Рулевое управление автомобиля

Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого управления автомобиля — возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система. Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.

Особенности узла и конструкция

На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.

Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:

• рулевая колонка;
• рулевой механизм;
• привод (система тяг и рычагов);

У каждой составляющей – своя задача.

Рулевая колонка

Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.

Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.

Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

«Обратная связь»

Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».

Передовые разработки

Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:

• Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
• Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.

Система «рули по проводам»

Заключение

В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.

Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.

Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.

А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.

Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.

Рулевое управление автомобиля

Рулевое управление автомобиля это то, без чего не может обойтись ни один автомобиль.

И даже смотря фантастические фильмы, где показаны чудо автомобили, которые без участия водителя перемещаются по городу, мы понимаем, что мы еще долго не сможем отказаться от ручного управления автомобиля, а также влияния водителя на его управление.

Хотя можно с уверенностью сказать, что рулевое управление автомобиля постоянно совершенствуется и в одной из Западных стран уже появились экспериментальные образцы автомобилей, которые на не сложных участках дорог могут двигаться без участия водителя.

Так же можно заметить, что сама философия рулевого управления автомобиля постепенно меняется и вместо привычного рулевого колеса на некоторых экспериментальных машинах можно наблюдать обыкновенный джойстик, который так нам привычен в игровых приставках.

Но давайте из прошлого вернемся в повседневную жизнь и рассмотрим рулевое управление, которое устанавливается на современных автомобилях.

Но прежде давайте дадим ему определение.

Немного теории

Если говорить простым языком, то рулевое управление автомобиля необходимо для обеспечения его движения в направлении, которое задал водитель.

Принципиальную схему рулевого управления Вы можете наблюдать ниже,

и можно с уверенность сказать, что данная схема по основным своим моментам уже долгие годы остается неизменной.

Какое оно бывает

Вы уже, наверное, заметили, что в современном рулевом управлении в комплекте идет электро усилитель руля.

В других комплектациях может идти гидроусилитель руля, а может и вообще, никакого усилителя нет, что характерно для бюджетных автомобилей.

Так же стоит заметить, что диаметр рулевого колеса может быть разным. Для легковых автомобилей такие показатели рулевого колеса могут быть в пределах от 380 мм до 425 мм. Для грузовых автомобилей в пределах от 440 мм до 550 мм.

В некоторых автомобилей вообще предусмотрена замена рулевого колеса на «вкус» водителя.

Такая замена происходит за доли секунды и обычно это характерно для спортивных автомобилей, где руль стандартного диаметра необходимо заменить на руль меньшего диаметра.

Устройство рулевого управления автомбиля

Чтобы лучше понять устройство рулевого управления автомобиля, давайте разберем подробней назначение его основных узлов и деталей.

Рулевая колонка

Рулевая колонка предназначена для соединения рулевого механизма с рулевым колесом.

Основой рулевой колонки есть рулевой вал, в котором конструктивно предусмотрено несколько шарнирных соединений.

Рулевая колонка может регулироваться иеханическим или электрическими способами (на современных автомобилях). Регулировка может производится, как по вертикали, так и по длине.

Рулевой механизм

Рулевой механизм представляет из себя различные виды специальных редукторов, основная задача которых лежит в увеличении усилия, которое приложил водитель на рулевое колесо и передачи данного усиления основном рулевому приводу.

Самыми распространенными являются реечные рулевые механизмы, которые нашли свое применение в рулевом управлении легковых автомобилях.

Принцип работы реечного механизма заключается в передачи крутящего момента через шестерню, которая установленная на валу рулевого колеса, на зубчатую рейку. В результате этого рейка двигается в разные стороны и в зависимости от стороны вращения рулевого колеса, через установленные рулевые тяги поворачивает автомобиль в нужную сторону.

Рулевой привод

Основная задача рулевого привода, это передать усилия от рулевого механизма на колеса и обеспечить тем самым поворот автомобиля под необходимым нам углом.

А также рулевой привод не дает возможность повернуть колесу в сторону при движении по неровным участкам дорог, когда подвеска автомобиля работает на максимальных режимах и колеса отрываются от поверхности дороги.

Для обеспечения более комфортного вождения автомобиля в рулевом управлении применяются специальные усилители. Данные усилители дают возможность водителю более точно и быстро управлять автомобилем, снижает его усталость.

