Рульове управління з шестернею та рейкою непомітно захопило домінування в автомобільному світі. Сьогодні це стандартне обладнання для всіх транспортних засобів від компактних міських автомобілів до великих позашляховиків. Ця система елегантна своєю простотою. Захисна металева трубка містить ряд шестерень, які перетворюють рухи рук на фізичні переміщення.
Серцем системи є шестерна передача рейки та шестерні. Рейка є подовженою шестернею, зуби якої мають однакову довжину. Вона розташована усередині металевої трубки, кінці якої виступають назовні. До цих кінців прикріплені кермові тяги. Ці тяги є сполучною ланкою між внутрішнім механізмом і зовнішнім світом.
Дія починається згори. Шестерня кріпиться до кермової колонки, яка опускається вниз від кермового колеса. Коли ви повертаєте колесо, колонка обертає шестерню. Шестерня зачіпляється за зуби рейки і переміщає її з боку на бік. Цей лінійний рух передається через кермові тяги на кермові важелі, які з’єднані зі маточиною колеса.
Цей механізм одночасно виконує дві важливі функції. По-перше, він перетворює обертальний рух рульового колеса в лінійний рух, необхідне повороту коліс. По-друге, він забезпечує знижувальне передатне число шестерні. Це є ключовим. Воно робить поворот керма набагато простішим, ніж пряме з’єднання колеса з валом.
Більшості сучасних автомобілів потрібно три або чотири оберти рульового колеса, щоб перейти від одного упору до іншого. Це діапазон від крайнього лівого повороту до крайнього правого повороту. Цей діапазон визначається передаточним числом кермового керування.
Розуміння передавального числа кермового управління
Передавальне число кермового управління – це проста математична залежність. Вона порівнює поворот рульового колеса з тим, наскільки фактично змінюється напрямок коліс автомобіля. Якщо один оберт рульового колеса (360 градусів) змушує колеса автомобіля повернутися на 20 градусів, то передавальне число становить 18:1.
Більше число означає, що для досягнення заданого кута потрібно більше обертів керма. Але це також означає менші фізичні зусилля. Знижувальна передача шестерні перебирає основну роботу.
Тут входить у гру переваги водія. Більш легкі та спортивні автомобілі, як правило, мають меншу передавальну кількість кермового керування. Що менше відношення (наприклад, 12:1), то швидше реагує автомобіль. Ви робите невелике введення, і колеса реагують негайно. Це необхідно для маневреності спортивних автомобілів. Ці автомобілі досить легкі, щоб дозволити водіям справлятися з підвищеним навантаженням, не відчуваючи себе так, ніби вони плавають без підсилювача керма.
Більші вантажівки та сімейні седани часто використовують вищі передатні числа. Пріоритетом тут є стійкість і зниження робочого навантаження під час руху шосе. Вам не потрібна смикана реакція; потрібне стабільне управління.
Деякі виробники знайшли розумний компроміс за допомогою кермового управління зі змінним передатним числом. Ця система модифікує шестерну передачу рейки і шестерні. Зуби на рейці розташовані нерівномірно. У середині зазор між зубами стає дрібнішим. Це забезпечує швидку реакцію, необхідну на початку повороту. У міру наближення рульового колеса до межі свого обертання крок шестерні стає більшим. Це знижує зусилля, необхідне для повної установки коліс в упор, полегшуючи паркування та маневрування в обмежених умовах.
Системи кермового управління з підсилювачем рейки
Додавання підсилювача керма трохи змінює конструкцію. Більшість водіїв покладаються на системи кермового управління з підсилювачем рейки. Ці агрегати інтегрують гідравлічну або електричну допомогу безпосередньо у збирання рами. Основний принцип залишається тим самим. Шестерня, як і раніше, переміщає рейку. Але сьогодні гідравліка та електродвигуни забезпечують необхідну силу.
Ця допомога є змінною. Вона змінюється залежно від швидкості автомобіля. Найбільша допомога надається під час руху на низьких швидкостях, наприклад, при паралельному паркуванні. Ви можете повернути важке кермо одним пальцем. Підсилювач керма зменшується під час руху на високих швидкостях. Це запобігає відчуттю нечіткості або зайвої чутливості автомобіля до невеликих введень керма. Зворотній зв’язок стає важчим і впливає на водія
Допоміжний механізм
Не магія. Тяжку роботу виконує гідравлічна система.
У корпусі рейки знаходиться циліндр. У центрі циліндра розташований поршень. Поршень жорстко пов’язаний із самою рейкою. Отже, коли поршень переміщається, переміщається рейка. Крапка.
Рідина надходить через два порти. Один знаходиться ліворуч. Інший – праворуч.
Ось у чому суть: насос подає рідину з вищим тиском на одну із сторін поршня. Різниця тисків змушує поршень ковзати. Ковзання поршня штовхає рейку. І раптом кермо більше не здається таким важким, як жорнів.
Це система, яка допомагає створювати гідравлічний тиск. Просто скажіть їм про це.
Але як рідина туди потрапляє? Як система розуміє, в який бік ви хочете повернути ще до того, як ви значно повернули кермо? Пізніше ми докладно розглянемо насос, клапани та логіку потоку.
Спочатку давайте відійдемо від гідравлічних «ганчір’я» і подивимося на іншого значущого учасника у світі кермового управління.
