Система рулевого управления – Рулевое управление автомобиля: устройство, виды и требования

Содержание

Как работает система рулевого управления

Система рулевого управления позволяет поворачивать колеса автомобиля при вращении рулевого колеса. При этом обод рулевого колеса поворачивается на больший угол, чем колесные диски.

Эта система позволяет водителю прикладывать меньше усилий для управления тяжеловесным автомобилем. При повороте из крайнего левого положения в крайнее правое положение обод колеса диаметром 380мм проходит путь в 5м, при этом ребро колеса смещается всего на 300мм. Если бы водителю пришлось прикладывать усилия для поворота самого колеса, он должен был бы давить на него в 16 раз сильнее.

Усилие, требуемое для поворота рулевого колеса, передается колесам с помощью системы поворотных рычагов. Эти рычаги позволяют перемещать колеса вверх и вниз для работы подвески без изменения угла поворота.

Так выглядит обычная реечная передача, в которой рейка напрямую взаимодействует с рычагами колес.

При движении на повороте такая передача обеспечивает больший угол поворота внутреннего переднего колеса, которое отклоняется от стандартного положения сильнее, чем внешнее.

Шарниры должны быть тщательно подогнаны друг к другу, в противном случае колеса будут болтаться, и управление будет неточным.

В настоящее время часто используются системы рулевого управления двух типов, включающие в себя реечную передачу или коробку рулевого механизма.

В больших автомобилях любая система снабжена усилителем, чтобы водителю было легче поворачивать рулевое колесо.

Система рулевого управления с реечной передачей

Реечная передача

Зубчатый валик плотно соприкасается с рейкой так, чтобы между зубьями не оставалось зазоров. Это позволяет управлять движением колес с большой точностью.

В основании колонки рулевого управления есть разъем с небольшой шестерней, зубья которой соприкасаются с зубьями рейки (длинной пластины с поперечными засечками).

Вращаясь, шестерня перемещается по рейке из стороны в сторону. Концы рейки соединены с колесами поперечной рулевой тягой.

Это очень простая система с немногочисленными подвижными деталями, которые редко смещаются или изнашиваются, поэтому управление производится с большой точностью.

Карданный шарнир в колонке рулевого управления, соединенный с рейкой, не позволяет водителю слишком сильно выворачивать руль.

Система рулевого управления с коробкой рулевого механизма

В основании колонки рулевого управления есть коробка с червячной шестерней. Червячный вал представляет собой цилиндр с резьбой, похожий на короткий винт. При вращении червячный вал двигает все, с чем соприкасается его резьба, как винт, который двигает накрученную на него гайку.

В зависимости от конструкции подвижная часть может представлять собой часть зубчатого колеса, большую гайку, а также палец или ролик с вилкой. 

В системе с червячным валом и пальцем вал перемещает откидную рукоятку с помощью пальца с вилкой.

В системе с гайкой предусмотрены твердые подшипники, которые находятся в участке с резьбой. При движении гайки шарик подшипника выкатывается в трубку, которая возвращает его в первоначальное положение. 

Червяк перемещает откидную рукоятку, соединенную с рычагом управления с помощью рулевой тяги. В свою очередь, рычаг управления меняет положение ближайшего переднего колеса.

В системе рулевого управления с циркулирующим шариком в резьбу между червяком и гайкой заложены шарики.

Средняя рулевая тяга ведет к одному из колес и соединяется с ним поперечной тягой и рулевой сошкой. Дальний конец средней рулевой тяги крепится к вращающемуся маятниковому рычагу. Конструкции рычагов варьируются в зависимости от модели автомобиля.

Система рулевого управления с коробкой рулевого механизма включает в себя множество подвижных деталей, которые могут изнашиваться или смещаться, поэтому она менее точна.

Рулевое управление с усилителем

Для управления грузовиками и другими тяжеловесными автомобилями водителям приходится прикладывать массу усилий для вращения рулевого колеса. Для того, чтобы перейти из левого крайнего положения в правое, необходимо совершить не один оборот.

Это не позволяет быстро парковать такие автомобили в ограниченном пространстве. Для решения подобных проблем производители оснащают системы рулевого управления усилителями. Усилитель включает в себя насос, который работает от двигателя и подает масло на рейку или в коробку рулевого механизма.

Клапаны в рулевой рейке или коробке открываются, когда водитель поворачивает рулевое колесо, и масло поступает в цилиндр, перемещая поршень, который помогает колесу двигаться в нужном направлении.

Когда водитель останавливает вращение, клапан закрывается, и поршень прекращает двигаться.

При этом механизм лишь облегчает управление, т.к. рулевое колесо по-прежнему связывается с колесами автомобиля обычным способом.

При отключении механизма водитель по-прежнему может управлять автомобилем, но для этого ему требуется гораздо больше усилий.

