2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

История рулевого управления автомобилем

140 лет развития рулевого управления : от кофемолки до ЭУРа.

04.03.2019 Автор: Master Service 1047

Современные водители имеют весьма общее представление о рулевом управлении. Кто-то знает меньше, кто-то изучал вопрос более дотошно. Но как создавалось рулевое управление и его элементы, знают единицы.

О, этот вопрос заслуживает отдельной статьи!

Как создавалось рулевое управление

Конструкторы всего мира разрабатывали и доводили до ума агрегаты и узлы рулевого управления в разное время и по частям: придумали рычаги — управляемость хромает, сделали меньше передние колеса — особо не разгонишься. Каждое новое изобретение вытаскивало на свет новые трудности и сопутствующие проблемы — как обычно и бывает при нормальном прогрессе.

Десятки инженеров, изобретателей и просто мечтателей в свое время приложили руку к созданию удобного и эффективного рулевого управления. И знаменитые Готлиб Даймлер, Вильгельм Майбах и Карл Бенц, конечно же, не остались в стороне.

В 1886 году немецкий инженер Готлиб Даймлер сконструировал самоходный аппарат, похожий на карету, которая развивала скорость до 18 километров в час. На эту повозку его коллега Вильгельм Майбах установил двигатель внутреннего сгорания мощностью 1,1 л.с. Этот автомобиль был оснащен реечным рулевым механизмом. Минусы такого автомобиля состояли в том, что у колес был одинаковый угол поворота (как у карет), что плохо сказывалось на управляемости, особенно на большой скорости.

Дело в том, что у карет передние и задние колеса были разного диаметра (задние значительно больше) и поворачивались под одинаковым углом. Такая конструкция не способствовала маневренности.

Поэтому в 1893 году другой известный автоконструктор Карл Бенц доработал систему рулевого управления: создал рулевую трапецию, которая позволила поворачивать ведущие колеса по разновеликим радиусам. Внутреннее (к центру поворота) управляемое колесо поворачивается на больший угол, чем внешнее. Таким авто стало проще управлять, водители больше не боялись “прилечь” на бочок на повороте, да и шины изнашивались не так быстро.

Карл Бенц и Готлиб Даймлер — великие автоконструкторы

Рулевая трапеция позволила сделать колеса одинаковыми и гораздо меньшего диаметра.

Первый автомобиль-трицикл Карла Бенца

Автомобиль Готлиба Даймлера

Так благодаря усовершенствованному рулевому управлению автомобиль отошел от образца конных экипажей.

Как появился руль

Первые самоходные машины отличались от карет наличием двигателя и рычагом для управления колес. Он назывался румпелем — этот вид управления пришел из судостроения. Из-за румпеля (предка руля), который находился на стойке управления по центру, машины прозвали “кофемолками”.

Румпель вместо руля на автомобилях-кофемолках

У первых автомобилей была та же проблема, что и у конных карет: при повороте передняя управляемая ось проворачивалась по центру, маневренности не было. Управлять автомобилем с помощью румпеля было сущим мучением.

Первый круглый руль появился на автомобиле Panhard 4hp благодаря растущей популярности автогонок. Руль в относительно привычном для нас виде в 1894 году придумал Альфред Вашерон — заядлый автогонщик. Руль он сконструировал как раз к гонке “Париж — Руан”, когда готовил автомобиль к состязаниям. Он сдвинул стойку управления назад и вместо “ручки кофемолки” поставил руль, но еще не наклонный, а параллельный полу. Руль приводил в движение систему рычагов, шарниров и тяг, а они передавали движение к колесам.

Автомобиль Panhard 4hp (1894г.)

В тоже время компания Panhard-Levassor провела сравнительные испытания автомобилей с румпелем и авто с рулем. Конечно же, руль превзошел румпель по всем показателям. Поэтому в 1898 году все модели Panhard выпускались с круглым рулем. Так Panhard-Levassor задала тренд в мире автомобилей: с этого времени практически все автомобильные концерны выпускали автомобили с круглым рулем. И уже в течение следующих 10 лет румпель был вытеснен с автомобильного рынка.

Автоконструкторы-новаторы продолжали улучшать и модернизировать рулевое колесо, и вот тогда же в 1898 году француз Артур Константин Кребс предложил наклонить рулевую колонку. Управлять таким рулем оказалось в разы удобнее.

Руль конструкции “Банджо”

Но сама конструкция руля оставалась неудобной: он был четырехспицевым, металлическим и страшно бил в руки водителю на неровностях дороги. Конструкторы предложили решение — установить более мелкие спицы. Так появился руль системы “Банджо”.

В конце 20-х годов Эдвард Лобелл презентовал регулируемый руль, однако его изобретение было забыто на долгие 30 лет.

Впоследствии руль мало менялся, отличался только материалами и дизайном, количеством спиц. И только в 90-е годы ХХ века появился прообраз мультируля — с дополнительными кнопками и рычагами.

Ее Величество рулевая рейка

Сегодня механизм рулевой рейки (про неё подробнее читайте по ссылке) встречается на многих современных переднеприводных легковых авто. Многие считают, что рулевая рейка — современный агрегат, но это не так. Первые автомобили конца 19 века были оснащены как раз такой конструкцией. Изначально она называлась “шестерня-рейка”. В начале ХХ века рейку ставили на отдельных моделях автомобилей BMW.

Но потом пошла тенденция на использование более сложных механизмов, как например, редуктор. И о рулевой рейке забыли. Забвенье отчасти объясняется тем, что автоконструкторы хотели уйти от слабых мест рейки: слишком хорошо она передавала удары от колес на руль, изнашивалась быстро, ее нельзя было использовать на плохой и сложной дороге. К тому же, она плохо сочеталась с рессорами, балками и т.д. Плюс, вращать руль без усилителя было не каждому водителю по плечу.

Механическая рулевая рейка

Рулевая рейка на десятилетия получила звание архаичного агрегата. Вспомнили о ней в 1948 году, когда американский инженер Эрл Макферсон (на тот момент он работал в компании Ford) презентовал свою подвеску. И автопроизводители повально перешли на передний привод с подвеской McPherson.

