Как развивалось рулевое управление автомобиля

Регулярное рождение на свет различных инженерных новинок транспортных механизмов позволяет сделать жизнь водителя более безопасной и комфортной. Причем за долгие годы развития машиностроения изменения коснулись абсолютно всех составляющих авто. Не миновала такая участь и рулевое управление, как систему. О нем и пойдет речь в этой статье. Но для начала давайте вспомним, что же это, собственно, такое и для чего оно нужно.

Что же такое система управления авто?

Итак, рулевое управление — это одна из важнейших систем автомобиля, предназначенная для задания нужного направления. Рулевой механизм и привод являются единственными элементами системы, на которых строится вся ее работа. Упомянутые составляющие, в свою очередь, также включают в себя некоторые детали, но о них поговорим немного позже. А пока немного истории.

История развития технологий

История автомобилестроения насчитывает три периода, в которых отмечалось скачкообразное развитие рулевого управления.

Самым первым типом автомобильного управления было червячное, получившее такое название благодаря шестерне червячной, входящей в состав рулевой колонки. А выглядело это так: усилия, прилагаемые для совершения оборота рулем, передавались на червячный механизм колонки, он, в свою очередь, заставлял вращаться шестерню, а та воздействовала на рулевую сошку. Сама же сошка влияла на работу ступиц и рычагов, что в итоге направляло колеса в нужном направлении. Раньше этот механизм был довольно распространен, и чаще всего такое рулевое управление использовалось в моделях ВАЗ и BMW.

В список деталей, составляющих червячную систему управления, входят следующие элементы:

• руль;
• колонка;
• вал и крестовина;
• тяги.

Затем в широкие массы вышло реечное рулевое устройство. Принцип его работы заключается в следующем: вращаясь, рулевое колесо воздействует на такую деталь, как шестерня, а она приводит в движение рулевую рейку. Рейка также, в свою очередь, приводит в действие рычаг, наконечник у которого вставляется в ступицу. Вот ее он и вращает. Реечная система состоит из:

Такое рулевое устройство требовало определенных усилий для управления в процессе езды. Но здесь история автомобилестроения приготовила новый сюрприз водителям. Дело в том, что конструкторы придумали способ, позволяющий руководить машиной практически без физических усилий. А заключался он в установке в транспортное средство различных усилителей руля. Существует несколько видов подобных устройств:

• Гидроусилители. Здесь рулевое управление состоит из гидравлического насоса (приводится в действие двигателем авто), системы шлангов, бака для жидкости. В корпус же автомобильной рейки насос закачивает жидкость, которая при недвижимом руле циркулирует по системе. Если же руль крутится, то жидкость начинает давить на рейку в сторону поворота. Таким образом, механизм помогает водителю повернуть с минимальными усилиями;
• Электроусилители. А рулевое управление с таким усилителем работает с помощью электромотора, который напрямую соединен с рулевой рейкой или валом. Управление электроусилителя, при этом совершается электронным блоком. К тому же такая система может прикладывать разные усилия к поворотам руля. За это она еще называется адаптивной;
• Гидроэлектроусилители. В этом случае рулевое управление принципом работы очень похоже на систему с гидроусилителем. Единственное, в этом случае насос вращается с помощью электромотора, а не двигателя машины;
• Пневмоусилители. Система с таким механизмом также идентична по принципу своей работы с системой с гидроусилителем. Но здесь жидкость, находящаяся в рулевой рейке, заменена на сжатый воздух;

Еще одним вариантом того, какое управление машиной (как система) было популярным в автопроме совсем недавно, можно назвать винтовой вариант. Принцип работы ее во многом похож на червячное устройство. Здесь вдоль винтовой резьбы рулевого вала спускается рейка зубчатая с резьбой внутри. Именно зубцы этой рейки заставляют работать рулевой отсек, а он — сошку. Дальше все выглядит как в червячной системе. Состоит же винтовая система из:

За этим будущее

Сегодня широко применяется активная система, с помощью которой, можно сказать, развитие рулевого управления на сегодня достигло своего апогея. Постоянное развитие технологий позволило уже сегодня получить не только технологию адаптивного рулевого управления, где усилие поворота руля зависит от скорости авто, но и другие варианты, существенно облегчающие автомобилистам жизнь. К ним относится, например, система активного управления от БМВ (Active Front Steering или AFS). И если рассматривать ее работу, то можно сказать, что, на самом деле, все гениально просто, но очень надежно.

Активная система во многом схожа с реечным механизмом управления, но при движении руля вращается планетарный механизм. Он и приводит рулевую рейку в действие. Среди составляющих такого механизма можно выделить такие:

• руль;
• рейка с электродвигателем и планетарным механизмом;
• наконечники и тяги;
• блок управления.

