Пристрій і види рульового управління автомобіля

Яким би гарним і потужним не був автомобіль, без цього механізму на ньому неможливо було б безпечно пересуватися. Рульове управління дозволяє транспортному засобу маневрувати на поворотах.

Жоден із засобів пересування не позбавлене даного пристрою. В одних випадках воно має примітивну конструкцію, в інших - досить складну, щоб ремонт могли виконати тільки фахівці.

Навіть в автомобілях система рульового управління теж має кілька модифікацій. Розглянемо, як влаштований цей механізм, за яким принципом він працює, а також які існують вимоги для рульового управління.

Що таке рульове керування автомобілем

Система рульового управління це сукупність деталей в одному механізмі, мета яких - змінювати кут положення передніх коліс автомобіля для повороту транспортного засобу в процесі руху. Цей механізм дозволяє змінювати напрямок авто в залежності від бажання водія.

Управляється система завдяки повороту рульового колеса. Щоб полегшити завдання для водія в великогабаритний транспорт завжди встановлюється підсилювач керма. Однак останнім часом переважна більшість легкових автомобілів також оснащуються різними модифікаціями підсилювачів.

Пристрій рульового управління

Стандартна система рульового управління складається з таких компонентів:

• Керма. Розташований в кабіні (або салоні транспортного засобу). Змінюючи його положення, водій міняє відхилення лівого і правого колеса від первісної траєкторії. У сучасних автомобілях на ньому розташовуються деякі функціональні кнопки (наприклад, для управління мультимедійною системою або перемикання відображуваних параметрів на екрані приладової панелі).
• Рульової колонки. Це один з різновидів карданної передачі. В даному механізмі кілька валів з'єднані між собою шарнірами. Завдяки такій конструкції виробники можуть застосувати опцію зміни кута нахилу колонки (для забезпечення більшого комфорту, якщо машину водить не одна людина, наприклад, і чоловік, і дружина). Рульова колонка передає крутний момент від керма до рульового механізму. Наявність декількох шарнірів також служить в цілях підвищення безпеки при лобовому зіткненні. Багатосекційна колонка легше деформується, що заподіює менше шкоди для водія. На корпусі цього механізму встановлюються підрульові перемикачі (основними є перемикачі світла і режимів склоомивача).
• Рульовий механізм. Складається з рульових тяг різної довжини, які приймають на себе зусилля від рульової колонки і передають його далі на колеса. В даний механізм також входять наконечники і важелі. Залежно від моделі автомобіля конструкція цієї частини теж може відрізнятися.

Крім основних елементів в рульовому управлінні також можуть бути присутніми підсилювач керма і амортизаційна (демпферна) системи.

Пристрій системи рульового управління

На сьогоднішній день існує безліч модифікацій рульової системи автомобіля. Є навіть розробки, які здатні втручатися в дії водія, коректуючи маневри транспортного засобу. Є також розробки з автоматичним пілотуванням, хоча повноцінні автопілот ще знаходяться на стадії концепції, та й законодавство поки не допускає на громадські дороги машини з автономним управлінням.

Серед сучасних систем допомоги водієві є утримання в смузі руху або контроль стану водія (наприклад, коли він засинає, руки плавно послаблюють хват рульового колеса, на цю силу реагують датчики і система перебудовує автомобіль на узбіччя).

У стандартне рульове управління входять такі компоненти:

• Рульове колесо;
• Рульова колонка;
• Рульовий привід;
• Підсилювач керма.

Ось деякі особливості даних елементів.

Рульове колесо (кермо, бублик)

Ця проста деталь дозволяє водієві вибирати траєкторію руху автомобіля. Сучасні кермові колеса мають елементи управління, які дозволяють водієві активувати або перемикати різні системи, не відволікаючись від керування автомобілем.

Розмір рульового колеса має велике значення. Якщо в машині немає підсилювача рульового управління, тоді з маленьким діаметром рульового колеса складніше буде впоратися. В цьому випадку можна встановити модель з великим діаметром. Але з іншого боку великий кермо також впливає на комфорт під час руху. При цьому управління машини з маленьким кермом відрізняється особливою гостротою.

По-перше, верхня частина керма впливатиме на огляд або якщо водій великий, він буде упиратися йому в ноги, що також негативно позначається на безпеці руху. По-друге, занадто маленький кермо вимагатиме великих зусиль з боку водія, особливо при маневрах на великій швидкості. Більш того, нерідко маленькі кермові колеса закривають сигнали, які відображаються на приладовій панелі.

