Рулевое управление автомобиля – назначение, устройство, работа

Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. На большинстве легковых автомобилей изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес (кинематический способ поворота). Изменить направление движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес. Силовой способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости.

Рулевое управление современного автомобиля объединяет рулевое колесо с рулевой колонкой, рулевой механизм и рулевой привод.

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 — 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов, которые характеризуются определенным передаточным числом. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получил реечный рулевой механизм.

Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамнике подвески автомобиля.

На некоторых автомобилях BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Volkswagen применяется рулевой механизм с переменным передаточным отношением. В механизме используется зубчатая рейка с разными зонами зубьев. По мере удаления от зоны прямолинейного движения форма зубьев зубчатой рейки существенно изменяется (косой наклон зубьев). Это обеспечивает прогрессивное уменьшение передаточного отношения и соответственно меньший диапазон поворота рулевого колеса. Управление автомобилем становится более удобным и динамичным, а руль – тяжелым и острым.

Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают на некоторых легковых автомобилях рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами. Данное техническое решение обеспечивает лучшую управляемость и устойчивость при движении автомобиля на высокой скорости (при этом передние и задние колеса повернуты в одну сторону), а также высокую маневренность при движении с небольшой скоростью (передние и задние колеса повернуты в разные стороны).

Необходимо отметить, что эффект «подруливания» задних колес при движении автомобиля на высокой скорости достигается и пассивными средствами. При повороте автомобиля резинометаллические упругие элементы задней подвески деформируются за счет крена кузова и воздействия боковых сил, тем самым обеспечивают незначительные углы поворота колес.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески. Конструкция рулевого привода зависит от типа применяемой подвески.

Наибольшее распространение получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровой шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровой шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвески.

Рулевое управление характеризуется множеством кинематических параметров, основными из которых являются четыре угла (схождения, развала, поперечного и продольного наклона оси поворота колеса) и два плеча (обкатки и стабилизации). В общем виде конструкция рулевого управления представляет собой компромисс кинематических параметров, т.к. вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость движения и легкость управления.

Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, снижает общую физическую нагрузку на водителя, а также позволяет устанавливать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом.

В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический, электрический и пневматический.

Большинство современных автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название – гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидронасос имеет привод от электродвигателя.

В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название – электроусилитель руля). Крутящий момент от электродвигателя может передаваться непосредственно на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку. Электроника позволяет использовать электроусилитель руля для автоматического управления автомобилем, например в системе автоматической парковки, системе помощи движению по полосе.

Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является электрогидравлический усилитель Servotronic.

Инновационными являются система активного рулевого управления от BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.

Перспективной является конструкция рулевого управления, в которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих колес, т.н. рулевое управление по проводам. Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.

Рулевое управление автомобиля — назначение и устройство

Главная  /  Учебник по устройству автомобиля  /  Глава 8. Рулевое управление » Подраздел 8.1 Назначение и устройство рулевого управления

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля. Обычно управляемыми являются колеса передней оси, но это преимущественно на легковых автомобилях. Иногда для улучшения управляемости автомобиля и сохранения над ним полного контроля его делают полноуправляемым, то есть управляемыми являются не только основные передние колеса – задние также имеют возможность отклоняться на определенный угол.

Рулевое управление может быть с усилителем или без него, может устанавливаться на поперечине кузова в моторном отсеке или на подрамнике (практически на всех современных автомобилях).

 Устройство рулевого управления

Рисунок 8.1 Пример рулевого механизма.
1 – рулевое колесо; 2 – гайка крепления рулевого колеса; 3 – верхний кожух рулевой колонки; 4 – шестерня рулевого редуктора; 5 – фланец рулевого вала; 6 – рулевой вал; 7 – труба рулевого вала; 8 – нижний кожух рулевой колонки; 9 – шаровой шарнир; 10 – наконечник рулевой тяги; 11 – пыльник; 12 – рейка рулевого редуктора; 13 – болт крепления рулевой тяги; 14 – стопорная пластина; 15 – рулевая тяга; 16 – поворотный рычаг передней стойки.