Это соединение реечного механизма и подвески McPherson оказалось настолько удачным, что с тех пор и до наших дней в большинстве легковых автомобилей колеса управляются с помощью реечной передачи.

Создание гидроусилителя руля

В те далекие времена руль был таким тугим, что одному водителю часто было не под силу вращать рулевое колесо. В некоторых моделях авто это делало сразу несколько человек! Поэтому автоконструкторы задумались о механизме, который помог бы водителям вращать руль.

Неясно, кто изобрел усилитель первым. Как обычно, многие автоконструкторы вели разработки параллельно и независимо друг от друга: например, в 1902 году англичанин Фредерик Ланчестер запатентовал вакуумный усилитель руля и «управление рулевым механизмом, который приводится в действие гидравлической энергией», американка Клара Гэйлис запатентовала аналогичное устройство, Чарлз Хаммонд разрабатывал усилители рулевого управления в Канаде.

Американский инженер Фрэнсис Дэвис, конструктор гидроусилителя руля

Но официально признанным конструктором ГУРа считается американский инженер Фрэнсис Дэвис. Он работал в компании Pierce-Arrow, которая специализировалась на производстве грузовиков и пожарных автомобилей. Там на месте Дэвис создавал и испытывал усилители руля. В 1925 году он запатентовал и продемонстрировал первый гидроусилитель. General Motors сразу же переманила талантливого инженера к себе в компанию. Однако в течение семи лет в процессе разработки гидроусилителя на легковые автомобили Дэвис так и не смог интегрировать свое детище. С началом Второй мировой войны Дэвис подался в военное автомобилестроение и пришел к тому, с чего начал, — к большегрузным машинам. Дэвис нашел свое признание.

Гидроусилитель отлично показал себя на военных автомобилях. В послевоенные годы Дэвису все-таки удалось установить ГУР на легковой автомобиль — сначала на свой собственный. Поначалу ГУР устанавливали на элитные автомобили, а потом и на обычные легковушки. Первый доступный по цене широким массам автомобиль с ГУР выпустила компания Chrysler Corporation в 1951 году.

В компании General Motors, в которой ранее Дэвис пытался интегрировать гидроусилитель, подумали-подумали и в 1952 году выпустили свой собственный автомобиль с ГУР. Так появился Cadillac Series 62.

Cadillac Series 62 с ГУР (1954 г.)

Гидроусилитель пережил такую паузу в развитии из-за сложностей массового изготовления: по тем временам агрегат считался сложным, создать такой стоило немалых трудов и затрат. Взять хотя бы ремкомплект насоса гидроусилителя — сегодня изготовить, установить и заменить ремкомплект не проблема, но 100 лет назад автопроизводители не знали, как это сделать без лишних затрат. Благодаря автоматизации производства ГУР стал доступным по стоимости и ворвался на рынок автомобилестроения.

Позднее гидроусилитель многократно дорабатывали и видоизменяли другие автоконструкторы, однако звание создателя ГУРа по праву принадлежит Фрэнсису Дэвису.

Еще был промежуточный этап развития усилителя руля — пневматический усилитель. Использовался в 1930-е годы на большегрузных машинах в США. Но система потерпела фиаско — была слишком ненадежной, большой и очень шумной.

Как создавался ЭУР

Многие источники утверждают, что время создания ЭУРа — 80-е года ХХ века. Это заблуждение, ведь электроусилителю уже 120 лет!

Первый электроусилитель был сконструирован и интегрирован в легковой автомобиль в 1903 году в модели Columbia. Инженеры установили электродвигатель на рулевую колонку, а вместо золотника на торсион рулевой колонки поставили переменный резистор.

Первый электроусилитель руля на автомобиле Columbia (1903 г.)

Идея простая до невозможности, но на поток поставлена не была. Вероятно, проблема была связана с высокой себестоимостью электроначинки для автомобилей тех времен, да и не дружили легковушки с электрикой. В те времена гидравлические и пневматические усилители хромали на обе ноги, а электросистемы автомобилей отставали даже от них. Поэтому в единичных вариантах электроагрегаты “выстреливали” и пантентовались по всему миру, однако в массовое производство не попадали.

И вот через полвека в 1988 году в Японии электроусилитель появился в автомобиле Suzuki Cervo. Запатентовала ЭУР компания Mitsubishi. В этом случае электродвигатель устанавливали прямо на рулевую рейку.

С 1988 года электроусилители модернизировали, дорабатывали и всячески изменяли. Инженеры столкнулись с проблемой перегрева электродвигателя, поэтому поначалу ЭУР устанавливали преимущественно на малолитражки. Сегодня электроусилитель устанавливают даже на мощных внедорожниках. Но и сейчас автоконструкторы не унимаются и продолжают совершенствовать этот агрегат.

Современные инженеры пророчат электроусилителю великое будущее: они утверждают, что в ближайшие 10 лет ЭУР полностью вытеснит ГУР с рынка. Что ж, поживем — увидим.

Благодаря всем вышеперечисленным агрегатам в наши дни рулевое управление стало простым и удобным, хоть с ГУР, хоть с ЭУР и даже без усилителя.

Вот так, казалось бы, привычные агрегаты — рулевая рейка, сам руль или усилитель — прошли непростой путь развития, взлетов и падений популярности на рынке. За всеми этими изобретениями стоят десятки и даже сотни инженеров и конструкторов. Хочется верить, что они были бы приятно удивлены, если бы увидели, как эволюционировали их творения!

История рулевого управления автомобилем

Регулярное рождение на свет различных инженерных новинок транспортных механизмов позволяет сделать жизнь водителя более безопасной и комфортной. Причем за долгие годы развития машиностроения изменения коснулись абсолютно всех составляющих авто. Не миновала такая участь и рулевое управление, как систему. О нем и пойдет речь в этой статье. Но для начала давайте вспомним, что же это, собственно, такое и для чего оно нужно.

Что же такое система управления авто?

Итак, рулевое управление — это одна из важнейших систем автомобиля, предназначенная для задания нужного направления. Рулевой механизм и привод являются единственными элементами системы, на которых строится вся ее работа. Упомянутые составляющие, в свою очередь, также включают в себя некоторые детали, но о них поговорим немного позже. А пока немного истории.

