Рульове керування автомобіля: пристрій, вимоги

Система рульового управління є однією з основних в пристрої автомобіля. Це сукупність механізмів, синхронізуючих положення керма і кут повороту передніх керованих коліс. Головна функція для будь-якого транспортного засобу – забезпечення можливості повороту та підтримання заданого водієм напрямку.

Пристрій

Конструктивно рульове керування автомобіля складається з пари основних вузлів. Що стосується механізмів, то вони можуть бути реалізовані по-різному.

Рульове колесо необхідно для здійснення управління. Водій допомогою нього вказує напрямок, за яким здійснюється рух автомобіля. В сучасних машинах рульове колесо може бути додатково оснащене клавішами і регуляторами для керування мультимедійними, навігаційними системами. Якщо водій у майбутньому замінить мультимедійну систему, то для настроювання магнітоли з рульового колеса необхідно придбати адаптер рульового керування. Також всередині елемента є подушка безпеки.

Далі в системі йде рульова колонка. Для чого вона служить? Вона необхідна для передачі зусилля, яке водій прикладає до рульового колеса на механізм. Деталь являє собою вал з шарніром. Частіше це невеликий кардан. Нерідко рульові колонки забезпечують безпеку в разі викрадення. Так, конструкція оснащується механічними або електричними блокувальними системами. Також на колонці знаходиться замок запалювання, важелі перемикання поворотів, включення світла, очищувачів лобового скла.

Рульовий механізм отримує зусилля від вала колонки і потім трансформує його у поворот коліс. Конструкція механізму рульового управління – це редуктор з певним передавальним числом.

Також у системі є привід. Це система з тяг і наконечників, які беруть зусилля від вала і потім передають його на наконечники і поворотну систему керованих коліс.

Ще в більшості конструкцій систем рульового управління є підсилювач. Може бути гідравлічним або електричним. Він необхідний для підвищення обертальних зусиль, що йдуть від керма на колеса. Можна виділити і додаткові елементи – це амортизатори або демпфери, а також різні елементарні системи.

Рульові механізми: типи

В залежності від того, який встановлений редуктор в тому чи іншому автомобілі, рульовий механізм може бути рейковим, черв’ячним або гвинтовим. Кожний з них ми і розглянемо окремо.

Рейковий

Це широко поширений пристрій, яким комплектують більшість сучасних автомобілів. Головним елементом є рейка і шестірня. Остання постійно зацеплена із зубчастою рейкою, а знаходиться вона на рульовому валу.

Принцип роботи цього механізму наступна. При повороті керма зубчаста рейка рухається вліво або вправо. Разом з нею рухаються і рульові тяги, які з’єднані з наконечниками, а ті, у свою чергу, з поворотними кулаками. Таким чином колеса автомобіля можуть повертатися на потрібний водієві кут.

Рейковий механізм досить простий, при цьому відрізняється високим ККД і жорсткістю. Але при всіх достоїнствах рульова рейка дуже чутлива до навантажень, особливо до ударних навантажень від їзди по дорожніх нерівностей. Також в силу конструкції вона схильна до вібрацій. Рульову рейку найчастіше можна зустріти на передньопривідних машинах, де передня підвіска незалежного типу.

Черв’ячний

В основі цього механізму рульового управління лежить глобоидный черв’як. Це черв’ячний вал, що має змінний діаметр. Він з’єднаний з рульовим валом. Також у конструкції є ролик. На валу ролика встановлена рульова сошка, яка механічно пов’язана з рульовими тягами.

У процесі обертання керма ролик обкатує по черв’яку, приводячи тим самим у рух рульову сошку. Остання в результаті переміщує тяги приводу. За рахунок цього досягається поворот керованих коліс в потрібну водієві бік.

Цей варіант менш чутливий до будь-яких навантажень, в тому числі і до ударних. Крім того, забезпечуються великі кути повороту і краща маневреність для автомобіля. Але тут також є недоліки. Так, черв’ячний механізм більш складний у плані виготовлення, а значить, більш дорогою. Для нормального функціонування механізму потрібно багато сполук, що вимагає періодичної і складною регулювання.

