Движение автомобиля, изменение его направления зависит от рулевого управления. Руль обеспечивает поворот передних колес в требуемую сторону. Автомобильное колесо известно с незапамятных времен. А поворотные оси возникли в конце XVIII века на конных экипажах. Эти поворотные оси и были переложены на первые автомобили. По истечении некоторого времени, появилась рулевая трапеция. Инженеры и конструкторы первых машин не задумывались, что, со временем, рулевое управление претерпит изменения и станет более сложной: механика вступит в «симбиотические отношения» с гидравликой и электроникой. Из данной статьи можно почерпнуть информацию про рулевое управление автомобиля: виды, типы, назначение, устройство и принцип работы.
Преобладающее количество нынешних автомобилей снабжены усилителями рулевого управления – гидравлический усилитель руля (ГУР), и электрогидравлический усилитель руля (ЭУР).
Эти виды усилителей обеспечивают удобное управление автомобилем. Кроме того, они снижают усилие на рулевом колесе, и удерживают автомобиль даже после резкого маневра. В последние годы, заводы-производители включают в базовую комплектацию усилитель рулевого управления.
Еще недавно, на автомобилях устанавливали два типа рулевых механизмов: реечные и «винт – шариковая гайка - сектор». Но сегодня на все автомобили (легковые, тяжелогрузные, внедорожники) ставят реечные гидравлические усилители.
Работа реечного гидроусилителя осуществляется следующим образом. В корпусе находится распределительный клапан с торсионом, который связан с рулевым валом. При поворотах руля происходит скрутка торсиона, сопровождающаяся поворотом золотника по отношению к распределительной гильзе. По вскрывшимся каналам начинает поступать жидкость в полость силового цилиндра, происходит это зависимо от направленности поворота. Из следующей полости цилиндра та же жидкость по раскрывшимся каналам начинает сливаться в бачок. Поршнем силового цилиндра обеспечивается передвижение рейки руля. При остановке автомобиля торсион принимает исходное положение, а жидкость возвращается обратно в бачок.
Функционирование насоса должно быть таким, чтобы во время работы мотора на холостом ходу, водитель крутил руль без сцепления со скоростью не менее 1,5 оборота в секунду.
Управление становится удобным и при маневрах в ограниченном пространстве, и при парковках, и при больших скоростях, если рулевые механизмы снабжены переменными передаточными отношениями: в центре рейки – зубья мелко-шаговые, на периферии – крупно-шаговые.
Такое строение обеспечивает минимальную реакцию автомобиля на действие руля при небольших поворотах.
Комфортное и безопасное управление обеспечивают так называемые «сервотроники». Их функция заключается в том, что они контролируют усилие на руль при разных скоростях.
Вверху распределителя имеется камера обратного действия. В ней работает поршень, прикрепленный к золотнику. В том случае, когда водитель совершает поворот направо, золотник поворачивается, открывает каналы и пропускает жидкость к силовому цилиндру. Параллельно, масло поступает и в камеру обратного действия. Открывшиеся каналы обеспечивают поступление масла в одну из полостей. При повороте налево, жидкость поступает в другую полость.
При осуществлении поворота на небольшой скорости, электромагнитный клапан (способствует минимальной подаче масла в камеру обратного действия) закрывается. С увеличением скорости, открытие клапана, приводит к возрастанию усилия на руль. Устройство функционирует безотказно. Но гидравлический насос заставляет перерабатывать двигатель, что наносит вред окружающей среде. Чтобы решить данную проблему, инженеры-конструкторы разработали электрический насос, нагнетающий давление рабочей жидкости.
Тщательные подсчеты выявили экономию на каждые 100 км, около 200 г, благодаря электрогидравлическим усилителям.
Наличие активного рулевого управления позволяет изменять передаточное отношение между рулем и колесами. Между рулем и рулевым механизмом с гидравлическим усилителем расположена планетарная передача с электромотором.
Во время работы автомобиля на небольших скоростях, передаточное отношение невысокое, а обороты руля составляют 1,5 – 2. При возрастании скорости автомобиля, управление становится менее чувствительным. А на скоростной трассе электромотор увеличивает передаточное отношение.
Активное рулевое управление способствует выходу из сложных ситуаций, так как связано с другими системами. В том случае, если автомобиль занесло, компьютер анализирует углы поворота руля и скорости вращения колес, приводит в работу электромотор. В свою очередь, электромотор снижает передаточное отношение, и человеку за рулем автомобиля удается удержаться на трассе.
Активное рулевое управление впервые применили при массовом выпуске BMW X 5. Скорее, в обозримом будущем, на многих машинах будут устанавливать, так называемый, активный руль.
Вытеснить гидравлику из рулевого управления пытались в конце ХХ века. В современном мире уже функционируют электромеханические усилители.
Электрические и гидравлические усилители встречаются в небольших авто.
В ближайшем будущем заводы – производители откажутся от механики и гидравлики. В автомобилях будущего, мониторинг за действиями рулевого управления будет осуществлять специальный компьютер. Поворачивая руль, шофер закручивает торсион - чувствительный элемент, посылающий сигнал компьютеру. Тот отдает команду электромотору, который подкручивает рулевой вал, снижая усилие на руле.
Электронный блок снабжается информацией о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, и передает эту информацию на электромоторы, обеспечивающие поворот колес.
Преимуществом электронной системы является то, что при аварийной опасности, автомобиль, снабженный портативным компьютером, сможет быстро среагировать без «антропогенного» вмешательства, и повернуть колеса на нужный угол. Автомобиль, которого занесло на гололеде, теряет управление. При наличии электронной системы, она самостоятельно поворачивает рулевое управление, и тормозит колеса.
Быстро-реагирующие системы хороши тем, что провести провода намного быстрее, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку - разные углы поворота колес задают сами электромоторы.