История развития технологий

История автомобилестроения насчитывает три периода, в которых отмечалось скачкообразное развитие рулевого управления.

Читать еще:  Как сделать тюнинг ВАЗ-2104 своими руками

Самым первым типом автомобильного управления было червячное, получившее такое название благодаря шестерне червячной, входящей в состав рулевой колонки. А выглядело это так: усилия, прилагаемые для совершения оборота рулем, передавались на червячный механизм колонки, он, в свою очередь, заставлял вращаться шестерню, а та воздействовала на рулевую сошку. Сама же сошка влияла на работу ступиц и рычагов, что в итоге направляло колеса в нужном направлении. Раньше этот механизм был довольно распространен, и чаще всего такое рулевое управление использовалось в моделях ВАЗ и BMW.

В список деталей, составляющих червячную систему управления, входят следующие элементы:

  • руль;
  • колонка;
  • вал и крестовина;
  • тяги.

Затем в широкие массы вышло реечное рулевое устройство. Принцип его работы заключается в следующем: вращаясь, рулевое колесо воздействует на такую деталь, как шестерня, а она приводит в движение рулевую рейку. Рейка также, в свою очередь, приводит в действие рычаг, наконечник у которого вставляется в ступицу. Вот ее он и вращает. Реечная система состоит из:

  • руля;
  • вала;
  • тяг;
  • наконечника;
  • рейки.

Такое рулевое устройство требовало определенных усилий для управления в процессе езды. Но здесь история автомобилестроения приготовила новый сюрприз водителям. Дело в том, что конструкторы придумали способ, позволяющий руководить машиной практически без физических усилий. А заключался он в установке в транспортное средство различных усилителей руля. Существует несколько видов подобных устройств:

  • Гидроусилители. Здесь рулевое управление состоит из гидравлического насоса (приводится в действие двигателем авто), системы шлангов, бака для жидкости. В корпус же автомобильной рейки насос закачивает жидкость, которая при недвижимом руле циркулирует по системе. Если же руль крутится, то жидкость начинает давить на рейку в сторону поворота. Таким образом, механизм помогает водителю повернуть с минимальными усилиями;
  • Электроусилители. А рулевое управление с таким усилителем работает с помощью электромотора, который напрямую соединен с рулевой рейкой или валом. Управление электроусилителя, при этом совершается электронным блоком. К тому же такая система может прикладывать разные усилия к поворотам руля. За это она еще называется адаптивной;
  • Гидроэлектроусилители. В этом случае рулевое управление принципом работы очень похоже на систему с гидроусилителем. Единственное, в этом случае насос вращается с помощью электромотора, а не двигателя машины;
  • Пневмоусилители. Система с таким механизмом также идентична по принципу своей работы с системой с гидроусилителем. Но здесь жидкость, находящаяся в рулевой рейке, заменена на сжатый воздух;

Еще одним вариантом того, какое управление машиной (как система) было популярным в автопроме совсем недавно, можно назвать винтовой вариант. Принцип работы ее во многом похож на червячное устройство. Здесь вдоль винтовой резьбы рулевого вала спускается рейка зубчатая с резьбой внутри. Именно зубцы этой рейки заставляют работать рулевой отсек, а он — сошку. Дальше все выглядит как в червячной системе. Состоит же винтовая система из:

  • руля;
  • тяги;
  • колонки;
  • зубчатой рейки.

За этим будущее

Сегодня широко применяется активная система, с помощью которой, можно сказать, развитие рулевого управления на сегодня достигло своего апогея. Постоянное развитие технологий позволило уже сегодня получить не только технологию адаптивного рулевого управления, где усилие поворота руля зависит от скорости авто, но и другие варианты, существенно облегчающие автомобилистам жизнь. К ним относится, например, система активного управления от БМВ (Active Front Steering или AFS). И если рассматривать ее работу, то можно сказать, что, на самом деле, все гениально просто, но очень надежно.

Активная система во многом схожа с реечным механизмом управления, но при движении руля вращается планетарный механизм. Он и приводит рулевую рейку в действие. Среди составляющих такого механизма можно выделить такие:

  • руль;
  • рейка с электродвигателем и планетарным механизмом;
  • наконечники и тяги;
  • блок управления.

В случае применения активной системы автомобиль может немного «подруливать» самостоятельно. Буквально на семь-восемь градусов. Но происходит это только, если на то есть команда электроники, программу для которой можно изменять при необходимости самостоятельно. Это поможет не делать машине резких рывков в повороте на небольшой скорости и слишком плавно вести себя на высокой. Также для избежания неровного и резкого поведения машины в высоком скоростном режиме инженеры обеспечили систему возможностью постепенного снижения активности устройства электродвигателя. Помимо прочего, электронное управление с возможностью адаптирования позволяет водителю не бояться, что средство передвижения будет «мешать» езде, а не наоборот.

Массовое распространение система «активного руля» получила еще в 1997 году и до сих пор занимает одно из главных мест по безопасности среди вспомогательных механизмов и устройств автомобиля.

И понятно, что автомобилестроение и дальше не будет стоять на месте. Помимо этого, автомобиль может быть снабжен таким «умным» помощником как электронная программа стабилизации (ESP) или ее улучшенной версией ESP Premium. Срабатывает такой механизм в особо опасных дорожных ситуациях, когда управление автомобилем уже потеряно или существует такая угроза. Стабилизация движения здесь достигается путем торможения отдельных колес и снижения оборотов двигателя. Причем такая система работает при любом режиме движения и скоростном режиме.

На сегодняшний день ESP считается наиболее надежной системой безопасности, компенсирующей некоторые ошибки водителя, хотя еще в 1995 году в ней присутствовали свои недостатки, которые отодвинули выход новинки на несколько лет до полного их устранения.

В перспективе же конструкторы автопрома работают над прямой связью руля с ведущими колесами с помощью электропривода. Причем воздействие на каждое колесо при этом будет независимое. Это станет идеальным вариантом безопасной езды для любого водителя.

