toegepast. Het stangenstelsel wordt bediend door de tandheugel van een tandheugelstuurhuis. Er zijn twee uitvoeringen mogelijk: de tandheugel vormt een deel van de spoorstang, of de tandheugel bedient rechtstreeks de gedeelde spoorstang [53](#page=53) [54](#page=54). #### Driedelige spoorstang met Pitmanarm Een driedelige spoorstang, met de benodigde hulppitmanarm, biedt nog meer comfort. Het voordeel van deze constructie, ondanks de hogere kosten, is dat inverende wielen geen stuurbewegingen veroorzaken, wat resulteert in nauwkeurige wielgeleiding [55](#page=55). #### Stuurdemper Een stuurdemper kan bij alle uitvoeringen van de stuurinrichting worden toegepast. Stuurdempers zijn schokdempers met een enkele buis, ontworpen om onrustige besturing te voorkomen en fladderen van de wielen tegen te gaan [56](#page=56). ### 4.4 De fuseepen- of fuseekogelverbinding #### De fuseepen De fuseepen was de voorganger van de fuseekogel bij motorvoertuigen en wordt tegenwoordig voornamelijk toegepast bij bedrijfswagens en sommige terreinwagens met een starre vooras, waar de spoorstangafstand constant blijft. Fuseepennen zijn niet onderhoudsvrij en vereisen regelmatige smering via een smeernippel [57](#page=57). #### De fuseekogel Bij personenwagens worden voornamelijk kogelverbindingen gebruikt. Deze maken het mogelijk dat onderdelen van het stangenstelsel om de hartlijn van de kogelverbinding kunnen draaien en beperkte kantelbewegingen haaks op deze lijn kunnen maken. De kogelbout is gelagerd tussen stalen of kunststof schotels met een smeermiddel. Een manchet voorkomt verlies van het smeermiddel. Kogelverbindingen zijn onderhoudsvrij en dienen bij beschadiging van de manchet vervangen te worden [58](#page=58). ### 4.5 De spoorstangkogel De spoorstangkogel, ook wel stuurkogel genoemd, faciliteert de scharnierende beweging tussen de spoorstang en de koppelstang. De opbouw is vergelijkbaar met die van een fuseekogel [60](#page=60). ### 4.6 Het stuurhuis #### 4.6.1 Functies van het stuurhuis Het stuurhuis heeft als primaire taken het omzetten van de draaibewegingen van het stuurwiel naar een zwaaibeweging van de Pitman-arm of een heen en weer gaande beweging van de tandheugel. Tevens verkleint het stuurhuis de benodigde stuurkracht door middel van een overbrenging van 14:1 tot 22:1. Bij een overbrenging tussen 14:1 en 18:1 is stuurbekrachtiging noodzakelijk. Verder dient het stuurhuis het stuurwiel te beschermen tegen storende krachten van de voorwielen [61](#page=61). #### 4.6.2 De reductie van het stuurhuis De reductie of overbrengingsverhouding $i$ van een stuurhuis is de verhouding tussen de hoekverdraaiing van het stuurwiel $\alpha_1$ (in graden) en de uitslag van de wielen $\alpha_2$ (in graden) [62](#page=62): $$i = \frac{\alpha_1}{\alpha_2}$$ Deze formule geldt enkel bij een groot uitslagbereik en een lineaire overbrenging [62](#page=62). * **Lineaire overbrenging:** De verhouding tussen de stuurwielverdraaiing en de wieluitslag is constant over het gehele bereik [62](#page=62). * **Progressieve overbrenging:** De verhouding is variabel; de wielen worden met toenemende stuuruitslag sneller verdraaid [62](#page=62). #### 4.6.3 Stuurhuizen met draaibeweging ##### Stuurhuis met schroef en moer Dit type stuurhuis maakt een beweging van de Pitman-arm tot 90° mogelijk. Het kent relatief veel slijtage door wrijving en de speling van de stuurmoer is niet afstelbaar. De overbrenging is lineair [63](#page=63). ##### Stuurhuis met kogelkringloop Vanwege de wrijving in stuurhuizen met schroef en moer zijn stuurhuizen met rollende wrijving ontwikkeld. Bij dit type hebben de stuurschroef en kogelmoer een kogelloopbaan. De schroefdraad van de schroef dient als loopbaan voor de kogels. De stuurschroef draait kogels rond in gesloten circuits, die via kogelgeleidingen worden