В магазинах автозапчастин можна знайти рулі з різною формою (не тільки ідеально круглі). Для підвищення комфорту під час їзди на рульове колесо надаватися обплетення. У більш дорогих моделях автомобілів є система підігріву керма.

В даному відео обговорюються рекомендації для початківців водіїв щодо правильного використання керма:

Як працювати кермом - техніка рулювання. Автоінструктор Сергій Маркітесов.

Рульова колонка

Для передачі крутного моменту з рульового колеса на рульовий механізм в кожному автомобілі є рульова колонка. Під кермом на ній кріпляться елементи управління - перемикачі поворотів і двірників з різними додатковими функціями. У спортивних автомобілях іноді зустрічаються підрульові пелюстки, які дозволяють водієві або перемкнути передачу, або імітують це перемикання, виводячи трансмісію на відповідний режим.

У більш ранніх модифікаціях в рульовій колонці використовувався прямий вал. У сучасних варіантах він розділений на кілька сегментів, які з'єднані між собою карданної передачею. Це робиться з метою безпеки - при лобовому зіткненні рульова колонка складеться, а не встромиться в грудну клітку водія.

Завдяки такій конструкції багато автомобілів останніх поколінь мають регульовану колонку. Це дозволяє підлаштувати рульове управління під фізичні дані різних водіїв. В авто преміум-класу цей елемент оснащується автоматичним регулюванням, яка нерідко має пам'ять на декількох водіїв.

Для усунення вібрацій, які надходять від коліс під час їзди, в рульовій колонці встановлюється демпфер.

Рульовий механізм і рульовий привід

Рульова колонка з одного боку з'єднана з кермом, а з іншого - з рульовим механізмом. Цей вузол представлений набором тяг і шарнірів, які передають зусилля на колеса. Водій для повороту машини використовує обертальну енергію, яка в рульовому механізмі перетворюється в лінійну.

Для цього використовується передає пара. В основному це шестерня-рейка або черв'як-ролик. Але існують також і інші модифікації, які мають свою будову і принцип передачі зусиль від керма до коліс. Про будову та принцип роботи рульової рейки читайте тут.

Рульовий механізм виконує дві важливі функції:

1. Забезпечує поворот передніх коліс;
2. Повертає колеса в початкове положення, як тільки зусилля в рульовій колонці з боку водія послаблюються.

Весь рульовий механізм знаходиться в корпусі (рульова рейка). Вузол встановлюється на передній частині автомобіля (часто на передній підрамник, а в разі відсутності рами, то на ходової частини, на трансмісії або навіть на моторі). Варто відзначити, що чим нижче буде встановлений цей механізм, тим ефективніше буде працювати управління машини.

У класичному виконанні рульовий механізм повертає передні колеса автомобіля. Однак останнім часом популярність знову набирають системи з підрулення задніми колесами, як наприклад, у останньої генерації Volkswagen Touareg. У таких системах на швидкості до 40 км / ч. задні і передні колеса повертаються в протилежні сторони. Коли автомобіль рухається зі швидкістю вище 40 км / ч., На віражі задні і передні колеса повертаються в одну і ту ж сторону. Ця модифікація значно скорочує радіус розвороту, а також підвищує керованість машини на поворотах.

Підсилювач керма

Так як стандартний рульовий механізм для повороту коліс (особливо в автомобілі, що стоїть) вимагає певних зусиль з боку водія, виробники розробили різного роду підсилювачі. Спочатку гідравлічні модифікації застосовувалися на вантажному транспорті. Поступово така система отримала своє застосування і в легкових автомобілях.

Необхідність в підсилювачі з'явилася не тільки заради збільшення комфорту. Справа в тому, що при русі на великій швидкості утримувати кермо автомобілі на віражах стає важким завданням, особливо в спортивному автомобілі. Підсилювач рульового механізму полегшує цей процес. Також система отримала позитивні відгуки у представниць слабкої статі.

Підсилювачі працюють за різними принципами. Найпоширеніший - гідропідсилювач. Чималу популярність також придбали і електропідсилювач. Але існують також комбіновані системи, які задіюють функції обох модифікацій (Егурен). Додатково про різновиди рульових рейок розказано в окремому огляді.

