Рульове управління сучасного автомобіля

217

Рульове керування призначене для зміни напрямку руху автомобіля за допомогою повороту передніх коліс. Розглянемо принцип роботи сучасних типів рульового керування машини.

Підсилювачі рульового керування

Більшість автомобілів оснащуються підсилювачем рульового управління – ЭУР і ГУР. Підсилювачі керма призначені для комфортного керування автомобілем, а також щоб зменшити зусилля на рульовому колесі і утримати машину після різкого маневру. Навіть у базовій комплектації автомобіль отримує підсилювач рульового управління.

Розглянемо принцип дії рейкового механізму з гідропідсилювачем. У корпусі – розподільний клапан з чутливим елементом – торсіонні, пов’язаних з рульовим валом. Водій повертає кермо, торсіон, закручуючись, переміщує золотник. Той відкриває отвори масляних каналів, що йдуть до силового циліндру гідропідсилювача. Останній підштовхує рейку, знижуючи зусилля на кермі. Ледь водій перестає крутити штурвал, торсіон повертається у вихідне положення, а рідина перепускается назад у бачок.

Продуктивність насоса, що приводиться ременем від коленвала, повинна бути такою, щоб при роботі двигуна на холостому ходу водій міг крутити кермо без “закусываний” зі швидкістю не менше 1,5 обороту в секунду. Надлишковий тиск стравлює перепускний клапан.

Зробити управління комфортним при парковці і на швидкісній трасі допомагають рульові механізми з змінним передавальним відношенням: в центрі рейки зуби нарізані з маленьким кроком, на кінцях – крок більше. При незначних кутах повороту машина не так гостро реагує на дії кермом, що дуже важливо на великих швидкостях, зате, розвертаючись, крутити кермо доводиться менше.

Сервотроник

Додатковий комфорт і безпеку привнесли системи, що регулюють зусилля на кермі в залежності від швидкості. Приклад – рульове управління “Сервотроник”.

СервотроникУявімо, що водій, який повертає праворуч. Золотник відкриває шлях рідини до силового циліндру, допомагає рейці повертати колеса. Одночасно масло через електромагнітний клапан починає надходити в камеру зворотної дії. Один з перепускних клапанів відкривається, виникає різниця тисків, і поршень, опускаючись, обмежує хід золотника. Тиск в силовому циліндрі гідропідсилювача падає, а зусилля на кермі, навпаки, зростає. Коли водій перестає крутити баранку – золотник і зворотний клапан закриваються.

При повороті вліво відкривається інший перепускний клапан, а поршень піднімається, знову коригуючи пересування золотника, тиск стравлюється в іншій частині силового циліндра.

Электромеханические усилители рулевого управленияПри парковці і рух черепашачим кроком (приблизно до 20 км/год) електромагнітний клапан, що обмежує подачу рідини в камеру зворотної дії, закритий – кермо можна обертати одним пальцем. Із зростанням швидкості клапан поступово відкривається і зусилля на штурвалі зростає.

Пристрій працює ефективно і надійно. Але гідравлічний насос забирає сили двигуна, а значить, той з’їдає зайве паливо. Особливо небажаний такий “нахлібник” малопотужним моторів. Конструктори знайшли рішення: тиск робочої рідини нагнітає електричний насос. Блок керування одержує інформацію від датчиків обертання керма і швидкості автомобіля.

Виробники підрахували, що завдяки електрогідравлічним підсилювачів автомобіль економить близько 0,2 л/100 км.

Активне рульове управління

Наступний крок – активне управління (Active Steering). Головна перевага – можливість змінювати передавальне відношення між кермом і колесами. На шляху від керма до рульового механізму з гідропідсилювачем вбудована планетарна передача з електромотором.

Коли від’їжджаєте від тротуару, передавальне відношення мінімально, а кількість повних обертів керма не більше двох. Із зростанням швидкості машини управління стає менш чутливим, а варто вирватися на заміську трасу – електромотор, підкручуючи водило планетарного редуктора, збільшить передавальне відношення.

Активне рульове управління, співпрацюючи з іншими системами, здатне допомогти і в складних ситуаціях. Наприклад, машину занесло. Комп’ютер, опитавши датчики кута повороту керма і швидкості обертання коліс, включить електромотор. Той зменшить передавальне відношення, щоб водієві було легше утримати автомобіль на потрібній траєкторії. Активний кермо корисний і при екстреному гальмуванні з системою АБС: якщо зупинитися вчасно не вдається, буде простіше піти від зіткнення.

Ймовірно, незабаром системи активного рульового управління пропишуться на багатьох автомобілях, доки їм на зміну не прийде так зване управління по проводах.

Управління по проводах

І все-таки майбутнє не за хитрою механікою або гідравлікою, ускладненими електронікою. Гранди автомобілебудування працюють над системами без механічного зв’язку між кермом і колесами – управління по проводах. Обертання керма відстежує спеціальний датчик. Електронний блок, отримуючи інформацію про швидкості, бічних і вертикальних прискореннях, посилає сигнал на актуатори – електромотори, обертаючи колеса.

управлением по проводам steering by wire

Переваги очевидні. У критичній ситуації автомобіль зможе самостійно (швидше!) повернути колеса на потрібний кут. Припустимо, системи стабілізації не вдалося запобігти заносу, і машина закрутилася на обмерзлому шосе. Швидкодіюча електроніка, опитавши датчики, поверне кермо на скільки потрібно, і пригальмує одне або кілька коліс.

Першою в світі серійною моделлю з рульовим керуванням «по дротах» став Infiniti Q50. У даної машини в штатних режимах руху немає жорсткого зв’язку між кермом та керованими колесами. А на випадок несправності електроніки передбачена аварійна кулачкова муфта, вбудована в розріз рульового вала.

Самостійність автомобіля набагато спростить життя водія: наприклад, комп’ютер спритно припаркується. А коли машини навчать добре “бачити”, вони зможуть об’їжджати перешкоди.

Такі системи вигідні: протягнути дроти простіше, ніж вал з шарнірами. Рульова трапеція отримує відставку – різні кути повороту коліс задають електромотори. З точки зору пасивної безпеки така конструкція краще. А потім, дивись, звичний кермо замінить багатофункціональний джойстик.