Баранки гну

После того, как изобрели руль, он изменился несильно — примерно в той же степени, что и колеса. Прогресс сосредоточился между органом управления и управляемыми деталями: рулевые механизмы за последние годы явно эволюционировали. Зато сопряженные с ними усилители испытывают революционные перемены. Вместе они решают главную задачу: меняют характеристики машины так, чтобы они подходили к любой ситуации.

Даже ранние автомобили были уже настолько тяжелыми, что поворачивать их управляемые колеса становилось нелегкой задачей для среднего человека. Пришлось использовать «золотое правило механики» — можно сберечь силу, увеличив расстояние. Этот увеличенный путь свернули в кольцо — так руль и стал круглым. Так что, для того чтобы повернуть колеса на 30-40 градусов, нужно сделать несколько оборотов, но с меньшими усилиями. Естественно, обороты руля и усилие на нем зависят также и от рулевого механизма. Того, который превращает довольно быстрое вращение рулевого вала в движение рулевых тяг и скромный поворот колес на несколько градусов.

РАЗВИТИЕ ПО КРУГУ

Самый простой тип рулевого механизма — реечный. Шестерня на рулевом валу сцеплена с расположенной поперек машины зубчатой рейкой — и все. Рейка фактически включена в состав деталей рулевой трапеции, так что механизм очень прост и легок. Однако тут есть и минусы. Такая простота обеспечивает одинаковое передаточное отношение в обоих направлениях, и любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит. Поэтому до Второй мировой войны шестерня с рейкой использовалась в основном на относительно небольших моделях со спортивным характером — в частности, BMW и Tatra.

Более распространенным стал червячный механизм. Рулевой вал вращает винт (червяк), за который цепляется зубчатый сектор, сидящий на одной оси с сошкой, которая поворачивает в нужную сторону рулевую трапецию. Для снижения сопротивления сектор заменили роликом, а червяк сделали более сложным по форме. Эта конструкция применялась почти повсеместно на легковых машинах компактного и среднего класса без усилителя руля. Вращение червяка легко преобразуется в поворот сектора или движение ролика, а вот в обратную сторону движение передается с гораздо большим трудом. Поэтому такой рулевой механизм менее чувствителен к дорожным неровностям, а значит — обеспечивает более стабильное и безопасное движение.

Этим отличается и самый сложный тип рулевого механизма. Даже название его звучит впечатляюще: «винт-гайка с циркулирующими шариками». На винт, связанный с рулевым валом, надета гайка. И когда вал вращается, гайка, как ей и положено, двигается вперед или назад. За нее цепляется зубчатый сектор, который и поворачивает вал сошки. Шарики заложены в «резьбу» между гайкой и винтом — они нужны для того, чтобы уменьшить трение.

Однако в последние годы такие механизмы встречаются все реже: они уступают место более простым и легким реечным. Даже считающийся столпом консервативности Mercedes-Benz следует общей тенденции: рейка появилась на E-Klasse серии 210 в 1995 году и на S-Klasse — в 1998 г. Ей помогли вернуться усилители руля, которые помогают сгладить чрезмерную чувствительность.

ЖИДКАЯ СИЛА

Впервые гидроусилитель поставили на серийный легковой автомобиль еще в 1951 году — Hydroguide предлагался как опция на Imperial от Chrysler, а уже в 1952 г. стал стандартным оборудованием. Помимо снижения усилий на руле до пяти раз одним из достоинств нового устройства было уменьшение числа оборотов руля от упора до упора с 5,5 до 3,5, ведь теперь не было необходимости увеличивать передаточное число ради снижения нагрузки для водителя. Правда, из-за этого при отказе «гидрача» руль становится более тяжелым, чем на машине без усилителя. Но предельный уровень установлен международными стандартами, так что, по идее, справиться с рулем средний водитель будет в состоянии даже в этом случае. Также на случай отказа стандарты безопасности требуют обеспечения жесткой связи между рулевым колесом и колесами. Поэтому полностью заменить руль гидравликой или электропроводами нельзя.

Современные гидроусилители обычно работают в переменном режиме — чем выше скорость, тем меньше они помогают водителю. Во-первых, больше всего их помощь требуется на небольших скоростях — например, на парковке. Во-вторых, на высокой скорости цена ошибки слишком высока, поэтому руль тяжелеет, чтобы водитель мог совершать более точные движения. В самых простых конструкциях просто меняется производительность насоса в зависимости от оборотов двигателя: после определенной частоты вращения насос работает «хуже». В более «продвинутых» в управлении задействуют электронику, получающую сигнал от многочисленных датчиков, и регулирующую усилитель с учетом многих параметров.

ПЛЮС ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ

Последний крик моды — электрические и электрогидравлические усилители. Они обычно легче гидравлических и экономичнее. Ведь привод насоса обычного усилителя вне зависимости работает постоянно, «съедая» несколько лошадиных сил и сжигая топливо. Электричество же потребляется только в те моменты, когда срабатывает мотор электроусилителя или включается электрический же насос электрогидравлического. Не последнюю роль в популярности этих систем играет простота управления — электронике проще работать с реле, чем с клапанами. Например, в схему управления электроусилителем нынешнего Volkswagen Golf  «зашито» несколько десятков программ для разных модификаций машины. Нужную включают на конвейере, при установке рулевого управления на автомобиль.

АПОФЕОЗ ПЕРЕМЕНЧИВОСТИ

Идея слегка менять характеристики рулевого привода в зависимости от режима движения появилась давно и может быть реализована даже на уровне рулевого механизма. Например, на рейке можно расположить зубья с различным шагом — в середине поплотнее, а по краям пореже. Так что при подруливании на небольшой угол управление более точное, а при маневрировании на парковке колеса поворачиваются быстрее. Или наоборот, чтобы облегчить поворот колес на большие углы.

Недавно BMW решила, что этого недостаточно, и на нынешней «пятерке» появился рулевой механизм с передаточным числом, изменяемым в зависимости от скорости. Планетарный механизм, встроенный в рулевой вал, при помощи электродвигателя может передавать вращение быстрее или медленнее. Поэтому на низких скоростях для поворота колес от упора до упора достаточно примерно полутора оборотов руля, а на высокой скорости — до 3,5. При отказе электромотора или системы управления механизм фиксируется, и рулевой вал работает как обычный.

Дополнительная особенность Active Steering в том, что к нему получила доступ система стабилизации DCS — при необходимости она на несколько градусов поворачивает колеса, и только если это не помогло, начинает использовать для стабилизации автомобиля тормоза.

ТЕКСТ ВАЛЕРИЙ ЧУСОВ, ФОТО BMW AG

Автопилот, Май, 2005 № 05 (134)

Баранки гну

Баранки гну

Самый популярный рулевой механизм — червячный, с селектором или роликом (1). Он относительно простой, компактный и надежный. Пара винт-гайка обычно дополнена циркулирующими шариками (2) и способна работать с довольно большими нагрузками. Реечный механизм (3) самый простой по числу. Однако подбором числа и формы зубьев можно менять передаточное число в зависимости от угла поворота. Но это не предел: BMW дополнила такую рейку планетарным механизмом, который может менять передаточное число в зависимости от скорости (рис. вверху)

Метки: Active Steering BMW Chrysler DCS Golf Hydroguide Imperial Mercedes-Benz Tatra Volkswagen Гидроусилитель Рулевой вал руль червячный механизм

Похожие

Яндекс.Метрика