Призначення рульового управління

Рульове управління найчастіше повертає передні колеса, проте зустрічаються і двовісний привід (в основному це великогабаритна техніка з чотирма осями, дві з яких повертають), а також модифікації з заднім приводом.

Жоден автомобіль не зможе обійтися без рульового управління, так як в світі не існує прямої дороги. Навіть якби умовно уявити собі таку трасу, на ній все одно з'являлися б перешкоди, які потрібно було б об'їжджати. Без рульового управління також неможливо було б безпечно припаркувати своє авто.

Якби виробник не встановлював у машини цю систему, їх керованість нічим не відрізнялася б від маневреності залізничного складу. Хоча спроби створити машину, якою можна було б керувати силою думки, не припиняються (на фото вище – одна з розробок компанії GM).

Принцип роботи рульового управління

Принцип рульового управління досить простий. Водій повертає кермо, зусилля передаються на рульову колонку. Далі вони надходять на рульовий механізм. У класичному виконанні рейка надає руху кермові тяги, з'єднані з колесами за допомогою системи кульових наконечників.

Точність повороту колеса безпосередньо залежить від розмірів керма. Також від цього параметра залежить зусилля, яке потрібно прикласти, щоб повернути колеса. У багатьох моделях встановлені електричні або гідропідсилювачі, які дають можливість використовувати в машині маленький кермо.

Види рульового управління

Всі системи рульового управління діляться на три види:

• Рейковий механізм. Найчастіше використовується в бюджетних автомобілях. Конструкція такого управління найпростіша. У ньому є рейка з зубцями. Вона приводиться в рух завдяки шестірні рульової колонки. Така схема має високу ефективність. Єдиним недоліком такого механізму є чутливість до ударів від неякісного дорожнього покриття.
• Черв'ячний механізм. Така модифікація забезпечує більший кут повороту колеса. Вона менш чутлива до ударних навантажень, однак коштує дорожче, ніж попередня, так як більш складна у виготовленні.
• Гвинтовий механізм. Є модифікацією черв'ячного аналога, тільки має підвищений ККД і збільшує зусилля, необхідні для маневру автомобіля.

Незалежно від типу приводу, робота даних механізмів може бути посилена такими пристроями:

• Гідропідсилювач. Має найпростішу конструкцію в даному переліку. Система компактна і дешева в обслуговуванні. Такий модифікацією оснащуються навіть деякі бюджетні моделі авто останніх поколінь. Щоб система справно працювала, необхідно постійно контролювати рівень робочої рідини. Насос підсилювача наводиться в рух робочим ДВС.
• Електропідсилювач. Це одна з найостанніших модифікацій. Вона не потребує складного обслуговування, а також тонкої настройки. Забезпечує максимальну чуйність рульового управління. Як випливає з назви, механізм посилюється роботою електричного мотора.
• Електрогідравлічний підсилювач. Така модифікація працює за принципом ГУР. Єдина відмінність полягає в тому, що гидронасос працює від електрики, а не приєднується до приводу мотора, як у першому випадку. Останні дві розробки дозволяють використовувати менше палива в порівнянні з першим типом, так як робота системи не пов'язана з приводом двигуна.

На додаток до різних підсилювачів автомобіль може бути оснащений системою активного динамічного або адаптивного управління. Їх відмінності в наступному:

1. Регулює передавальне число в залежності від частоти обертання коліс. Завдяки цьому забезпечується максимальна стійкість автомобіля на слизькій дорозі. Система не дозволяє різко вивернути кермо, запобігаючи від надмірної або недостатньої поворотності.
2. Динамічна система працює за аналогічним принципом, тільки замість планетарного приводу використовується електромотор.
3. Вважається інноваційною технологією, так як в таких рульових механізмах немає фізичної зв'язку між кермом і рульовим механізмом. Система управляється електронним блоком управління, який аналізує безліч даних: від датчиків швидкості обертання коліс, сили повороту рульового колеса і т.д.

Останнім часом на деяких моделях авто преміум-класу і спорткарах встановлюється особлива технологія з поворотом не тільки передніх, але і задніх коліс. Це збільшує стабільність автомобіля при проходженні повороту на високій швидкості. Задні колеса повертаються в залежності від швидкості ТЗ.

