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.
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.
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 (
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.
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 | это… Что такое Рулевое управление?
Рулевое управление — система управления направлением движения транспортных средств с помощью рулевого колеса. Состоит из механизмов, преобразующих положение (угол поворота) руля в пропорциональное изменение положения колёс или аналогичных управляющих направлением движения элементов (поворот движителя, поворот направляющей лыжи, конька).
Содержание
|
Рулевое управление автомобилей
На автомобилях рулевое управление состоит из механического редуктора и системы тяг, преобразующих поворот руля в поворот управляемых (передних) колёс. Отношение углов поворота руля и колёс известно как «передаточное отношение рулевого управления» и обычно составляет 15:1 … 25:1.
Колесо, находящееся с той стороны, куда происходит поворот, поворачивается на больший угол, так, чтобы точка пересечения осей передних колёс находилась на оси задних колёс (в этом случае все колёса вращаются вокруг одной точки и не происходит бокового скольжения шин). Система тяг, обеспечивающая поворот колёс на разный угол, называется рулевая трапеция.
Рулевое управление тракторов
Как и компоновка трактора, рулевое управление бывает двух основных видов — поворот передних колёс (аналогично автомобилям), и относительный поворот полурам (тракторы К-700, Т-150К). В компоновке (и рулевом управлении) из двух полурам имеются следующие достоинства:
- Унификация, простота и надёжность ведущих мостов — они не содержат узлов поворота колёс.
- Две колеи при любом повороте полурам (задний мост идёт точно по следам переднего), что значительно улучшает проходимость.
- Поворот полурам позволяет плавно перемещать влево-вправо переднее или заднее навесное орудие, что повышает удобство работы.
Рулевое управление комбайнов
Из-за большого веса жатки, и особенностей компоновки, на переднюю часть самоходного зерноуборочного комбайна приходится основная часть веса, поэтому передние колёса выполняют ведущими и большого размера. Ввиду технических сложностей поворота этих колёс, рулевое управление зерноуборочных комбайнов осуществляется задними колёсами небольшого размера. Они также поворачиваются на разные углы (рулевой трапецией), чтобы избежать бокового скольжения, аналогично управлению автомобилей.
Управление задними колёсами является крайне неудобным в эксплуатации ввиду большой задержки между поворотом колёс и изменением направления движения транспортного средства.
Рулевое управление катков(дорожная техника)
Ввиду большой массы переднего цилиндра катка поворачивает он с помощью гидроруля. Руль просто переключает клапаны подачи жидкости в цилиндры поворота катка
Рулевой механизм
Рулевой механизм — часть рулевого управления, преобразующая вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг.
Как правило, это один из видов механического редуктора, хотя, например, в комбайнах применяется система «гидромотор-шланги-гидроцилиндр». Наиболее распространены следующие виды рулевых механизмов
- Шестерня-рейка — руль соединён с неподвижной (вращающейся) шестернёй, концы подвижной рейки через тяги поворачивают колёса. В настоящее время применяется на большинстве легковых автомобилей (переднеприводных).
- Червячная передача — рулевое колесо вращает червяк, по которому ходит вырожденный сектор зубчатого колеса — ролик (трение скольжения заменено на трение качения). Перекатываясь по сектору червяка, ролик вращает ось, с другой стороны которой закреплён рычаг, который своим движением перемещает рулевую трапецию. Эта достаточно сложная система, с большим числом деталей, широко применялась на заднеприводных автомобилях, с передней двухрычажной подвеской.
- Винт-шариковая гайка — рулевое колесо вращает винтовой вал, поступательно перемещая «гайку» — соответствующую винтовую втулку, через тяги перемещающую рулевую трапецию.
См. также
- Рулевое колесо
- Усилители рулевого управления
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.
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, так как рулевое управление контролируется, и в экстренных 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.
3 типа систем рулевого управления с усилителем
Современные гидравлические и электронные системы рулевого управления с усилителем значительно снижают усилие при повороте, улучшают ощущение дороги и улучшают управляемость.
Ранние системы рулевого управления представляли собой простые механические механизмы. Сегодняшний гидроусилитель руля намного сложнее. Без гидроусилителя рулевого управления практически каждым транспортным средством — от классических бегемотов середины 20-го века до современных компактных переднеприводных автомобилей, кроссоверов и внедорожников — было бы трудно управлять.