17koles.ru

Гидроусилитель рулевого управления: устройство и принцип работы

В настоящее время сложно себе представить автомобиль не оснащенный усилителем рулевого управления. Усилитель может быть электрическим (ЭУР), гидравлическим (ГУР) или электрогидравлическим (ЭГУР). Однако гидроусилитель рулевого управления остается наиболее распространенным типом на данный момент. Он устроен таким образом, что даже при его выходе из строя сохранится возможность управления автомобилем. В этой статье мы разберем его основные функции и подробно узнаем, из чего он состоит.

Функции и назначение ГУР

Рулевая рейка с гидроусилителем

Гидравлический усилитель руля (ГУР) представляет собой элемент рулевого управления, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса образуется за счет гидравлического давления.

Для легковых автомобилей главное назначение ГУР – обеспечение комфорта. Управлять транспортным средством, оснащенным  гидравлическим усилителем руля, легко и удобно. К тому же водителю не нужно для совершения маневра делать рулем полных пять-шесть оборотов в сторону поворота. Такое положение вещей особенно актуально при парковке и маневрировании на узких участках.

Сохранение управляемости автомобилем и смягчение ударов, передающихся на руль в результате наезда управляемых колес на неровности дороги, — еще она важная функция гидроусилителя.

Требования к гидроусилителю

Для эффективной работы ГУР к нему предъявляют следующие требования:

  • надежность системы и бесшумность при работе;
  • простота обслуживания и минимальный размер устройства;
  • технологичность и экологическая безопасность;
  • небольшой поворотный момент на колесе с автоматическим возвратом в нейтральное положение;
  • легкость и плавность рулевого управления;
  • обеспечение кинематического следящего действия – соответствие между углами поворота управляемых колес и руля;
  • обеспечение силового следящего действия – пропорциональность между силами сопротивления повороту управляемых колес и усилием на руле;
  • возможность управления автомобилем при выходе системы из строя.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

  • бачок для рабочей жидкости;
  • масляный насос;
  • золотниковый распределитель;
  • гидроцилиндр;
  • соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимо

techautoport.ru

Рулевая система автомобиля: назначение, виды и фото

Одной из основных систем автомобиля является рулевое управление, представляющее собой совокупность механизмов, синхронизирующих угол поворота колес основной оси и положения рулевого колеса. Рулевое управление требует регулярной диагностики и технического осмотра, проведение которых зависит от особенностей конструкции и типа узла.

Назначение рулевого управления

Водитель во время вождения обязан контролировать положение транспортного средства относительно других участников дорожного движения и выделенной полосы. Для изменения маршрута или осуществления маневров сменяется режим движения при помощи тормозной системы и рулевого управления.

Устранение бокового скольжения и стабилизация управляемых колес осуществляется при помощи рулевого привода, который возвращает автомобиль на прямолинейный курс движения после того, как водитель прекращает прилагать усилия к рулю.

Устройство рулевого управления

Устройство рулевой системы включает следующие элементы:

  • Рулевое колесо. Используется для управления автомобилем и корректировки направления его движения. Современные модели оснащаются мультифункциональными рулями, оснащенными подушкой безопасности.
  • Рулевая колонка. Передает усилия от рулевого колеса к рулевому механизму и представлена валом с шарнирными соединениями. Электрические либо механические системы блокировки и складывания гарантируют защиту автомобиля от угона и безопасность. Рулевая колонка оснащается замком зажигания, стеклоочистителем лобового стекла и элементами управления светотехникой.
  • Рулевой механизм передает на привод колес усилия, создаваемые водителем через вращение рулевого колеса. Представлен редуктором с определенным передаточным отношением. Карданный вал соединяет рулевой механизм с рулевой колонкой.
  • Рулевой привод конструктивно представлен рычагами, наконечниками и рулевыми тягами, которые передают поворотным кулакам усилия от рулевого механизма.
  • Усилитель рулевого управления — облегчает управление автомобилем и увеличивает усилие, передающееся приводу со стороны руля.
  • Дополнительные конструктивные элементы — электронные системы, амортизаторы.

Рулевое управление и подвеска автомобиля тесно связаны между собой: степень отклика транспортного средства на вращение рулевого колеса зависит от высоты и жесткости подвески.

Виды рулевой системы

Рулевой механизм может подразделяться на несколько категорий в зависимости от типа редуктора:

  • Реечный. Считается самым распространенным и устанавливается на легковые автомобили. Механизм с самой простой конструкцией и отличающийся максимальным КПД. Минусом считается чувствительность к ударным нагрузкам, возникающим при эксплуатации автомобиля в сложных дорожных условиях.
  • Червячный. Обеспечивает большой угол поворота колес и хорошую маневренность автомобиля. Механизм практически не подвержен ударным нагрузкам, однако его производство более дорогостоящее.
  • Винтовой. По принципу работы схож с червячным типом, однако отличается большим КПД и создает большие усилия.

