Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого управления автомобиля - возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система. Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.

Особенности узла и конструкция

На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.

Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:

• рулевая колонка;
• рулевой механизм;
• привод (система тяг и рычагов);

Рулевой узел

У каждой составляющей – своя задача.

Рулевая колонка

Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.

Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.

Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт - еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

«Обратная связь»

Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».

Передовые разработки

Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:

• Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
• Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.

Система «рули по проводам»

Заключение

В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.

Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.

Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.

А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.

Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.

Autoleek

Руль автомобиля является одним из тех инструментов, который мы принимаем как само собой разумеющимся. Я имею в виду, что у всех наших машин есть руль и мы не слышали о машинах без него. При покупке нового автомобиля, мы задаем менеджеру много вопросов, про обивку сидений, про лако — красочное покрытие, про двигатель и т.д. и т.п., но мы никогда не задаем вопрос про его руль…….

Автомобильный руль был изобретен не вместе с машиной, как многие думают, он был изобретен гораздо позже, когда изобретатели дошли до этой формы практическим путем. Оказалось что круглая или овальная форма самая лучшая для управления.

Первый руль, когда человек только изобретал автомобиль (было это на рубеже 19 века), был далек от совершенства, он скорее всего напоминал «киль» корабля или парусной лодки, и был назван «румпель». Это, условно говоря, была палка которую, водитель тянул либо в право или в лево, и автомобиль менял свое направление, в точности как на моторной лодке сейчас. Также многие изобретатели брали с лодки не только способ управления, но иногда и дизайн, так что многие первые машины больше походили на лодку!

Однако к 1894 году использование румпеля стало неэффективным. И изобретатели снова стали биться над идеальной формой. Многие перенимали вдохновение из той же самой морской промышленности и хотели заменить румпель, на простые рычаги, потянул один едешь на право, другой едешь на лево. Но опять та же морская промышленность подсказала верное решение. Впервые применить круглый руль захотел Alfred Vacheron, его вдохновили штурвалы океанских сухогрузов.Наверное все смотрели фильмы про пиратов, и видели круглые штурвалы кораблей.

Его первая модель с называлась Panhard, и в книге регистрации патентов он записал ее как модель с круглым поворачивающимся рулевым колесом.

Испытания произведенные в 1894 году показали, простоту управления авто, это то чего так долго добивались все автоизобретатели. Уже в 1898 году все автомобили из серии Panhard были оборудованы рулевым колесом. Принцип быстро подхватили и другие производители, и колесо распространилось по всему миру. После этого момента, колесо в форме круга стало эталоном. Овал колеса стал неизменным символом руля на следующие сто лет. Позволю заметить руль круглый, и до сих пор. В современном мире изобретатели все больше задумываются над автопилотами, чтобы отказаться от привычного нам способа управления, авто по их представлениям должно быть полностью автономно. Прогресс — это понятно! Но давайте окунемся обратно в те давние времена.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ.

На протяжении десятилетий, рулевое колесо оставалось не более чем деревянный круг, установленный внутри автомобиля. С его помощью водитель управлял транспортным средством. Так бы все и было, водитель повернул руль вправо или влево и транспорт послушно поворачивает. Но суть процесса, сам поворот руля очень сложен, особенно на грузовых машинах, и особенно когда автомобиль стоит. Сила сопротивления не дает рулю свободно крутиться.

Попыток ввести в производство руля авто усилителей в мире еще не было. Хотя GW Fitts уже в 1876 году уже получил патент на механизм гидравлического рулевого управления. Но вакуумная система была запатентована только в 1904 году, Фредерик Ланчестер сделал это в Великобритании, однако, производство ни одним из изобретателей так и не было запущено. В 1920 году Фрэнсис У. Дэвис, инженер Davis’ Pierce Arrow roadster первого автомобиля с гидравлическим усилителем, пытаясь сделать управление грузовиками немного легче, не вольно начал не массовое производство гидроусилителей на легковых автомашинах.

По совпадению или нет, гидроусилитель руля появляется и на больших кораблях (сухогрузах). Девис начинает усовершенствовать свою систему гидроуправления и ей заинтересовывается компания Cadillac. Между 1931 и 1943 годах, Девис получает патенты на это изобретение.

В 1936 году корпорация Bendix, увидела перспективы Девиса, и подписала с ним контракт на продвижение продукта (гидроусилителя).

В 1939 году построено первые десять моделей с гидроусилителем, всего две продано.

