Avto.Tatar
Новости
Устройство автомобиля
Рулевое управление автомобиля, назначение и устройство

2019-01-12 Рулевое управление автомобиля, назначение и устройство

Рулевое управление – одна из базовых систем любого автомобиля

Рулевое управление – одна из базовых систем любого колесного автотранспорта, в том числе и легкового. Оно включает множество деталей, сложных узлов, агрегатов, а сейчас и электронных подсистем, отвечающих за управляемость транспортным средством.

В ходе эксплуатации данная система подвергается значительным, повышенным нагрузкам, обусловленным воздействием внешних и внутренних факторов, а поэтому требует техобслуживания, ремонта и осмотра.

На автопортале Avto.Tatar представлена информация об автосервисах в Казани, которые выполняют:

обслуживание компонентов системы, включая их настройку и регулировку;
ремонт, устранение неисправностей рулевого управления с целью предотвращения возникновения аварийных ситуаций;
технический осмотр в соответствии с нормами действующего законодательства и дальнейшее оформление диагностической карты, покупка полиса ОСАГО (страховую компанию также можно подобрать у нас).

Еще предлагаем выбрать продавцов, в том числе автомагазины в столице Татарстана, где в продаже все востребованные при полноценном ремонте, техобслуживании, рулевого управления запасные части, расходные материалы, технические жидкости.

Специфика техобслуживания и ремонта предопределяется конструкцией и комплектацией установленного на выбранной или эксплуатируемой марке и модели легковой машины рулевого управления. Поэтому рассмотрим устройство данной системы и ее компонентов более детально, попутно отметив, что существует и еще такое направление как тюнинг рулевого управления, изменение его характеристик. Акцентируем внимание на том, что данная система очень тесно связана с ходовой частью в общем и ее колесами в частности.

Актуальность установки системы рулевого управления, ее назначение и базовые узлы

Суть применения рулевого управления заключается в том, что автомобильный транспорт, в отличие, например, от железнодорожного, не может передвигаться прямолинейно из точки А в точку В. Постоянно необходимо изменять траекторию движения, выполняя маневрирование, повороты в левую и правую сторону, развороты в зависимости от текущей дорожной ситуации.

Конструкционно решить эту задачу, основываясь на законы физики, можно двумя путями. Первый заключается в возможности поворота колеса в горизонтальной плоскости и называется кинематическим. Второй предполагает увеличение крутящего момента на одном колесе и уменьшение на втором, из-за разности скорости вращения колес и возможен поворот автомобиля. Такой способ называется силовым.

В преобладающем числе случаев задействуется именно кинематический способ поворота колес и изменения направления передвижения. Вот для смены положения управляемых колес и устанавливается рулевое управление. Обычно управляемые колеса на передней оси. Лишь на некоторых автомашинах предусмотрена система подруливания задних колес, она бывает активной или пассивной. Это дает возможность менять их положение в горизонтальной плоскости на несколько градусов и повышает общую управляемость транспортного средства.

Силовой способ на колесной технике используется крайне редко, его можно с уверенностью назвать ближайшей перспективой в развитии автомобилестроения. Есть автомобили с такой схемой, где каждое из управляемых колес снабжается собственным электромотором, но используются они не очень часто. В серийных автомобилях силовой метод активно применяется при работе системы курсовой устойчивости в том или ином качестве.

Поэтому поговорим в большей мере о рулевом управлении с кинетической схемой работы, традиционном и классическом варианте для современного колесного автотранспорта. Использование данной схемы предполагает установку следующих узлов:

рулевое колесо, оно же просто руль или на жаргоне «баранка», помните знаменитое: «Чтобы не пришлось любимой плакать, крепче за баранку держись шофер», самая верхняя часть системы;
рулевая колонка, связывает рулевое колесо с рулевым механизмом, может содержать элементы других систем;
рулевой механизм, обеспечивает передачу заданного усилия от рулевого колеса на рулевой привод;
рулевой привод, отвечает за устойчивую связь между рулевым управлением и ходовой частью, ее управляемыми колесами.

Вот это четыре основных, скажем так, узла, входящих в состав рулевого управления. Существуют и дополнительные компоненты, которые либо устанавливаются, либо нет. Прежде всего речь идет об усилителе руля. Ранее ставился далеко не на все автомобили. В настоящее время это устройство уже можно отнести к обязательным компонентам практически любой машины, исключение могут составлять бюджетные модели B и A класса. Усилитель руля необходим для формирования дополнительного усилия (снижения существующего передаточного числа, то есть изменения отношения углов поворота баранки и управляемых колес).

