Гидроусилитель руля — это не просто изысканная рейка с шестерней. Он опирается на определенный набор компонентов, которые преобразуют движения ваших рук в реальное поворачивание колес. В основе гидравлической системы лежит насос. Без него вам пришлось бы поднимать весь вес автомобиля своими запястьями.
Роторно-лопастной насос
Большинство гидравлических систем используют роторно-лопастной насос. Это простая механика. Овальная камера содержит ротор с выдвижными лопастями. Двигатель приводит этот насос в движение через систему ремня и шкива, заставляя его вращаться.
При вращении лопасти выполняют простую гидравлическую операцию. Они засасывают жидкость из линии возврата при низком давлении. Затем они выталкивают ту же самую жидкость через выходное отверстие при высоком давлении. Эта жидкость под давлением выполняет основную работу при повороте руля.
Расход жидкости напрямую зависит от скорости двигателя. Насос должен быть рассчитан так, чтобы обеспечивать достаточную помощь при работе двигателя на холостом ходу. Это создает проблему неэффективности.
Когда вы движетесь на высокой скорости, двигатель вращается быстрее. Насос перекачивает гораздо больше жидкости, чем фактически требуется системе рулевого управления. Он работает с перегрузкой.
Чтобы предотвратить взрыв системы из-за избыточного давления, внутри насоса установлен клапан сброса давления. Он выпускает излишки жидкости, когда скорость становится слишком высокой. Это защищает уплотнения и шланги от скачков давления.
Механика датчика крутящего момента
Система усилителя руля должна быть помощником, а не диктатором. Она должна подключаться только тогда, когда вы действительно сопротивляетесь усилиям дороги — например, на начальном этапе поворота. Едете прямо? Система не должна вмешиваться. Здесь на сцену выходит роторный клапан. Это датчик, который определяет, когда ваши руки прикладывают усилие, а когда просто удерживают направление.
Сердцем этого механизма является торсионный вал. Это простая металлическая ось. Тонкая. Жёсткая. Но если приложить крутящий момент, она деформируется. Верхний конец подключён к рулевому колесу. Нижний — к шестерне или червячной передаче. Такая конструкция гарантирует, что изгиб вала соответствует прикладываемому вами крутящему моменту. Крутите сильнее — вал скручивается больше. Это прямая механическая связь между вашими мышцами и дорогой.
Внутри роторного клапана всё становится точным. Рулевая тяга образует внутреннюю часть шестерённого узла. Она закреплена болтами на верхнем конце торсионного вала. Нижний конец вала соединён с внешней оболочкой шестерённого узла. При этом сам вал приводит в движение выходной механизм рулевого управления. Будь то шестерня или червячная передача, физическое вращение передаётся напрямую.
Когда вы начинаете поворачивать, торсионный вал не просто изгибается. Он поворачивает внутреннюю шестерню относительно внешней. Угол этого поворота является ключевым параметром. Он прямо пропорционален прикладываемому вами крутящему моменту.
Нет крутящего момента — нет и помощи. Гидравлические линии остаются сбалансированными. Давление с обеих сторон одинаковое. Но стоит повернуть внутреннюю шестерню хотя бы на долю градуса, как открываются каналы. Жидкость под высоким давлением устремляется в нужную линию. Колёса получают толчок. Это элегантно. Это механически. Но также это неэффективно.
Мы тратим энергию, постоянно заставляя насос работать лишь для того, чтобы обнаружить поворот. Далее мы рассмотрим, как отрасль решает эту проблему неэффективности.
