Автоидеи, которые «рулят»

Одну из своих первых моделей автомобиля Карл Бенц (родоначальник Мерседеса) назвал «Викторией». Это имя было дано за победу над косностью рулевого управления машин конца 19 века и созданием рулевой трапеции. Сегодня мало кто знает, что именно это открытие позволило заполучить машине одинаковые пары передних и задних колес. Иначе, до сегодняшнего дня у всех Порше и Лексусов впереди стояли бы маленькие колеса, а сзади большие.

Именно для одновременного поворота колес на различные углы служит рулевая трапеция. При постоянно растущей скорости автомобилей необходимо было создать условия, при которых в повороте внутреннее колесо должно наклоняться относительно вертикальной оси вовнутрь, а наружное – наружу. Особенно хорошо это «получилось» у Мерседесов выпуска 70-х, когда инженеры из Штутгарта изобрели подвеску с небывалым углом наклона колес в повороте. Именно с тех пор управляемость этих машин считается идеальной с точки зрения рулевого управления.

Современное рулевое управление должно отвечать целому комплексу требований. Например, за счет имеющейся жесткости рулевого управления автомобиль должен реагировать на самые малые повороты руля. Еще рулевое управление должно максимально демпфировать колебания, неизбежно передаваемые от колес автомобиля на руль при движении по неровным дорогам. И здесь опять отличились мерседесовские инженеры. Они снабдили рулевой вал резиновыми муфтами, гасящими толчки, а к рулевой трапеции приладили настоящий амортизатор. Вот откуда те незабываемые ощущения от управления Мерседесом, когда на руль не передается вибрация от колес. Однако демпфирование колебаний не должно приводить к потере обратной связи в рулевом управлении.

Эта проблема возникла в связи с применением усилителя рулевого управления. Для повышения точности и скорости вождения передаточное отношение рулевого механизма должно быть достаточно большим. Но такой руль крутить тяжело. С уменьшением передаточного отношения требуемое усилие также уменьшается, но возрастает количество оборотов руля, необходимое для совершения маневра.

Сохранить высокое передаточное отношение для точности руления, но сделать руль легким помог гидроусилитель (power steering или power-assisted steering), облегчающий вращение руля. На некоторых машинах сегодня применяется электроусилитель руля, например, концерном Рено, но наибольшее распространение по-прежнему остается за гидравликой.

Это заставило конструкторов разработать правильные системы с нелинейной характеристикой, делающие руль тяжелее с набором скорости. Электронный блок управления, связанный со спидометром, дает команду распределительному клапану, и давление в системе гидроусилителя руля снижается. Система помогает поворачивать руль на автомобиле во время парковки, а при увеличении скорости степень усиления снижается. Таким образом, при движении с высокими скоростями обеспечивается управление автомобилем в поворотах в оптимальном режиме.

Рулевое управление состоит из трех основных узлов. Это рулевая колонка, рулевой механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное, и тяги, передающие усилие на поворотные устройства колес. В легковых моделях самый распространенный рулевой механизм – шестерня-рейка, а винт-гайка и шарнир с рециркулирующими шариками чаще встречаются на грузовых, либо внедорожных машинах.

Бараночка

Ручку управления старых авто, так напоминавшую ручку механической кофемолки, в 1905 году заменил полноценный руль. Он был изобретен французским конструктором, автогонщиком и владельцем автомобильной фабрики Эмилем Левассором. Рули тех лет имели обязательно четыре спицы и были очень похожи друг на друга. Только фирма Рено упорно устанавливала на свои авто пятиспицевые рули. Трехспицевые рули впервые появились в Америке только в конце двадцатых годов прошлого столетия.

Послевоенные годы принесли элегантный двухсекционный руль с хромированным ободком включения звукового сигнала. Настоящей сенсацией того времени стал односпицевый руль Ситроена в 1955 году. Станем ли мы свидетелями массового выпуска автомобилей вовсе без рулей? Возможно. Тем более, что уже есть действующие модели, управляемые компьютерным джойстиком.

Роль человека в рулевом управлении будет снижаться с каждым годом. Сегодня уже проходят успешные испытания машины с автоматическим управлением и заданной программой движения. Авторами таких испытаний выступают научные центры США. Таким образом, системы управления, в том числе и рулевого, будут все меньше нуждаться в нашем участии. Повышение точности управления за счет электроники и создание иной рулевой тяги, тем не менее, вряд ли приведет к массовому переходу к джойстику. Хотя бы потому, что это неудобно для самого автовладельца.

Полноуправляемость

Эксперименты с полноуправляемыми автомобилями велись еще в довоенные времена. Но массовое распространение получили в 80-х годах прошлого века. Как вы догадываетесь, речь идет о японских марках. Американский рынок в этом отношении не спешил.