Более полувека гидравлический усилитель руля правил дорогами. Больше никогда. Теперь гибридные электрогидравлические и полностью электрические системы рулевого управления стали обычным явлением. Такие системы могут даже варьировать помощь, применяемую к системе рулевого управления, в зависимости от условий движения.
На этой странице
Чем отличаются три системы рулевого управления с усилителем?
Все три системы гидроусилителя руля выполняют одну и ту же важную функцию, но по-разному. Гидравлическая система использует механически перекачиваемую жидкость под высоким давлением, электрогидравлическая система использует электродвигатель для давления жидкости, а электрическая система использует электродвигатель и датчики.
Конечный результат тот же: вы можете легко поворачивать руль в любых условиях. Системы рулевого управления с полностью электрическим усилителем экономят около одной мили на галлон, требуют меньшего обслуживания и более надежны, чем гидравлические системы.
В этой системе используется жидкость для гидроусилителя рулевого управления под давлением, подаваемая насосом гидроусилителя рулевого управления, для уменьшения усилия на рулевом колесе. Привод вспомогательных агрегатов с приводом от двигателя или поликлиновой ремень включает насос и направляет жидкость гидроусилителя рулевого управления под высоким давлением по шлангу высокого давления на входную сторону клапана управления рулевым механизмом с гидроусилителем.
Высокое давление, действующее на регулирующий клапан, помогает водителю при повороте передних колес. Жидкость гидроусилителя руля хранится в бачке. Надлежащий уровень жидкости в бачке поддерживается, когда жидкость возвращается из рулевого механизма под гораздо более низким давлением.
Системы рулевого управления с гидроусилителем непрерывно перекачивают жидкость и чувствительны к частоте вращения двигателя: высокие обороты в минуту соответствуют высокому выходному давлению, более низкие обороты в минуту соответствуют низкому выходному давлению. Для поддержания постоянного давления в насосе гидроусилителя рулевого управления используется перепускной клапан для поддержания постоянного давления независимо от частоты вращения двигателя.
В этих системах используется бесщеточный электродвигатель для привода гидравлического насоса рулевого управления вместо вспомогательного привода или поликлинового ремня с приводом от двигателя. Эта система работает так же и обеспечивает такое же ощущение, как и обычная система рулевого управления с гидравлическим усилителем.
Рулевое управление с электроусилителем или рулевое управление с электроприводом Эта система исключает гидравлику и жидкость под давлением из системы.
Когда водитель поворачивает руль, бесщеточный двунаправленный двигатель с постоянными магнитами, соединенный с рулевым механизмом или рулевой колонкой, поворачивает передние колеса. Датчики определяют, в какую сторону повернуто рулевое колесо, чтобы помочь рулевому механизму двигаться в правильном направлении.
Независимо от того, какая у вас система, гидроусилитель руля воздействует на рулевой механизм только тогда, когда водитель поворачивает руль.
Преимущества рулевого управления с электроусилителем
Системы рулевого управления с гидроусилителем сложны, тяжелы, требуют обслуживания и занимают много места. Электроусилитель руля использует значительно меньше деталей.
Используя датчики угла поворота рулевого колеса и крутящего момента рулевого управления, а также сложное программное обеспечение, инженеры могут регулировать степень помощи, а также то, как рулевое управление ощущается водителем, воспроизводя различные характеристики ощущения дороги для различных условий вождения.
А гидроусилитель руля использует 90 процентов больше мощности двигателя, чем электроусилитель руля.
Поскольку система рулевого управления с электроусилителем потребляет значительно меньше мощности от двигателя, она значительно снижает расход топлива и снижает выбросы выхлопных газов. А снятие приводного шкива и ремня с двигателя снижает износ. Это продлит срок службы двигателя и поможет сократить дорогостоящий ремонт.
Что готовит будущее?
Поскольку все больше и больше электроники добавляются к автомобилям, обратите внимание на адаптивное рулевое управление с электроусилителем с переменным передаточным отношением, чтобы оптимизировать реакцию водителя и маневренность автомобиля. Электронное рулевое управление, которое заменяет механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом с помощью компьютеров и датчиков, а также самоуправляемые автомобили, которые перемещаются без участия водителя, изменят форму и функции автомобилей.
Bob Lacivita
Bob Lacivita — отмеченный наградами автомобильный техник ASE и General Motors, преподаватель и независимый писатель, который писал о ремонте автомобилей DYI и техническом обслуживании автомобилей.