В 1940 году, шла война в Европе и именно война подтолкнула, дальнейшее развитие гидросистемы. Военные хотели получить машины которые легко управлялись. И это был звездный час для Девиса, он построил 10 000 бронированных автомобилей Chevrolet которые управлялись при помощи гидроусилителя.

После войны Chrysler начал разработку собственного усилителя, основанного на усилителе Девиса. Их система называлась Hydraguide. Успех мгновенный и огромный, уже к 1956 году, один из четырех авто был с усилителем руля.

Сейчас также встречаются автомобили как с электро-гидравлическим так и с электрическим усилителем. А некоторые компании, такие как Citroen, запатентовали свои системы.

Рулевое колесо — центр управления автомобилем.

Современные автомобили имеют продвинутое рулевое колесо, с его помощью водитель может управлять не только магнитолой но и множеством функций.

А самые лучшие у нас на АВТОБЛОГЕ.

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 , 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.

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 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;
• 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 . 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 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 (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.

Измене­ние направления движения автомобиля осуществляется поворотом относитель­но его продольной оси управляемых ко­лес, которыми, как правило, являются передние колеса.

Вследствие поворота управляемых ко­лес вектор скорости каждого из них, па­раллельный продольной оси автомоби­ля, перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контак­те колес с дорогой возникают боковые силы, перпендикулярные плоскости вра­щения колес. Эти боковые силы застав­ляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейно­го движения и совершать поворот.

Руле­вое управление обеспечивает необходи­мое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного по­ворота его управляемых колес. Сово­купность механизмов, служащих для по­ворота управляемых колес, называется рулевым управлением.

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.

Рулевое управление со­стоит из рулевого колеса, соединенного валом с рулевым механизмом, и руле­вого привода. Иногда в рулевое упра­вление включен усилитель.

Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во вра­щение вала сошки. Этот механизм уве­личивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.

Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в сово­купности с рулевым механизмом пово­рот автомобиля.

Для того чтобы при движении автомобиль совершил поворот без бокового скольжения колес, все они должны катиться по дугам разной длины, описанным из центра поворота “ О ” (рис.1). При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы. Внутреннее по отношению к центру поворота колесо должно поворачиваться на угол альфа-В, наружное — на меньший угол альфа-Н. Это обеспечивается соединением тяг и рычагов рулевого привода в форме трапеции. Основанием трапеции служит балка переднего моста автомобиля, боковыми сторонами являются левый и правый поворотные рычаги, а вершину трапеции образует поперечная тяга, которая соединяется с рычагами шарнирно. К рычагам жестко присоединены поворотные цапфы колес.

Рулевая колонка

Промежуточным звеном между рулевым колесом и механизмом является рулевая колонка, представленная рулевым валом. Часто он является шарнирным, что позволяет рациональнее использовать рулевое управление автомобиля и применять откидывающуюся кабину для грузовых автомобилей. Более того, шарнирный вал уменьшает травмоопасность колонки, уменьшая смещение рулевого колеса внутрь салона при аварии, не допуская сильного травмирования грудной клетки водителя.

Также в него могут быть встроены сминаемые элементы, складывающиеся при фронтальном ударе. А для защиты от угона может использоваться механическая или электрическая блокировка. Однако она не только защищает, но и порождает весьма неприятные неисправности рулевого управления. При окислении контактов в блоке elv возможно возникновение ложных сигналов блокировки. Самостоятельно производить замену не рекомендуется, поскольку происходит полная перепрошивка системы безопасности (даже для ключей, поэтому их надо будет принести с собой).

Рулевой механизм

От колонки усилие передается рулевому механизму (червячному, винтовому или реечному), который усилие увеличивает и передает приводу. Самый распространенный из них – реечный, т. к. большинство легковых автомобилей оборудовано именно им. Он состоит из:

1. Рулевой рейки.

2. Рулевых тяг.

3. Рулевого наконечника.

При вращении рулевого колеса усилие передается на шестерню, приводящую в действие рейку. Она, в свою очередь, поворачивается направо или налево, в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При движении рейки поворачиваются и рулевые тяги и поворачивают колеса.

Реечный механизм отличает простота, надежность, жесткость и высокий КПД. В то же время он очень чувствителен к ударным нагрузкам от неровных поверхностей и склонен к вибрациям. Из-за вышеописанных особенностей подобная схема используется в основном на легковых автомобилях с передним приводом и независимой подвеской.

