Главное — маневры

До тех пор, пока переднеприводные автомобили не стали обыденным явлением, усилители рулевого управления не являлись жизненной необходимостью и считались «люксовой» принадлежностью роскошных лимузинов.

Только у «дредноутов», оснащенных тяжелыми двигателями немалого литража, на переднюю ось приходился слишком большой вес. Нагруженные колеса сопротивлялись поворотам, что создавало проблемы во время маневрирования и требовало наличия у сидящего за рулем недюжинной физической подготовки. Когда направляющие колеса стали также и ведущими и под капот перекочевали главная передача вместе с дифференциалом и приводными валами, с похожей проблемой столкнулись уже и водители сравнительно небольших машин. Дело усугублялось еще и тем, что автомобилям с передним приводом свойственна недостаточная поворачиваемость.

Другими словами, переднеприводные машины менее чувствительны к повороту руля, чем заднеприводные. С одной стороны, это неплохо, так как автомобиль с передними ведущими колесами имеет «врожденную» защиту от заноса. Но с другой стороны, чтобы довести характеристики его управляемости до уровня машины с задним приводом, требуется уменьшать передаточное число в рулевом механизме, однако обратно пропорционально этому уменьшению увеличивается усилие, которое водителю приходится прилагать к «баранке».

Чем провинился ГУР?

Но покончим с теоретическим обоснованием необходимости усилителя рулевого управления. Его наличие обеспечивает комфорт и безопасность, на целую ступень, улучшая потребительские качества автомобиля. Производители давно заметили, что машины, не оборудованные рулевым усилителем, пользуются меньшим спросом. Вторичный рынок не исключение: продать подержанную машину без усилителя руля сложнее, даже если стоит она несколько дешевле, чем такую же модель, но с усилителем.

Подавляющее большинство автомобилей оснащено гидравлическими усилителями рулевого управления. Так уж сложилось исторически, что гидропривод опередил в своем развитии электропривод и первым предложил логичные и простые для реализации в массовом производстве решения. Гидравлический насос, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя с помощью ременной передачи, создает в системе давление жидкости. Золотниковый распределитель, связанный с рулевым валом, в зависимости от поворота «баранки» переключает подачу жидкости в ту или иную полость, чем обеспечивается дополнительное воздействие на редуктор или рейку рулевого механизма — в этом и заключается принципиальная схема работы любого гидроусилителя руля (ГУР).

В чем недостатки ГУР? Производительность его насоса напрямую зависит от оборотов двигателя. В результате, при маневрировании на малых скоростях, как раз когда в эффективной работе ГУР существует особая надобность, давление в системе могло быть недостаточным, чтобы усилитель благополучно справлялся со своей главной задачей. И наоборот, при движении на больших скоростях, когда двигатель работает на высоких оборотах, давление в гидравлике могло увеличиться настолько, что руль переставал быть информативным.

С проблемой справились, оборудовав гидроусилитель модулятором давления, который поддерживал давление жидкости в системе вне зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Одновременно начали использоваться рулевые рейки с переменным передаточным отношением. Для этого на рейке нарезаются зубья, шаг и диаметр делительной окружности которых изменяется так, чтобы по мере поворота рулевого колеса и его приближения к крайним положениям передаточное число увеличивалось, а усилие на руле, напротив, уменьшалось.

Однако все это, разумеется, не избавляло гидроусилители от коренной проблемы — нерационального расхода энергии. Насос ГУР постоянно перекачивает жидкость и тем самым отбирает часть мощности, вырабатываемой двигателем. Для работы гидроусилителю требуется 4-8 л.с. Такая потеря представляется несущественной только для автомобилей, оснащенных мощными моторами, но никак не для городских малолитражек. Однако главное — отказ от гидроусилителя позволяет экономить до 0,25 л топлива на каждые 100 км пробега. Представляете, сколько горючего можно сберечь в пересчете на весь мировой автопарк?

«Электрическому» рулю — зеленый свет

Альтернатива гидравлике — электропривод. Но что еще, кроме уменьшения расхода топлива и связанного с ним улучшения экологических показателей, дает замена гидравлических усилителей в рулевом управлении на электрические? Электроприводу не требуется гидронасос, бачок для хранения рабочей жидкости, блок управляющих клапанов, шланги и трубопроводы. Требуются другие узлы, однако внедрение электропривода сулит снижение затрат на производство систем рулевого управления. И вновь экология. Рабочие жидкости гидросистем при возникновении течей загрязняют окружающую среду, а, отработав положенный срок, нуждаются в утилизации. Когда функции гидравлической жидкости берет на себя электрический ток, подобные проблемы отпадают сами собой — вот и еще один фактор снижения нагрузки на экологию.