Классификация по типу усилителя

Рулевые системы подразделяются на несколько видов в зависимости от типа установленного усилителя:

  • Гидравлический (ГУР). Преимуществом является простота конструкции и компактные размеры. Гидравлические рулевые системы являются одними из самых распространенных и устанавливаются на большинство современных автомобилей. Недостатком такого управления является необходимость в регуляции уровня рабочей жидкости.
  • Электрический (ЭУР). Прогрессивная система управления. Усилитель обеспечивает надежность функционирования системы, экономию топлива, возможность управления автомобилем без привлечения водителя и облегчает настройку управления.
  • Электрогидравлический (ЭГУР). По принципу действия система схожа с гидравлическим усилителем. Основным отличием является функционирование насоса, который приводится в действие не ДВС автомобиля, а электродвигателем.

Дополнительные системы

Рулевое управление современных автомобилей оснащаются различными системами:

  • Активное рулевое управление (AFS). Регулирует величину передаточного отношения в зависимости от скорости движения. Гарантирует безопасное и устойчивое движение на скользкой трассе за счет коррекции угла поворота колес.
  • Динамическое рулевое управление. Функционирует аналогично активной системе, однако место планетарного редуктора в конструкции занимает электродвигатель.
  • Адаптивное рулевое управление. Особенностью является отсутствие жесткой связи между колесами и рулем автомобиля.

Требования к рулевому управлению

По стандартам к рулевой системе предъявляются следующие требования:

  • Обеспечение необходимой траектории движения согласно параметрам маневренности, устойчивости и поворотливости.
  • Усилие, прилагаемое к рулевому колесу, не должно превышать установленных значений.
  • Количество оборотов руля от стандартного положения до любого из крайних должно соответствовать нормам.
  • Возможность управления автомобилем должна сохраняться после выхода усилителя из строя.

Нормальное функционирование рулевой системы определяется еще одним параметром — суммарным люфтом, подразумевающим угол поворота руля до момента поворота колес.

Допустимый суммарный люфт в рулевом управлении должен соответствовать принятым нормам:

  • Для микроавтобусов и легковых автомобилей — 10 градусов.
  • Для автобусов и аналогичных транспортных средств — 20 градусов.
  • Для грузовых автомобилей — 25 градусов.

Особенности правостороннего и левостороннего управления

В зависимости от законодательства конкретных стран и вида транспортного средства современные автомобили подразделяются на праворульные и леворульные. Соответственно, рулевое колесо может располагаться как справа, так и слева. К примеру, рулевые системы ВАЗ являются леворульными.

Механизмы отличаются не только позицией руля, но и редуктором, который адаптирован под конкретную сторону подключения. Несмотря на это, правостороннее управление на левостороннее переделать возможно.

Некоторые виды спецтехники оборудованы гидрообъемным рулевым управлением, которое обеспечивает независимость размещения рулевого колеса от других элементов. Такая рулевая система не обладает механической связью между рулем и приводом, а колеса поворачиваются при помощи силового цилиндра, регулируемого насосом-дозатором.

В сравнении со стандартными механизмами гидрообъемное рулевое управление не требует приложения больших усилий для выполнения поворота, не обладает люфтом, и его компоновка подразумевает произвольное расположение конструктивных элементов.

Соответственно, гидрообъемное управление обеспечивает как левостороннее, так и правостороннее управление. Благодаря этому система может устанавливаться на специальные транспортные средства.

Причины неисправностей системы

Рулевой механизм, как и любые другие элементы, подвержен поломкам. Причин неисправностей может быть несколько:

  • Агрессивный стиль вождения, суровые условия эксплуатации автомобиля.
  • Низкокачественное покрытие трасс.
  • Использование неоригинальных комплектующих.
  • Несвоевременное техническое обслуживание.
  • Проведение ремонтных работ некомпетентными мастерам.
  • Превышение эксплуатационного срока оборудования.

Неполадки, возникшие с тормозной или рулевой системами автомобиля, могут привести к аварийной ситуации на дороге.

Виды неисправностей и их признаки

Система рулевого управления транспортных средств со временем может выходить из строя. Появление поломок сопровождается определенными признаками:

  • При появлении сторонних стуков меняется шарнир рулевого механизма.
  • Вибрация рулевого колеса устраняется грамотной настройкой колес.
  • При биении колес изменяются их настройки, заменяются комплектующие рулевых тяг либо подшипники колонки.
  • Наконечники тяги меняются при показателе люфта, превышающем 10 градусов.

Диагностика и техническое обслуживание

Для исключения проблем с рулевой системой автомобиля важно не только регулярно проводить техническое обслуживание, но и диагностику основных узлов и агрегатов.

Обязательно проводится проверка люфта при помощи специального прибора — люфтометра. Желательно проверять систему на отсутствие заеданий.

Во время технического осмотра оценивается состояние гидроусилителя. Если уровень масла в системе ниже требуемого, то его доливают. Диагностируется картер рулевого управления, уровень затяжки клиньев, цапф, шплинтовка, последние — после смазывания рулевой тяги.