И одна важная деталь. На текущий момент рулевое управление все теснее интегрируется с электронными системами, на некоторых моделях уже вовсю работает автопилот, то есть для управления автомобилем шофер практически не нужен, хотя полноценных автопилотов еще нет. Как это работает вопрос уже другой, но есть серийные машины, оборудованные такими системами. Отметим такие модели как Tesla Model X, а также Tesla Model S.

Если говорить о настоящем времени, то на ряде марок и моделей современного колесного автотранспорта устанавливаются различные системы рулевого управления, в частности, отметим адаптивное (DAS), а также активное (AFS) и динамическое (ADS).

Плюс вспомогательные системы. О системе курсовой устойчивости уже вскользь упоминали, этим уже никого не удивишь, встречается, можно сказать так, повсеместно. Вот только у разных производителей конструкционно она реализуется и называется по-разному. Есть еще системы динамической стабилизации и иные.

Работа всех электронных систем основана на применении управляющих устройств (ставится электронный блок управления, далее ЭБУ), датчиков и различных исполнительных механизмов. А основная задача заключается в обеспечении эффективной работы рулевого управления, создании условий для более комфортной, надежной и безопасной эксплуатации автомобиля.

Помимо этого иногда используются и дополнительные узлы, например, амортизаторы и прочие.

Принцип действия

Рассмотрим теперь как функционирует система кинематического рулевого управления в целом.

В классической схеме используется механическая часть между основными компонентами системы. Работает все это следующим образом. Шофер прикладывает определенные физические усилия на руль. Эти усилия передаются на следующий узел – рулевую колонку и ее компоненты, зачастую усилитель руля (пока что не всегда). Рулевая колонка при помощи рулевого (его еще называют приводным) вала передает заданные усилия на рулевой механизм. Тот в свою очередь обеспечивает дальнейшее преобразование вращательного усилия в возвратно-поступательное и последующую подачу на компоненты рулевого привода. А он свою очередь воздействует на управляемые (как правило, передние) колеса, из-за чего они поворачиваются в горизонтальной плоскости под требуемым углом.

В результате такая схема позволяет изменять, корректировать и контролировать траекторию передвижения автомобиля.

Это что касается передних управляемых колес. Теперь поговорим о задних управляемых колесах и системах подруливания. Как указали выше, они бывают активными и пассивными, позволяют поворачиваться задним колесам в горизонтальной плоскости на угол до 8°, ранее даже до 15°.

Активные системы работают на основе ЭБУ и актуаторов на колесах, механической связи с рулевым колесом нет, только датчики. На основании информации с датчиков ЭБУ подает команду на актуаторы (по сути, втягивающие реле) и они воздействуют на компоненты рулевого привода задней оси (рулевые тяги), а те в свою очередь на управляемые колеса. У разных производителей конструкционные схемы отличаются, поэтому детальнее останавливаться на особенностях не будем.

Пассивные системы подруливания больше относятся не к рулевому управлению, а к ходовой части автомобиля, в частности, ее задней подвеске. Речь идет об установке механизма Уатта, специальная система тяг, рычагов, обеспечивающая самоподруливание задних колес.

Направления развития таковы, что конструкторы стараются максимально упростить схему рулевого управления и вообще избавиться от механической связи и доверить все электронике. Но пока нет уверенности в стабильности работы электрической части и понимания того что делать если она откажет. Ведь, по сути, автомобиль останется без рулевого управления. Хотя системы адаптивного рулевого управления на серийные модели уже были попытки ставить, достаточно вспомнить седан Infiniti Q50, но в этой модели возможность механической связи все же оставили, как резервный вариант. Эта система основана на использовании электроники, но еще ранее была схема адаптивного управления на применении гидравлики, речь о Citroen CX (модель выпускалась с 1974 по 1991 год), но дальнейшего распространения она тоже не получила.

Устройство системы рулевого управления

Вернемся к обыденности и рассмотрим детальнее базовые узлы рулевого управления с кинематической схемой, которые ставятся на современных серийных автомобилях в преобладающем числе случаев. Пойдем сверху вниз.

Рулевое колесо (руль, баранка)

Начнем с рулевого колеса. Сейчас ставится на все колесные автомобили. Правда, раньше так было не всегда. На заре автомобилестроения первые машины оборудовались румпелями (специальными рычагами), но затем от этого отказались в пользу рулевого колеса круглой формы. Другие решения в форме штурвала или джойстиков используются, но крайне редко, хотя может в будущем и получат более широкое распространение.

