هندسة توجيه أكرمان

هندسة توجيه أكرمان (وتسمى أيضًا شبه منحرف توجيه أكرمان ) ^{[ 1 ]} هي ترتيب هندسي للوصلات في توجيه السيارة أو أي مركبة أخرى مصممة لحل مشكلة العجلات الموجودة داخل وخارج المنعطف والتي تحتاج إلى رسم دوائر ذات أنصاف أقطار مختلفة .

اخترعها صانع العربات الألماني جورج لانكنسبرغر في ميونيخ عام 1816، ثم حصل وكيله في إنجلترا، رودولف أكرمان (1764-1834)، على براءة اختراعها عام 1818 للعربات التي تجرها الخيول. ويُحتمل أن يكون لإيراسموس داروين ادعاء سابق كمخترع يعود تاريخه إلى عام 1758. ^{[ 2 ]} وقد ابتكر نظام التوجيه هذا بعد إصابته عندما انقلبت عربة.

الشرط الأول لأي هندسة توجيه هو تجنب انزلاق الإطارات جانبيًا عند الانعطاف. ^{[ 3 ]} الحل الهندسي لذلك هو ترتيب محاور جميع العجلات على شكل أنصاف أقطار دوائر ذات مركز مشترك. ولأن العجلات الخلفية ثابتة، يجب أن يقع هذا المركز على خط ممتد من المحور الخلفي، وعندما يتقاطع محور إحدى العجلات الأمامية مع هذا الخط، يجب أن يتقاطع محور العجلة الأخرى أيضًا. تُحقق العربة اليدوية أو العربة ذات الأربع عجلات، التي تُثبت محاورها الأمامية على عارضة صلبة ذات محور ارتكاز مركزي، هذا الشرط بسهولة، لكنها تتطلب جهدًا كبيرًا في التوجيه نظرًا لحركة العجلات الأمامية والخلفية، وتتأثر بشدة بتغيرات سطح الطريق.

بدلاً من نظام التوجيه "الدوار" السابق، يمنح تصميم أكرمان كل محور للعجلة الأمامية حاملًا محوريًا خاصًا به (يُسمى هذا المحور في المحاور الصلبة "المحور الرئيسي"، بينما قد يكون في أنظمة التعليق الأكثر تعقيدًا محورين منفصلين علوي وسفلي)، بالقرب من محوره. على الرغم من تعقيد هذا التصميم، إلا أنه يُحسّن التحكم بتقليل حركة العجلات الأمامية والخلفية. في الوضع الأمثل، يُحاذى المحور الرئيسي بحيث يتطابق خطه المركزي، الممتد إلى الأرض، مع مركز عجلة الطريق عند نقطة تلامسها مع الأرض، مما يُزيل إلى حد كبير "تأثير المطبات على التوجيه" (حيث يؤدي اصطدام إحدى العجلات بمطب إلى تحرك التوجيه بعنف - وهي مشكلة رئيسية في عربات النقل السريعة ذات نظام التوجيه الدوار). تحتوي حوامل المحاور على أذرع توجيه، والوصلة بينها تُعرف باسم قضيب الربط أو قضيب التوجيه، والذي يُحرّك من جانب إلى آخر لتوجيه المركبة. يُشكّل الترتيب الكامل للمحور وأذرع التوجيه وقضيب الربط شكل شبه منحرف عندما تكون العجلات في وضع مستقيم (انظر الصورة). عند تدوير العجلات، تدور العجلة الداخلية مسافة أبعد من العجلة الخارجية. ^{[ 3 ]}

يمكن الحصول على تقريب بسيط لهندسة توجيه أكرمان المثالية عن طريق تحريك نقاط ارتكاز ذراع التوجيه نحو الداخل بحيث تقع على خط مرسوم بين محاور التوجيه الرئيسية ، وهي نقاط ارتكاز حامل المحور، ومركز المحور الخلفي. ^{[ 3 ]} وترتبط نقاط ارتكاز ذراع التوجيه بقضيب صلب يُسمى قضيب الربط . في حالة توجيه أكرمان المثالي، عند أي زاوية توجيه، تقع نقطة مركز جميع الدوائر التي ترسمها جميع العجلات في نقطة مشتركة.

لا تستخدم السيارات الحديثة نظام توجيه أكرمان الخالص ، ويعود ذلك جزئيًا إلى تجاهله للتأثيرات الديناميكية والميكانيكية المهمة، إلا أن هذا المبدأ سليم للمناورات منخفضة السرعة. تستخدم بعض سيارات السباق هندسة أكرمان العكسية للتعويض عن الفرق الكبير في زاوية الانزلاق بين الإطارات الأمامية الداخلية والخارجية أثناء الانعطاف بسرعات عالية. يساعد استخدام هذه الهندسة على خفض درجة حرارة الإطارات أثناء الانعطاف بسرعات عالية، ولكنه يؤثر سلبًا على الأداء في المناورات منخفضة السرعة. ^{[ 4 ]}

يتحقق شرط أكرمان لقطار المركبات عندما يشير كل من محور عجلة المركبة ومحور عجلة المقطورة إلى مركز الدوران النظري (مركز الزخم). ^{[ 5 ]}

• مجموعة المحور الأمامي

• ورقة بحثية تقنية لعام 2002 حول تصميم وصلة توجيه أكرمان
• أكرمان؟ أم لا؟ هل يهم ذلك؟
• أكرمان الحقيقي وأكرمان المُولّد ديناميكيًا
• خطأ شائع في تركيب قضيب التوجيه في سيارات فورد القديمة عند تركيبه أمام المحور. مؤرشف بتاريخ ٢٨ يوليو ٢٠١٤ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• المشاكل التي قد تكون ناجمة عن زيادة أو نقص في معامل أكرمان. مؤرشف بتاريخ 13 يناير 2020 في أرشيف الإنترنت.
• نظام توجيه أكرمان ومسارات السباق الدائرية (البيضاوية)، بما في ذلك تأثير انحراف العجلات للخارج عند تضمين هندسة توجيه أكرمان واستخدامها في السباقات
• متحف داروين، منزل إيراسموس داروين، ليتشفيلد، المملكة المتحدة. صفحة داروين
• مفهوم أكرمان المستخدم في دراجة ياماها ثلاثية العجلات النارية، نيكن
• شرح عملية ضبط زوايا العجلات