Последующие технические осмотры подразумевают комплекс диагностических процедур, реализуемых при помощи специального оборудования. Ремонт рулевой системы лучше проводить в сервисных центрах, где работают профессионалы.

Мастера должны проверить суммарный люфт механизма при помощи люфтометра. Для легковых автомобилей он должен быть равен 10 градусам.

Важность корректной работы рулевого управления

Транспортное средство считается источником повышенной опасности, в связи с чем для предупреждения аварийных ситуаций от автовладельца требуется поддержание исправного состояния автомобиля и регулярный контроль технического состояния.

Основное назначение рулевой системы — обеспечение возможности управления машиной. Исправный механизм гарантирует безопасное и уверенное движение, важное не только для водителя, но и для пассажиров.

В правилах дорожного движения указано, что продолжать движение и эксплуатировать автомобиль с вышедшей из строя системой рулевого управления, при наличии люфта, утечек масла из рейки запрещено.

Исправная система управления оказывает немалое влияние на состояние резины автомобиля: износ покрышек должен быть равномерным во избежание потери управления, выкидывания во время движения с трассы и появления неисправностей прочих узлов и агрегатов транспортного средства.

Рулевое управление является одним из важнейших элементов конструкции современного транспортного средства и требует регулярного контроля своего состояния и проведения грамотного технического осмотра и ремонтно-восстановительных работ. Управлять автомобилем с вышедшей из строя рулевой системой запрещено во избежание возникновения аварийных ситуаций на трассе и для сохранения безопасности водителя, пассажиров и прочих участников дорожного движения.

fb.ru

Системы управления. Система рулевого управления автомобиля

Рулевое управление необходимо для задания направления движения автомобиля. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм служит для уменьшения усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. Наиболее распространены на современных автомобилях рулевые механизмы червячного и реечного типов.

В рулевом механизме червячного типа (рис. 34) ведущая шестерня (червяк 2) напрессована на конец рулевого вала, на другом конце которого закреплено рулевое колесо 1. Вращение рулевого колеса и червяка передается на ролик 3, напрессованный на вал сошки 4. Поворот сошки вправо или влево обеспечивает поступательное движение тяг рулевого привода и поворот управляемых колес. Рулевой механизм червячного типа применяется на заднеприводных автомобилях.

Рис.34. Рулевое управление с механизмом червячного типа

В рулевом механизме типа «шестерня-рейка» (рис. 35) рулевой вал, на конце которого закреплено рулевое колесо 1, оканчивается шестерней 2, находящейся в зацеплении с зубьями рейки 3.

Вращательное движение шестерни (при вращении рулевого колеса) преобразуется в поступательное движение рейки вправо или влево, с которой связаны тяги 5 рулевого привода. Поступательное движение тяг обеспечивает поворот управляемых колес. Реечный рулевой механизм проще в изготовлении, имеет меньшее число деталей и обеспечивает водителю меньшее усилие на рулевом колесе, чем червячный рулевой механизм.

Рис.35. Реечный рулевой механизм

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам, обеспечивая их поворот на неодинаковые углы с целью обеспечения единого центра поворота автомобиля без бокового скольжения колес. Рулевой привод включает в себя сошку 4 (см. рис. 34), рулевые тяги 5, шаровые шарниры А и рычаги 6, закрепленные на поворотных кулаках.

Для обеспечения работоспособности рулевого управления необходимы надежное крепление кожуха рулевого вала (рулевой колонки) и картера рулевого механизма к кузову автомобиля, а также исправность шаровых шарниров рулевых тяг. Будьте внимательны к шаровым опорам (шарнирам), на них ложится тяжесть передней части автомобиля. Поломка и повышенные люфты в них приводят к аварии. Рулевое колесо должно вращаться свободно, однако его свободный ход (люфт) допустим лишь в пределах, указанных производителем автомобиля. Тугое вращение и увеличенный свободны й ход рулевого колеса создают угрозу безопасного движения, по-гтому обнаруженную неисправность рекомендуется устранить на станции технического обслуживания.

1pdd.ru

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Электронные системы данного назначения можно разделить на два ти­па по степени независимого воздействия на орган управления: пассивные и активные системы рулевого управления.

Пассивные системы самостоятельно не воздействуют на органы руле­вого механизма, а управляют усилителями рулевого механизма и снижают последствия неправильных действий водителя.

Сегодня усилителями рулевого управления оснащают подавляющее большинство автомобилей. Даже машины малого класса, как правило, полу­чают усилители уже в базовых комплектациях. И не только для комфорта. Невидимый помощник, уменьшая усилие на руле, позволяет сократить пере­даточное отношение в рулевом механизме и, соответственно, количество оборотов.

Получили распространение гидравлические и электромеханические усилители рулевого управления.

