Система рулевого управления является одной из самых основных в устройстве автомобиля. Это совокупность механизмов, синхронизирующих положение руля и угол поворота передних управляемых колес. Главная функция для любого транспортного средства – обеспечение возможности поворота и поддержание заданного водителем направления.
Устройство
Конструктивно рулевое управление автомобиля состоит из пары основных узлов. Что касается механизмов, то они могут быть реализованы по-разному.
Рулевое колесо необходимо для осуществления управления. Водитель посредством него указывает направление, по которому осуществляется движение автомобиля. В современных машинах рулевое колесо может быть дополнительно оснащено клавишами и регуляторами для управления мультимедийными, навигационными системами. Если водитель в будущем заменит мультимедийную систему, то для настраивания магнитолы с рулевого колеса необходимо приобрести адаптер рулевого управления. Также внутри элемента имеется подушка безопасности.
Далее в системе идет рулевая колонка. Для чего она служит? Она необходима для передачи усилия, которое водитель прикладывает к рулевому колесу на механизм. Деталь представляет собой вал с шарниром. Чаще это небольшой кардан. Нередко рулевые колонки обеспечивают безопасность в случае угона. Так, конструкция оснащается механическими или электрическими блокировочными системами. Также на колонке находится замок зажигания, рычаги переключения поворотов, включения света, очистителей лобового стекла.
Рулевой механизм получает усилие от вала колонки и затем трансформирует его в поворот колес. Конструкция механизма рулевого управления – это редуктор с определенным передаточным числом.
Также в системе имеется привод. Это система из тяг и наконечников, которые принимают усилие от вала и затем передают его на наконечники и поворотную систему управляемых колес.
Еще в большинстве конструкций систем рулевого управления имеется усилитель. Может быть гидравлическим или электрическим. Он необходим для повышения вращательных усилий, что идут от руля на колеса. Можно выделить и дополнительные элементы – это амортизаторы или демпферы, а также различные элементарные системы.
Рулевые механизмы: типы
В зависимости от того, какой редуктор установлен в том или ином автомобиле, рулевой механизм может быть реечным, червячным или винтовым. Каждый из них мы и рассмотрим отдельно.
Реечный
Это широко распространенное устройство, которым комплектуют большинство современных автомобилей. Главным элементом является рейка и шестеренка. Последняя постоянно зацеплена с зубчатой рейкой, а находится она на рулевом валу.
Принцип работы данного механизма следующий. При повороте руля зубчатая рейка двигается влево или вправо. Вместе с ней двигаются и рулевые тяги, которые соединены с наконечниками, а те, в свою очередь, с поворотными кулаками. Таким образом колеса автомобиля могут поворачиваться на нужный водителю угол.
Реечный механизм достаточно прост, при этом отличается высоким КПД и жесткостью. Но при всех достоинствах рулевая рейка очень чувствительна к нагрузкам, в особенности к ударным нагрузкам от езды по дорожным неровностям. Также в силу конструкции она склонна к вибрациям. Рулевую рейку чаще всего можно встретить на переднеприводных машинах, где передняя подвеска независимого типа.
Червячный
В основе этого механизма рулевого управления лежит глобоидный червяк. Это червячный вал, имеющий переменный диаметр. Он соединен с рулевым валом. Также в конструкции имеется ролик. На валу ролика установлена рулевая сошка, которая механически связана с рулевыми тягами.
В процессе вращения руля ролик обкатывает по червяку, приводя тем самым в движение рулевую сошку. Последняя в результате перемещает тяги привода. За счет этого достигается поворот управляемых колес в нужную водителю сторону.
Данный вариант менее восприимчив к любым нагрузкам, в том числе и к ударным. Кроме того, обеспечиваются большие углы поворота и лучшая маневренность для автомобиля. Но здесь также имеются недостатки. Так, червячный механизм более сложный в плане изготовления, а значит, более дорогой. Для нормального функционирования механизма нужно много соединений, что требует периодической и сложной регулировки.
