Основная задача рулевого управления — обеспечить возможность изменения направления движения автомобиля. В большинстве легковых автомобилей управляемыми являются передние колеса, однако для повышения маневренности и устойчивости существуют модели с полным управлением, где задние колеса также могут отклоняться на заданный угол.
Конструктивно система может быть оснащена усилителем или работать без него. Устанавливается рулевое управление либо на поперечине кузова в моторном отсеке, либо, что более характерно для современных авто, на подрамнике.
Основные компоненты рулевого управления
Рулевое колесо и колонка
Рулевое колесо — это основной орган управления, с которым взаимодействует водитель. В современных автомобилях оно часто выполняет множество дополнительных функций: служит местом крепления подушки безопасности, содержит кнопки управления мультимедийной системой, телефоном и бортовым компьютером.
Рулевая колонка представляет собой вал (или два вала), соединённые карданными шарнирами. Её задача — передавать вращение от руля к рулевому механизму. На многих моделях предусмотрена регулировка руля по вылету и углу наклона для удобства водителя.
Примечание
Конструкция рулевой колонки серьёзно продумывается с точки зрения пассивной безопасности. При фронтальном ударе она должна складываться или ломаться в определённых местах, чтобы минимизировать травмы водителя.
Рулевой механизм: сердце системы
Это ключевой узел, преобразующий вращение руля в поворот колёс. В современных легковых автомобилях распространены два основных типа: червячный и реечный.
Интересно
Поведение автомобиля на дороге сильно зависит от того, где расположен рулевой механизм относительно оси передних колёс (перед ней или за ней). Этот параметр тщательно рассчитывается конструкторами.
Червячный рулевой механизм
Данный тип механизма состоит из глобоидного (вогнутого) червяка и углового сектора с роликом. Вращение червяка приводит в движение сектор, который через сошку и систему тяг (рулевую трапецию) поворачивает колёса. Сегодня такая конструкция встречается всё реже.
Реечный рулевой механизм
Это наиболее распространённая на сегодня конструкция. Она включает шестерню, закреплённую на валу рулевой колонки, и зубчатую рейку, связанную через тяги с поворотными кулаками колёс.
Интересно
Для оптимального сочетания комфорта на высокой скорости и лёгкости парковки иногда применяют рейку с переменным шагом зубьев. В центре шаг меньше (выше передаточное отношение, меньше чувствительность), а к краям — больше (ниже передаточное отношение, меньше оборотов руля от упора до упора).
Реечный механизм вытеснил червячный благодаря своим преимуществам: простота, компактность, малое количество деталей, высокая точность и надёжность, а также лёгкость управления даже без усилителя.
Рулевой привод
Это система тяг и шарниров, передающих усилие от рулевого механизма к колёсам. В классической червячной схеме используется рулевая трапеция из центральной и двух боковых тяг. В реечном механизме всё проще: с каждой стороны рейки крепится по одной тяге, что повышает надёжность и точность.
Примечание
Для защиты реечного механизма от грязи с обоих концов устанавливаются резиновые гофрированные чехлы (пыльники).
Углы поворота управляемых колёс
При повороте внутреннее и внешнее колесо проходят разные пути. Чтобы избежать проскальзывания и износа шин, система спроектирована так, что внутреннее колесо поворачивается на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается геометрией рулевой трапеции.
Усилители рулевого управления
С ростом массы и габаритов автомобилей для комфортного управления потребовалось внедрение усилителей. Сегодня распространены два типа: гидравлический (ГУР) и электромеханический (ЭУР).
Гидравлический усилитель руля (ГУР)
Система включает насос с бачком, распределительный клапан, исполнительный механизм (силовой цилиндр) и рабочую жидкость. Насос создаёт давление. При повороте руля клапан направляет жидкость в соответствующую полость силового цилиндра, который помогает поворачивать колёса, облегчая усилие на руле.
Внимание
В автомобилях с ГУР не рекомендуется долго удерживать руль в крайнем положении, чтобы не перегружать и не повредить насос.
Электромеханический усилитель руля (ЭУР)
Это более современная система, в которой усилие создаёт электродвигатель. Блок управления анализирует скорость автомобиля, угол и скорость поворота руля, и на основе этих данных даёт команду мотору на помощь водителю. ЭУР лишён недостатков ГУР: нет жидкости, трубок, необходимости обслуживания и риска утечек.
Электромотор может устанавливаться на рулевой колонке, валу-шестерне или непосредственно на рулевом механизме. Последний вариант считается оптимальным, так как обеспечивает наилучшую «обратную связь» — ощущение дороги и пропорциональное увеличение усилия на руле с ростом скорости и угла поворота.
Примечание
«Обратная связь» — ключевое понятие для комфортного и безопасного управления. Хороший усилитель не просто облегчает вращение руля, но и позволяет чувствовать сцепление колёс с дорогой, что особенно важно на высоких скоростях.
Интересное еще здесь: Обзор.
Назначение и устройство рулевого управления.