Исполнительный механизм гидроусилителя легкового автомобиля, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом — такие усилители назы­ваются интегральными, рисунок 6.1. В качестве рабочей жидкости в гидро­усилителях иномарок используется масло ATF — то же, что и в автоматиче­ских коробках передач.

1 — рулевая рейка; 2 — поршень; 3 — сальники; 4 — шарниры рулевых тяг; 5 — распределитель с золотником; 6 — шестерня; 7 — торсион; 8 роторный гидронасос Рисунок 6.1 — Реечный рулевой механизм с гидроусилителем

Роторный или аксиально-поршневой насос, приводимый ремнем от ко­ленчатого вала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлени­ем в 50… 100 атм в золотниковый распределитель.

Задача распределителя — отслеживать усилие на руле и строго дозиро — ванно помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство — чаще всего это торсион, встроенный в разрез рулевого вала. Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен — соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок.

При повороте руля, колеса сопротивляются — торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и на­правляет масло в исполнительное устройство. В механизме типа «винт — шариковая гайка» большее давление подается или за поршень, или до него, помогая тому перемещаться вдоль рулевого вала. Помощь рулевых усилите­лей с переменным реактивным действием уменьшается с ростом скорости, обеспечивая лучшую обратную связь, рисунок 6.2.

Рисунок 6.2 — Закономерности работы усилителя рулевого управления [1]

В реечном механизме масло подается в корпус рейки — в ту или иную сторону от поршня, связанного с рейкой, и подталкивает ее вправо или влево. Когда рулевое колесо уже повернуто до упора, срабатывают предохрани­тельные клапаны, сбрасывая давление масла и сохраняя детали механизма от повреждения.

Традиционным недостатком систем с усилителем является малое реак­тивное усилие на руле. В этом чаще всего виноват гидроусилитель — он слишком активно помогает водителю.

Чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одно­временно не сделать рулевое колесо слишком тугим, нужно увязать воедино массу факторов: производительность насоса, параметры золотника и жест­кость торсиона, геометрию передней подвески и углы установки колес (от этого в первую очередь зависит величина возвращающего усилия), парамет­ры задней подвески, уводные характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Хотя многие фирмы специально жертвуют информативно­стью в пользу комфорта. Еще одна задача, которая стоит перед конструкто­рами, — сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на большом ходу становился более упругим и информативным, рисунок 6.2.

Именно поэтому появились серийные гидроусилители с электронной регулировкой работы распределителя в зависимости от скорости. В амери­канской системе Magnasteer производства фирмы Delphi Saginaw, которой снабжены некоторые автомобили концерна General Motors (Chevrolet

Corvette, многие модели Cadillac), с помощью электромагнитного устройства изменяется жесткость торсиона следящего устройства.

В немецких гидроусилителях ZF Servotronic, которые стоят на машинах Audi А6 и А8, BMW 5-й и 7-й серий, на помощь золотнику приходит элек — трогидравлический модулятор давления — с ростом скорости по сигналу от управляющего блока он ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя уменьшается до нуля.

Тем не менее гидроусилители всегда обладают низким кпд, вследствие необходимости поддержания высокого давления масла, поэтому применение их оправдано на тяжелых автомобилях. Более эффективны при невысоких усилиях электроусилители.

На торсионе следящего устройства стоит датчик, и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную переда­чу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику уси­лителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью. В зависимости от полной массы и компоновки автомобиля электроусилитель может встраиваться в различные звенья рулевого управления, рисунок 6.3.

Так в системах гидроусилителей гидравлический насос приводится в действие двигателем автомобиля, а значит, часть мощности, вырабатываемой двигателем, тратится на создание давления масла в гидросистеме.

а) б) в)

1 — рулевая колонка; 2 — электроусилителъ с червячной передачей и электронным блоком управлення;3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устрой­ство с торсионом; 6 — блок управлення; 7 — электропривод с механизмом винт-шариковая гайка-рейка

Рисунок 6.3 — Варианты электроусилителей ZF Servolectric а — для автомоби­лей малого класса, б — для автомобилей среднего класса, в — для автомобилей

большого класса и микроавтобусов

Электрический усилитель рулевого управления призван содействовать усилию на рулевом колесе, используя электрический мотор и не прибегая к помощи основного двигателя. Электрический усилитель руля управляется электронным блоком, контролирующим момент электромотора в соответст­вии с условиями движения и помогает достигнуть оптимальных рулевых ха­рактеристик: более мягкого и точного управления.

Системы электроусилителей в зависимости от места их установки бы­вают трёх типов, рисунок 6.4:

— Column type — электродвигатель расположен на рулевой колонке;

— Pinion type — электродвигатель с передаточным механизмом располагается на червячной передаче;

— Rack assist type — электродвигатель задействует рейку рулевого механизма.

MOTOR RtAucIrg 3*df Totqu* inn

а) б) в)

Рисунок 6.4 — Системы электроусилителей: a — Column type; б — Pinion type;

в — Rack assist type [29]

Если в системах типа Column type все элементы находятся в кабине ав­томобиля, то основные рабочие элементы систем Pinion type и Rack assist type находятся вне кабины, в моторном отсеке, что, кстати, облегчает их охлаж­дение.