Важный момент – расположение руля. В странах с правосторонним движением руль и рулевая колонка расположены слева, в государствах с левосторонним движением соответственно руль справа. Третий вариант – руль по центру, такая схема характерная гоночным болидам, но были и серийные модели с такой компоновкой. Например, легендарный McLaren F1 (выпускался с 1993 по 1998 год), китайский Techrules Ren (мелкосерийная сборка с 2018 года), были еще и концепткары, у них водитель по центру, а два пассажира по бокам, как у Citroen Karin, или чуть сзади. Заканчивая тему экзотики отметим, что руль на преобладающем числе автомобилей один, исключения единичные. Например, американцы из Ford испытывали систему с двумя рулями, называлась она Ford Wrist-Twist, на такой модели как Ford Mercury Park Lane.

Руль состоит из нескольких основных деталей:

обод, внешняя часть руля для хвата руками водителя;
ступица, используется для закрепления на втулке рулевой колонки;
спицы, обеспечивают связь между ободом и ступицей.

Обод в большинстве случаев круглый, хотя бывает круглым со скошенной в нижней части хордой. Порой встречаются ободы овальные, на спортивных болидах прямоугольные. Об экзотических решениях в форме бабочки и других не будем, используются редко, как и решение с вырезанными из окружности сегментами. На обод зачастую надевается оплетка из различных материалов (замши, алькантары, кожи, ткани, винила), иногда используются декоративные решения в виде накладок, отделки деревянным шпоном и прочие.

В целом обод стараются сделать травмобезопасным, чтобы он при аварии не повредил грудную клетку водителя. Для изготовления используются пластик (прочие полимерные материалы), композиты, иногда металлы (сталь, алюминий со специальными прорезиненными, порой пластиковыми накладками на местах хвата).

Кое-когда в качестве опции на обод ставится вертикально расположенная рукоять (рычаг). Хотя это больше характерно для грузового автотранспорта, на легковом такое решение встречается, особенно в форме тюнинга заводской баранки.

Важные характеристики – диаметр и расположение обода. У легковых автомобилей диаметр обода от 380,00 до 425,00 мм, бывает больше, бывает меньше. От диаметра рулевого колеса зависят прилагаемые усилия для осуществления управления автомобилем. Не будем вдаваться в физические термины и все обосновывать, скажем просто – чем меньше диаметр руля, тем сложнее его повернуть, но управляемость лучше и четче. Вот почему у грузовых автомобилей обод баранки больше, чем у легковых автомобилей.

Второй параметр – угол наклона руля относительно горизонтальной плоскости, в пределах от 0° до 90° (больше практически не встречается), то есть от полностью горизонтального расположения до вертикального. Правило следующее – чем больше угол наклона, тем больше усилий надо прилагать на руль для управления автомобилем, но управляемость лучше и четче. Оттого на грузовых автомобилях угол наклона минимальный (баранка расположена практически горизонтально), а на спортивных болидах почти максимальный (руль расположен вертикально). У легковых машин все в пределах 40°-70°. Конструкторы при расчете кинематической схемы используют очень сложные методики, при этом учитываются углы установки колес (развал, схождение, кастор), прочие параметры, целая наука.

Спицы изготавливаются, в преобладающем числе случаев, из тех же материалов что и обод. И практически всегда это цельная литая или сварная конструкция. Было раньше одно исключение из правил.

Отвлечемся. Основная проблема механической связи между колесами ходовой и рулевым управлением заключается в том, что неровности поверхности дороги воздействуют на колеса, а через те и на рулевое колесо. То есть дорожная тряска передается на руки водителя. Этого пытались избежать всеми доступными способами. Один из них сделать спицы не жесткими, а гибкими, в форме струн, своего рода амортизаторов. Назвали такие рули «банджо» за схожесть с музыкальным инструментом. Работало отлично в нормальных условиях, но при аварии эти спицы выскакивали и впивались в тело водителя, хирургам работы прибавлялось. Оказалось очень опасная вещь и отказались от использования. Вот теперь эта литая конструкция, без всяких но и она еще может гнуться, чтобы не проломать грудь шофера при аварии. С тряской пытаются справиться и сейчас, например, те же системы адаптивного рулевого управления. А инженеры Mercedes-Benz умудрились в систему рулевого привода поставить амортизаторы. Используются и другие конструкционные решения. Но речь у нас не о том, вернемся к спицам.

