Рулевое управление с усилителем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электроусилитель руля – ЭУР. 
 
Это электроусилители, в которых не осталось никакой гидравлики! На торсионе следящего устройства стоит датчик, и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью. Преимущества электроусилителя налицо: 
 
- независимость работы усилителя от оборотов двигателя автомобиля, 
- информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля), 
- независимость работы усилителя руля от температурных перепадов, 
- экономичность: 
 
а) усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. 
 
б) Коэффициент полезного действия электродвигателя намного выше КПД гидронасоса. 
 
- надежность (отсутствие шлангов, ремней, прокладок, сальников, жидкостей), 
- не требует обслуживания (замены, доливки рабочей жидкости), 
- на порядок выше симметричность руля (отсутствие разницы вращающего усилия в левом и правом вращениях руля)

 
Рулевой механизм с переменным отношением.

 
А нельзя ли изменять еще и передаточное отношение? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления добра не приносит, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов. 
 
 
Так работает реечный рулевой механизм ZF с переменным передаточным отношением. Здесь изменяются профиль зубьев рейки и плечо зацепления 
 
 
Реечный рулевой механизм Honda VGR (Variable Gear Ratio — переменное передаточное отношение) использовался на автомобилях Honda NSX 
 
Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение.

А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX - кстати, в сочетании с электроусилителем. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах. Фирма Honda продемонстрировала и другой подход. Представьте себе две рейки, установленные коаксиально одна внутри другой и связанные через червячный привод с электромотором. Одна рейка, как обычно, вращается шестерней рулевого вала, а другая связана с рулевыми тягами. По сигналу от управляющего блока электродвигатель подает ведомую рейку вправо или влево от ведущей - и колеса поворачиваются на больший угол.

 

 

 

 

 

 

 

Процесс развития рулевого управления.

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних колес. Автомобильное колесо появилось еще до нашей эры, но поворотные оси появились на конных экипажах лишь в начале XIX века. Эта конструкция перешла и на первые автомобили. Позднее родилась рулевая трапеция. В те далекие годы, конечно, никто не предполагал, что рулевое управление станет таким сложным: механика вступит в союз с гидравликой и даже электроникой.

 
Если взглянуть на концепт кары, которые выставляются на международных выставках, то мы можем заметить, что философия рулевого управления встаёт на новый путь. В этих машинах нет как такового руля. Там стоит джойстик, как на игровых приставках, и управляет автомобилем умный компьютер. Но это пока, пусть и недалёкое, но будущее. А какова же ситуация сейчас. Давайте пройдём путь развития рулевого управления. 
Самым старым, но используемым и по сей день рулевым механизмом является связка "червяк - ролик". Червяк с переменным диаметром связан непосредственно с рулевым валом. Он передаёт крутящий момент ролику, который связан с валом с сошкой. Такой рулевой механизм способен выдерживать большие нагрузки, поворачивать колёса на большой угол, практически не передаёт удары от колёс к рулю. Но такая конструкция слишком сложная, руль мало информативен и постоянно будет мучить Вас люфтами.  
На смену ему пришёл реечный рулевой механизм. Данный механизм является самым популярным на сегодняшний день. Он устроен очень просто.

Шестерня, которая связана с рулевым колесом, передвигает рейку с зубцами, которая, в свою очередь, поворачивает колёса. 
Следующим шагом в развитии рулевого управления стала проблема облегчения усилия на руль со стороны водителя. Существует три типа усилителя, гидравлический, электрогидравлический и электрический. В гидроусилителе есть поршень, по правую и левую стороны которого находится жидкость под постоянным давлением, которое поддерживается с помощью насоса, работающего от двигателя. Также присутствует золотник, который, реагируя на поворот руля, перекрывает определённый канал, чтобы помочь повернуть руль. Минусом такого устройства является насос, который может работать только при включённом двигателе. Этот недостаток устранён в электрогидроусилителе.