В последнее время всё чаще приходится встречать аббревиатуру EPS (Electrical Power Steering), либо MDPS (Motor Driver Power Steering).

Создание систем EPS явилось следствием всеобщей борьбы за эколо­гию. EPS не использует масел, тем самым, снижая вероятность загрязнения окружающей среды, а также уменьшая расход топлива. Сначала системы EPS применялись только в автомобилях особа малого класса, и лишь в последние годы начали распространяться на автомобили малого и среднего класса.

Программное обеспечение, встроенное в контроллер блока управления EPS, обеспечивает высокую производительность системы и легко настраива­ется при подгонке систем в прототипах моделей.

Благодаря этому качеству, системы EPS привлекли пристальное вни­мание широкого круга автопроизводителей во всём мире. Как правило, системы EPS содержат [1]:

— датчик момента на рулевом колесе;

86

— электронный блок управления, осуществляющий калькуляцию необходи­мого вспомогательного момента электродвигателя на основе входных сигналов;

— понижающий редуктор, увеличивающий момент электродвигателя; электродвигатель, выполняющий команды электронного блока управле­ния.

В основном, усилие на руле контролируется в зависимости от скорости автомобиля. В целях лучшей управляемости и безопасности, требуемое от водителя усилие уменьшается при малой скорости движения и увеличивается по мере разгона автомобиля — руль на неподвижной машине легко вращается одной рукой. Дополнительно к основному фактору (скорости) есть некото­рые поправки, такие, как контроль трения, амортизации и т. д., принимаемые во внимание логикой блока управления.

Отсутствие амортизационных агрегатов и деталей (масло, шланги, тру­бопроводы и т. д) делают систему чище, экономичней и легче в обслужива­нии. Ещё одним положительным фактором использования системы EPS яв­ляется уменьшение шумовых и виброхарактеристик автомобиля при отсутст­вии гидронасоса и системы привода.

Техническое состояние системы диагностируется с помощью системы самодиагностики, что облегчает её обслуживание. Защитные программы блока управления позволяют предотвратить перегрев, а также повышенные, недопустимые расходы электроэнергии в случае перегрузок.

Следует помнить, что, подобно гидроусилителю, система является вспомогательной и её поломка не может значительно повлиять на управляе­мость автомобилем, т. к. существует механическая связь между рулевым ко­лесом и рейкой рулевого управления. При вхождении в аварийный режим управления водитель сможет почувствовать постепенное увеличение усилия на руле, регулируемое блоком управления EPS, и принять соответственные меры.

Значительным шагом в развитии электронных систем рулевого управ­ления стало создание активных систем (AFS — Active Front Steering, AS — Active Steering, ESAS — Electric Steer Assisted Steering) [1, 27].

Система активного рулевого управления (Active Front Steering). Это обычный механизм с гидроусилителем Servotronic. Но рулевой вал разрезан, и в него встроена планетарная передача, корпус которой может вращаться с помощью электромотора. Управляет всем, естественно, компьютер.

Система активного рулевого управления, над которой инженеры фир­мы БМВ работают с 1997 года, действительно проста. Электромотор с плане­тарным редуктором, присоединен к обычному реечному рулевому механиз­му.

Планетарный механизм с электромотором может доворачивать управ­ляемые колеса на 7-8 градусов по команде бортовой электроники. То есть ав­томобиль может подруливать самостоятельно. Система AFS позволяет изме­нять передаточное отношение рулевого привода в очень широких пределах.

Чувствительностью управляет компьютер, что позволяет ее управлять.

Передаточное отношение рулевого механизма составляет 1:18, и это компромиссный вариант. Благодаря помощи электромотора системы AFS эта цифра в низкоскоростных режимах снижается до 1:10 — это менее двух обо­ротов руля от упора до упора. А чтобы с ростом скорости автомобиль не ста­новился «резким» в управлении, электроника по мере разгона постепенно снижает активность электродвигателя. На 180 — 200 км/ч он вообще отключа­ется — передаточное отношение возвращается к стандартному. А на макси­мальных скоростях электромотор вновь вступает в действие, но начинает вращаться в противоположную сторону. Ведь система AFS способна не толь­ко увеличивать чувствительность рулевого управления, но и уменьшать ее, повышая передаточное отношение до 1:20 и более.

Система ESAS (Electric Steer Assisted Steering — управление с электри­ческим подруливанием) [27]. В рулевой вал встроено звено с планетарным редуктором и электромотором — все в общем-то похоже на AFS. Различия, по сути, в программном обеспечении: оно позволяет не только изменять переда­точное отношение, но и самостоятельно (без участия водителя!) поворачи­вать колеса на некоторый угол.

eljbi.ru

Гидравлический усилитель рулевого управления с электронным управлением

Чем выше скорость автомобиля, тем меньшие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу, чтобы изменить направление движения, что может привести к потере управляемости. Такая принципиальная закономерность характерна для всех систем рулевого управления (с постоянным и переменным передаточным отношением). Поэтому при разработке рулевого управления принимаются компромиссные решения.