Таким образом, история развития технологий управления автомобилем за долгие годы шагнула далеко вперед, достигнув небывалых высот, а также существенно облегчив водителям ежедневные задачи, повысив уровень комфорта езды и общую безопасность поездок.

История развития рулевого управления

14.09.2017 Автор: Мастер Сервис 2687

Автомобиль — важный атрибут жизни человека XXI века. Из мировых статистических наблюдений известно, что у каждого пятого жителя планеты есть собственный автомобиль, а общее количество машин на Земле — 1,5 миллиарда единиц, и показатель ежегодно растет.

История автомобилестроения начинается в 1769 году, когда в Англии выпустили первую паросиловую машину. Авто с двигателем внутреннего сгорания появились гораздо позже — в 1886 году. Тогда же появились первые прототипы рулевого управления, которые похожи на современные системы.

Рулевое управление автомобиля прошло огромный путь развития и только в конце XIX — в начале XX веков стало похоже на привычный нам вариант. Сейчас система управления машиной состоит из:

  • рулевого колеса;
  • рулевой колонки;
  • рулевой рейки;
  • рулевого редуктора;
  • гидро-, электро- или электрогидроусилителя руля;
  • рулевых тяг с наконечниками.

У каждого элемента и агрегата своя история появления и развития. Рассмотрим самые интересные факты более подробно.

История рулевого колеса

Автомобили 80-х годов XIX века ездили медленно, и от рулевого управления не требовалось мгновенного отклика. Машиной управляли с помощью рычагов, как моторной лодкой.

Привычный нам руль появился благодаря росту популярности автогонок в 1895-1898 годах. Круглый руль изобрел Альфред Вашерон. Первый серийный не гоночный автомобиль, на который установили круглое рулевое колесо, — Panhard 4hp из гаража Вашерона. Как более удобный и комфортный способ управления, начиная с 1910 года, круглый руль постепенно вытеснил рычажные системы с рынка США и других стран.

Рулевое колесо ретро-автомобиля

Регулируемый руль разработал инженер Эдвард Лобелл в 1927 году. Однако новинка нашла свое место в автомобилестроении только через три десятка лет, когда между производителями началась гонка за комфортом и удобством транспортных средств. Регулировочная система стала первым дополнительным девайсом, который установили на руль автомобиля. Постепенно руль обзавелся новыми функциями.

Например, 1970 год — дата изобретения противоугонной системы. Механизм блокирует рулевое колесо и без ключа автомобилем невозможно управлять. А в 90-х появился первый прообраз “мультируля” — руль и колонку оснастили дополнительными кнопками и рычагами. Некоторые производители стали устанавливать рычаг коробки передач под рулевым колесом. Благодаря разработкам и усовершенствованиям водитель получил возможность управлять работой аудиосистемы, телефона, бортового компьютера, не отвлекаясь от дороги.

История рулевой рейки

Многие думают, что реечный механизм — это изобретение последних десятилетий. Первые авто конца XIX — начала XX веков были оборудованы именно реечными рулевыми механизмами. Затем на время об этом механизме забыли и начали вновь использовать в 1948 году, когда Эрл Стил Макферсон изобрел свою известную подвеску на направляющих стойках.

Причина возрождения рулевой рейки — механизм отлично сочетается с подвеской Макферсона. Узел подвески и рулевая рейка не мешают работе друг друга и совместно гасят отдачу от колес на остальные элементы автомобиля. Комплекс этих двух разработок стал прообразом современного автомобиля.

Постепенно рулевая рейка вытесняет другие механизмы с рынка. Сейчас это сбалансированный и надежный агрегат, который вместе с еще одним важным изобретением автомобильной промышленности — усилителем — обеспечивает комфортное и безопасное вождение авто.

История усилителя рулевого управления

В 1823 году Роберт Гюрней создал первый в мире механизм, который выполнял функцию усилителя руля. Его технология дала возможность одному человеку относительно легко управлять существующими в то время автомобилями.

Конструкция первого усилителя довольно проста: человек поворачивает рулевое колесо небольшой тележки, дышло которой соединено с основной поворотной осью. Если транспортное средство во время поворота двигалось, а сила сцепления в оси была достаточной, тележка поворачивала за собой основную рулевую ось.

Похожим на современный усилитель стал механизм, который в 1903 году начала устанавливать на свои грузовики компания “Columbia”. Это был… первый в мире электроусилитель руля, а также, в принципе, первый настоящий усилитель РУ. Журналист Motor Age в 1905 году в статье с восторгом описал результат работы усилителя: “Пятитонный грузовик легко сохранял курс и управлялся на 18 милях в час!”.

Гидроусилитель появился чуть позже — в 1925 году. Его разработали двое ученых-инженеров — Фрэнсис Дэвис и Джордж Джессоп. Первым авто, на который установили гидроусилитель, стал Pierce-Arrow Roadster, принадлежащий Фрэнсису Дэвису. Рулевое управление с гидроусилителем разрабатывали, базируясь на схеме работы гидравлических систем морских судов.

Pierce-Arrow Roadster 1925 года

Первое время гидроусилитель не получил широкого распространения а стал популярен только в годы Второй мировой войны. Причина повсеместного использования гидравлического усилителя — Вторая мировая война. Армия Союзников нуждалась в облегчении управления бронеавтомобилями и тяжелыми тягачами. К 1945 году 10 тысяч единиц различной техники, которую США и Союзники использовали в войне, были оборудованы гидроусилителем. После окончания войны производители автомобилей начали массово использовать гидроусилители.

Представленные факты — небольшая часть тех разработок, которые сделали современный автомобиль надежным, удобным и универсальным средством передвижения и транспортировки.

Введение

Одним из важнейших элементов устойчивости автомобиля является его управляемость, т. е. качество, обеспечивающее движение в направлении, заданном водителем. Управляемые колеса, повернутые из нейтрального положения, соответствующего прямолинейному движению автомобиля на угол И будут катиться в плоскости своего вращения, а не скользить вбок или буксовать пока боковая реакция на каждом из них не будет меньше соответствующего значения.

