Система рулевого управления

Назначение рулевого управления - обеспечить водителю полный контроль над направлением движения транспортного средства. Управляемость автомобиля - одно из главных свойств его активной безопасности. Она характеризуется способностью транспортного средства реагировать в необходимой степени и в заданные временные рамки на воздействие водителя на орган управления (руль).

Данная система включает в себя рулевой механизм и рулевой привод. Мы уже привыкли к тому, что, поворачивая руль, водитель поворачивает передние колеса автомобиля. Рассмотрим несколько подробнее, что же происходит при вращении руля. Итак, с одного конца рулевого вала закреплен руль или, говоря научным техническим языком, рулевое колесо. Противоположный конец вала входит в рулевой механизм. На этом конце закреплена либо шестерня (реечный рулевой механизм), либо червячный вал (червячный рулевой механизм).

Вал, с одного конца которого установлен руль, а с другого рулевой механизм, делают травмобезопасным. Для того чтобы в случае лобового столкновения руль не перемещался внутрь салона и не травмировал водителя, вал, о котором мы говорим, делают складывающимся по принципу телескопа либо в нем предусматривают специальный компенсационный элемент. В руле современных автомобилей размещают подушку безопасности, а сам руль делают из специальных материалов, не позволяющих нанести водителю травму.

Теперь переместимся на противоположный конец рулевого вала к рулевому механизму.



Рулевой механизм преобразует вращение руля в плоскостное перемещение рулевых тяг, поворачивающих управляемые колеса на необходимые углы. В связи с тем что рулевой механизм выполнен по схеме редуктора (устройства, понижающего обороты и, как следствие, увеличивающего крутящий момент), он еще и увеличивает усилие водителя, приложенное к рулевому колесу. Обычно усилие, прикладываемое водителем, увеличивается в 15-30 раз. Именно такое передаточное отношение имеют рулевые механизмы. Вполне понятно, что чем больше передаточное отношение рулевого редуктора, тем легче водителю поворачивать передние колеса. Однако увеличение передаточного числа сверх указанного ограничено ухудшением управляемости автомобиля: при больших значениях передаточного числа даже для незначительного поворота колес водителю придется поворачивать руль на большие углы.

Ряд легковых автомобилей оборудован усилителем рулевого механизма, дополнительно снижающим усилие, необходимое для поворота руля. Устройство и принцип его работы мы рассмотрим чуть позже.

Реечный рулевой механизм

В большинстве современных легковых автомобилей используется система рулевого управления с реечным механизмом (рис. 6.1).





Как уже говорилось, в этом случае на конце рулевого вала 6, связанного с рулевым механизмом, закреплена шестерня 5. Она находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3. Данная зубчатая пара расположена внутри картера рулевого механизма. Поворачивая руль, мы вращаем шестерню, а она заставляет зубчатую рейку перемещаться внутри картера влево или вправо (см. рис. 6.3а). Концы рейки через рулевые тяги соединены с поворотными кулаками передних колес, и при перемещении рейки происходит поворот управляемых колес.

Червячный рулевой механизм

В данном механизме один из концов рулевого вала связан не с зубчатой шестерней, а с червяком (рис. 6.2).



Червяк 7 находится в зацеплении с роликом 3, который, в свою очередь, соединен с рулевой сошкой 1. Сошка 1, перемещаясь влево или вправо, через рулевые тяги и поворотные кулаки обеспечивает перемещение передних колес на заданные углы.

Рулевой привод

Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к передним колесам. В случае использования червячного механизма он включает в себя рулевую сошку, рулевые тяги и поворотные рычаги (см. рис. 6.2).



Рулевой привод, в котором использован механизм типа «шестерня-рейка» представлен на рис. 6.3а.



С помощью рулевого привода обеспечивается поворот левого и правого передних колес автомобиля на разные по величине углы.

Об этом мы уже говорили ранее (см. рис. 5.7). Давайте рассмотрим процесс поворота колес на автомобиле с рулевым механизмом типа «шестерня-рейка» (рис. 6.3, а). Начнем поворачивать руль вправо. При этом мы будем вращать вправо и шестерню, расположенную на противоположном от рулевого колеса конце вала. Шестерня будет перемещать влево рейку. Перемещение рейки приведет к перемещению рулевых тяг (их длина может регулироваться). С противоположной стороны рулевые тяги шарнирно соединены с поворотными кулаками, которые непосредственно поворачивают колеса. Итак, рейка в нашем случае перемещается влево (так как руль мы вращаем вправо) и при этом тянет одну тягу и толкает другую, а тяги, в свою очередь, вращают поворотные кулаки, связанные с колесом. Вот так осуществляется поворот колес.