 

 

В нём насос для создания давления приводится в действие с помощью электромотора, который может работать от аккумулятора, а значит, при выключенном двигателе. Такой подход позволяет снять нагрузку с двигателя, тем самым отдать дополнительные лошадиные силы для движения. Производители скрупулезно подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км. Немаловажно, что инженерам проще подбирать характеристики, настраивать устройство для конкретной модели. В электроусилителе нет никакого поршня. Здесь электромотор напрямую соединён с рейкой рулевого управления. Достоинством такой системы является то, что здесь нет никакой жидкости, а значит, нет и никаких протеканий. К тому же такая конструкция достаточно компактная. 
И это ещё не всё. Уже сейчас на некоторых машинах, в частности на БМВ, установлена система активного руления - Active Steering. Главное преимущество - возможность изменять передаточное отношение между рулем и колесами. На пути от баранки к рулевому механизму с гидроусилителем встроена планетарная передача с электромотором. 
 
Когда вы отъезжаете от тротуара, передаточное отношение минимально, а количество полных оборотов руля не более двух. С ростом скорости машины управление становится менее чувствительным, а стоит вырваться на загородную трассу - электромотор, подкручивая водило планетарного редуктора, увеличит передаточное отношение.

Активное рулевое управление, сотрудничая с другими системами, способно помочь и в сложных ситуациях. Например, машину занесло. Компьютер, опросив датчики угла поворота руля и скорости вращения колес, включит электромотор. Тот уменьшит передаточное отношение, чтобы водителю было легче удержать автомобиль на нужной траектории. Активный руль полезен и при экстренном торможении с АBS: если остановиться вовремя не удается, шоферу проще уйти от столкновения. 
 
И все-таки будущее, видимо, не за хитрой механикой или гидравликой, усложненными электроникой. Гранды автомобилестроения вовсю работают над системами без механической связи между рулем и колесами - так называемым управлением по проводам (steering by wire). 
 
Вращение руля отслеживает специальный датчик. Электронный блок, получая информацию о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, посылает сигнал на актуаторы - электромоторы, поворачивающие колеса. 
 
 
 
Преимущества такой системы очевидны. В критической ситуации автомобиль сможет самостоятельно (причем быстрее человека!) повернуть колеса на нужный угол. Допустим, системе стабилизации не удалось предотвратить занос, и машина, как волчок, закрутилась на обледеневшем шоссе. Быстродействующая электроника, опросив датчики, повернет руль, куда и на сколько нужно, и притормозит одно или пару колес. 
 
Самостоятельность автомобиля намного упростит жизнь водителю: например, компьютер ловко припаркуется. А когда машины научат хорошо "видеть", они смогут даже объезжать препятствия. 
 
Такие системы выгодны и технологически: протянуть провода куда проще, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку - разные углы поворота колес задают сами электромоторы. Кстати, и с точки зрения пассивной безопасности такая конструкция лучше.

 

Концептов без традиционного управления уже немало. Видимо, серийные автомобили появятся в обозримом будущем. А потом, глядишь, привычный руль заменит многофункциональный джойстик - им водитель будет корректировать не только направление, но и скорость.

Рулевое управление автомобиля предназначено для изменения угла поворота колес при изменении положения руля. В общем, если руль повернуть вправо, то происходит работа рулевого управления, которое поворачивает колеса автомобиля тоже в правую сторону. Чем больше угол поворота руля, тем на больший угол поворачиваются управляемые колеса.

 

 

 

Главное требование которое предъявляется к рулевому управления современного автомобиля - это надежность и точность работы. Это означает, что если неисправно рулевое управление, то это может привести к печальным последствиям, ведь машина становиться полностью неуправляемой. Еще основное требование - это точность управления, т.е. при повороте руля, колеса должны сразу же, а не с задержкой,

 
Уже сейчас внедряется технология рулевого управления, которая сама, с помощью многочисленных электронных датчиков и умного бортового компьютера, припарковывает машину. Вам даже не нужно рулить     машина всё сделает за Вас.                        
Пытливые умы нашего времени каждый день придумывают такие диковинные технологии, которые совсем недавно можно было прочитать на страницах фантастических произведений. Даже трудно себе представить, какой будет уровень развития в ближайшие полвека. Но уже сейчас мы можем увидеть, какими темпами идёт развитие автопромышленности.

 

 

 

 

Литература:

 

X. Сига, С. Мидзутани   «введение в автомобильную электронику»

М.И. Бескаравайный «устройство автомобиля»

Й. Раймпель «Шасси автомобиля. Рулевое управление»

М.И. Лысов «рулевые управления автомобилей»

Е.В. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур «Устройство автомобиля»

http://amastercar.ru/