Для улучшения управляемости автомобиля следует повышать крутящий момент при высоких скоростях и сводить его до минимума при малых скоростях движения и при парковке. Для выполнения этих требований современные легковые автомобили оснащаются гидроусилителями с электронным управлением и регулированием типа Servotronic. Эта система регулирует усилия на рулевом колесе в зависимости от скорости автомобиля.

Рис. Зависимость момента на рулевом колесе от скорости движения автомобиля при применении гидроусилителя типа Servotronic. Нулевая скорость соответствует парковке.

Усилитель руля Servotronic создан на базе обычного гидроусилителя. Измененная конструкция клапана управления с поворотным золотником позволяет реализовать принцип непосредственной гидравлической обратной связи. Применением электрогидравлического преобразователя и соответствующим приспособлением клапана управления удалось обеспечить зависимость степени усиления от скорости автомобиля.

Необходимое для работы системы Servotronic давление рабочей жидкости порядка 130 кгс/см2 создается гидронасосом обычной конструкции. Под этим давлением рабочая жидкость поступает к поворотному золотнику 7 клапана управления.

В свободном состоянии торсион удерживает клапан управления в среднем (нейтральном) положении.

Рис. Схема рулевого управления оборудованного гидроусилителем с электронным управлением:
1,7 – поворотный золотник; 2,5 – торсион; 3 – электронный блок управления; 4 – датчик сигнала скорости; 6 – штифт; 8 – насос гидравлический; 9 – резервуар; 10 — предохранительный и перепускной клапан; 11 – реактивный поршень; 12 – электромагнитный клапан; 13,18 – распределительная втулка; 14 – правая полость силового цилиндра;15 — левая полость силового цилиндра; 16 – подвод жидкости к правой полости; 17 – подвод жидкости к левой полости; 19- поршень; а – нейтральное положение; б – поворот вправо; в – поворот влево

В блоке клапана управления находится торсион 5. Верхняя часть торсиона соединена штифтом с золотником 7. Нижняя его часть соединена также штифтом с ведущей шестерней 19 и с втулкой распределителя 13. Торсион связан с рулевым валом через карданный шарнир. Соединения торсиона выполнены посредством штифтов 6.

Рис. Соединения торсиона:
5 – торсион; 6 – штифт; 7 – поворотный золотник; 13 – распределительная втулка; 19 – ведущая шестерня

Подаваемая гидронасосом рабочая жидкость поступает через входное сверление в корпус клапана управления и далее через кольцевой паз и радиальные отверстия в распределительной втулке клапана к регулирующим кромкам золотника. При нейтральном положении клапана рабочая жидкость перетекает через приточные кромки золотника 1 и поступает во все продольные пазы распределительной втулки и далее мимо сливных кромок золотника в его сливные пазы. Через эти пазы рабочая жидкость отводится в сливную полость и далее в бачок. При этом правая и левая полости силового цилиндра оказываются соединенными между собой через подключенные к ним трубопроводы и кольцевые пазы в корпусе клапана.

При повороте рулевого колеса налево создаваемый водителем крутящий момент передается на торсион 2, верхний конец которого соединен штифтом 6 с поворотным золотником, а нижний конец – с распределительной втулкой 18 и приводной шестерней рулевого механизма. В результате торсион скручивается подобно стабилизатору при наезде одного из колес автомобиля на неровность дороги.

При закрутке торсиона золотник вместе с верхней частью торсиона поворачивается в распределительной втулке, изменяя относительное положение пазов золотника и перепускных отверстий втулки. По мере поворота золотника относительно втулки одни каналы открываются, а другие закрываются.

Рабочая жидкость поступает через щели, раскрывающиеся при перемещении приточных кромок, в продольные пазы и далее через отверстие в кольцевой паз и через трубопровод в правую полость 14 силового цилиндра. На поршень 19 воздействует давление жидкости, что облегчает поворот рулевого колеса.

При поступлении рабочей жидкости в правую полость силового цилиндра происходит ее вытеснение из левой полости в сливную магистраль. Если отпустить рулевое колесо, распрямляющийся торсион вернет золотник в нейтральное положение относительно распределительной втулки.

При повороте рулевого колеса направо рабочая жидкость поступает в левую полость 15 силового цилиндра и происходит ее вытеснение из правой полости.