Отличия заключаются в форме спиц. Тут фантазия конструкторов не ограничена. Второе отличие – количество спиц. Минимум одна, это фирменная черта ряда моделей Citroen, исторически так сложилось со времен легендарной Citroen DS. Иногда спиц две, но зачастую или три, или четыре. Их расположение бывает различным. Если спиц три, то существует негласное правило располагать их на 3,6 и 9 часов (классическая схема), если спиц четыре, то две из них на 3 и 9 часов (это тоже традиционный вариант).

Ступица – центральная часть рулевого колеса, по форме, как правило, круглая, но опять-таки вариантов дизайна масса. Зачастую автопроизводители своим долгом считают именно на ступицу поместить свой фирменный шильдик как форму идентификации автомобильной марки. По конструкции ступица бывает подвижной, это традиционное решение, когда обод, спицы, ступица единое целое, вращаются одновременно, и неподвижной, такая экзотика практически не встречается (то есть крутятся обод и спицы, а ступица остается на месте).

Следующий момент. По поводу функциональности рулевого колеса есть две группы конструкторов, два лагеря. Первые считают, что рулевое колесо должно оставаться рулевым колесом и больше там ничего не должно быть. То есть только обод, спицы, ступица и все.

Вторая группа считает, что на рулевом колесе должно быть все и как можно больше. Причем уровень этого всего иногда даже зашкаливает. Речь идет о том что на ободе, спицах, иногда и ступице располагается множество клавиш, которые перебрались с центральной консоли и приборной панели. Такие рули называют мультифункциональными. Конфигурация клавиш, их количество, функциональное предназначение у разных автопроизводителей, их моделей и определенных модификаций существенно отличается. Может быть все что угодно, зачастую это кнопки управления микроклиматом и мультимедийной системой, встречаются варианты с управлением внешней светооптикой, электронными системами, даже кнопку запуска двигателя, переключения передач порой ставят. То есть вариантов миллионы. Причем они отличаются по форме, расположению, бывают не только клавиши, но и крутилки, джойстики, иногда ставятся подрулевые переключатели. Очень все вариативно. Насчет зашкаливает. Некоторые умудрялись в ступицу всю или часть приборной панели поставить, причем аналоговой. Сейчас ведутся работы, чтобы в спицы и ступицу ставить сенсорные экраны бортового компьютера.

По нашему мнению, нужно придерживаться «золотой средины», всего должно быть в меру, удобно, функционально, эргономично и не отвлекать от дороги.

Хотя сейчас совершенно «пустой» руль практически не встретишь, только на бюджетных моделях, например, Renault Logan первого поколения, то есть на рынке такие варианты представлены. В большинстве современных автомобилей в руле, по крайней мере, клаксон, звуковой сигнал (у некоторых моделей Рено, раз о них заговорили, эта кнопка в подрулевом переключателе). И сейчас все идет к тому, что уже в ряде стран на законодательном уровне будет утверждено положение, согласно которому в ступице должна быть подушка безопасности (Airbag). Ее специальный пиропатрон выстреливает при аварии, чтобы рулевое колесо не повредило грудную клетку и не стукнуться головой об лобовое стекло. На самом деле вещь жуткая и если неправильно настроена или произойдет случайный отстрел пиропатрона, то аварии не избежать, потому что управление теряется полностью.

Теперь о дополнительных опциях. Современный руль может снабжаться дополнительными опциями, например, иметь функцию подогрева и свои конструкционные особенности.

Подводя итог. Выбирая автомобиль – обращайте внимание на руль, его расположение, размер, форму, материал изготовления, функциональность, удобность хвата и травмобезопасность, наличие вспомогательных функций.

Рулевая колонка

Рулевое колесо устанавливается на втулку рулевой колонки. Этот узел по своей сути труба (кожух из полимерных материалов), он нужен для фиксации руля, передачи усилия от него на рулевой механизм, а также установки дополнительных компонентов. Среди них, как правило, подрулевые переключатели, которые отличаются по функциональному назначению (управляют внешней светооптикой, дворниками, иногда звуковыми сигналами), узлы противоугонной системы (блокиратор вала), системы зажигания, иногда трансмиссии (классическая американская схема, когда рычаг КПП на рулевой колонке). То есть вариантов компоновки рулевой колонки сотни.

