Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних колес. Рассмотрим принцип работы современных типов рулевого управления машины.
Усилители рулевого управления
Большинство автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления – ЭУР и ГУР. Усилители руля предназначены для комфортного управления автомобилем, а также чтобы уменьшить усилие на рулевом колесе и удержать машину после резкого маневра. Даже в базовой комплектации автомобиль получает усилитель рулевого управления.
Рассмотрим принцип действия реечного механизма с гидроусилителем. В корпусе – распределительный клапан с чувствительным элементом – торсионом, связанным с рулевым валом. Водитель поворачивает баранку, торсион, закручиваясь, перемещает золотник. Тот приоткрывает отверстия масляных каналов, идущих к силовому цилиндру гидроусилителя. Последний подталкивает рейку, снижая усилие на руле. Едва водитель перестает крутить штурвал, торсион возвращается в исходное положение, а жидкость перепускается обратно в бачок.
Производительность насоса, приводимого ремнем от коленвала, должна быть такова, чтобы при работе мотора на холостом ходу водитель мог крутить руль без “закусываний” со скоростью не меньше 1,5 оборота в секунду. Избыточное давление стравливает перепускной клапан.
Сделать управление комфортным при парковке и на скоростной трассе помогают рулевые механизмы с переменным передаточным отношением: в центре рейки зубья нарезаны с маленьким шагом, на концах – шаг больше. При незначительных углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато, разворачиваясь, крутить баранку приходится меньше.
Сервотроник
Дополнительный комфорт и безопасность привнесли системы, регулирующие усилие на руле в зависимости от скорости. Пример – рулевое управление “Сервотроник”.
Представим, что водитель поворачивает направо. Золотник открывает путь жидкости к силовому цилиндру, помогающему рейке поворачивать колеса. Одновременно масло через электромагнитный клапан начинает поступать в камеру обратного действия. Один из перепускных клапанов открывается, возникает разница давлений, и поршень, опускаясь, ограничивает ход золотника. Давление в силовом цилиндре гидроусилителя падает, а усилие на руле, напротив, возрастает. Когда водитель перестает крутить баранку – золотник и обратный клапан закрываются.
При повороте влево открывается другой перепускной клапан, а поршень поднимается, вновь корректируя передвижение золотника, давление стравливается в другой части силового цилиндра.
При парковке и движении черепашьим шагом (примерно до 20 км/ч) электромагнитный клапан, ограничивающий подачу жидкости в камеру обратного действия, закрыт – руль можно повернуть одним пальцем. С ростом скорости клапан постепенно открывается и усилие на штурвале возрастает.
Устройство работает эффективно и надежно. Но гидравлический насос забирает силы у двигателя, а значит, тот съедает лишнее топливо. Особенно нежелателен такой “нахлебник” маломощным моторам. Конструкторы нашли решение: давление рабочей жидкости нагнетает электрический насос. Блок управления получает информацию от датчиков вращения руля и скорости автомобиля.
Производители подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км.
Активное рулевое управление
Следующий шаг – активное управление (Active Steering). Главное преимущество – возможность изменять передаточное отношение между рулем и колесами. На пути от баранки к рулевому механизму с гидроусилителем встроена планетарная передача с электромотором.
Когда отъезжаете от тротуара, передаточное отношение минимально, а количество полных оборотов руля не более двух. С ростом скорости машины управление становится менее чувствительным, а стоит вырваться на загородную трассу – электромотор, подкручивая водило планетарного редуктора, увеличит передаточное отношение.
Активное рулевое управление, сотрудничая с другими системами, способно помочь и в сложных ситуациях. Например, машину занесло. Компьютер, опросив датчики угла поворота руля и скорости вращения колес, включит электромотор. Тот уменьшит передаточное отношение, чтобы водителю было легче удержать автомобиль на нужной траектории. Активный руль полезен и при экстренном торможении с системой АБС: если остановиться вовремя не удается, будет проще уйти от столкновения.
Вероятно, вскоре системы активного рулевого управления пропишутся на многих автомобилях, пока им на смену не придет так называемое управление по проводам.
Управление по проводам
И все-таки будущее не за хитрой механикой или гидравликой, усложненными электроникой. Гранды автомобилестроения работают над системами без механической связи между рулем и колесами – управление по проводам. Вращение руля отслеживает специальный датчик. Электронный блок, получая информацию о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, посылает сигнал на актуаторы – электромоторы, поворачивающие колеса.
Первой в мире серийной моделью с рулевым управлением «по проводам» стал Infiniti Q50. У данной машины в штатных режимах движения нет жесткой связи между баранкой и управляемыми колесами. А на случай неисправности электроники предусмотрена аварийная кулачковая муфта, встроенная в разрез рулевого вала.
Самостоятельность автомобиля намного упростит жизнь водителю: например, компьютер ловко припаркуется. А когда машины научат хорошо “видеть”, они смогут объезжать препятствия.
Такие системы выгодны: протянуть провода проще, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку – разные углы поворота колес задают электромоторы. С точки зрения пассивной безопасности такая конструкция лучше. А потом, глядишь, привычный руль заменит многофункциональный джойстик.
Статьи по теме
- Гидроусилитель руля. Обслуживание и неисправности ГУР
- Устройство гидроусилителя и электроусилителя
- Ремонт рулевого управления. Основные неисправности
Что ещё почитать