Существует и другая система рулевого управления, а именно – с червячным механизмом. Она состоит из глобоидного червяка (стержня с резьбой и переменным диаметром), соединенного с валом, и ролика. При вращении руля ролик обкатывает червяк, который вращает ведомую шестерню, приводящую в движение сошку. Она же, в свою очередь, перемещает рулевые тяги и с их помощью происходит поворот колес.

Червячный механизм намного сложнее реечного (и, естественно, дороже в производстве), наличие большого количества соединений требует периодической регулировки, однако он менее чувствителен к ударным нагрузкам и обеспечивает большие углы поворота управляемых колес. Как следствие, заметно возрастает маневренность. Он применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости, автобусах и небольших грузовых автомобилях. Также червячные механизмы устанавливались на старых отечественных автомобилях (подобное рулевое управление «ВАЗ» использовал при создании модели «Жигули»).

И, наконец, последний вид рулевых механизмов – винтовой. В его конструкцию входят:

— винт на валу рулевого колеса;

— перемещающаяся по винту гайка;

— нарезанная на гайке зубчатая рейка;

— соединенный с гайкой зубчатый сектор;

— рулевая сошка.

Винт и гайка соединяются с помощью шариков, что ведет к заметно меньшему износу.

При повороте руля винт вращается, перемещая гайку, шарики начинают циркулировать, в то время как гайка (с помощью рейки) перемещает зубчатый сектор. Вследствие этого перемещается сошка, и, как вы уже успели догадаться, с помощью тяг осуществляется поворот колес.

Этот механизм рулевого управления устанавливается на тяжелые грузовые автомобили и машины представительского класса.

ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА РУЛЕВОГО КОЛЕСА – ПРИЗНАК «УМНОГО» АВТОМОБИЛЯ

Одним из ярких примеров возложения на рулевое управление множества дополнительных функций является установка датчика угла поворота рулевого колеса. Для серийных автомашин практически всех именитых зарубежных марок, такой девайс стал очень необходимым. Ведь вращение руля связано с огромным количеством электронных устройств.

Устанавливается датчик в блоке подрулевого управления, иногда инсталлируется в рулевой механизм. Это устройство помогает получить информацию о направлении движения автомобиля, скорости вращения вала и так далее.

Сведения от датчика угла поворота, помогают в работе:

• системе курсовой устойчивости;
• круиз-контролю;
• электрогидравлическому и электромеханическому усилителю руля;
• активной подвеске;
• активному рулевому управлению.

Конструкторами разработано множество совершенно разных по устройству и принципу работы, датчиков угла поворота рулевого колеса. Независимо от конструкции от этого устройства в значительной степени зависит комфорт и безопасность водителя и пассажиров.

Червячный тип рулевого механизма

Это самый древний тип рулевого управления. Система состоит из картера со встроенным винтом, получившим название «червяк». «Червяк» напрямую соединяется с рулевым валом. Помимо винта, в системе присутствует еще один вал с роликом-сектором. Вращение руля приводит к вращению «червяка» и последующему вращению ролика-сектора. К ролику-сектору присоединена рулевая сошка, связанная посредством шарнирного управления с системой тяг.

В результате работы этой системы тяг управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль изменяет направление движения. Червячный тип рулевого механизма имеет ряд недостатков. Во-первых, это большая потеря энергии за счет большого трения внутри механизма. Во-вторых, отсутствует жесткая связь между колесами и рулем. В-третьих, для того, чтобы изменить направление движения, нужно обернуть руль несколько раз, что не только выглядит несовременно, но и не соответствует существующим в мире стандартам управления. В настоящее время устройства червячного типа используются только в российских УАЗах, ВАЗах с задним приводом и ГАЗах.

1. рулевой механизм;
2. уплотнитель;
3. карданный шарнир;
4. рулевой вал;
5. труба рулевой колонки;
6. контактное кольцо;
7. гайка;
8. рулевое колесо;
9. подшипник;
10. рулевая сошка;
11. шарнир наконечника боковой тяги;
12. поворотный рычаг;
13. стяжной хомут;
14. регулировочная трубка;
15. шарнир тяги сошки;
16. боковая тяга;
17. шарнир боковой тяги;
18. тяга сошки;
19. наконечник рулевой тяги;
20. шарнир маятникового рычага;
21. маятниковый рычаг;
22. кронштейн маятникового рычага;
23. резьбовая заглушка;
24. коническая пружина;
25. опорная пята;
26. проушина тяги;
27. корпус шарнира;
28. пластмассовая распорная втулка;
29. резиновый уплотнитель шарнира боковой тяги;
30. проушина поворотного рычага или тяги сошки;
31. шаровой палец;
32. гайка пальца шарнира;
33. шплинт резьбовой заглушки;
34. пластмассовый сухарь;
35. резиновый уплотнитель шарнира тяги сошки;
36. металлическая распорная втулка;
37. палец маятникового рычага;
38. гайка пальца маятникового рычага;
39. втулка;
40. резиновая защитная втулка;
41. резиновая защитная втулка.