В разных автомобилях в рулевом управлении могут применяться следующие виды усилителей:

• гидроусилитель;
• электро усилитель;
• редко пневмо усилитель, электро гидроусилитель.

На современном этапе развития автомобилестроения в рулевых управлениях современных автомобилей больше получили распространение гидроусилители руля.

Однако в последнее время их начали заменяться электро усилителями, так как они более дешевы и не дорогие в обслуживании. А это в значительной мере влияет на общую стоимость автомобиля.

Как уже говорилось выше, в рулевом управлении современных автомобилей появляются новых возможности, которые значительно облегчают водить автомобиль.

Так в последнее время на автомобили от мировых брендов начали устанавливать адаптивные усилители рулевого управления, принцип работы которых основан на изменении усилия, которое необходимо приложить водителю к рулевому колесу в зависимости от скорости движения автомобиля.

Так же можно долго говорить про системы активного и динамического рулевого управления, которые устанавливаются на автомобили BMW и Audi.

В данных системах принцип их работы основан на изменении передаточного числа рулевого механизма в зависимости от скорости движения автомобиля.

Если продолжать тему внедрения новых технологий в рулевое управление автомобиля, то сейчас уже ни кого не удивишь возможностью машины самостоятельно припарковаться, Вам совершенно нет необходимости что-либо делать.

Так что трудно сказать какое будет рулевое управление автомобиля в ближайшие 10 – 30 лет, одно могу сказать, управлять автомобилем будет все удобней и легче.

Так же в ходе эксплуатации рулевого управления автомобиля могут возникнуть неисправности, устранить их может только своевременный ремонт рулевого управления.

Рулевое управление автомобиля с гидроусилителем — принцип работы, видео.

Устройство гидро и электроусилителя руля

Типы рулевого механизма

Сначала — о рулевых механизмах. Один из них, знакомый по «Жигулям», носит название «червяк-ролик» из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары. Полное название — «винт-шариковая гайка-рейка-сектор». Такой механизм считается устаревшим.

Недостатки рулевого усилителя

Неоспоримое преимущество рулевого усилителя — облегчение работы рук при парковке, когда приходится совершать много оборотов баранки при максимальном усилии. Но усилитель обладает еще одним полезным свойством — он ослабляет передачу на руль ударов от неровностей дороги.

Недостатки? Владельцы автомобилей с ГУР часто жалуются на отсутствие или нехватку реактивного усилия на руле. В этом виноват гидроусилитель — он слишком активно помогает водителю, убирая ту толику возвращающего усилия, которая обеспечивает «чувство автомобиля».

Чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку тугой, нужно увязать массу факторов: производительность насоса, геометрию передней подвески, углы установки колес, параметры задней подвески, характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Поэтому, безупречные с этой точки зрения автомобили попадаются редко и многие фирмы жертвуют информативностью в пользу комфорта.

Гидроусилитель руля — ГУР

Исполнительный механизм гидроусилителя, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом — их называются интегральными. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF — то же, что и в автоматических коробках передач.

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок. Насос ГУР, приводимый ремнем от коленвала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в распределитель. Задача распределителя — отслеживать усилие на руле и дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство — чаще всего торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Электроусилитель руля — ЭУР

Это усилители руля, в которых не осталось гидравлики! На торсионе стоит датчик и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Преимущества:

• независимость работы усилителя от оборотов двигателя и температуры;
• информативность — самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля;
• надежность — отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей;
• не требует обслуживания (замены и доливки рабочей жидкости);
• выше симметричность руля — отсутствие разницы усилия в левом и правом положении.

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя выше КПД гидронасоса.

Электроусилитель в зависимости от массы и компоновки автомобиля. 1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка.
Вариант для авто малого класса — усилитель встроен в рулевую колонку	Вариант для автомобилей среднего класса	Вариант для авто большого класса — электропривод усилителя интегрирован с рулевой рейкой

Рулевой механизм с переменным отношением

А нельзя ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления — мешает, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на меньший угол.

Для этих целей используется рейка с переменным профилем: в около нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.

Источник Источник http://autoleek.ru/hodovaja-chast/rulevoe-upravlenie/rulevoe-upravlenie-avtomobilya.html
Источник http://autotopik.ru/obuchenie/302-rulevoe-upravlenie-avtomobilya-1.html
Источник http://amastercar.ru/articles/steering_mechanism_2.shtml