Электронный блок управления системы Servotronic обрабатывает сигнал скорости автомобиля и изменяет в соответствии с ним ток управления электромагнитным клапаном 4. При повышении скорости автомобиля блок управления системы уменьшает ток управления электромагнитным клапаном. В результате этот клапан частично открывается и перепускает ограниченное количество рабочей жидкости из приточного кольцевого паза 5 в полость 9 над реактивным поршнем 8. При этом жиклер 6 препятствует сильному оттоку рабочей жидкости на слив, благодаря чему в полости над реактивным поршнем создается достаточно высокое давление. В зависимости от величины этого давления изменяется усилие, передаваемое поршнем на шарики и далее на втулку распределителя. Чем выше давление рабочей жидкости, тем большие усилия создаются усилителем и тем большие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу.

Действующее на реактивный поршень давление передается на шарики 7, которые установлены между ним и скошенными поверхностями центрирующей втулки 10, жестко соединенной с распределительной втулкой. Точное центрирование клапана управления особенно благоприятно при движении автомобиля по прямой. При вращении клапана управления, находящиеся под нагрузкой шарики противодействуют повороту золотника относительно распределительной втулки. Таким образом, гидравлический способ создания реактивных усилий используется для повышения момента на рулевом колеса до уровня, подбираемого индивидуально для каждой модели автомобиля.

При высоких скоростях движения ток управления снижается до нуля, в результате чего электромагнитный клапан открывается полностью. В результате на реактивный поршень действует максимальное давление, соответствующее его величине в приточном кольцевом пазе. В результате этого при повороте рулевого колеса на реактивный поршень действует повышенное давление рабочей жидкости. Если действующее на реактивный поршень давление достигло установленного для данного автомобиля предела, открывается ограничительный клапан 3, через который рабочая жидкость перетекает в сливную полость. При этом дальнейший рост давления прекращается.

Рис. Блок клапана управления:
1 – распределительная втулка; 2 – сливная полость; 3 – ограничительный клапан; 4 – электромагнитный клапан; 5 – приточный кольцевой паз; 6 – жиклер; 7 – шарик; 8 – реактивный поршень; 9 – полость над реактивным поршнем;10 – центрирующая втулка

При небольшой или нулевой скорости движения сила протекающего через электромагнитный клапан тока достигает максимальной величины, в результате чего электромагнитный клапан 4 закрывается и предотвращает поступление рабочей жидкости в полость 9 над реактивным поршнем. При этом в полости над реактивным поршнем поддерживается такое же давление, как и в сливной полости 2, так как они соединены между собой посредством жиклера 6. Таким образом клапан управления системы Servotronic действует так же, как обычный клапан с поворотным золотником. Так как действие реактивного поршня отсутствует, для поворота колес автомобиля требуются относительно небольшие усилия на рулевом колесе.

При воздействии на рулевой механизм силы в противоположном направлении, например, в результате наезда на неровность, усилитель действует как демпфер. В этом случае торсион закручивается под действием усилия, передаваемого на него через рейку и ведущую шестерню. При этом золотник поворачивается из нейтрального положения относительно втулки распределителя. В результате рабочая жидкость поступает под давлением в ту полость силового цилиндра, которая создает противодействие движению рейки.

Рис. Схема работы гидроусилителя при наезде на препятствие

Например, при переезде неровности на колесо автомобиля действует сила FA, которая стремится его повернуть вокруг точки D (по часовой стрелке). При этом на рейку передается сила FZ, которая поворачивает шестерню и закручивает торсион. В результате открывается проход рабочей жидкости под давлением в правую полость силового цилиндра, а левая полость сообщается со сливом. Действующая на поршень и рейку реактивная сила FR уравновешивает силу FZ и противодействует таким образом повороту колес автомобиля.

На привод насоса гидроусилителя затрачивается значительная мощность (5…7 л.с.), поэтому в целях экономии топлива в современных автомобилях применяют гидравлические насосы с приводом не от коленчатого вала, а от электродвигателя, который включается в работу по сигналу блока управления. Такая конструкция позволяет также повысить долговечность насоса гидроусилителя, так как он работает только во время поворота рулевого колеса.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Система рулевого управления

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ транспортными средствами подразделяют на

  • систему рулевого управления и
  • тормозные системы.

Система рулевого управления 

Система рулевого управления обеспечивает 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 идет речь, делают складывающимся по принципу телескопа либо в нем предусматривают специальный компесационный элемент. В руле современных автомобилей размещают подушку безопасности, а сам руль делают из специальных материалов, не позволяющих нанести водителю травму.


Далее рассмотрим рулевой механизм, на противоположном конце рулевого вала.

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 управленияс реечным механизмом


Реечный рулевой механизм

Как уже говорилось, в этом случае на конце рулевого вала 1, связанного с рулевым механизмом, закреплена шестерня 2. 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. 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.

Червячный рулевой механизм: 1-картер рулевого механизма; 2-червяк; 3-ролик; 4-сошка; 5-гайка винта регулировки зацепления «червяк-ролик»; 6-пробка маслоналивного действия

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

В следующем уроке рассмотрим тему

«Рулевой привод»


Поделиться в соц. сетях









natalianakonechnaja.com

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о