Внутри колонки ставится приводной вал или система стальных валов, наиболее часто два вала. Если валов несколько, то они объединяются при помощи карданной передачи, специальных шарниров. Это травмобезопасный вариант, при аварии валы складываются и рулевая колонка не наносит существенного вреда здоровью шофера.

С целью крепления узлов используются специальные крепежные элементы (пружинки, срезные болты с гайками и шайбами, винты, специальные уплотнители). Зачастую, особенно на внедорожниках, еще ставится демпфер, он компенсирует ударные нагрузки, гасит колебания рулевого привода, которые передаются от колес на руль (дорожную тряску на руки).

Если с одной стороны рулевая колонка соединяется определенным образом с рулевым колесом, то с другой, также при помощи определенного конструкционного решения, с рулевым механизмом.

Важная деталь. Рулевые колонки бывают регулируемыми и нерегулируемыми. В свою очередь регулируемые настраиваются по таким параметрам как высота и вылет (наклон). Ранее, когда колонка была жестко закреплена в одной плоскости, приходилось производителям придумывать различные оригинальные решения в виде откидного, телескопического или подвижного руля. Регулировка выполняется либо вручную, либо автоматически, при помощи специальных сервоприводов (электромоторов). Причем современные системы способны запоминать расположение рулевой колонки для нескольких водителей с разными антропометрическими данными, что очень удобно. Не надо постоянно настраивать под себя. Причем порой система запоминает не только положение рулевой колонки, но и положение водительского сидения, боковых зеркал заднего вида.

Пока что в бюджетных автомобилях такие функции не представлены, да и у многих марок и моделей колонки все еще нерегулируемые. То есть удобство расположения регулируется исключительно путем изменения положения элементов водительского сидения.

Рулевой механизм и рулевой привод

Рулевая рейка, как отмечали выше, соединяется с рулевым механизмом. Рулевой механизм – это несколько узлов, которые передают усилие от рулевого колеса на рулевой привод. То есть это устройство, которое преобразует вращательное движение рулевого вала в возвратно-поступательное движение компонентов рулевого привода. Дополнительные задачи – возврат руля в нейтральное положение, если на него не оказывается определенное физическое усилие водителем, а при наличии усилителя еще и увеличение усилия, оказываемого непосредственно на колонку (ее вал) или привод.

По сути это редуктор, механическая передача, которая существенно может различаться по конструкции и схеме работы. От этого напрямую зависят и особенности конструкции, функционирования рулевого привода. Редукторы используются разнообразные, но самые распространенные – это червячные, винтовые и наиболее простая схема обычная зубчатая шестерня. Об этом поговорим ниже более детально. Редуктор ставится в картер, специальный корпус.

Рулевой привод – это общность узлов и определенных деталей, которые обеспечивают передачу усилия от рулевого колеса на привод управляемых передних колес. То есть вращательное усилие подается на рулевой механизм. Тот преобразовывает его в возвратно-поступательное передвижение рулевого привода. А он в свою очередь оказывает усилия на элементы колес (в преобладающем числе случаев речь идет о поворотных кулаках передних управляемых колес).

Важное значение для рулевого управления имеет расположение привода. Зачастую его элементы ставятся на передний подрамник, это так называемое «низкое» расположение. Если подрамника или рамы нет, то элементы привода крепятся к ходовой, двигателю или другим, в том числе силовым компонентам, расположенным в моторном отсеке. Это «верхнее» расположение. Все находится в зависимости от особенностей конструкции, но чем ниже элементы привода, тем информативнее управление.

Особенности конструкционной схемы привода определяются устройством рулевого механизма (эти детали очень тесно взаимосвязаны между собой), а также наличием дополнительных конструкционных элементов. Например, уже выше отмечали применение схем с демпфирующими пружинами, которые гасят колебания компонентов рулевого привода, возникающие при передвижении автомобиля. Есть и иные варианты.

Усилитель руля

Ряд автомобилей, с каждым годом такого автотранспорта становится все больше, оборудуется усилителем руля. По своей сути это устройство, увеличивающее усилие, которое оказывает водитель на рулевое колесо. То есть при меньшем усилии на руль обеспечивается достаточное для поворота колес вращательное движение, которое затем преобразовывается в возвратно-поступательное. Своего рода помощник. Он дает возможность легко повернуть руль в нужную сторону. Особенно это оценил слабый пол.

