目に見える技術: 車のドア

以前は意味がなくなってしまったよく使われるフレーズがたくさんあります。 たとえば、「電気をつけて」という用語を使用したことがあります。 実際に何を回しているのですか？ これはどこから来たのでしょうか? 古いガス灯には、物理​​的に回すバルブがあり、そのフレーズが単に残りました。 90 年代の子供たちは、なぜ電話番号を「ダイヤル」するのか分かりません。 「車の窓を開ける」はどうでしょうか？ 手動ロックやクランクで窓を巻き上げる旧式の車のドアにはあまり遭遇しません。 最近はすべて電子化されています。 しかし、そこで何が起こっているのか考えたことはありますか?

車のドアについて、どのようにして安全が保たれるのか、またガラス板がどのように所定の位置にスライドして風、雨、騒音を遮断するのかを見てみましょう。 もちろん、スーサイドドアやセクシーだが実用的ではないガルウィングドアなど、派手な車のドアもあります。 少なくとも 1 台のコンセプトカーには、開くと車両の下に隠れるドアが付いています。 以下のビデオをご覧ください。 しかし、庭にあるようなドアですら、機械工学の驚異です。 安全で、ほぼ信頼性の高いコンパクトな構造。 彼らがそれをどのように行うかを見てみましょう。

考えてみると、私たちが構築する非常に多くのものは、何かを別のものに変換します。 たとえば、動きに対するエネルギー。 または、あるタイプのモーションから別のタイプのモーションへ。 車のドア機構も例外ではありません。 もちろん、ロック アクチュエータとウィンドウ アクチュエータは両方とも、電気コマンドをある種の物理的な動きに変換します。 しかし、限られた空間で適切な身体動作を得るという問題もあります。

ほとんどの車のドアの興味深い点の 1 つは、ロックが安全である必要がある一方で、開けるためのさまざまな方法が用意されていることです。 通常、電子制御だけでは不十分です。多くの場合、手動で車のロックを解除する方法があります。 また、乗員が閉じ込められるのを避けるために、電源がなくても内側からドアを操作できなければなりません。 ボクスターや一部のロータスなどの一部の車には、電源がなければ車のロックを解除する明確な方法がありません。 これらの車には通常、緊急用の隠し鍵穴や、一時的にシステムの電源を入れて車両のロックを解除できる一連の隠し端末が備えられています。

車のパワーロックを制御するモーターはアクチュエーターとして知られています。 通常パワーロックを備えていない車両であっても、ほとんどの車両に適合するように作成できるユニバーサル アクチュエーターを入手できます。 ドアのラッチは複数のソースから操作できる必要があるため、通常、アクチュエーターはロッドを駆動し、そのロッドは窓の近くに表示されることが多いため、手動で操作することもできます。 ロッドはラッチ機構を係合および解除し、係合が解除されるとドアを開けることができなくなります。 実際、ロッドが外れてラッチが閉じていると、ドアが開いていても閉めることができなくなることがよくあります。

一般的なアクチュエータは、回転する単純な電気モーターです。 もちろん、別の動きが必要になるため、ギアはモーターの速度を落としてトルクを増大させるだけでなく、ラックアンドピニオンギアは回転を直線運動に変換します。 通常、モーターと乗員が制御を巡って争うことは望ましくないため、手動の動きをモーターに伝えないクラッチが使用されることがよくあります。 モーターは瞬間的にしか作動しません。 一部の車にはフィードバックがあり、何か問題が発生した場合に数回試行します。

電気モーターは騒音が大きく、故障しやすいため、古い車では真空ポンプを使用して空気を吸引または送風してドアを操作していました。 たとえば、メルセデスは 2003 年頃までエア式ドアロックを使用していました。

Windows では通常、手動制御が必要ないため、少し簡単です。 ただし、特別な懸念事項がいくつかあります。 たとえば、窓が完全に水平を保っていることに気付いたことがありますか? さらに、セキュリティ上の理由から、窓を強制的に下げることはほとんど不可能であるはずです。 これはウォームギアを使用して処理されることがよくあります。 ウォーム ギアと平ギアの間の接触角により、ウォーム ギアは平ギアを回転させることができますが、ギアの歯間の摩擦によりその逆は回転できません。

窓は上下に移動する必要があるため、どちらの方向にもモーターを動作させることができる H ブリッジのような配線があります。 洗練されたコントローラーを備えた車の場合、おそらく H ブリッジが使用されており、ウィンドウのボタンはコンピューターへの単なる入力にすぎません。 しかし、基本的な自動車には、運転手または乗客がウィンドウモーターをどちらの方向にも回転させるための配線が備わっているだけの場合もあります。

非常に古い車は実際に窓を操作するために油圧システムを使用していました。 これには動力を使わずにウィンドウを下げることができるという利点がありましたが、再びウィンドウを上げるにはポンプを作動させるための電力が必要でした。 しかし、油圧リフトはずっと前に人気がなくなり、電気モーターが主流になりました。

実際の機械部品は、いくつかの異なる構成をとることができます。 ダイレクトドライブの場合は、ハサミのような機構か、歯のある単一アームのいずれかになります。 これらの構成は両方とも、張力を維持するためにスプリングを使用することがよくあります。

現代の車の多くは、リールに細いスチールケーブルを使用しています。 ケーブルを繰り出すか巻き上げると、ウィンドウの底にあるローラーが上下に移動します。 スプロケット穴付きの厚いプラスチック テープも、一部のシステムでは同様の機能を果たします。 これらは総称してレギュレーターとして知られています。 パワーロックと同様に、あらゆるパワーウィンドウシステムを修理したり、以前はパワーウィンドウがなかった場所にパワーウィンドウを追加したりできるユニバーサルレギュレーターを見つけることができます。 ただし、ご想像のとおり、これらは比較的単純なドアロックよりも複雑で高価です。

これは、おそらく年間何百回も車のドアを使用するものの、ドアが壊れるまではそこに何が入っているかについてあまり考えないものの1つです。 ただし、ドアを修理する必要がない場合でも、次のことを考慮してください。ユニバーサル パワー ロック アクチュエータは、あらゆる種類のプロジェクトに優れたリニア アクチュエータになります。 1 回限りの作業を行う場合は、廃品置き場からほぼ無料で収集できる場合もあります。 新品で購入した場合でも、オンラインで 5 ドルまたは 10 ドルで見つけることができます。

パワーウィンドウ機構は高価です。 ユニバーサルウィンドウも利用可能ですが、車のウィンドウのように上下に開閉するものが本当に必要な場合を除いて、おそらく用途を見つけるのは難しいでしょう。 これらのいずれかを使用してプロジェクトを実行する場合は、全員と共有できるように、忘れずにお知らせください。

もちろん、これらの自動車部品はかなり頑丈です。 もっと控えめなものが必要な場合は、オプションがあります。 サーボを変換することもできます。

[バナー画像: 「車のドアの側面」、デビッド ローゼン著、CC BY 2.0。 サムネイル画像:「マッスル カー ドア 47」スティーブ スノッドグラス作、CC BY 2.0]