Водитель как легкового, так и грузового автомобиля должен выбрать угол поворота рулевого колеса так, чтобы отклонения автомобиля от заданного направления движения было или оставалось минимальным. Однако между выполняемым при этом поворотом рулевого колеса и требуемым изменением направления движения однозначная функциональная взаимосвязь отсутствует, так как цепочка поворот рулевого колеса — изменение угла поворота управляемых колес — формирование боковых сил — изменение направления движения нелинейно вследствие ограниченной жесткости элементов рулевого управления. Поэтому во время езды взаимосвязь между углом поворота рулевого колеса и вызванным им изменением направления движения постоянно изменяется. В результате водитель должен перерабатывать большой объем информации, которая выходит за рамки что визуальной. Сюда следует также отнести, например, вынужденный наклон водителя под воздействием поперечного ускорения и стабилизирующий момент на рулевом колесе, ощущаемый водителем.

Читать еще:  Узкая специализация автосервиса особенности открытия преимущества и недостатки

Актуальность темы исследования. Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. А так же безопасность движения машины зависит от состояния рулевого управления.

Цель моего дипломного проекта состоит в том, чтобы повысить свои знания в конструкции рулевого управления ВАЗ 2104.

— изучить и проанализировать литературу по теме исследования;

— рассмотреть особенности устройства рулевого управления ВАЗ 2104;

— охарактеризовать особенности технического обслуживания и ремонта рулевого управления ВАЗ 2104.

История рулевого управления

Путь к переменам.

Ещё в 19-м веке данный механизм давал о себе знать при управлении конными повозками. Пройдя долгий путь до сегодняшних дней, результат хорошей координации автомобиля связан с электронными системами. Одни из них ЕSP и AFS. Последняя имеет возможность анализировать самостоятельно угол поворота и угловую скорость, увеличивает её или уменьшает. Электронный блок, совмещённый с датчиками, даёт определённый сигнал и поворачивает корпус редуктора.

Составляющие AFS — это рулевой вал, его части соединяются планетарным редуктором.

Система ESP берёт своё начало в 1995 году, а состоялась она через несколько лет после своего появления, что было связано с недостатками в системе безопасности. В момент дебюта Mercedes-Benz А-класса прояснилась склонность переворачивания модели на небольшой скорости, когда проводился «лосиный тест».

Рис. 1. Работа системы ESP

После установки в 1998 году системы ESP все опасения ушли на нет. Микропроцессоры, находящиеся в системе, решили эту проблему, запоминая информацию, взятую с датчиков скорости. Механизм начинает работать в экстренных ситуациях, например, если на высокой скорости передние колёса уносятся с углом большим, чем радиус поворота. Тогда ESP уменьшает обороты двигателя и осуществляет торможение. Когда же случается занос задней области — система воздействует на притормаживание переднего левого колеса. При скольжении всех колес ESP принимает сама решение с какими колёсами как действовать. Являясь одной из самых эффективных систем, отлично берёт на себя контроль на «заносах», конечно, законы физики не переубедишь, если скорость зашкаливает.

В 2006 году была разработана ESP-premium, она отличается увеличенным количеством нагнетателей тормозной жидкости до шести. Скорость реакции значительно поднялась.

Идеалом инженерной мысли пока является избежать механической связи между рулевым колесом и остальными колёсами — внедрение отдельного управления с помощью электродвигателя. В таком случае руль возможно заменить джойстиком, доверив своего железного коня и себя самого компьютерному мозгу машины.

Каким было рулевое управление раньше

«Червяк-ролик» — одно из самых давних механизмов и самых сложных, широко распространён и в наши дни (в легковых автомобилях).

Части его имеют названия:

Даёт возможность передачи больших усилий, в этом его плюс, а также обуславливает большие углы поворота колёс. Удары от них к рулю сглаживаются с помощью этого глобоидного червяка, который находится в конце вала.

2. Далее следует реечный механизм, более известный и простой. Он недорогой, компактных размеров. Состоит из следующих деталей:

картер (алюминиевый сплав)

зубчатое колесо в полости картера

зубчатая рейка, прижимается пружиной

гайка со стопорным кольцом

Суть состоит в том, что шестерня двигает зубчатую рейку, а она, в свою очередь, передвигает колёса. Для больших машин — это не вариант, довольно резко переносятся удары к рулю. Преимуществом выделяется небольшое число шарниров, высокий КПД.

Рис. 2. Устройство реечного механизма

3. Законодательство, заботясь о безопасности дорожного движения вносит свои замечания к работе рулевого управления: усилие не более 150Н для рабочей системы управления и усилитель должен работать так, чтобы помогать водителю на поворотах. Поэтому с таковыми условиями стал справляться гидроусилитель, первый из которых появился в 1951 году. Простой конструкции механизм работал в Америке на серийных машинах. Водитель при повороте руля действует на торсион (пружину), он связан с золотником. В золотнике распределяется жидкость (трансмиссионное масло), которая создавая давление, облегчает водителю осуществление поворота. Всё же получать удовольствие от работы гидравлического управления дорого. Технологии и точность изготовления требуют соответствующих затрат, к тому же к минусам добавляется растрата мощности, так как насос с приводом от двигателя. Не пришлось долго мириться водителям с проблемой «ватного руля» и сложностей бездорожья.

4. История рулевого управления приводит нас к тому что, в 1989 году появляется система «Сервотроник» — система, заменяющая гидроусилитель. Электроклапан регулирует, учитывая скорость, золотник. Когда происходит парковка, движение до 20 км, клапан закрытый и руль движется с лёгкостью. С увеличением скорости происходит открывание электромагнитного клапана и возрастает давление.

Рис. 3. Сервотроник

При таком устройстве механизм легко подобрать индивидуально для автомобиля или водителя, настроив его. Рулевое колесо двигается без особых усилий, причём при увеличении скорости силы требуется меньше. Плюсом является значительная чувствительность, но «съедается» топливо, и опять же вред экологии. Тем не менее, такие марки, как BMW, Вольво, Порше сегодня активно задействуют «servotronik».

5. Перевес, по мнению автомобилестроителей, лежит на стороне электрического усилителя руля. Тут электромотор несёт ответственность за поворот, он соединён с рейкой. Устройство обладает низкой ценой, располагается под приборной панелью, в салоне. Кроме экономичности преимуществом находят отсутствие зависимости от температур, потребности доливать жидкость, обороты двигателя не влияют на работу усилителя, надёжность.