teruggevoerd. Een tandsector, die in de vertanding van de kogelmoer grijpt, beweegt de Pitman-arm. Voordelen zijn nagenoeg geen slijtage en een afstelbare axiale speling. De overbrenging is lineair en dit type wordt toegepast op terreinvoertuigen en vrachtwagens [64](#page=64) [65](#page=65). #### 4.6.4 Stuurhuis met wormoverbrenging Stuurhuizen met wormoverbrenging kunnen zijn uitgevoerd met een tandsector, een rol of een nok, en bieden grote reducties tot 22:1 [66](#page=66). ##### Stuurhuis met worm en tandsector Een cilindrische worm zorgt ervoor dat een tandsector een zwaaibeweging maakt. De Pitman-arm is hiermee verbonden en kan tot 70° zwaaien. Een nadeel is de sterke slijtage door glijdende wrijving, en het stuurhuis vereist veel kracht van de bestuurder. De overbrenging is lineair [66](#page=66). ##### Stuurhuis met worm en rol In plaats van een tandsector heeft dit stuurhuis een getande rol. De worm is globoïde van vorm, waardoor de rol een draaibeweging kan uitvoeren. De Pitman-arm maakt hierdoor een zwaaibeweging van 90°. Voordelen zijn geringe slijtage, lichte bediening, en compacte inbouwruimte. Het stuurhuis is afstelbaar en volledig spelingsvrij bij rechtuitrijden. Dit type wordt toegepast bij voertuigen als de Land Rover Defender 110 SW [68](#page=68) [69](#page=69). ##### Stuurhuis met worm en nok Dit stuurhuis bezit een cilindrische worm met variabele spoed. Een kegelvormige nok rolt af op de flanken van de worm, waardoor de nok verschuift en de Pitman-as een zwaaibeweging maakt. De voordelen zijn geringe slijtage en lichte bediening. De speling van de worm en Pitman-as, evenals de speling tussen nok en worm, zijn afstelbaar [70](#page=70). #### 4.6.5 Stuurhuis met schuifbeweging ##### Tandheugelstuurhuis met constante tandsteek In dit stuurhuis grijpt een rondsel met schuine vertanding in een tandheugel. Het verdraaien van het stuurwiel zorgt ervoor dat het rondsel draait en de tandheugel haaks op de rijrichting wordt verschoven, wat de beweging overbrengt op de spoorstangen. Een veerbelast drukstuk drukt de tandheugel tegen het rondsel, wat zorgt voor een spelingsvrij stuurhuis. De wrijving tussen het drukstuk en de tandheugel dempt stoten naar het stuurwiel. Voordelen zijn de vlakke constructie, directe overbrenging, goede terugkeereigenschappen en economische productie. Dit type wordt veel toegepast bij voertuigen met voorwielaandrijving. De overbrenging is lineair [71](#page=71) [72](#page=72). ##### Tandheugelstuurhuis met variabele tandsteek De basisconstructie en voordelen komen overeen met die van een tandheugelstuurhuis met constante tandsteek. Bij een variabele tandsteek wordt de tandsteek $s$ kleiner vanaf het midden ($s_1$) naar de uiteinden ($s_2$). In het midden resulteert dit in een grote tandheugeluitslag per stuurwielomwenteling, en dus ook een grote wieluitslag. Aan de uiteinden is de tandheugeluitslag per omwenteling kleiner, wat een kleinere wieluitslag geeft. Dit vergemakkelijkt parkeermanoeuvres [73](#page=73). --- # Vierwielbesturing en stuurgedrag Dit gedeelte behandelt de principes van voertuigstuurgedrag, waaronder de dynamische reacties zoals over- en onderstuur, en verkent de implementatie en voordelen van vierwielbesturingssystemen bij verschillende fabrikanten. ### 5.1 Stuurgedrag Het stuurgedrag van een voertuig wordt beïnvloed door de verdeling van de centrifugaalkracht over de voor- en achteras, die in het zwaartepunt aangrijpt. Dit kan leiden tot een afwijking van de gewenste rijrichting en slip, welke deels gecompenseerd kan worden door tegensturing. De drifthoek is de hoek tussen de gestuurde rijrichting en de werkelijke rijrichting [41](#page=41) [42](#page=42). #### 5.1.1 Overstuur Bij overstuur is de drifthoek aan de achterzijde groter dan aan de voorzijde. Als de stuuruitslag niet wordt verminderd, zal het