Только недавно «Форд» начал рекламировать такие модели. В самом начале этого пути европейские и азиатские автоконструкторы преследовали только одну цель – улучшить маневренность, заставив задние колеса автомобиля поворачиваться в сторону, противоположную передним. Однако все оказалось не так просто – с ростом скорости реакция такой машины даже на небольшие повороты руля оказалась пугающе резкой. Автомобиль приобретал избыточную поворачиваемость – слишком круто заходил в виражи, и задняя ось шла в занос.

Первые попытки справиться с этой проблемой привели к появлению механических полноуправляемых систем, в которых направление и угол поворота задних колес зависели от угла поворота передних колес. При небольших отклонениях руля, характерных для движения на большой скорости, задние колеса «подруливали», немного поворачиваясь в ту же сторону, что и передние, и это повышало курсовую устойчивость. Но стоило при парковке заложить «баранку» на значительный угол, и задние колеса поворачивались в другую сторону, повышая маневренность.

Первым серийным легковым автомобилем с такой системой была Honda Prelude 4WS 1987 года. Однако механическая связь переднего и заднего рулевых механизмов, пусть даже и самая изощренная, не смогла обеспечить надежного управления во всех режимах. И на помощь пришла электроника, причем японская – первопроходцами стали фирмы Honda, Mazda и Mitsubishi.

В настоящее время выпускается полноуправляемая Mazda модели Xedos 9 – седан среднего класса. У автомобиля реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Из него выходит длинный (2,5-метровый) вал-шест, который крепится к заднему рулевому механизму с вмонтированным сбоку электродвигателем. Информацию об угле поворота передних колес он получает непосредственно по рулевому валу, но поворачивает задние колеса не сразу. Сначала он должен получить команды от электронного блока управления, который анализирует не только угол поворота руля, но и скорость движения и боковые перегрузки. В результате при малых скоростях (до 47 км/ч) передние и задние колеса поворачиваются в разные стороны , а при высоких – в одну и ту же.

Любопытно, что в настоящее время конструкторы КамАЗа проектируют трактор, базирующийся на узлах и агрегатах автомобилей КамАЗ. Основные особенности модели – полный привод, небольшая база и полное управление всеми колесами, необходимое для минимизации радиуса разворота трактора.

Руль без усилий

В 1925 году в США Фрэнсис Дейвис одним из первых запатентовал гидравлический усилитель рулевого управления, а в 1933 году General Motors уже намеревался установить его на своем автомобиле Cadillac с двигателем V12.

Как мы уже говорили, большее число автомобилей сегодня оснащается системами с переменным коэффициентом усиления, у которых степень усиления уже изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля.

Гидроусилитель рулевого механизма, управляемый компьютером, также перестает быть чем-то необычным. Эти умные системы обрабатывают информацию от спидометра автомобиля. Их работа определяется не только числом оборотов двигателя, но и скоростью движения автомобиля. Микропроцессор компьютера анализирует поступающие от датчика сигналы и вычисляет требуемый на каждый момент коэффициент усиления, который реализуется с помощью электрогидравлического преобразователя.

Как правило, рулевой механизм с гидроусилителем обладает высокой надежностью. Даже в случае отказа насоса усилителя, движение на автомобиле можно продолжать, хотя для поворачивания рулевого колеса в этом случае потребуется прикладывать значительно больше усилий.

Причиной же полного отказа гидроусилителя чаще всего является обрыв приводного ремня насоса. Регулярно проверяйте состояние ремня - он может быть изношен или слабо натянут. Одним из признаков слабого натяжения ремня является появление отдачи (обратного толчка) на рулевом колесе. Обычно это заметнее всего при трогании автомобиля с места, когда колеса повернуты до отказа.

Поддерживайте на должном уровне количество жидкости в бачке усилителя. При необходимости доливайте жидкость только указанной в руководстве по обслуживанию марки. Учтите, что гидрожидкость, предназначенную для автоматических коробок передач, можно использовать не для всех гидроусилителей рулевого управления. В продаже имеется много разных марок жидкостей. Неподходящая жидкость может испортить все сальники в системе.

Так как жидкость используется не только как рабочее тело гидросистемы, но и как смазочный материал, очень важно, чтобы ее уровень не опускался ниже нормы, иначе насос может выйти из строя. Следите также за чистотой жидкости. Грязная или просроченная жидкость быстро разрушит насос и уплотнения гидросистемы, расположенные на реечном механизме, что потребует потом дорогостоящего ремонта.

Выясните, не трутся ли трубки и шланги о детали шасси и подвески. Неисправность гидропривода может приводить к прорыву жидкости через чехлы. Производя проверку, поворачивайте рулевое колесо из одного крайнего положения в другое. Небольшие течи часто можно устранить, введя в жидкость специальные герметизирующие добавки, которые имеются в продаже. Однако это будет только кратковременной мерой. В случае неисправности насоса его можно отремонтировать, воспользовавшись ремонтным комплектом новых сальников. Замена сальников мало что исправит, если насос сильно изношен.