В рулевом управлении, где нет механической связи, тех же адаптивных системах, в роли усилителя используются сервоприводы, которые обеспечивают поворот колес, и актуаторы, если разговор о системе, отвечающей за активное подруливание задних колес.

Принцип работы усилителей основан на применении определенного вида энергии или изменении рабочих параметров, речь о передаточном числе. Если брать историю, то первые усилители руля использовали электрическую энергию, то есть были прообразами современных ЭУР (электрических усилителей руля). Затем стали применять пневматические и вакуумные усилители. И уже последней довели до ума схему с использованием специальной гидравлической жидкости. Такие усилители называются ГУР (гидравлический усилитель руля). В настоящее время используются ГУР, ЭУР и комбинированный между ними вариант ГУР с электродвигателем, он называется ЭГУР (соответственно электрогидравлический усилитель руля).

Схемы с механическим усилителем руля сейчас не используются, либо применяются как вспомогательные. Причем существует целый ряд способов изменить передаточное отношение, например, с использованием электродвигателя, это ЭМУР (электромеханический усилитель руля), второй вариант – использование планетарного механизма, третий – рейка с переменным шагом зубьев, есть и другие. О ГУР, ЭГУР и ЭУР поговорим ниже.

Виды рулевого управления

Рулевое управление автомобиля, как уже указывали, отличается по своим конструкционным особенностям. Один из важнейших критериев – тип используемого рулевого механизма и тесно связанного с ним рулевого привода. Остановимся на трех основных схемах с механической связью между компонентами системы – червячной, винтовой и реечной.

Реечный вид рулевого управления

Итак, самая распространенная схема на современных легковых автомобилях – реечный вид рулевого управления. Схема называется «шестерня-рейка». Она предполагает установку нескольких базовых узлов, выделим такие как:

картер, как правило, алюминиевый корпус;
шестерня на подшипнике рулевого вала, находится в картере (если разговор идет о механическом приводе, то это обычная круглая прямая или косозубая шестерня, если о приводе с усилителем, то ставится червячная шестерня, червяк, винт со специальной резьбой);
рулевая рейка, с нанесенными на ней зубьями (шаг зубьев бывает и переменным, что позволяет изменять передаточное соотношение);
рулевые наконечники (шарниры), они, как правило, соединяют рулевые тяги с поворотными кулаками колес, а зачастую и рулевые тяги с рулевой рейкой;
рулевые тяги (в данной схеме их две, одна левая, другая правая, расположены поперечно).

Картер, шестерня в нем и ряд прочих компонентов, в зависимости от особенностей конструкции, – это в целом рулевой механизм рассматриваемой схемы. Рулевая рейка, правая и левая рулевые тяги, а еще рулевые наконечники – это и есть рулевой привод. Плюс в этой схеме может присутствовать усилитель руля определенного вида, планетарная передача, предназначенная для изменения текущего передаточного соотношения (передаточного числа в соответствии с текущей скоростью передвижения автомашины). А еще ставится целый ряд электрооборудования (исполнительных компонентов электронных систем, обеспечивающих полнофункциональную работу рулевого управления).

Рабочий принцип отличается от того установлен или не установлен усилитель. Об этом ниже. Суть схемы в следующем. Водитель поворачивает рулевое колесо. Вращательное усилие подается на приводной (рулевой) вал (систему валов, соединенных между собой посредством карданной передачи) в рулевой колонке. Вал через подшипник в редукторе рулевого механизма соединен с шестерней определенного вида. Вращается вал – следом за ним вращается шестерня. Зубья шестерни находятся в прямом зацеплении с зубьями рейки (плотность зацепления обеспечивают специальные пружины). Таким образом вращательное движение вала с шестерней преобразовывается в возвратно-поступательное движение рулевой рейки, которая двигается влево или вправо. Движение рейки заставляет двигаться рулевые тяги. А они воздействуют на поворотные кулаки, соединенные со ступицей, что заставляет колеса поворачиваться в левую или правую сторону на определенный градус.

Если используется ЭУР, то он может ставиться или на вал в рулевой колонке, или на рулевую рейку. В первом случае посредством механической передачи задействуется вал. Во втором в зависимости от конструкции (общий или отдельный корпус) через систему шестерен или соединение типа винт-гайка, при помощи прямой или ременной передачи дополнительный крутящий момент подается от электромотора, зачастую асинхронного, на рулевую рейку.