6. Следует отметить следующий шаг в истории развития — это Active steering. Здесь имеет место перемена передаточного отношения. Планетарная передача, электромотор в связи с гидроусилителем участвуют в процессе. Активное рулевое управление помогает в небезопасных ситуациях. Занижается передаточное отношение, чтобы автомобиль оставался на необходимой траектории.

Рис. 4. Система Active steering

Рассмотрев основные этапы, радует факт постоянных новинок в технологиях модернизации автомобилей. Компьютеризация машин реализует желания привередливого клиента и его потребности. В проекте автомобили будут сами парковаться, объезжать препятствия, контролировать скорость и резкость поворота.

Механизм рулевого управления автомобиля: типы и устройство

Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления.

Содержание статьи:

  • Что это такое
  • Устройство механизма
  • Схема
  • Принцип работы и виды
  • Виды усилителей руля
  • Левый или правый руль
  • Нужная ли регулировка
  • Цена ремонта и деталей
  • Возможные поломки
  • Видео

Рулевое управление автомобиля можно считать основным механизмов всей конструкции, по сути, без него нельзя управлять машиной. Учитывая прогресс технологий и автомобильной промышленности, на сегодня выделяют несколько вариантов устройства, а так же разное расположение в салоне автомобиля (слева или справа).

Если объяснить в нескольких словах, то это передаточных механизм, от рулевого колеса и на колеса автомобиля. Чтоб понять, как устроено управление автомобиля, рассмотрим принцип работы, устройство и основные нюансы, которые чаще всего встречаются.

Что такое механизм рулевого управления авто

Сам рулевой механизм считается основой для управления автомобилем. Это не отдельный элемент, а совокупность деталей, механизмов и узлов, которые передают положение руля на угол поворота передних колес автомобиля. Независимо от транспортного средства, основной задачей такого набора считается обеспечение поворота, а так же поддержание заданного водителем направления движения транспорта.

В момент поворота руля, угол наклона передается с помощью механизмов на рейку, после чего колеса меняют положение, соответственно и направление движения автомобиля меняется. По строению специалисты выделяют несколько видов поворотного механизма колес автомобиля, при этом результат работы будет одинаковым.

Устройство механизма рулевого управления авто

В зависимости от способа преобразования крутящего момента и поворота руля, различают несколько вариантов механизма. Соответственно и строения будет отличаться. Среди основных видов выделяют реечный и червячный механизм, так же есть еще винтовой механизм, но по строению он многих напоминает червячную передачу. С другой же стороны винтовой тип рулевого управления показывает больший КПД, а значит и усилие больше.

Независимо от механизма управления автомобиля, большая часть деталей одинаковая. В перечне числится:

  • руль;
  • колонка для передачи угла наклона руля;
  • механизм рулевой;
  • усилитель управления;
  • привод;
  • другие дополнительные элементы (в зависимости от типа рулевого управления).

Чтоб понять, за что отвечает каждая из наведенных деталей, рассмотрим их более подробно. Руль неизменная деталь, без которой не может обойтись любое транспортное средство, в автомобилях оно чаще всего круглой формы. В зависимости от страны, где в дальнейшем будет эксплуатироваться автомобиль, руль могут расположить слева или справа. Основное назначение руля – указание направления автомобиля, за счет поворота в одну или другую сторону. Для комфорта и безопасности руль может быть с подогревом, возможностью регулировки по вертикали и глубине и с функциональными кнопками. Как дополнение за рулем могут добавить подруливые лепестки для переключения передач (только автоматические трансмиссии).

Рулевая колонка играет не менее важную роль, основная задача – передать угол наклона руля на механизм поворота колес. Как правило, это вал с шарнирными соединениями, но учитывая прогресс, передачу управления может производить электродвигатель, за счет электроники. Для обеспечения дополнительной защиты автомобиля от угона и дополнительной безопасности, в состав рулевой колонки может входить механическая или электронная система блокировки. Так же на колонку многие производители устанавливают замок зажигания, рычаги управления поворотами, стеклоочистителями и другими необходимыми функциями.

За поворот колес и дальнейшую обработку крутящего момента от колонки отвечает рулевой механизм. Именно эта часть в зависимости от производителя может иметь разную внутреннюю конструкцию. Если брать поверхностный осмотр, то конструкция состоит из редуктора и передаточного механизма, который соединяет рулевую рейку и колонку.

Для комфорта водителя и сохранения рулевого механизма, инженеры добавили усилитель руля. Именно он позволяет не только повысить КПД передачи усилия поворота от руля к приводу, но и смягчить этот процесс, убирая рывки и нагрузку на детали всего механизма поворота колес. Еще одним важным элементом всего механизма можно считать рулевой привод. По устройству это не одна деталь, а совокупность нескольких элементов, как правило, в него входят рулевые тяги, наконечники и рычаги. Что касается дополнительных элементов, то здесь все зависит от самого производителя и устройства подвески.

Схема механизма рулевого управления авто

Принцип работы и виды механизмов рулевого управления

Как уже говорили, выделяют три основные виды механизма рулевого управления: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным видом на легковых автомобилях считается реечный. Конструкция достаточно простая и отличается неплохим КПД передачи крутящего момента руля (устанавливают на авто с независимой подвеской). Основой служит рулевая рейки с шестерней, сама же шестерня устанавливается на вал и постоянно находится в сцеплении с рейкой.

Вращая руль, рейка за счет шестеренки перемещается в горизонтальном положении влево или вправо. Тяги, прикрепленные к рейке, так же перемещаются в соответствии с поворотом руля, тем самым передавая усилия на колеса и поворачивая их по сторонам. Основные плюсы в самом строении, меньше тяг и шарниров, компактность, невысокая цена обслуживания, простота конструкции и надежность. Есть и минусы, редуктор такого механизма весьма чувствительный к неровностям на дороге, за чет чего любой удар колеса передается на руль.