Процесс поворота колес на автомобилях с червячным рулевым механизмом осуществляется похожим способом, но при этом используется более сложная система тяг (рис. 6.3, б). Если на выходе из реечного рулевого механизма мы сразу получали плоскопараллельное движение, передаваемое на рулевые тяги, то на выходе из червячного рулевого механизма мы получили вращение. Чтобы преобразовать вращательное движение выходного вала рулевого механизма в плоскопараллельное движение, на конце вала закрепили рулевую сошку, представляющую собой рычаг. Теперь, когда мы вращаем руль, противоположный конец сошки будет плоско перемещаться влево или вправо. Этот конец сошки и соединили с рулевыми тягами. При этом воздействовать на поворотный рычаг левого колеса сошка может без проблем, ведь она расположена рядом с ним, а вот чтобы одновременно повернуть и правое колесо, пришлось использовать дополнительную систему рычагов (из рулевых тяг и маятникового рычага). Итак, вновь будем вращать руль вправо, а вот вал, выходящий из рулевого механизма, будет вращаться уже в противоположную сторону и перемещать рулевую сошку влево. Она через боковую рулевую тягу будет воздействовать на рычаг поворотного кулака и поворачивать левое колесо вправо. Одновременно сошка будет перемещать влево среднюю тягу, которая через маятниковый рычаг будет перемещать боковую тягу, а последняя повернет рычаг поворотного кулака вместе с правым колесом.





Это необходимо для того, чтобы при движении в повороте передние колеса вращались без проскальзывания, поскольку в такой ситуации каждое колесо движется по своему радиусу (наружное - по большему, внутреннее - по меньшему). При этом у них общий центр поворота.

Современные легковые автомобили оборудуют гидроусилителем руля. Ранее таким устройством были оборудованы в основном грузовики, автобусы, троллейбусы. Вы, наверное, догадались, что водителям этих массивных транспортных средствах тяжело вращать руль. Поэтому на них и устанавливается такой помощник для водителя. В настоящее время гидроусилителем оборудовано большинство иномарок, да и наш Волжский автозавод стал устанавливать его на некоторые модели.

Схема работы гидроусилителя рулевого управления представлена на рис. 6.4.

Основными элементами гидроусилителя являются насос, распределительное устройство и исполнительное устройство, выполненное в виде силового гидроцилиндра. Как же работает гидроусилитель? Он включается в работу только по мере необходимости. Пока руль не повернут, он не помогает водителю (левая схема на рис. 6.4). Однако, как только вы запустите двигатель, насос 5 включается в работу, но положение золотника 9 распределителя таково, что в полостях С и D, расположенных над и под поршнем 3 гидроцилиндра 2, давление рабочей жидкости (масла) одинаково. Но усилитель уже готов к выполнению своих функций. Стоит водителю приложить к рулю усилие в определенном направлении (правая схема на рис. 6.4), как распределительное устройство 8 направляет жидкость, нагнетаемую насосом, в определенную полость гидроцилиндра (в нашем случае в полость D). А другая полость в этом момент соединяется со сливной магистралью 4 (в нашем случае полость С). Жидкость давит на поршень 3, шток которого начинает перемещаться и помогать водителю поворачивать колеса.





Помимо помощи водителю, поворачивающему управляемые колеса, гидроусилитель повышает безопасность движения, так как позволяет сохранить управление автомобилем при разрыве шины переднего колеса, что особенно важно, когда автомобиль движется на высокой скорости. Кроме того, усилитель смягчает удары, передаваемые на рулевое управление при движении по неровной дороге.

Обратите внимание, что насос гидроусилителя приводится в действие от двигателя. Следовательно, если двигатель не работает, то не работает и гидроусилитель. Это надо учитывать при буксировке транспортного средства. Эксплуатировать автомобиль с неисправным усилителем руля запрещено: разрешается только доехать до места ремонта или стоянки, соблюдая меры предосторожности. Об этом мы поговорим в главе 9, посвященной подготовке к теоретическому экзамену в ГИБДД.

(Первоначальный источник информации: MercedesMAN.ru)