 Рулевое колесо и рулевая колонка

Садясь в автомобиль на место водителя, первое, что вы видите, — это рулевое колесо. Вращая его в ту или иную сторону, вы направляете автомобиль. Ничего в рулевом колесе (или руле) сложного нет… если это, конечно, руль автомобиля самой простой комплектации. В современных автомобилях руль — это и место для установки подушки безопасности, и пульт управления аудиосистемой вместе с телефоном, также это контроллер для управления бортовым компьютером. Рулевое колесо современного автомобиля иногда бывает попросту перегружено всяческими переключателями и кнопками, которые имеют различное назначение.

Рулевая колонка, это, по сути, два вала (реже один), соединенных между собой универсальными шарнирами (похожими на карданные). Она призвана передавать вращение от рулевого колеса к рулевому механизму. На многих нынешних автомобилях предусмотрена регулировка угла наклона рулевого колеса и расстояния его вылета. Другими словами, вы можете, перемещая рулевое колесо вверх/вниз и на себя/от себя, установить то положение, которое наиболее близко к идеальному, согласно вашим пожеланиям.

Примечание
Для обеспечения высоких показателей пассивной безопасности, к проектированию рулевой колонки относятся так же серьезно, как и, например, к проектированию сиденья. Это связано с тем, что при фронтальном столкновении рулевое колесо не должно смещаться более, чем это допустимо. Поэтому при столкновении рулевая колонка должна складываться или ломаться в определенных местах.

 Рулевой механизм

На современных легковых автомобилях применяются два самых распространенных типа рулевых механизмов: червячный и реечный.

Интересно
Огромное значение имеет место расположения на подрамнике рулевого механизма относительно воображаемой оси управляемых колес. Так, установка рулевого механизма за передней осью или перед ней в итоге может кардинально изменить поведение автомобиля на дороге, поэтому конструкторы при проектировании автомобиля подходят к этому вопросу очень серьезно.

 Червячный рулевой механизм

Если рулевой механизм червячный, то он состоит из глобоидного червяка и углового сектора, на который установлен ролик. К угловому сектору подсоединен вал, а на валу закреплена сошка. Перемещение сошки передается на рулевую трапецию, которая состоит из рулевых тяг. Тяги, перемещаясь, поворачивают колеса в ту или иную сторону. Устройство рулевого механизма показано на рисунке 8.2. Сейчас автомобили с червячным рулевым механизмом встречаются все реже.

Рисунок 8.2 Червячный рулевой механизм.

Червячная передача – это такой тип передачи, в которой имеется червяк, представляющий собой резьбовую часть болта, но только с увеличенными во много раз витками, и шестерня, входящая в зацепление с этим червяком.

Глобоидным червяк называется из-за своей формы: его профиль вогнутый, как показано на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 Внешний вид глобоидного червяка.

 Реечный рулевой механизм

Теперь опишем реечный рулевой механизм (рисунок 8.4). Он состоит из шестерни и зубчатой рейки. Шестерня соединена с валом рулевой колонки, а рейка через тяги – с поворотными кулаками колес.

Рисунок 8.4 Реечный рулевой механизм.

Интересно
Иногда зубья на рейке наносят с переменным шагом (рисунок 8.5). Делают это для того, чтобы получить подобие активного рулевого управления для получения сочетания таких противоречивых показателей, как управляемость и комфорт. Так, для того чтобы при парковке водитель не вращал рулевое колесо на 5—10 оборотов в угоду легкости, желательно, чтобы число оборотов от упора до упора составляло как можно меньше – один, а то и пол-оборота. Но если от правого крайнего положения руля до левого будет всего один оборот, то рулевое управление будет довольно чувствительным к каждому движению, что опасно при движении на высоких скоростях, так как плавно выполнить все маневры не удастся, а это чревато последствиями. Вот и пришли к такому довольно простому компромиссному решению: шаг центральных зубьев рулевой рейки небольшой, а передаточное отношение чуть выше, а, следовательно, и чувствительность к отклонению рулевого колеса небольшая. Но от центра шаг зубьев увеличивается, чтобы уменьшить передаточное отношение и общее число оборотов рулевого колеса.