Правда, первоначально электродвигатели появились в усилителях рулевого управления только как замена приводу гидронасоса. Электромотор не работал постоянно, а лишь включался и крутил гидронасос, когда водитель поворачивал руль, и отключался, когда надобность в усилении отпадала. Но уже только это дает уменьшение расхода топлива на 5%. У электрогидравлических усилителей до сих пор хорошие виды на будущее, подтверждение тому — появление подобного рулевого усилителя на Ford Focus второго поколения. Примечательно, что водитель нового Focus может самостоятельно изменять алгоритм, по которому будет работать усилитель, выбирая одну из трех программ — стандартную, комфортную или спортивную. Коэффициент усиления изменяется благодаря увеличению или уменьшению частоты вращения электродвигателя. Нужная программа устанавливается вращением регулятора на подрулевом переключателе.

Однако самыми перспективными считаются электромеханические рулевые усилители. Такую систему получил VW Golf пятого поколения, а до него, кстати, VW Touran и Audi A3. Здесь электродвигатель через винтовой механизм уже непосредственно воздействует на рейку. Чувствительность электроусилителя изменяется в соответствии с условиями движения и совершаемым маневром. Режим усиления корректируется с учетом информации, получаемой электронным управляющим модулем системы от датчиков скорости вращения рулевого колеса и силы, которую прилагает к «баранке» водитель. Кроме того, модуль управления учитывает информацию об условиях движения, которой располагает бортовой компьютер автомобиля. В памяти модуля хранятся не три, как у Focus, а целых 12 алгоритмов. Впрочем, водителю Golf, в отличие от сидящего за рулем Focus, они недоступны. Изменить настройку рулевого усилителя можно только на сервисе, так как для этого требуется перепрограммировать управляющий модуль. Зато электромеханический усилитель помогает водителю вернуть руль в исходное положение, к чему его электрогидравлического конкурента приспособить затруднительно.

Минус «электромеханики» — более высокая стоимость, однако она уже сегодня не столь высока, чтобы быть препятствием для установки таких рулевых усилителей на массовые автомобили класса VW Golf. И наверняка она будет уменьшаться, потому что, вообще говоря, усилитель Servotronic, который получил Golf, является только частью программы Servoelectric, реализуемой компанией ZF Lenksysteme GmbH — совместным предприятием, созданным такими гигантами, как Robert Bosch и ZF Friedrichshafen. Тут уж имена говорят сами за себя, но главное ZF Lenksysteme разработаны и подготовлены к производству четыре разновидности электроусилителя Servoelectric, охватывающие автомобили всех классов, включая внедорожники, пикапы и фургоны.

Чем интересен «активный» руль

Полный отказ от гидравлики интересен возможностями, открывающимися для рулевого управления, проиллюстрируем которые на примере системы Active Steering, принесшей BMW и, кстати, упомянутой ZF Lenksysteme приз за лучшую технологическую инновацию 2003 года. В Active Steering электромотор воздействует на рулевую рейку не через обычный винтовой механизм, как в Servoelectric, а через планетарную передачу. Это, во-первых, позволяет более существенно изменять чувствительность направляющих колес автомобиля к повороту руля. В результате при маневрировании на небольших скоростях Active Steering повышает передаточное отношение до уровня, когда для поворота «баранки» от упора до упора требуется не более двух оборотов — для парковки или маневрирования в стесненных условиях лучше и не придумаешь.

Но когда скорость автомобиля увеличивается и чересчур острый руль становится опасным, и компьютер Active Steering дает команду планетарному механизму на уменьшение передаточного отношения. При скоростях под 180 км/ч электромотор и вовсе не работает, и тогда передаточное отношение рулевого механизма становится стандартным, что для автомобилей BMW равно более, чем трем оборотам руля от упора до упора. Едем еще быстрее, и любое неосторожное движение рулем может привести к фатальным последствиям? Теперь электромотор планетарного механизма начинает и вовсе вращаться в противоположную сторону, оказывая рулю противодавление, чем уменьшается чувствительность колес к поворотам «баранки».

Однако самое интересное, а это и есть, во-вторых, начинается, когда при движении по виражу бортовой компьютер определил, что автомобиль сходит с безопасной траектории. В таких случаях Active Steering способен самостоятельно довернуть направляющие колеса на угол до 8 градусов и возвратить машину на «путь истинный».

Итак, оказывается, что «электрический» руль может при случае взять управление автомобилем на себя! Сегодня, когда некоторые машины обзавелись новыми опциями — системами, предупреждающими о сходе с полосы движения, это становится актуальным. Пока такие системы предупреждают о нештатной ситуации миганием сигнальных ламп или тревожным зуммером, но что от них толку, если водитель сладко спит, и что мешает в будущем научить их глушить двигатель и корректировать направление движения до полной остановки машины? Тем более, что парковать по приборам автомобиль (пример тому, Volvo YCC) уже обучили, опять же благодаря электрическим исполнительным механизмам в рулевом управлении.

Сергей ВОЛКОВ

Автобизнес — Weekly

Метки: Active Steering BMW Bosch Servoelectric ZF Friedrichshafen ZF Lenksysteme Гидроусилитель ГУР

Похожие

Яндекс.Метрика