voertuig achteraan uitbreken [42](#page=42). #### 5.1.2 Onderstuur Onderstuur kenmerkt zich door een kleinere drifthoek aan de achterzijde dan aan de voorzijde. Dit komt vooral voor bij voertuigen met de motor voorin [43](#page=43). #### 5.1.3 Neutraal stuurgedrag Neutraal stuurgedrag treedt op wanneer de drifthoeken voor en achter gelijk zijn, wat vaak geassocieerd wordt met een zwaartepunt dat zich meer in het midden van het voertuig bevindt [43](#page=43). #### 5.1.4 Invloed op onder- en overstuur Verschillende technische aanpassingen kunnen het onder- of overstuurgedrag beïnvloeden: | Aanpassing | Meer onderstuur | Meer overstuur | | :-------------------------- | :-------------- | :------------- | | Bandenspanning voor | Lager | Hoger | | Bandenspanning achter | Hoger | Lager | | Breedte band voor | Smaller | Breder | | Breedte band achter | Breder | Smaller | | Spoorbreedte voor | Kleiner | Groter | | Spoorbreedte achter | Groter | Kleiner | | Camber voor | Meer positief | Meer negatief | | Camber achter | Meer negatief | Meer positief | | Veren voor | Stugger / sterker | Slapper | | Veren achter | Slapper | Stugger / sterker | | Stabilisatorstang voor | Dikker / stugger | Dunner / slapper | | Stabilisatorstang achter | Dunner / slapper | Dikker / stugger | | Gewichtsverdeling | Meer voor | Meer achter | | Wiellastvariatie voor | Groter | Kleiner | | Wiellastvariatie achter | Kleiner | Groter | ### 5.2 Vierwielbesturing Vierwielbesturingssystemen verbeteren de bestuurbaarheid en stabiliteit van voertuigen door de achterwielen mee te laten sturen. #### 5.2.1 Renault 4control system Het Active Drive-chassis van Renault, uitgerust met het 4control systeem, biedt verbeterde bestuurbaarheid en stabiliteit [74](#page=74). * **Onder 60 km/u:** De achterwielen draaien in tegengestelde richting van de voorwielen, wat de bestuurbaarheid verbetert door een kleinere draaicirkel en directer sturen met kleinere wielhoeken [74](#page=74). * **Boven 60 km/u:** De achterwielen draaien in dezelfde richting als de voorwielen. Dit vergroot de stabiliteit door de centrifugale kracht die de achteras naar buiten wil duwen in bochten te neutraliseren, waardoor dwarskrachten op de achteras en de kans op overstuur verminderen. Hierdoor wordt de bochtradius groter, wat de bocht minder scherp maakt [75](#page=75) [76](#page=76). Het 4-wielbesturingssysteem van Renault bestaat uit een rekeneenheid, een elektrische actuator, een dwarsstang met overbrengingsstangen en kogeldraaipunten, en een fusee. De componenten zijn geïntegreerd in de achteras [77](#page=77). #### 5.2.2 BMW Integral Active Steering (5-reeks, 2009) BMW's Integral Active Steering, een optie voor de 5-reeks, combineert stuurinrichting met variabele overbrengingsverhouding met een meesturende achteras. Via een elektromotor kunnen de achterwielen tot 2,5 graden meedraaien [78](#page=78). * **Van 0 tot 60 km/u:** De achterwielen draaien tegengesteld aan de voorwielen om de wendbaarheid te vergroten, wat de draaicirkel met 0,5 meter verkleint [78](#page=78). * **Boven 60 km/u:** De achterwielen draaien in dezelfde richting als de voorwielen voor betere stabiliteit in bochten bij hogere snelheden [78](#page=78). #### 5.2.3 Mercedes S-CLASS en andere systemen . Er zijn ook vierwielbesturingssystemen toegepast in de Mercedes S-CLASS Mercedes Vito taxi, en de Nissan Pivo Concept. De exacte specificaties en werkingsprincipes van deze systemen worden nader onderzocht in de bijbehorende bronnen [79](#page=79) [80](#page=80). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Stuurinrichting | Het systeem in een voertuig dat de bestuurder in staat stelt de rijrichting bewust te veranderen door de stand van de wielen aan te passen. Het doel is om een stabiele en gecontroleerde koers te behouden, waarbij de krachten tussen band en wegdek voelbaar zijn voor de bestuurder. | | Spoorkrachten | De krachten die ontstaan tussen het bandenoppervlak en het wegdek wanneer een voertuig stuurt. Deze krachten zijn essentieel voor het bepalen van de koersverandering, maar de relatie hiertussen en de stuuruitslag is niet lineair. | | Zelfbesturing (of Torque Steering) | Een vorm van besturing waarbij het voertuig zichzelf stuurt, vaak door een verschil in aandrijfkrachten (koppel) tussen de linker en rechter aandrijfwielen of rupsbanden. Dit kan leiden tot zeer scherpe bochten of zelfs het ter plaatse draaien van het voertuig. | | Bump steering | Zelfsturing van een besturde as die wordt veroorzaakt door het inveren of uitveren van de wielophanging. De wieluitslag verandert dan ongewild als gevolg van de beweging van de veer. | | Fuseebesturing | Een stuursysteem waarbij elk gestuurd wiel afzonderlijk draait om een nagenoeg verticale as, de fuseehartlijn genoemd. Dit is de standaard voor vierwielige voertuigen vanwege stabiliteit en ruimte. | | Fuseehartlijn | De denkbeeldige, nagenoeg verticale as waaromheen een gestuurd wiel draait bij fuseebesturing. | | Ackermannsturing | Een stuursysteem dat is ontworpen om het principe van correct sturen zo goed mogelijk te benaderen, waarbij de voorwielen in bochten een lichte hoekafwijking vertonen (uitspoor) om zuiver te rollen. Dit wordt gerealiseerd met een stuurtrapezium. | | Stuurtrapezium | Een mechanische verbinding tussen de stuurkolom en de voorwielen, bestaande uit een vierhoekige constructie met stangen, die zorgt voor de Ackermann kinematica om correct sturen te benaderen. | | Uitspoor in de bocht | Het hoekverschil tussen de linker en rechter voorwielen wanneer deze in een bocht sturen. Bij correct sturen en Ackermannsturing is er een positief uitspoor, waarbij het buitenwiel een grotere inslaghoek heeft dan het binnenwiel. | | Stuurhuis | Het centrale onderdeel van de stuurinrichting dat de roterende beweging van het stuurwiel omzet in een beweging die de wielen stuurt, hetzij een zwaaibeweging (Pitmanarm) of een rechtlijnige beweging (tandheugel). | | Tandheugelstuurhuis | Een type stuurhuis waarbij een rondsel, verbonden met de stuurkolom, in een tandheugel grijpt. De beweging van de tandheugel stuurt de wielen rechtlijnig. Dit systeem is compact en direct. | | Wormoverbrenging stuurhuis | Een stuurhuis dat een wormschroef gebruikt om een tandheugel, rol of nok aan te drijven, wat resulteert in een draaibeweging die de wielen stuurt. Diverse uitvoeringen (met tandsector, rol, nok) bieden verschillende eigenschappen zoals reductie en slijtage. | | Stuurgedrag | De manier waarop een voertuig reageert op stuuringangen, met name in bochten. Dit wordt beïnvloed door factoren zoals de drifthoek, zwaartepuntligging en bandenspanning, wat leidt tot overstuur, onderstuur of neutraal stuurgedrag. | | Overstuur | Een stuurgedrag waarbij de drifthoek van de achterwielen groter is dan die van de voorwielen. Dit kan leiden tot het uitbreken van de achterkant van het voertuig, wat het voertuig potentieel instabiel maakt. | | Onderstuur | Een stuurgedrag waarbij de drifthoek van de voorwielen groter is dan die van de achterwielen. Het voertuig neigt dan naar de buitenkant van de bocht te duwen, wat het moeilijker maakt om de gewenste bocht te nemen. | | Drifthoek (Sliphoek) | De hoek tussen de gestuurde rijrichting van een wiel en de werkelijke rijrichting van het voertuig. Een sliphoek is noodzakelijk om stuurkrachten over te brengen, maar te grote hoeken leiden tot slip en verlies van grip. | | Vierwielbesturing | Een systeem waarbij zowel de voorwielen als de achterwielen van een voertuig gestuurd kunnen worden. Dit verbetert de manoeuvreerbaarheid bij lage snelheden (tegengestelde richting) en de stabiliteit bij hoge snelheden (zelfde richting). |