Рисунок 8.5 Пример зубчатой рейки рулевого механизма с переменным шагом зубьев.

Примечание
Шаг зубьев – это расстояние между центрами вершин зубьев.

Интересно
Кстати, может быть и обратная ситуация, когда шаг зубьев рейки уменьшается ближе к концам рейки.

Реечный рулевой механизм занял место червячного и основательно закрепился как наиболее актуальная конструкция, так как его преимущества говорят сами за себя: управление автомобилем, даже не оборудованным усилителем рулевого управления, несложное, небольшое количество звеньев всего рулевого механизма, простота монтажа на автомобиль и сведение к минимуму операций по обслуживанию.

 Рулевой привод

Рулевой привод — это набор тяг и шарниров, связывающих и передающих перемещения от рулевого механизма к поворотным кулакам управляемых колес.

Если вернуться к червячному рулевому механизму, то в классической схеме имеются три тяги — одна центральная и две боковые, они соединяются через шарниры. Тяги рулевого привода в данном случае называют рулевой трапецией. Конструкция рулевой трапеции в геометрическом плане такова, что она обеспечивает поворот управляемых колес на разные углы (смотрите главу «Ходовая часть»).

При условии установки реечного рулевого механизма все немного проще. К рулевой рейке крепятся рулевые тяги с обеих сторон, которые передают перемещение на поворотные кулаки колес. Преимущества очевидны, ведь чем меньше различных промежуточных звеньев, тем надежнее и точнее весь механизм.

Примечание
Чтобы исключить попадание грязи и пыли в корпус реечного рулевого механизма, с обеих его сторон установлены так называемые пыльники (гофрированные резиновые чехлы).

 Углы поворота управляемых колес

При повороте управляемые колеса автомобиля проходят различные расстояния. И если оба колеса будут поворачиваться на одинаковый угол, автомобиль будет смещаться с заданной траектории, при этом шины колес будут значительно быстрее изнашиваться.

Рисунок 8. 6 Поворот управляемых колес на разные углы.

Для того чтобы избежать этого, рулевое управление проектируют таким образом, чтобы обеспечить поворот внутреннего колеса на больший угол относительно наружного.

Рисунок 8.7 Поворот управляемых колес на различные углы.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
comments powered by Disqus

Как работает система рулевого управления автомобиля: краткое руководство

Почему некоторые автомобили так хорошо реагируют на водителя? Отличная управляемость позволяет чувствовать себя в безопасности и контролировать ситуацию, а также делает панические маневры и корректировку рулевого управления максимально эффективными. Легкое прикосновение к рулю должно направлять систему рулевого управления легко и точно. Помимо хорошо спроектированной подвески, для достижения отличной управляемости требуется качественная система рулевого управления и детали рулевого управления. Если вы хотите узнать, как устроена система рулевого управления и как она поддерживает управляемость, сцепление с дорогой и управляемость, вот простой обзор.

Функция рулевого управления

При повороте руля машина реагирует. Но как эта система рулевого управления в автомобилях обеспечивает плавный путь вперед? Группа деталей, называемая системой рулевого управления, передает движение рулевого колеса вниз по рулевому валу для перемещения колес влево и вправо, хотя колеса автомобиля не поворачиваются под одним и тем же углом.

Популярная система рулевого управления с реечной передачей 

В большинстве современных автомобилей, небольших грузовиков и внедорожников используется система рулевого управления с реечной передачей. Это преобразует вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, которое поворачивает колеса и направляет ваш путь. В системе используется круглая шестерня (рулевая шестерня), которая фиксирует зубья на стержне (рейке). Он также преобразует большие обороты рулевого колеса в маленькие, точные повороты колес, придавая рулевому управлению твердое и прямое ощущение.