Если ставится ГУР, то между тягой и рейкой появляется дополнительное устройство, оно называется гидроцилиндром. Создаваемое по команде ЭБУ давление жидкости в гидроцилиндрах оказывает дополнительное усилие на тягу в зависимости от того, в какую сторону выполняется поворот.

Червячный вид рулевого управления

Червячный рулевой механизм ставится намного реже, в настоящее время, как правило, на внедорожниках. Основной элемент данного устройства – червяк, винт со специальной резьбой, по сути, червячная шестерня. Схемы применяются различные, назовем такие как «червяк-сектор» (она же «червяк-шестерня»), «червяк-кривошип» и наиболее распространенную на легковых машинах – «червяк-ролик».

Основные компоненты:

червяк, по сути, часть рулевого вала;
шестерня со спиральными зубьями (она же сектор двухзубый либо многозубый) или двух-, трехгребневый ролик, или палец (пальцев бывает и два);
вал в рулевой колонке, приводной;
рулевая сошка;
вал рулевой сошки;
маятниковый рычаг (иногда их два);
металлический картер, как правило, из легких металлов и сплавов (алюминия);
рулевые тяги (средняя, она же центральная и две боковые).

Червяк, а также шестерня (либо ролик, либо палец), которые располагаются в картере, – это и есть рулевой механизм. Рулевая сошка, маятниковый рычаг и рулевые тяги образовывают рулевой привод, который в этой схеме называют рулевой трапецией, она включает еще поворотные кулаки.

Принцип работы следующий. Водитель вращает руль. Вращательное движение подается на приводной рулевой вал. Он соединен с червяком определенным образом. Вращается вал – за ним следом вращается червяк. С червяком в сцеплении находятся либо ролик (наиболее часто встречается на легковых машинах), реже шестерня (сектор), ну и совсем экзотика палец (иногда два пальца). Они соединены с валом сошки. То есть вращается приводной вал с червяком и передает вращение на ролик (сектор, палец). Какой-то из этих компонентов (в зависимости от используемой схемы) обеспечивает вращение вала сошки, который ее и поворачивает. Из-за этого сошка тянет влево или вправо центральную (среднюю) тягу. Она через определенное соединение имеет связь с боковыми тягами, то есть заставляет их двигаться в левую или правую сторону. В этом помогает и маятниковый рычаг, иногда рычаги, как дополнительная точка опоры трапеции. Тяги соединены с поворотными кулаками и заставляют уже их также поворачиваться. Сами кулаки имеют связь со ступицей колес, что и дает возможность выполнять поворот.

Очень древняя, архаичная схема и редкая сейчас, потому что сложная, с низким КПД, но надежная и позволяет гасить воздействие разнонаправленных сил, которые передаются сначала на ходовую, а затем на рулевое управление и руль при эксплуатации автомобиля на бездорожье или неровном дорожном покрытии.

Винтовой вид рулевого управления

Еще одна схема рулевого механизма, получившая распространение на серийных легковых автомобилях, – использование винта. Это такие схемы как «винт-рейка-шестерня» и очень, очень редко «винт-кривошип», а также «винт-гайка-шатун-рычаг». Последние две рассматривать не будем, больше удел все-таки грузовиков. А вот на первой остановимся детальнее. Схема «винт-рейка-шестерня» предполагает наличие таких узлов как:

винт, отсюда и название этого механизма;
картер, как обычно, для защиты механизма от внешнего воздействия;
поршень-рейка (в данном случае она зубчатая);
шариковая гайка с подшипниками шарообразной формы;
зубчатая шестерня (ее называют еще зубчатым сектором);
вал сошки;
сошка;
трапеция (по аналогии с червячным механизмом, не будем дублировать).

Винт, поршень-рейка, зубчатая шестерня, частично вал сошки и приводной вал находятся в картере – это механический рулевой привод, редуктор. Рулевые сошка, а также трапеция соответственно – рулевой привод.

Схема работы такова. Водитель оказывает усилие на баранку. Приводной вал, связанный с винтом, вращается. Это заставляет вращаться и шариковую гайку непосредственно на подшипниках. Она обеспечивает вращение поршня-рейки, находящегося в зацеплении с зубчатой шестеренкой (сектором), частью вала рулевой сошки. Вращается поршень-рейка, следом за ним и вал сошки, который обеспечивает ее поворот в ту или иную сторону. Дальше полная аналогия со второй схемой. Начинает работать рулевая трапеция и колеса поворачиваются в нужную сторону.