В таком механизме управления «червяк» располагается на нижней части рулевого вала и находится в постоянном сцеплении с роликом. За счет такой конструкции вал проворачивается, передавая усилие на колеса автомобиля. С основным преимуществ можно отметить передачу большого усилия, лучшая маневренность машины, минимальная передача удара колес на руль, а так же поворот колес на большой угол, чего не могут другие механизмы. Все же есть и минусы, конструкция весьма сложная, а обслуживание стоит денег. К тому же в состав входить множество соединений, которые со временем приходят в негодность и требуют периодической регулировки.

Читать еще:  Как узнать размер пальца для кольца таблица размеров колец

Последний из видов рулевого управления – винтовой. В отличие от двух предыдущих видов, механизм соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как показывает практика, износ такого механизма минимальный, а детали ломаются очень редко.


Видео-обзор разновидности деталей рулевого управления

Чаще всего винтовой механизм применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях представительского класса с повышенным комфортом и безопасностью. По принципу работы винтовой подвид работает так же, как и червячный, передавая момент прокручивания руля через червячную передачу.

Виды усилителей механизма рулевого управления

Чтоб облегчить управление автомобилем и улучшить комфорт, в пару к механизму рулевого управления машиной инженеры добавили усилитель руля. Выделяют три основных вида усилителей руля: гидравлический усилитель, с электрическим усилителем и с электрогидравлическим.

Гидравлический усилитель руля (так же известен как ГУР) считается самым распространенным, среди всех существующих. Главным преимуществом считается компактность, ремонтопригодность и простота конструкции. Есть и минус, постоянно необходимо контролировать уровень рабочей жидкости.

Второй вариант усилителя руля – электрический (ЭУР). На сегодня это самый прогрессивный механизм, за счет своего устройства обеспечивает простую настройку, надежность в работе и экономный по расходу топлива (нагрузки на двигатель). Основной и огромный плюс – возможность управления автомобилем без участия водителя.

Последний, третий вариант усилителя руля – электрогидравлический (ЭГУР). В основе лежит принцип работы обычного гидравлического усилителя, но в данном варианте насос в действие привод электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания, как в первом варианте усилителя.

За счет строения и разнообразных возможностей, механизм управления производитель может доукомплектовать системой активного рулевого управления (AFS), динамического или же адаптивного управления.

Особенности левого и правого руля

Ни для кого не будет удивлением, что руль в автомобиле может находиться справа или слева. На данный фактор влияет страна производства автомобилей и место его эксплуатации. Как показывает статистика, в большей части стран мира движение правостороннее, соответственно руль располагается в автомобиле слева.

Помимо внешнего расположения руля, под него адаптируют редуктор руля. С другой же стороны, практика показывает, что переоборудовать руль с одной стороны на другую абсолютно можно. Особенно это удобно на транспортных средствах, где есть так званая система гидрообъемного механизма управления. Тогда попросту необходимо переставить сам руль, рулевой кардан и заменить переднюю панель, поворотный набор под капотом не требует доработок или изменений.

Нужно ли регулировать механизм рулевого управления

Начинающий автолюбитель может спросить, нужно ли регулировать элементы рулевого управления, ответ однозначный – да. Зачастую в регулировке нуждается шестерня-рейка и червячный элемент. Именно в этих деталях в момент эксплуатации может появиться люфт, что повлечет за собой быстрый износ других элементов, чаще всего поломку рейки или ближайших механизмов.

Как правило, регулировку рулевого механизма необходимо проводить только на специализированных СТО и точно по регламенту производителя. Если больше чем нужно поджать детали механизма, это может привести к частичному или полному заклиниванию, в момент поворота руля, в одно из крайних положений. Такой «ремонт» может привести к потере управляемости и непредсказуемым последствиям.

Стоимость ремонта и деталей механизма

Так как основа рулевого управления автомобиля имеет подвижные элементы, соответственно со временем они выходят из строя, несмотря на качество и изначальную стоимость элементов. Прежде чем приступить к ремонту, необходимо пройти диагностику и чем сложней конструкция автомобиля, тем дороже обойдутся необходимые процедуры. В среднем диагностика элементов механизма обойдется от 400-700 рублей.

Устройство рулевого управления, червячный и реечный механизмы

В процессе движения водитель испытывает постоянную потребность в контроле за автомобилем и дорогой. Очень часто возникает необходимость смены режима движения: заезда на парковку или выезда с нее, изменения направления следования (поворота, разворота, перестроения, опережения, обгона, объезда, движения задним ходом и пр.), осуществления остановки или стоянки. Реализацию указанных действий обеспечивает рулевое управление автомобиля, являющееся одной из важнейших систем любого транспортного средства.

Общее устройство и принцип работы

Общее устройство рулевого управления, несмотря на большое количество узлов и агрегатов, представляется достаточно простым и действенным. Логистичность и оптимальность конструкции и функционирования системы доказывается хотя бы тем, что за многолетнюю теорию и практику автомобилестроения рулевое управление не претерпело глобальных сущностных изменений. Изначально оно включает в себя три основные подсистемы:

  1. рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
  2. рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
  3. рулевой привод, имеющий целью доведение управляющих функций до поворотных колес.

Помимо основных подсистем, крупнотоннажные грузовики, маршрутные транспортные средства и многие современные легковые автомобили имеют специальное устройство усилителя руля, позволяющее использовать создаваемое силовое воздействие, облегчающее его движение.

Таким образом, схема рулевого управления достаточно проста и функциональна. Рулевое колесо, как первичный узел, хорошо знакомый каждому водителю, под влиянием его мысли и воздействием силы совершает вращательные движения в необходимом направлении. Эти движения посредством рулевого вала передаются на специальный рулевой механизм, где совершается преобразование крутящего момента в плоскостные перемещения. Последние через привод сообщают нужные углы поворота управляющим колесам. В свою очередь, пневматический, гидравлический, электрический и прочие усилители (при их наличии) облегчают вращение руля, делая процесс управления транспортным средством более комфортным.
Это основной принцип, по которому работает рулевое управление автомобиля.

