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.
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.
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.
Преимущества очевидны. В критической ситуации автомобиль сможет самостоятельно (быстрее человека!) повернуть колеса на нужный угол. Допустим, системе стабилизации не удалось предотвратить занос, и машина закрутилась на обледеневшем шоссе. Быстродействующая электроника, опросив датчики, повернет руль на сколько нужно, и притормозит одно или пару колес.
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.
Свежие комментарии