Винтовой механизм по-другому называют «винт-шариковая гайка». Разрабатывая эту систему, конструкторы заменили «червяка» специальным винтом с присоединенной к нему шариковой гайкой. На внешней стороне гайки располагаются зубья, которые и входят в контакт с таким же, как и в предыдущей системе, роликом-сектором.

Для того чтобы уменьшить трение, разработчики предложили разместить между роликом-сектором и гайкой шариковые каналы. Благодаря такому решению удалось значительно уменьшить трение, увеличить отдачу и облегчить управление. Однако наличие все той же сложной системы тяг, большие размеры и неудобная форма винтового механизма привели к тому, что винтовая система была признана также неприспособленной к современным условиям. Однако некоторые известные автопроизводители до сих пор используют механизм «винт-шариковая гайка» при изготовлении машин с продольным двигателем. Подобные механизмы имеют автомобили Nissan Patrol, Mitsubishi Pajero и другие.

«Слабые звенья» рулевого управления

Как и любой другой механизм, рулевое управление время от времени ломается. Опытный водитель прислушивается к своему автомобилю и может определить наличие той или иной неисправности по характерным звукам.

Например, стуки или увеличение люфта рулевого колеса могут свидетельствовать о том, что в рулевом механизме ослаблено крепление картера, кронштейна маятникового рычага или рулевой сошки. Также это может быть признаком того, что шарниры рулевых тяг, передающая пара или втулка маятникового рычага пришли в негодность. Эти неисправности можно устранить при помощи нехитрых манипуляций: замены износившихся деталей, регулировки зацеплений или креплений.

В том случае, если при вращении руля ощущается чрезмерное сопротивление, можно говорить о том, что нарушилось соотношение углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Также руль может туго двигаться при отсутствии смазки в картере. Следует устранить данные недостатки: долить смазку, сбалансировать углы установки, отрегулировать зацепление.

Измерение и регулировка люфта

Под рулевым люфтом имеется в виду расстояние, преодолеваемое рулем «свободно» (т. е. без отклика системы – поворачивания колес). Обычно для его измерения используется специальный прибор – люфтометр, но можно это сделать и с помощью обычного штангенциркуля.

Ход работы:

1. Установите машину на ровную и не скользкую площадку.

2. Выставляем колеса так, как будто машина движется по прямой

3. Поворачиваем руль до тех пор, пока колеса не начнут двигаться.

4. Делаем на рулевом колесе пометку (мелом, изолентой и т. д.)

5. Затем вращаем в другую сторону и делаем еще одну пометку

6. Измеряем расстояние между метками штангенциркулем

Для каждого автомобиля существует свое предельное значение люфта, при превышении которого следует провести немедленную регулировку, иначе вскоре вас ждет ремонт рулевого управления.

Настройка производится с помощью винтов усиления шарниров карданчиков, которые находятся в рулевом валу.

Рулевое колесо с извлеченной подушкой безопасности.

Рулевое колесо (штурвал, руль) - устройство для управления движением автомобиля, судна в заданном направлении .

Руль используется в большинстве современных наземных транспортных средствах, включая все автомобили массового производства, лёгкие и тяжёлые грузовики. Рулевое колесо - часть системы управления, на которую непосредственно воздействует водитель; вся остальная часть системы реагирует на подобные водителю входные воздействия. Это может быть прямой механический контакт как в механизме с шариковой гайкой или с шестернями реечной передачи , без или с помощью гидроусилителя или как в автомобилях современного производства с помощью компьютерных приводов, известных как рулевое управление с электроусилителем. С введением в Соединённых штатах федерального транспортного регулирования в 1968 году, согласно пункту 114 «Федеральных стандартов по безопасности автомобилей» требуется блокировка поворота руля, чтобы затруднить кражу автомобиля; в большинстве автомобилей блокировка происходит после извлечения ключа из замка зажигания.