В случае применения активной системы автомобиль может немного «подруливать» самостоятельно. Буквально на семь-восемь градусов. Но происходит это только, если на то есть команда электроники, программу для которой можно изменять при необходимости самостоятельно. Это поможет не делать машине резких рывков в повороте на небольшой скорости и слишком плавно вести себя на высокой. Также для избежания неровного и резкого поведения машины в высоком скоростном режиме инженеры обеспечили систему возможностью постепенного снижения активности устройства электродвигателя. Помимо прочего, электронное управление с возможностью адаптирования позволяет водителю не бояться, что средство передвижения будет «мешать» езде, а не наоборот.

Массовое распространение система «активного руля» получила еще в 1997 году и до сих пор занимает одно из главных мест по безопасности среди вспомогательных механизмов и устройств автомобиля.

И понятно, что автомобилестроение и дальше не будет стоять на месте. Помимо этого, автомобиль может быть снабжен таким «умным» помощником как электронная программа стабилизации (ESP) или ее улучшенной версией ESP Premium. Срабатывает такой механизм в особо опасных дорожных ситуациях, когда управление автомобилем уже потеряно или существует такая угроза. Стабилизация движения здесь достигается путем торможения отдельных колес и снижения оборотов двигателя. Причем такая система работает при любом режиме движения и скоростном режиме.

На сегодняшний день ESP считается наиболее надежной системой безопасности, компенсирующей некоторые ошибки водителя, хотя еще в 1995 году в ней присутствовали свои недостатки, которые отодвинули выход новинки на несколько лет до полного их устранения.

В перспективе же конструкторы автопрома работают над прямой связью руля с ведущими колесами с помощью электропривода. Причем воздействие на каждое колесо при этом будет независимое. Это станет идеальным вариантом безопасной езды для любого водителя.

Таким образом, история развития технологий управления автомобилем за долгие годы шагнула далеко вперед, достигнув небывалых высот, а также существенно облегчив водителям ежедневные задачи, повысив уровень комфорта езды и общую безопасность поездок.

Материалы: http://365cars.ru/istoriya/kak-razvivalos-rulevoe-upravlenie.html

Основным узлом в любом транспортном средстве является рулевое управление. Для чего же нужно рулевое управление? За все время совершенствования конструкции системы, основной принцип работы рулевого управления остался прежним. Он заключается в преобразовании и передачи физического усилия водителя во время воздействия на руль автомобиля на колеса. Другими словами узел рулевого управления обеспечивает обратную связь, позволяя изменять траекторию движения транспортного средства.

Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:

Схема взаимодействия руля автомобиля с ведущей колесной парой не является сложной. Водитель через привод передает усилие на рулевой механизм, который обеспечивает поворот колес. Помимо этого, узел, обеспечивая обратную связь, предоставляет информацию о состоянии дорожного покрытия. Согласно вибрациям рулевого колеса максимально точно определяется тип движения, на основании чего происходит диагностика и корректируется управление машиной.

Средний диаметр руля легкового транспорта составляет примерно 400 мм. В грузовой и специальной технике руль несколько больше, а в спорткарах меньше.

Между рулем и механизмом расположена рулевая колонка, которая представлена прочным валом с шарнирными соединениями. Особенностью конструкции колонки является минимальный риск получения травматизма водителя в случае ДТП, поскольку при сильном лобовом столкновении происходит ее схлопывание. Для комфортной эксплуатации транспортного средства, положение рулевой колонки настраивается при помощи механического либо электрического привода. Помимо этого, предусмотрена система блокировки механизма, которая позволяет предотвратить угон автомобиля.

Главное назначение рулевого управления заключается в увеличении механического усилия водителя и его передача на колеса. Для этого в конструкцию системы включен специальный редуктор. На легковых автомобилях в основном используют следующие типы рулевого управления:

1. Реечный механизм, конструкция которого состоит из набора смонтированных на валу шестерней, агрегатируемых с рейкой, на одной из ее плоскостей по всей длине нанесены специальные зубцы. При вращении руля усилие через колонку передается рулевой рейке, в результате чего она свободно перемещается, взаимодействуя с рулевыми тягами и поворачивая колеса. Необходимо заметить, что рулевое управление автомобилем может иметь рейку, на которой располагаются зубья с переменным шагом. Такая конструкция значительно повышает эффективность управления транспортным средством.
2. Червячный рулевой механизм. Его принцип функционирования следующий: «червяк» при взаимодействии с ведомой шестерней передает усилие сошке. В свою очередь, сошка рулевого управления взаимодействует с одной из тяг, конец которой заканчивается маятниковым рычагом. Этот рычаг смонтирован на опоре. При повороте руля сошка приводит в движение боковую тягу одновременно со средним рычагом, который взаимодействует со второй боковой тягой и изменяет ее положение. Благодаря этому осуществляется поворот ступиц управляемых колес.

Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.

Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.

В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:

Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.

Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:

Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.

Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.

Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.

Отправить ответ

Вы должны быть зарегистрированы чтобы оставить комментарий

Вы должны быть зарегистрированы чтобы оставить комментарий

Материалы: http://automorum.ru/sistemy-avtomobilya/rulevoe-upravlenie/rulevoe-upravlenie.html

Измене­ние направления движения автомобиля осуществляется поворотом относитель­но его продольной оси управляемых ко­лес, которыми, как правило, являются передние колеса.

Вследствие поворота управляемых ко­лес вектор скорости каждого из них, па­раллельный продольной оси автомоби­ля, перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контак­те колес с дорогой возникают боковые силы, перпендикулярные плоскости вра­щения колес. Эти боковые силы застав­ляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейно­го движения и совершать поворот.

Руле­вое управление обеспечивает необходи­мое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного по­ворота его управляемых колес. Сово­купность механизмов, служащих для по­ворота управляемых колес, называется рулевым управлением.

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.

Рулевое управление со­стоит из рулевого колеса, соединенного валом с рулевым механизмом, и руле­вого привода. Иногда в рулевое упра­вление включен усилитель.

Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во вра­щение вала сошки. Этот механизм уве­личивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.

Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в сово­купности с рулевым механизмом пово­рот автомобиля.

Для того чтобы при движении автомобиль совершил поворот без бокового скольжения колес, все они должны катиться по дугам разной длины, описанным из центра поворота “ О ” (рис.1). При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы. Внутреннее по отношению к центру поворота колесо должно поворачиваться на угол альфа-В, наружное - на меньший угол альфа-Н. Это обеспечивается соединением тяг и рычагов рулевого привода в форме трапеции. Основанием трапеции служит балка переднего моста автомобиля, боковыми сторонами являются левый и правый поворотные рычаги, а вершину трапеции образует поперечная тяга, которая соединяется с рычагами шарнирно. К рычагам жестко присоединены поворотные цапфы колес.

Рисунок 1- Схема поворота автомобиля

где:1 -балка переднего моста автомобиля;2 и 4- поворотные рычаги; 3-поперечная тяга;5-поворотные цапфы колес;6-продольная тяга.

Расположение и взаимодействие деталей рулевого управления, не имеющего усилителя, можно рассмотреть на схеме (рис.2.а). Здесь рулевой механизм состоит из рулевого колеса, рулевого вала и рулевой передачи , образованной зацеплением червячной шестерни (червяка) с зубчатым стопором, на вал которого крепится сошка рулевого привода. Сошка и все остальные детали рулевого управления: продольная тяга , верхний рычаг левой поворотной цапфы , нижние рычаги левой и правой поворотных цапф, поперечная тяга составляют рулевой привод.

Поворот управляемых колес происходит при вращении рулевого колеса, которое через вал передает вращение рулевой передаче. При этом червяк передачи, находящийся в зацеплении с сектором, начинает перемещать сектор вверх или вниз по своей нарезке. Вал сектора приходит во вращение и отклоняет сошку, которая своим верхним концом насажена на выступающую часть вала сектора. Отклонение сошки передается продольной тяге, которая перемещается вдоль своей оси. Продольная тяга связана через верхний рычаг с поворотной цапфой, поэтому ее перемещение вызывает поворот левой поворотной цапфы. От нее усилие поворота через нижние рычаги и поперечную тягу передается правой цапфе. Таким образом происходит поворот обоих колес.

Управляемые колеса поворачиваются рулевым управлением на ограниченный угол, равный 28-35°. Ограничение вводится для того, чтобы исключить при повороте задевание колесами деталей подвески или кузова автомобиля.

Конструкция рулевого управления очень сильно зависит от типа подвески управляемых колес. При зависимой подвеске передних колес в принципе сохраняется схема рулевого управления, приведенная на (рис. 2.(а)), при независимой подвеске (рис. 2.(б)) рулевой привод несколько усложняется.

Рисунок 2-Схемы рулевого управления:

а) при зависимой подвеске передних колес

где: 1-рулевоя передача; 2-рулевой вал; 3-рулевое колесо; 4- поворотные цапфы; 5и 7-поворотные рычаги; 6-поперечная тяга; 8-продольная тяга; 9 –сошка;

б) при независимой подвеске

где: 1-сошка; 2-поворотные рычаги цапф; 3 и 6- боковые тяги; 4-основная поперечная тяга; 5-маятниковый рычаг.

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/5882265/