Как гидроусилитель руля влияет на зубчатую рейку?

Вполне вероятно, что если вы сегодня водите машину, вы привыкли к гидроусилителю руля. Современные автомобили, особенно грузовики и грузовые автомобили, имеют функцию системы рулевого управления с усилителем, также называемую гидроусилителем руля. Это дает дополнительную энергию (гидравлическую или электрическую), помогающую поворачивать колеса, и означает, что для парковки и маневрирования требуется меньше усилий, чем при простом ручном усилии. Система рулевого управления с реечной передачей немного отличается от рулевого управления с усилителем, с добавленным насосом с приводом от двигателя или электродвигателем, помогающим рулевому узлу.

Значит, простота — единственное преимущество гидроусилителя руля? Система позволяет вам управлять более высокой передачей и означает, что вам нужно меньше поворачивать рулевое колесо, чтобы поворачивать колеса дальше (меньшее количество поворотов рулевого колеса от упора до упора). Таким образом, время отклика сокращается, а рулевое управление становится еще более точным. С такими загруженными дорогами и пробками это означает, что водители могут более безопасно маневрировать в непосредственной близости от других транспортных средств. Жесткий контроль на всех скоростях, в любых условиях и в критических ситуациях поможет избежать аварий.

Какие компоненты системы рулевого управления в автомобилях?

Независимо от марки и модели автомобиля качественные детали рулевого управления обеспечивают безупречное вождение. Детали реечной рейки и шестерни премиум-класса, производимые MOOG, включают осевые тяги, наконечники рулевых тяг, тяги, центральные рычаги, комплекты чехлов рулевой рейки, узлы рулевых тяг и подшипники колес.

Эти детали рулевого управления достаточно прочны и износостойки, чтобы обеспечить прочность и долговечность. Выбор деталей, которые соответствуют спецификациям производителя оригинального оборудования, означает, что вся сборка будет отзывчивой и долговечной.

Возврат рулевого управления всеми четырьмя колесами 

Помимо поворота передних колес, некоторые автомобили имеют систему рулевого управления, влияющую на все четыре колеса. Традиционно это было эксклюзивно для спортивных или роскошных моделей, но сейчас наблюдается растущая тенденция к использованию этой функции в более доступных автомобилях.

Блок управления четырьмя колесами находится за задней осью автомобиля и при необходимости воздействует на задние колеса. Колеса автомобиля вращаются в противоположных направлениях на низких скоростях, но на высоких скоростях совместное вращение всех четырех колес помогает сохранить устойчивость и предотвратить «рыбий хвост».

Высокотехничное рулевое управление четырьмя колесами означает лучшую управляемость, поскольку рулевое управление контролируется, и в аварийных ситуациях автомобиль реагирует оптимальным образом. Этот тип системы рулевого управления начинает появляться на Infiniti, Renault, Honda, Nissan, Mazda и других марках, чтобы дать водителям новые высоты управляемости и отзывчивости и сделать нас более безопасными на дорогах.

5 Причины вибрации рулевого колеса

Испытывали ли вы когда-нибудь неприятное чувство, когда рулевое колесо движется само по себе? Возможно, он вибрирует, трясется или тянет на дороге? Если у вас нет нового «самоуправляемого» автомобиля, движение рулевого колеса часто является признаком проблемы с вашим автомобилем, часто связанной с вашими шинами или тормозами. Игнорирование вибрации рулевого колеса может привести к тому, что эти основные проблемы перерастут в более серьезные проблемы для вашего автомобиля. Так почему трясется руль? Эксперты Chapel Hill Tire предлагают 5 возможных причин и пути их решения.

Вибрация рулевого колеса Проблема 1: Деформация тормозных дисков

Замечали ли вы, что руль трясется, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль? Это может быть признаком деформации тормозных дисков. Ваши тормозные диски — это гладкая плоская поверхность, на которую давят тормозные колодки, чтобы замедлить или остановить ваше движение. Трение между тормозными колодками и тормозными дисками приводит к выделению тепла, что делает металл ваших дисков податливым. Со временем это давление может погнуть ваши роторы, особенно без надлежащей замены тормозных колодок.