Таку конструкцію можна зустріти на автомобілях з підвищеними характеристиками прохідності, а також з залежною підвіскою пари керованих коліс. Ще механізм зустрічається на невеликих вантажівках і автобусах. Встановлювалося черв’ячне рульове управління на ВАЗах класичних моделей.

Гвинтовий механізм

У цьому рішенні об’єднані наступні елементи. Це гвинт, який встановлений на рульовому валу, гайка, яка переміщується по гвинту, зубчата рейка на гайці, сектор, з’єднаний з рейкою, а також сошка. Остання знаходиться на валу зубчастого сектора. З особливостей можна виділити з’єднання гайка-гвинт. Тут воно виконано за допомогою великої кількості невеликих кульок. Кульки дозволяють значно знизити силу тертя між рухомими деталями і тим самим знизити інтенсивність зношування.

Принцип дії механізму нагадує роботу черв’ячної системи. Коли водій впливає на рульове колесо, то приводиться в рух вал, а разом з ним обертається гвинт, що переміщає гайку. При цьому кульки рухаються всередині механізму. Гайка при впливі рейки переміщує зубчастий сектор. Разом з сектором рухається і рульова сошка.

Це рульове управління відрізняється більшим ККД у порівнянні з черв’ячним. Система встановлюється на машини представницького класу, важкі вантажівки і різні моделі автобусів.

Підсилювачі рульового керування

Всі перераховані вище системи вимагали докладання певних зусиль. Щоб полегшити процес експлуатації автомобілів, а також для того, щоб їзда приносила емоції і гарний настрій, інженери створили пристрій, що дозволяє управляти автомобілем практично без яких-небудь зусиль. Цей пристрій називається підсилювач. Сьогодні більшість автомобілів оснащується такою системою.

Розрізняють гідравлічний, електричний, гидроэлектрический підсилювач рульового управління. Також можна виділити пневматичні механізми.

Гідропідсилювач

Це один з конструктивних елементів системи управління. Тут при обертанні рульового колеса основне зусилля створюється за допомогою гідравлічного приводу.

Самий простий підсилювач являє собою насос, приводящийся в дію від колінчастого вала. Таке рішення має продуктивність, прямо пропорційну оборотами двигуна. Це відповідає потребам управління автомобілем. Якщо швидкість максимальна, то потрібно мінімальне підсилення і навпаки.

Працює дана система таким чином. При русі прямо насос рульового управління змушує циркулювати робочу гідравлічну рідину. Коли кермо повертається, закручується торсіон. Процес супроводжується поворотом золотника щодо гільзи розподільника. Відкриваються канали, і рідина потрапляє в одну з порожнин в силовому циліндрі. Рідину з іншого порожнини йде в бачок. Поршень, наявний у силовому механізмі, переміщує рейку. Зусилля передається до рульовим тягам, що і веде до повороту керованих коліс.

Коли повороти здійснюються на невеликих швидкостях, підсилювач працює з максимальною продуктивністю. Грунтуючись на сигналах датчиків, ЕБУ підвищує обертів насоса. В циліндр силового механізму більш інтенсивно надходить робоча рідина. За рахунок цього знижується зусилля, потрібне для повороту керма.

Електропідсилювач: особливості

Пристрій рульового управління цього типу складніше. Тут є маса датчиків. Система складається з електромотора і механічних елементів. Найбільш поширені конструкції з двома шестернями, а також з паралельним приводом. Цей підсилювач найчастіше знаходиться в одному блоці з механізмом рульової системи.

Коли водій повертає кермо, закручується або відкручується торсіон. Це вимірюється датчиком – враховується поточний крутний момент і кут повороту. Також враховується швидкість руху. Всі ці цифри відправляються на ЕБУ, який розраховує потрібне зусилля. Шляхом зміни сили струму змінюється зусилля на рейку механізму.

Висновок

Це всі існуючі на сьогодні кермові системи сучасних автомобілів. Можливо, придумають інженери в майбутньому більш ефективні рішення. А поки досить кермової рейки з підсилювачем.