На новых автомобилях в руль часто встраивают дистанционные аудиорегуляторы.

История

Первыми автомобилями управляли с помощью рукоятки, однако в 1894 году Альфред Вашерон принял участие в гонке Париж - Руан с моделью Panhard мощностью 4 л. с., которая была оснащена рулевым колесом. Это, как полагают, одно из самых ранних использований такого принципа управления.

С 1898 года автомобили компании Panhard et Levassor оснащались рулевым колесом уже как стандарт. Чарльз Стюарт Роллс представил первый в Британии автомобиль, оснащённый рулевым колесом, когда в 1898 году он импортировал из Франции Panhard мощностью 6 л. с.. Артур Константин Кребс заменил рукоятку наклонённым рулевым колесом для машины Panhard, которую он спроектировал для гонки Париж - Амстердам, проходившую с 7 по 13 июля 1898 года. В 1899 году компания Packard использовала руль на второй построенной ей машине. В течение десятилетия рулевое колесо полностью вытеснило рукоятку.

Легковые автомобили

Руль для легковых автомобилей как правило круглый и установлен на рулевую колонку во втулку, присоединенную к внешнему кольцу рулевого колеса одной или несколькими спицами (с одной спицей - довольно редкое исключение). Другие классы автомобилей могут использовать форму бабочки или еще какую-нибудь. В странах с левосторонним движением руль обычно находится на правой стороне автомобиля (праворульная компоновка); в странах с правосторонним движением наоборот (леворульная компоновка).

Помимо функции управления, на руле обычно располагается кнопка подачи звукового сигнала. В дополнении к этому, многие современные автомобили могут иметь и другие манипуляторы, встроенные в рулевое колесо, такие как круиз-контроль и кнопки аудиосистемы. Это для того, чтобы свести к минимуму расстояние на которое должен дотянуться водитель.

В 1968 году в нормы Соединённых штатов («Федеральные стандарты по безопасности автомобилей», Стандарт № 204) была внесена поправка о приемлемом смещении рулевого колеса в заднюю сторону автомобиля в случае аварии. Для реализации этого стандарта потребовались складывающиеся (энергопоглощающие) рулевые колонки.

Усилитель руля позволяет водителю легче управлять автомобилем. В основе современного усилителя почти всегда лежит гидравлическая система, хотя электрические системы неуклонно заменяют эту технологию. Изобретены и механические системы усиления (например Студебеккер, 1952 год), однако их большие сложность и вес перекрывают все преимущества.

Ни один из способов управления легковым автомобилем, получаемых в ходе различных испытаний, не был так успешно введён в действие как рулевое колесо.

Другие разработки

В некоторых спорткарах, например, в McLaren F1, и в большинстве одно посадочных гоночных автомобилях, рулевое колесо расположено в центре салона.

Так как водитель может находиться за рулем многие часы, то руль разрабатывается с учетом эргономики. Однако более важной является задача эффективной передачи крутящего момента водителем на руль, это особенно важно там, где нет усилителя руля или в тех редких случаях, когда теряется над ним контроль. Обычно руль изготавливают из стали или алюминия с пластиковой или прорезиненными местами хвата, прессованными над или вокруг них. Некоторые водители заказывают виниловые или тканевые покрытия для руля для увеличения хватки или комфорта или просто для улучшения внешнего вида. Еще одним приспособлением, служащим для облегчения руления, является дополнительная рукоятка.

Аналогичное устройство в воздушных судах называется ручкой управления. Водные суда, управляемые штурвалом, наверное, вдохновили концепцию рулевого колеса.

Рулевое колесо «Банджо»

Руль «Банджо» был дополнением к стандартной комплектации на многих ранних автомобилях. Проволочные спицы играли роль буфера или амортизатора между руками водителя и дрожью на дороге. В большинстве случаев было 3 или 4 спицы, сделанные каждая из четырёх или пяти проволок. Отсюда и названия как у музыкального инструмента: «Банджо».