Такую конструкцию можно встретить на автомобилях с повышенными характеристиками проходимости, а также с зависимой подвеской пары управляемых колес. Еще механизм встречается на небольших грузовиках и автобусах. Устанавливалось червячное рулевое управление на ВАЗах классических моделей.
Винтовой механизм
В этом решении объединены следующие элементы. Это винт, который установлен на рулевом валу, гайка, которая перемещается по винту, зубчатая рейка на гайке, сектор, соединенный с рейкой, а также сошка. Последняя находится на валу зубчатого сектора. Из особенностей можно выделить соединение гайка-винт. Здесь оно выполнено при помощи большого количества небольших шариков. Шарики позволяют значительно снизить силу трения между подвижными деталями и тем самым снизить интенсивность износа.
Принцип действия механизма напоминает работу червячной системы. Когда водитель воздействует на рулевое колесо, то приводится в движение вал, а вместе с ним вращается винт, перемещающий гайку. При этом шарики двигаются внутри механизма. Гайка при воздействии рейки перемещает зубчатый сектор. Вместе с сектором двигается и рулевая сошка.
Это рулевое управление отличается большим КПД по сравнению с червячным. Система устанавливается на машины представительского класса, тяжелые грузовики и различные модели автобусов.
Усилители рулевого управления
Все вышеперечисленные системы требовали приложения определенных усилий. Чтобы облегчить процесс эксплуатации автомобилей, а также для того, чтобы езда приносила эмоции и хорошее настроение, инженеры создали устройство, позволяющее управлять автомобилем практически без каких-либо усилий. Это устройство называется усилитель. Сегодня большинство автомобилей оснащается такой системой.
Различают гидравлический, электрический, гидроэлектрический усилитель рулевого управления. Также можно выделить пневматические механизмы.
Гидроусилитель
Это один из конструктивных элементов системы управления. Здесь при вращении рулевого колеса основное усилие создается при помощи гидравлического привода.
Самый простой усилитель представляет собой насос, приводящийся в действие от коленчатого вала. Такое решение имеет производительность, прямо пропорциональную оборотам двигателя. Это соответствует потребностям управления автомобилем. Если скорость максимальная, то требуется минимальное усиление и наоборот.
Работает данная система следующим образом. При движении прямо насос рулевого управления заставляет циркулировать рабочую гидравлическую жидкость. Когда руль поворачивается, закручивается торсион. Процесс сопровождается поворотом золотника относительно гильзы распределителя. Открываются каналы, и жидкость попадает в одну из полостей в силовом цилиндре. Жидкость из другой полости уходит в бачок. Поршень, имеющийся в силовом механизме, перемещает рейку. Усилие передается к рулевым тягам, что и ведет к повороту управляемых колес.
Когда повороты осуществляются на небольших скоростях, усилитель работает с максимальной производительностью. Основываясь на сигналах датчиков, ЭБУ повышает обороты насоса. В цилиндр силового механизма более интенсивно поступает рабочая жидкость. За счет этого снижается усилие, нужное для поворота руля.
Электроусилитель: особенности
Устройство рулевого управления этого типа сложнее. Здесь имеется масса датчиков. Система состоит из электромотора и механических элементов. Наиболее распространены конструкции с двумя шестеренками, а также с параллельным приводом. Этот усилитель зачастую находится в одном блоке с механизмом рулевой системы.
Когда водитель поворачивает руль, закручивается или откручивается торсион. Это измеряется датчиком – учитывается текущий крутящий момент и угол поворота. Также учитывается скорость движения. Все эти цифры отправляются на ЭБУ, который рассчитывает нужное усилие. Путем изменения силы тока изменяется усилие на рейку механизма.
Заключение
Это все существующие на сегодня рулевые системы современных автомобилей. Возможно, инженеры придумают в будущем более эффективные решения. А пока достаточно рулевой рейки с усилителем.