Когда ваши тормозные диски согнуты, тормозные колодки при торможении будут давить на неровную поверхность, что вызывает тряску рулевого колеса. К счастью, это можно исправить с помощью замены тормозного диска. Если вы обнаружите эту проблему достаточно рано, ваш механик может даже восстановить поверхность ваших роторов, чтобы сделать их снова гладкими и ровными. Однако, если вы уже заметили признаки изгиба, такие как тряска рулевого колеса, этот ремонт маловероятен.

Вибрация рулевого колеса Проблема 2: Проблемы с развал-схождением шин

Система подвески вашего автомобиля предназначена для выравнивания шин, помогая им равномерно прилегать к дорожному покрытию. Со временем дорожная турбулентность, резкое вождение и другие опасности могут нарушить это выравнивание, в результате чего одно или несколько ваших колес будут стоять под перекошенным углом. Даже небольшие проблемы с развалом могут вызвать тряску или вибрацию рулевого колеса.

Помимо тряски рулевого колеса, проблемы со схождением колес могут вызвать неравномерный и ускоренный износ шин. Быстрая служба сход-развала может решить эту проблему и ее симптомы. Если вы не уверены, нужна ли вам услуга развал-схождения, принесите свой автомобиль для бесплатной проверки развала-схождения.

Вибрация рулевого колеса Проблема 3: Проблемы с балансировкой шин

Все четыре колеса должны вращаться с одинаковой скоростью, что возможно благодаря сохранению их баланса. Однако шины становятся несбалансированными из-за сезонных изменений, неровных схем вождения, плохих дорожных условий, перепадов давления и т. д. Несбалансированные шины могут воздействовать на подвеску и ось, что приводит к вибрации рулевого колеса. Эту проблему можно устранить (или предотвратить) с помощью обычной услуги по балансировке шин. В среднем ваши шины следует балансировать каждые 10 000-12 000 миль.

Тряска рулевого колеса Проблема 4: Заедание тормозного суппорта

Одной из необычных причин тряски рулевого колеса является заедание тормозных суппортов. Ваши тормозные суппорты удерживают тормозные колодки, опуская их каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль. Хотя это редкость, тормозные суппорты могут заклинить (также называемые «залипающими» или «застрявшими»). Заклинившие тормозные суппорты могут вызвать проблемы с управлением — часто из-за тряски или вытягивания рулевого колеса. В отличие от деформированных роторов, вы заметите эту проблему во время движения, а не при торможении.

Что такое заклинивший тормозной суппорт? Как следует из названия, это когда ваш суппорт «прилипает» к ротору. Вместо того, чтобы подниматься, когда вы убираете ногу с тормоза, ваш тормоз остается прижатым к ротору — почти как если бы вы слегка нажали на тормоз во время движения. Естественно, вождение с застрявшими суппортами может быть сложным, не говоря уже о вреде для двигателя вашего автомобиля, тормозной системы, экономии топлива, шин и многого другого.

Заедание тормозных суппортов обычно происходит из-за изношенных шлангов, скопления мусора и самостоятельной установки тормозов, а также других потенциальных причин. Если вы подозреваете, что у вас застрял тормозной суппорт, как можно скорее доставьте свой автомобиль к механику.

Трясущийся руль Проблема 5: Проблемы с подвеской

Подвеска вашего автомобиля представляет собой сеть систем, соединяющих ваш автомобиль с его шинами, включая амортизаторы, витки/пружины, шарниры, втулки и многое другое. Любой из этих компонентов может столкнуться с проблемой, которая ухудшает управляемость вашего автомобиля. Как вы могли догадаться, проблемы с подвеской могут вызывать тряску руля.

Если вы исключили все другие потенциальные источники вибраций рулевого колеса, скорее всего, это проблемы с подвеской.