Отклоняемый руль
Разработанный Эдвардом Джеймс Лобделл, отклоняемый руль с семью позициями был сделан доступным в 1963 году в нескольких продуктах General Motors. Первоначально как роскошная автомобильная опция, функция отклонения помогает настроить рулевое колесо путём смещением вверх и вниз по дуге. Отклоняемый руль основан на храповом механизме, расположенном на рулевой колонке прямо под рулевым колесом. Сняв храповую защёлку можно настроить руль, направляя его вверх или вниз, в то время как рулевая колонка остаётся неподвижной. В некоторых конструкциях ось наклона размещается немного спереди вдоль колонки, задавая большой вертикальный ход рулевого колеса с маленьким фактическим отклонением, в то время как в других конструкциях ось почти внутри рулевого колеса, позволяя регулировать угол рулевого колеса почти не изменяя его высоту.

Телескопическое рулевое колесо
Разработанное в General Motors, телескопическое рулевое колесо может настраиваться бесконечным числом положений в трех дюймовом диапазоне. Данная разработка была представлена как эксклюзивная опция к автомобилям Cadillac в 1965 году.

Регулируемая рулевая колонка
В ответ на это появились регулируемые рулевые колонки, которые позволяли регулировать высоту в небольшом диапазоне, но, что более важно, позволяли настраивать наклон руля. Большинство из этих систем работали с компрессионными замками или электрическими моторами, вместо храпового механизма. Последний позволяет запоминать настройки и использовать их, когда в машину садится водитель или отодвигать руль, когда требуется войти или выйти.

Отводное рулевое колесо
Появилось в 1961 году в Ford Thunderbird и на всем протяжении 1960-х было доступно на остальных моделях Ford. Отводное рулевое колесо позволяло в режиме парковки отодвигать его на 9 дюймов вправо, что было очень удобным для входа и выхода водителя из машины.

Использование

Рулевое колесо необходимо использовать направляющими вращающими движениями рук и быстрым вращением с помощью запястий. Чтобы гарантировать безопасность своим конечностям необходимо быть внимательным и осмотрительным. Постоянно используемые движения должны выполняться с осторожностью. Запомни правило: «Надлежащее положение рук чрезвычайно важно. Как правило запястье не должно быть согнуто, а должно оставаться прямым, чтобы избежать перенапряжения сухожилий и сдавливания нервов и кровеносных сосудов.»

Техники руления

Перехват . Заключается в том, что при повороте водитель перехватывает руль в определенных точках. Как правило, руки расположены на десять и на два часа. Эффективная техника для маневрирования в ограниченном пространстве.

Тяни-толкай . Упрощенная версия предыдущего варианта. При входе в левый поворот левая рука захватывает руль сверху и тянет его вниз, а правая скользит вниз с противоположной стороны, пока не оказывается на одном уровне с левой. При необходимости дальнейшего вращения правая рука толкает руль вверх, а левая скользит в том же направлении, до положения, в котором можно снова начать тянуть руль вниз.

Вращательная техника (перекрещивание рук) . Водитель не переставляет руки, а просто вращает руль, перекрещивая руки. Эта техника позволят постоянно надежно фиксировать рулевое колесо и контролировать автомобиль .

Поворот рулевого колеса в неподвижном автомобиле называют сухим рулением. Настоятельно рекомендуется избегать сухого руления, так как оно накладывает нагрузку на рулевой механизм и вызывает сильный износ покрышек.

Кнопки и приборы на рулевом колесе

Первой кнопкой, добавленной на рулевое колесо, был переключатель звукового сигнала. Традиционно располагавшийся на ступице рулевого колеса или на центральной пластине, переключатель был иногда расположен на рукояти или активизировался через декоративное кольцо, устраняющее потребность тянуться рукой далеко от обода руля. Дальнейшая разработка - руль «Rim Blow» (Удар по ободу), который имел переключатель звукового сигнала внутри своего обода.

Когда были введены системы контроля скорости в 1960-х годах, некоторые изготовители автомобилей располагали управляющий рычаг коробки передач на руле. В 1990-х годах распространение новых кнопок начало проявляться и на автомобильных рулях. Удаленной или альтернативной регулировкой для аудиосистемы, телефоном и звуковым управлением, акустическим повторением последнего указания навигационной системы, информационно-развлекательной системы и бортовым компьютером можно комфортно и безопасно управлять используя кнопки на руле. Это гарантирует высокий стандарт дополнительной безопасности, так как водитель может таким образом управлять многими системами даже не отнимая рук от руля и не отводя глаз от дороги.

Колеса прокрутки могут быть использованы для изменения громкости звука или выбора пункта меню.

Рулевой аудиоконтроль может использовать универсальные интерфейсы и адаптеры.