Якщо машина їде максимум 40км / год, то задня вісь повертається в протилежному напрямку від передніх коліс (якщо спереду вони дивляться вправо, то задні будуть дивитися вліво).

Коли швидкість авто стає вище 40 км / ч, то при вході в поворот задні колеса будуть повертатися в ту ж сторону, що і передні. Це знижує ризик утворення заносу.

Вимоги до рульового управління автомобіля

Рульове управління будь-якого транспортного засобу має відповідати наступним вимогам:

• Забезпечувати достатню маневреність ТЗ на будь-яких швидкостях. Водій повинен з легкістю задавати потрібний напрямок автомобіля;
• Воно повинно бути легким у використанні, щоб навіть втомлений водій міг безпечно дістатися до місця відпочинку;
• При повороті коліс рульове управління повинне забезпечити максимально чисте кочення. На віражах колеса не повинні ковзати, щоб автомобіль не втрачав своєї стабільності. Для цього кут нахилу і повороту коліс повинен бути чітко вивірений;
• Повертати колеса назад в прямолінійний напрямок (уздовж кузова), після того як водій припиняє докладати зусиль для повороту;
• Гасити вібрації при русі по нерівному дорожньому покриттю;
• Володіти високою чуйністю на будь-які команди водія;
• Навіть при виході з ладу підсилювачів, механізм повинен все одно дозволяти водієві керувати машиною.

Ще одним параметром, який відноситься до категорії вимог для рульового управління, є люфт керма. Більше про допустимих нормах люфту розповідається в окремій статті.

Особливості правостороннього і лівостороннього рульового управління

Ні для кого не є секретом, що закон деяких країн передбачає лівосторонній рух по дорозі. У цьому випадок рульове колесо буде встановлено з правого боку авто, а водій, природно, буде сидіти там, де звично в нашому регіоні бачити переднього пасажира.

Різниця такого рульового управління полягає не тільки в розташуванні керма в салоні. Виробник адаптує також і рульовий механізм згідно з підключенням до редуктора. Але навіть в такому випадку автомобіль, призначений для експлуатації на дорогах з лівостороннім рухом, можна переобладнати під умови правостороннього. Для цього перед покупкою оригінального автомобіля слід з'ясувати, чи продаються відповідні кермові механізми, що дозволяють переобладнати даний автомобіль.

На деяких типах сільськогосподарської техніки використовується гідравлічна система, яка дозволяє встановлювати кермо в будь-якій частині кабіни. У цьому випадку зв'язок між рульовим колесом і приводом рульового механізму забезпечується гідравлікою, яка управляється насосом-дозатором.

У такій модифікації відсутня люфт (навіть заводський), так як в ній немає редуктора з шестеренчатой, черв'ячної або гвинтовий передачею. Звичайно, в легковому транспорті така система зустрічається вкрай рідко. Основне її застосування - велика спецтехніка.

Основні несправності рульового управління

До несправностей рульового управління відносяться:

• Люфт рульового колеса (від чого він виникає, читайте тут);
• Стуки під час руху (виникають в результаті ослаблення кріпильних болтів механізму рульового управління);
• Знос шарнірів рульової тяги;
• Знос зубів на передавальної парі (на шестерні, рейці, черв'яка або ролику);
• Порушення регулювання зачеплення механізму;
• Несправності в гідро- або електропідсилювачем (про несправності і можливі варіанти ремонту читайте в окремій статті).

Щоб усунути несправності, потрібно затягнути все кріпильні болти, замінити зношені деталі і відрегулювати механізм передавальної пари. У більшості випадків рульове управління рідко коли виходить з ладу раптово. Завдяки своєчасному обслуговуванню основні елементи прослужать досить довго (нерідко навіть довше, ніж термін, встановлений виробником).

Питання та відповіді:

Які види кермового керування? Поширені три типи механізмів: рейковий, черв'ячний та гвинтовий. У бюджетних авто використовується перший тип кермового механізму. У будь-якому з них може бути підсилювач.

Яке призначення кермового управління? Забезпечує рух авто у напрямі, який задає водій. Механізм переміщує кермові колеса у горизонтальній площині. З несправним кермовим керуванням їздити заборонено.

Які основні частини кермового управління? Воно складається з: поперечної тяги, нижнього важеля, поворотної цапфи, верхнього важеля, поздовжньої тяги, сошки рульового приводу, рульової передачі, рульового валу та рульового колеса.