Сразу отметим что обозначили далеко не все конструкционные схемы рулевых механизма и привода. Помимо этого червячный и винтовой виды рулевого управления могут работать в паре с усилителем руля, хотя в отличие от реечного вида рулевого управления есть существенные различия.

Иногда применяются другие схемы с механической связью, а существующие модифицируются путем использования системы датчиков, дополнительных исполнительных устройств и ЭБУ. Периодически появляются и схемы, где механическая связь используется лишь как дублирующая, аварийная схема.

Усилители руля

Итак, как отмечали выше, на современных автомобилях устанавливаются усилители руля, такие виды как ЭУР, ЭГУР, ГУР и ряд других. Планетарные передачи, рейки с переменным сечением можно считать условно как механические виды усилителей. Остановимся на первых трех подробнее.

Гидравлический и электрогидравлический усилители руля

ГУР получил в настоящее время наибольшее распространение, хотя будущее явно не за ним. Схема этого усилителя уже не менялась лет 50, лишь совершенствовалась и задела для модернизации практически не имеет. Основные элементы:

насос, бывает пластинчатым (лопастным либо шиберным) или шестеренным, он работает путем отбора части крутящего момента от коленвала посредством ременной поликлиновой или клиновой передачи;
золотниковый распределитель, специальное устройство, перераспределяющее поток жидкости;
гидравлическая жидкость, как правило, трансмиссионная специальная, маркируется ATF;
исполнительное устройство, гидроцилиндр, оборудованный штоком и поршнем;
система патрубков для циркуляции жидкости;
расширительный бачок, предназначенный для заливки, фильтрации и компенсации изменения объема ATF.

Современные ГУР снабжаются и другими компонентами. Работают в паре с ЭБУ, снабжаются электромагнитными клапанами, камерами обратного действия и узлами. Тема объемная и достаточно вариативная.

Принцип работы заключается в том что насос обеспечивает движение в системе жидкости. Как только руль поворачивается это приводит к повышению давления жидкости. Она поступает в распределитель, оттуда в гидроцилиндр. Там воздействует на поршень, а он в свою очередь на рулевую тягу привода или через вал на сошку.

Это, конечно, упрощенная схема для общего понимания. Все на самом деле немного сложнее, особенно в случае с электронным управлением.

Электрогидравлический усилитель руля по принципу своей работы от гидравлического ничем не отличается. Главное различие в типе привода. Если для работы ГУР требуется отбор мощности двигателя, а это механические потери и дополнительный расход топлива, то ЭГУР работает от автономного электромотора и с двигателем никак не связан, только опосредовано, конечно. Иначе говоря, разница в насосе, ГУР с механическим приводом насоса от коленвала, ЭГУР с собственным асинхронным электродвигателем.

Электрический усилитель руля

ЭУР кардинально отличается от ГУР принципом работы. Ставится асинхронный электродвигатель. Уже указывали выше. Уточним. Варианта два. Первый – либо непосредственно на рулевую рейку (когда речь о схеме «шестерня-рейка), или на вал рулевой в картере рулевого механизма. Второй – на вал в колонке (это самый бюджетный вариант, для легковых автомашин A и B класса). То есть три способа основных установки. Усилитель, по сути, исполнительное устройство, значит, есть управляющее, это ЭБУ, а также целая группа датчиков. Их конфигурация значительно отличается, но в целом это цифровые или аналоговые датчики угла поворота и крутящего момента руля, скорости вращения колес, частоты вращения коленвала, иногда ряд других.

И еще одна важная часть – механическая передача, об основных видах рассказали, когда рассматривали схему рулевого управления «шестерня-рейка». Дублировать не будем.

Схема работы именно от особенностей места установки и вида используемой механической передачи отличается, а вот принцип работы общий.

Датчики собирают информацию и передают на блок управления, тот на основании определенного алгоритма принимает решение и подает команду на электродвигатель. Он в свою очередь посредством механической передачи передает крутящий момент непосредственно или на вал, или на редуктор, или на рейку.

На этом разговор закончим. Системы рулевого управления (адаптивного, также активного, а еще и динамического) и разнообразные электронные системы, тесно связанные непосредственно с рулевым управлением, – это тема для своей отдельной статьи. Отметим лишь еще раз что если потребуются обслуживание или ремонт данной системы в Казани, нужно будет купить запчасти, всю информацию сможете найти у нас на автопортале Avto.Tatar . Обращайтесь!

2019-01-12 Рулевое управление автомобиля, назначение и устройство

Похожие новости

Новости партнёров