Рулевая колонка

Схема рулевого управления обязательно включает в себя колонку, которая состоит из следующих деталей и узлов:

  • руля (или рулевого колеса);
  • вала (или валов) колонки;
  • кожуха (трубы) колонки с подшипниками, предназначенными для вращения вала (валов);
  • крепежных элементов для обеспечения неподвижности и устойчивости конструкции.

Схема действия колонки заключается в приложении водительского усилия на рулевое колесо и последующей передаче направленно-вращательных движений руля всей системе, если водитель желает изменить режим движения автомобиля.

Рулевой механизм

Рулевой механизм любого автомобиля — это способ преобразования вращения колонки в поступательные движения рулевого привода. Иными словами, функции механизма сводятся к тому, чтобы повороты руля превратились в нужные перемещения тяг и, в конечно счете, колес.

Устройство рулевого механизма является вариативным. В настоящее время оно представлено двумя основными принципами — червячным и реечным, которые отличаются способами преобразования крутящего момента.
Общее устройство рулевого механизма червячного типа включает в себя:

  1. пару деталей «червяк-ролик»;
  2. картер указанной пары;
  3. рулевую сошку.

Картер представляет собой закрытый корпус со специальной смазкой, где в постоянном зацеплении находятся червяк и ролик. Червячный рулевой механизм основан именно на действии пары деталей «червяк-ролик». Вращение червяка вместе с колонкой приводит к скольжению и перемещению ролика по зубьям червяка. Ролик, перемещаясь, передает поступательные движения на рулевую сошку, а затем на привод и на колеса.

Схема действия механизма «червяк-ролик» массово применяется в отечественном автомобилестроении, в частности при создании так называемой «классики» (заднеприводных автомобилей семейства ВАЗ, «Москвич» и ГАЗ), а также при производстве грузовых автомобилей.

Реечный рулевой механизм считается более удобным и современным. Он оптимален и с точки зрения ремонта, и с позиций безопасности. Это своеобразный новаторский механизм рулевого управления, который актуален при производстве подавляющего числа современных автомобилей.

Реечный рулевой механизм состоит из следующих узлов:

  • пары деталей «шестерня-рейка»;
  • корпуса самого реечного механизма, предназначенного для крепления и защиты деталей.

Схема действия данного рулевого механизма заключается в функционировании упомянутой пары деталей «шестерня-рейка»: при повороте руля происходит вращение шестерни, соединенной с колонкой. Вращательные движения шестерни передаются рейке, которая совершает поступательные движения в горизонтальной плоскости влево или вправо. Реечные перемещения передаются дальше посредством рулевых тяг привода на управляющие колеса. Специалисты признают простоту и оптимальность подобного механизма.

Таким образом, реечный рулевой механизм, наряду с червячным, представляет собой одну из важнейших подсистем, благодаря которой функционирует рулевое управление автомобиля.

Особенности привода

Привод системы управления отвечает за передачу поступательных движений рулевого механизма на управляющие (поворотные) колеса. Существует два основных вида привода. Выбор каждого из них обусловлен тем, какой рулевой механизм применяется на данном автомобиле. Соответственно различают:

  • привод, который используется вместе с червячным механизмом;
  • привод, предназначенный для реечного механизма.

Схема действия обоих видов привода сходны между собой, чего нельзя сказать об их общем устройстве, основных деталях и комплектации.

«Червячный» привод состоит из:

  1. двух (правой и левой) боковых и одной средней тяг;
  2. маятникового рычага;
  3. двух (правого и левого) поворотных рычагов колес.

Каждая тяга имеет шарниры («шаровые») для обеспечения подвижности деталей привода и их свободного вращения в различных плоскостях.
«Реечный» привод включает в себя только две (правую и левую) тяги, которые так же заканчиваются наконечниками с шарнирными конструкциями («шаровыми»), которые обеспечивают свободное перемещение деталей привода и подвески автомобиля.

Усилитель руля

Рулевое управление современных автомобилей оснащается специальной дополнительной опцией — усилителем. Усилитель рулевого управления — это подсистема, состоящая из механизма, позволяющего значительно снизить усилия водителя при повороте руля и управлении автомобилем.

Основными видами усилителей руля являются:

  1. пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
  2. гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
  3. электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
  4. электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
  5. механический усилитель (специальный механизм, имеющий увеличенное передаточное отношение).


Изначально система усиления применялась на крупнотоннажной и крупногабаритной технике. Здесь мышечной силы водителя было явно недостаточно для того, чтобы осуществить задуманный маневр. В современных легковых автомобилях она используются в качестве средства обеспечения комфортности при рулении.

Основы эксплуатации системы управления

В процессе эксплуатации автомобиля отдельные узлы и агрегаты, входящие в систему рулевого управления, постепенно приходят в негодность. Особенно, это усугубляется в условиях движения по некачественным дорогам. Свою лепту в износ системы вносит и недостаточное внимание водителя, уделяемое профилактике неисправностей, а также низкое качество запасных частей и комплектующих. Далеко не последнюю роль играет и низкая квалификация сервисменов, которым водитель доверяет обслуживание своего автомобиля.

Важность системы управления автомобилем обусловлена требованиями общей безопасности дорожного движения. Так, нормы «Основных положений по допуску ТС к эксплуатации…» и пункта 2.3.1 ПДД категорически запрещают движение (даже до автосервиса или места парковки) на транспортном средстве при наличии неисправностей в системе рулевого управления. К таким неисправностям относятся:

  • превышение допустимого свободного хода (люфта) руля (10 градусов для легковых машин, 25 — для грузовых, 20 — для автобусов);
  • перемещение деталей и узлов системы управления, не предусмотренных заводом-изготовителем;
  • наличие незафиксированности в резьбовых соединениях;
  • неадекватное функционирование усилителя рулевого управления.

Однако этот перечень неисправностей не является исчерпывающим. Помимо них, есть и иные «популярные» изъяны системы:

  1. тугое вращение или заедание руля;
  2. стук или биение, отдающие в руль;
  3. негерметичность системы и пр.

Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.
» alt=»»>
Подведем итог. Рулевое управление является одной из важнейших составных частей конструкции современного транспортного средства. Оно требует постоянного контроля за своим состоянием и осуществления своевременного и качественного сервисного и технического обслуживания.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector