Рулевое колесо автомобиля: Рулевое колесо — Википедия – Рулевое колесо — Википедия

Содержание

Устройство автомобиля. Принцип работы рулевого механизма

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:

  • Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
  • Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Большинство автомобилей устроены так, что потребуется от трех до четырех полных оборотов руля, чтобы развернуть колеса от упора до упора.

Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

При наличии реечного рулевого механизма с усилителем, рейка имеет немного другую конструкцию. Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.

Далее в статье мы рассмотрим компоненты усилителя. Но прежде мы расскажем о другом типе рулевого механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Данная система немного отличается от реечного механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.


Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Далее мы рассмотрим компоненты гидроусилителя.

Гидроусилитель руля


Помимо самого рулевого механизма, гидроусилитель включает несколько основных компонентов.

Насос

Пластинчатый насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. рисунок). Двигатель приводит насос в действие при помощи ремня и шкива. Насос включает утапливаемые лопатки, вращающиеся в камере овальной формы.

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Гидроусилитель должен помогать водителю только при приложении силы к рулевому колесу (при повороте). При отсутствии усилия (например, при движении по прямой), система не должна обеспечивать помощь. Устройство, определяющее приложение силы к рулевому колесу, называется поворотный клапан.

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

В связи с тем, что насос рулевого механизма с гидроусилителем на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и топливо. Логично рассчитывать на ряд нововведений, которые позволят повысить экономию топлива. Одной из самых удачных идей является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменяя ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей

Автомобильный руль Википедия

Эта статья — о руле автомобиля. О руле судна см. Штурвал. Современный автомобильный руль. (Volvo S70)
Рулевое колесо различных периодов. Рулевое колесо с извлеченной подушкой безопасности.

Рулевое колесо (штурвал, руль) — устройство для управления движением автомобиля, судна в заданном направлении[1].

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[ | ]

Из чего состоит руль автомобиля. Рулевое управление автомобиля и гидроусилитель руля. Реечный тип рулевого механизма

Каждый автолюбитель знает, что главное в передвижении – его безопасность, а залогом успешности данного процесса выступает исправность всех систем транспортного средства. В первую очередь, это утверждение касается тормозной системы, ведь если она неисправна, то предотвратить столкновение у Вас не получится. Однако, педаль тормоза, не единственная важная деталь. Также, на ряду с тормозной системой, безопасность движения достигается за счет рулевого управления, принцип работы которого, мы сейчас обсудим.

1. Зачем автомобилю нужен руль?

Рулевое управление автомобиля является одной из самых важных систем жизнедеятельности любого транспортного средства. Оно состоит из ряда механизмов, работа которых нацелена на движение машины в заданном водителем направлении. Как правило, в легковых автомобилях управлению поддаются колеса передней оси (кинематический способ поворота), но иногда, для лучшего контроля над машиной и более высокого уровня ее управляемости, транспортное средство делают полностью управляемым. В таком случае, водитель контролирует не только переднюю ось, но и может управлять колесами задней оси, тоесть, по отношению к заданной траектории, они могут отклоняться под определенным углом.

В конструкции рулевого управления выделяют рулевое колесо, которое соединяется с рулевым валом с помощью рулевого механизма и соответствующего привода. Иногда в систему рулевого управления включают усилитель руля – гидравлический или электрический. На самом деле, современный автомобиль сложно представить без такого дополнения. Вся работа данной системы направлена на то, что бы мы (водители) чувствовали себя максимально комфортно. Усилитель помогает человеку активно рулить, парковаться, резко поворачивать не прикладывая для этого лишних физических усилий. Кроме того, именно он не позволяет вибрации, возникающей в процессе движения, передаваться на рулевое колесо.

Весь рулевой механизм призван трансформировать силу вращения вала рулевого колеса в аналогичную силу вращения, но уже вала сошки. Тоесть, даже не используя , прикладываемое водителем усилие, значительно увеличивается, что, естественно, облегчает управление транспортным средством.

Рулевой привод являет собой систему тяг и рычагов, которые вместе с рулевым механизмом, обеспечивают поворот колес автомобиля. В результате его работы, сошка перемещает продольную тягу вперед (или назад), тем самым заставляя одно колесо поворачиваться, в то время как поворот второго обеспечивается работой рулевой трапеции (передает поворачивающий момент). Последняя, представляет из себя некий шарнирный четырехзвенник, в конструкцию которого входит балка переднего моста, поперечная рулевая тяга, правый и левый рычаг рулевой трапеции, соедененной с поворотными кулаками (на них насажены управляемые колеса).

Наличие рулевой трапеции обеспечивает поворот управляемых колес: при внутреннем - колесо поворачивается на большой угол, в то время как при внешнем повороте происходит качение колес, без существенного их скольжения. Разница углов поворота обусловлена величиной угла наклона левого и правого рычагов трапеции.

2. Профилактика рулевого управления

Что бы избежать проблем в дороге, каждый раз, перед выездом из гаража или стоянки следует осматривать свое транспортное средство на наличие поломок или несоответствий в работе систем. Одной из самых важных есть система рулевого управления, сбои в работе которой чреваты более чем серьезными неприятностями: представьте, что при движении по магистрали, вклинило и съехать с нее Вы уже не можете, как думаете, чего стоит ждать в таком случае? Одно ясно точно – ничего хорошего, а раз так, то лучше сделать все возможное для избежания подобного сценария.

На самом деле, ничего сложного здесь нет, главное своевременно проводить профилактические мероприятия. Они включают в себя и ежедневный осмотр рулевого управления транспортного средства: диагностику величины свободного хода рулевого колеса, внешний осмотр уплотненителей картера рулевого механизма (что бы предугадать вытекание смазки), а если на машине стоит гидроусилитель, то не лишним будет, также, контроль за герметичностью соединений системы и надежностью крепления гидроуселительного насоса. Не менее важной составляющей профилактического осмотра есть проверка (регулировка) воздухораспределителя, присутствующего в конструкции пневматического усилителя.

В обязательном порядке, к раме автомобиля подтягивают крепления рулевого механизма, шаровых пальцев рулевых тяг, болтов кронштейна. Чаще все

Автомобильный руль

Когда появилось рулевое колесо на автомобиле, достоверно неизвестно. Одни утверждают, что руль впервые увидел свет на автомобиле братьев Паккард, другие отдают пальму первенства Луи Рено, третьи считают что пионером был Эмиль Левассор, а четвертые вообще говорят, что руль подарил миру французский конструктор Шарль Жанто.

С момента своего появлениея круглая «баранка» за каких-то десять лет завоевала полное господство. С тех пор в устройстве руля менялось многое: диаметр, угол наклона, толщина обода и количество спиц, количество оборотов от упора до упора. Совершенствовались способы передачи усилия от руля к колесам, появились гидро-, а затем — и электроусилители привода. И только сам принцип управления автомобилем — когда вращением руля выполняется поворот — оставался неизменным. Более того, уделяя внимание инженерным вопросам управления, большинство автопроизводителей оставляли на втором плане дизайн самого руля.

Руль CadillacПервыми опомнились конструкторы знаменитой компании МОМО, специализирующейся на дизайне автомобильного оборудования. Чтобы предложить авторынку «улучшенные рули», фирма сконцентрировала поиск на спортивных «штурвалах», задав тон всем последовавшим дизайнерским разработкам.

Двадцать первый век продолжает изобретать автомобиль. Ведь в условиях острейшей конкуренции он должен продаваться. Для этого наше время выдвинуло свои требования — совершенствование деталей. Каждая из них в автомобиле должна апеллировать к чувствам покупателя, вызывать определенный эмоциональный отклик. И вполне естественно, что руль, — этот главный «инструмент», с помощью которого водитель взаимодействует со своим автомобилем, — оказался в фокусе внимания автодизайнеров.

Обывательское воображение сразу же рисует измененную форму — руль квадратный, овальный… Но безудержный полет творческой фантазии сдерживают два важных фактора: эргономика и безопасность. Гиппократовский принцип «не навреди» оказался тут как тут, позволив всем дизайнерским ухищрениям быть уместными лишь в случае, если они не ухудшают управляемость автомобиля и не мешают водителю выполнять быстрое вращение руля. И все же, даже с учетом ограничивающих факторов, простора для творчества более чем достаточно. В настоящее время в дизайне рулей доминируют три акцента: спортивный, футуристический и «эксклюзивный».

Содержание статьи

Руль “по-шумахеровски”

Руль Porsche 911Использование в дизайне руля элементов, намекающих на его спортивность, — самый часто встречающийся прием. Вполне закономерно: скоростные качества автомобиля (или хотя бы видимость таких качеств) являются отличной приманкой для потенциальных покупателей. В интерьере же легче всего продемонстрировать спортивность с помощью элементов отделки руля и приборной панели.

Арсенал приемов типичен: сравнительно небольшой диаметр, характерный трехспицевый дизайн, хромированные накладки в тон отделке приборной панели и ручки КПП, приборы, размещенные в «колодцах», и т.д. Эти элементы выполняют роль скорее эстетическую, нежели функциональную. Именно поэтому профессиональные дизайнеры ограничиваются сдержанными «намеками», не пытаясь превратить «гражданский» автомобиль в имитацию спорткара.

Настоящий же спортивный руль настоящего спортивного автомобиля можно увидеть на примере Porsche 911 GT3. «Классический» трехспицевый руль правильной формы, на ободе — небольшие выемки под большие пальцы рук, а чуть выше — едва обозначенные утолщения для лучшего хвата. На самом руле — ничего лишнего, отсутствуют и кнопки управления аудиосистемой и телефоном. Обод обтянут высококачественной кожей «алькантара» с матовой фактурой, его «рассекает» полоска контрастного цвета, отмечающая нейтральное положение.

Именно то, что нужно для машины, разгоняющейся до 100 км/час за 4,3 секунды и развивающей максимальную скорость 310 км/час. Руль оптимален и для контроля траектории автомобиля на высочайших скоростях, и для выполнения крутых поворотов с перехватом обода руками — вращению ничего не мешает, и его можно выполнять с максимальной быстротой. Для спортивных автомобилей такой дизайн можно считать эталонным.

Те же принципы заметны и в дизайне руля Seat Leon Cupra. Автомобиль можно назвать «дважды заряженным»: сама марка Seat в концерне Volkswagen позиционируется как спортивная, а слово «Cupra» обозначает топ-модификацию в модельном ряде Leon.

Руль здесь эксклюзивный: небольшого диаметра, с оптимальным расположением спиц и, как полагается по статусу, обтянут дорогой кожей с контрастной строчкой красного цвета. Но поскольку Leon Cupra, в отличие от элитного Porsche 911 GT3, рассчитан на массовую аудиторию, то на горизонтальных спицах его руля размещены кнопки управления аудиосистемой и телефоном. «Экстремальному рулению» они не мешают, а в «гражданских» режимах езды дают возможность не отвлекаться от дороги, если водитель хочет сменить трек на компакт-диске или ответить на телефонный звонок.

Руль как роскошь

Руль болида F-1Руль болида F-1

Использование качественных и самых дорогих материалов для отделки рулевого колеса автомобилей премиум-класса началось с тех самых времен, когда такие модели впервые появились на рынке.

И вряд ли эта тенденция ослабеет в обозримом будущем. И здесь правит бал не только собственно дизайн, но и красотка-мода. Сейчас ей подавай двухцветную отделку руля — в тон двухцветной отделке салона. Поэтому-то в Aston Martin V8 Vantage черно-коричневая гамма интерьера «воспроизводится» в отделке руля, обтянутого высококачественной кожей черного и коричневого цветов.

А вот некогда модный (особенно на дорогих представительских автомобилях) руль с деревянным ободом, судя по всему, сдает позиции. Использование дорогих пород дерева позволяет подчеркнуть эксклюзивность автомобиля. Увы, отделанный деревом руль, несмотря на богатый внешний вид, оказался с функциональным недостатком — проскальзывает в руках. Впрочем, приверженцам красоты полированного дерева дизайнеры предложили выход. К примеру, в Cadillac Escallade деревом отделан только верхний сегмент рулевого колеса, за который водитель при обычном режиме езды «хватается» редко. Зато внешний вид руля удачно гармонирует с передней панелью и центральной консолью, украшенными деревянными вставками. И верность традиции соблюдена.

Руль начеку

Еще одна всеобщая тенденция — руль современного автомобиля с каждым годом «умнеет»: на его поверхности, на рулевой колонке размещается все больше элементов управления бортовыми системами. Это не только дань удобству, но и способ существенно повысить безопасность. Ведь, согласно статистике, риск аварии многократно возрастает тогда, когда водитель отвлекается от дороги на манипуляции с CD-проигрывателем или разговор по мобильному телефону.

Но «интеллект» руля шагает дальше бытовых задач. На автомобиле Lexus LS 600h проходит обкатку высокотехнологичная система предотвращения опасных ситуаций на дороге, размещенная на рулевой колонке. Камера отслеживает движение головы водителя, специальная система радаров оценивает ситуацию на дороге. Если компьютер придет к выводу, что в потенциально опасной ситуации водитель не смотрит на дорогу — автомобиль самостоятельно начнет притормаживать и издаст звуковой сигнал.

Подобные системы могут отслеживать не только положение головы, но и то, открыты ли глаза водителя. Следовательно, должен существенно уменьшиться риск аварий из-за того, что водитель уснул за рулем. Уже сегодня для многих автомобилей предлагаются упрощенные системы, следящие за дорожной разметкой: если водитель пересекает «неположенную» линию, вибрация руля, в сочетании со звуковым сигналом, буквально «приводит его в чувство».

Руль Формулы-1

Центром болида “Формулы-1” является кокпит- место, где располагается пилот. Его можно назвать офисом гонщика. Огромное количество оборудования для пилота должно быть втиснуто в это ограниченное пространство. В 50-е годы рулевое колесо было не больше чем деревянным кругом на металлической основе. Следующие два десятилетия мало что изменили – разве что руль стал чуть меньше в диаметре, но это стало следствием изменения конструкции болида, просто кокпит стал меньше.

В начале восьмидесятых на руле появились кнопки и переключатели – новая электроника требовала вмешательства гонщика, который смог управлять балансом тормозов, концентрацией топливной смеси, параметрами активной подвески, когда она была разрешена правилами.

Руль MOMOРуль MOMO

Прорыв случился в 1989 году, когда Ferrari представила полуавтоматическую коробку передач. Исчезла необходимость в педали сцепления и рычаге переключения передач. Остались только две педали – “газ” и тормоз.

Отныне пилоты могли переключать передачи с помощью небольших рычажков, расположенных с обратной стороны рулевого колеса – с одной стороны для повышения передачи, а с другой для понижения. Маленький рычажок сцепления крепится сразу позади рычагов переключения передач и включается вместе с ними. Теперь нет педали сцепления, так что многие пилоты по раллийному тормозят левой ногой. В современных болидах нет необходимости снимать правую ногу с педали газа, что намного облегчает пилотирование.

Отпала необходимость размещать в кокпите болида тахометр, спидометр и другие приборы, показывающие гонщику параметры тех или иных систем. Прямо на руле располагается жидкокристаллический дисплей, на который и выводятся все эти показатели. Обычно это обороты двигателя, текущая передача, скорость, объем топлива в баках, температура охлаждающей жидкости, время прохождения круга, иногда с учетом результата по секторам трассы.

По правилам, рулевое колесо должно легко сниматься, чтобы в случае аварии не препятствовать эвакуации пострадавшего пилота. Современное рулевое колесо болида представляет собой легкую и прочную конструкцию из углепластика и алюминия. Форма и конфигурация руля разрабатываются индивидуально под каждого гонщика, а его стоимость превышает 30 000 евро.

На рулевом колесе есть несколько кнопок и переключателей, с помощью которых пилот в состоянии вывести на дисплей около ста параметров двигателя, тормозной системы, коробки передач или сцепления, а также легко управлять всеми этими параметрами. Правда прочесть эту информацию и что-то изменить гонщик может лишь в неподвижной машине, к примеру – во время остановки в боксах.

На руле всегда присутствует кнопка “Выключение мотора”, которая необходима для того, чтобы пилот мог заглушить двигатель в случае пожара или иной внештатной ситуации. Она должна быть расположена в легкодоступном месте, но не допускать случайного нажатия. Известен случай, когда на тестах в начале сезона, мотор вышел из строя в результате случайного нажатия на эту кнопку. Кроме перечисленых, можно встретить кнопки “Подтверждение заезда на пит-лейн”, “Подтверждение дождевой резины” и “Маркер неполадок”.

Первые две дублируют радио сообщения – как только пилот решил что необходим заезд в боксы (иногда и внеплановый) он нажимает первую. В боксах сразу загорается лампочка, которая сигнализирует механикам о намерениях пилота.

Вы можете спросить, а для чего тогда существует радио связь? Но во первых она не всегда была обратной, а во-вторых – на некоторых трассах, вроде Монако или Хокенхайма есть места, где радиосвязь просто не работает и что бы не говорил пилот, его просто не услышат в боксах команды. Третья из перечисленных выше кнопок, облегчает жизнь и пилотам, и команде. Как только пилот на определенном участке трассы чувствует проблему (например необъяснимую вибрацию), он нажимает эту кнопку, что фиксируется метками на экране телеметрии в боксах.

Автомобильный руль

Статья опубликована 24.06.2014 04:45
Последняя правка произведена 24.06.2014 04:47

Предыстория.

Автомобильный руль – инструмент, который мы воспринимаем как весьма традиционную вещь. То есть мы знаем, что все автомобили оснащены ими, а о машинах без руля мы даже не слышали. Покупая автомобиль, мы консультируемся с менеджером по поводу мощности двигателя, обивки салона, дополнительных функций и удобств, однако никто не спрашивает про его руль.

По мнению многих, автомобиль был изобретен одновременно с рулевым колесом, но это совсем не так. Руль изобрели значительно позже, ведь до наиболее удобной формы для прибора управления, нужно было дойти практическим путем. Как оказалось, овальный или круглый руль - это наиболее оптимальное средство для управления автомобилем.

первый автомобиль первый автомобиль

На самые первые моторизованные автомобили, такие как "Benz" 1885 года, устанавливали румпели (рычаги управления).

Управлять автомобилем при помощи такого румпеля было не совсем удобно, хотя на малых скоростях вполне сносно. Водитель тянул эту "палку" либо влево, либо вправо и машина меняла свое направление, в точности, как на современных моторных лодках.

К 1894 люди все больше стали увлекаться гонками, поэтому использование румпеля стало неэффективно. В этом же году Альфред Вашерон установил на "Panhard 4hp" круглый руль и с достоинством выступил в гонке Париж-Руан.

Panhard Levassor 4HP 1897 Panhard Levassor 4HP 1897

Первая модель Альфреда Вашерона с круглым рулем называлась "Panhard 4hp" (1894г.), в книге регистрации патентов он записал ее как модель, с круглым поворачивающимся рулевым колесом.

Проведенные в 1894 году испытания показали преимущества рулевого колеса перед румпелем. Уже к 1898 году все серийные автомобили "Panhard" были оборудованы рулевым колесом. Эту тенденцию подхватили и другие автопроизводители, тем самым сделав круглый руль эталонным. После того, как Артур Кребс установил руль под наклоном, автомобилем стало управлять еще удобнее.

Все в том же 98 году Томас Джефри (основатель фирмы "Rambler"), построил автомобиль с передним приводом и левым рулевым колесом. Так что, первым кто установил руль слева, был американец Джефри.

В 1902 году "Rambler" начинает массовый выпуск автомобилей, оснащенных румпелями, но уже в 1903 году их переоснащают уже привычными "баранками".

Rambler 1901 года Rambler 1901 года

На фотографии "Rambler" 1901 года, за рулём Чарльз Джефри, сын изобретателя.

Уже к 1910 году большинство американских автомобилей выпускались с левым расположением руля.

Конструкция руля подразумевает соединение с рулевой колонкой, причем раньше оно было жесткое, так что у водителя был риск получить тяжелую травму при аварии. В 1934 году была представлена первая энергопоглощающая рулевая колонка, но на автомобиль ее установили только в 1959 году.

Mercedes Benz W111 Mercedes Benz W111

"Mercedes Benz W111" – первый автомобиль с энергопоглощающей рулевой колонкой.

Первые рулевые колеса, как правило, были с четырьмя спицами, но из-за высокого уровня вибраций пришлось внести некоторые изменения. Вскоре появились рули "Банджо", названные так из-за сходства с этим инструментом. Каждая спица была поделена на 4-5 тонких, которые погашали вибрации от дороги.

Rolls Royce Phantom Rolls Royce Phantom

Руль "Rolls Royce Phantom".

Руль Banjo Руль Banjo

Руль "Banjo".

Первый регулируемый руль был изобретен Эдвардом Лодбеллом в 1927 году, но только в 1963 его "взяла на вооружение" фирма "Cadillac". Фишка этой опции заключалась в том, что рулевая колонка была зафиксирована неподвижно, но положение руля при помощи храповика можно было менять в 7 позициях. На многих американских машинах такая регулировочная система сохранилась до нынешних дней, совсем не претерпев изменений.

В 1955 году на "Ford Thunderbird" появляется телескопическая регулировка руля, которая позволяла изменять глубину руля в диапазоне 8 см, это было сделано, для удобства посадки. С 1961 года появляется новая опция – откидной руль, руль при включенном на автоматической коробке передач режиме Паркинг, можно было отодвинуть вправо рулевую колонку, для большего удобства при посадке-высадке водителя. Опция обрела такую популярность, что с 1962 года она вошла в базовую комплектацию "Ford Thunderbird".

Компания "Cadillac" так же не отставала от своих конкурентов: начиная с 1965 года, автомобили стали оснащать рулями с телескопической регулировкой и функцией изменения наклона.

В 1968 году была внесена поправка в законе о безопасности, и теперь нельзя было использовать откидные рулевые колонки, так что "Ford" использовал свое нововведение всего 6 лет. Со стороны "Ford" были попытки видоизменить свою систему, но после очередного ужесточения в правилах, они полностью от нее отказались.

В 1970 году появились первые противоугонные системы: при вытаскивании ключа, происходила блокировка руля.

В те же 50-60 е годы появляется и рулевая колонка, которую можно регулировать по глубине и наклону, в основном такую опцию устанавливают на европейские автомобили.

В 1910 году появляется электрический клаксон, который изобрел Оливер Лукас. Позднее кнопку клаксона перенесли на отдельное кольцо (чтобы не отрывать руки от руля), а спустя 60 лет изобрели систему "Rim Blow", особенность которой была в том, что сигнал срабатывал от любого прикосновения к спице рулевого колеса.

Rim Blow Rim Blow

"Rim Blow" на "Ford Thunderbird".

В 1972 году появляются первые подушки безопасности в руле, на "Oldsmobile toronado".

Руль с подушкой безопасности Руль с подушкой безопасности

Руль с подушкой безопасности на "buick" 1975 года.

В 1960х годах на рулях появляются кнопки автопилота. В 1990х появились кнопки, которые отвечают за регулировку аудио системы, борт-компьютера, телефона и т.д. Сегодня мы не можем представить руль без этих опций, а ведь все начиналось с обычной палки-румпеля.

Рулевое управление.

Многие десятилетия, рулевое колесо представляло собой обыкновенный деревянный круг, который установлен внутри автомобиля. С его помощью водитель управлял транспортным средством. На первый взгляд все просто, повернул влево или вправо, и автомобиль послушно поворачивает, но сам процесс поворота руля очень сложен, особенно на грузовых автомобилях (особенно если автомобиль стоит). Сила сопротивления не позволяет рулю свободно крутиться.

На первое время никто даже не пытался ввести в производство авто усилители руля. Хотя GW Fitts уже в 1876 году получил патент на механизм гидроусилителя. Вакуумная система была запатентована Фредериком Ланчестером только в 1904 году, но в массовое производство так и не было организовано.

Современный руль Ferrari Современный руль Ferrari

Современный руль "Ferrari"

В 1920 году Фрэнсис У.Дэвис, инженер "Davis' Pierce Arrow roadster" (первого автомобиля с гидравлическим усилителем руля) попутался облегчить управление грузовиками, но невольно начал немассовое производство гидроусилителей для легковых автомобилей.

После последующих усовершенствований, системой гидравлического усиления руля заинтересовывается компания "Cadillac". В 1930-40х годах, Фрэнсис У.Дэвис получает патенты на гидроусилитель руля.

В 1936 году корпорация "Bendix", подписала контракт с У.Дэвисом на продвижение его продукта (гидроусилителя). А через четыре года распространению продукции Дэвиса способствовала Вторая мировая война. Гидроусилителями У.Девиса были оснащены 10 000 бронированных автомобилей "Chevrolet".

После войны "Chrysler" начал разрабатывать собственный вариант усилителя, который основан на наработках Дэвиса. Новая система получила название "Hydraguide" и была крайне успешной (к 1956 году каждый четвертый автомобиль оснащался усилителем руля).

В наше время можно встретить машины как с электро-гидравлическим, так и с электрическим усилителем. Некоторые компании, вроде "Citroen", запатентовали свои системы.

Рулевое управление: устройство, принцип работы, виды

Первые автомобили, в частности, автомобиль Карла Бенца, который считается первым в мире серийным авто, были трехколесными. Почему? Да просто конструкторы не могли придумать, как заставить оба передних колеса синхронно поворачивать в одну сторону. Поэтому переднее колесо было одно, а вместо привычной сегодня «баранки» стоял рычаг.

Но такое положение вещей не продлилось долго. Следующие «самоходные телеги» уже имели 4 колеса и худо-бедно справлялись с маневрами. Так начало развиваться рулевое управление, назначение которого не изменилось за все годы существования автомобиля.

Устройство и принцип работы типичного рулевого управления

https://www.youtube.com/watch?v=TNjrSKwj4V0

На абсолютном большинстве автомобилей рулевое управление реализовано по одинаковому принципу. Конечно, есть отличия (например, тип усилителя руля), но тип общей компоновки не меняется.

Устройство рулевого управления
  1. Руль стоит первым в цепочке управления автомобилем. Это не только способ передать сигнал системе управления, в какую сторону и как резко поворачивать, но и способ обратной связи, а также элемент пассивной безопасности автомобиля (в рулевое колесо встраивается подушка).
  2. Рулевая колонка – промежуточный элемент между самим рулем и механизмом поворота. На рулевую колонку может крепиться система безопасности, замок зажигания, рычаги включения дворников и поворотников.
  3. Следующий на очереди – рулевой механизм, с помощью которого поворот руля (а следовательно, и рулевой колонки) преобразовывается в команду на поворот для рулевых тяг.
  4. После того, как рулевой механизм передал усилие на рулевую рейку, в действие приходят рулевые тяги с наконечниками и рычагами. Они соединены с поворотными кулаками передних колес и заставляют их поворачивать в нужном направлении на нужный угол.
  5. Чтобы с вождением автомобиля справился любой человек, применяется гидравлический или электрический усилитель руля.

Классификация рулевого управления

Принципиальных отличий между разными типами рулевого управления нет, но часто его классифицируют по типу редуктора рулевого механизма:

Тип редуктора «шестерня-рейка».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «шестерня-рейка» 1 — руль; 2 — рулевой вал с шестерней; 3 — рейка; 4 — рулевые тяги; 5 — поворотные рычаги; 6 — колеса.

Это самая распространенная разновидность рулевого редуктора, которая за годы использования показала свою надежность.

Принцип действия очень простой: на рулевом валу (который отходит от рулевой колонки) закреплена продолговатая шестерня. Рулевая рейка имеет зубчатый участок, который входит в зацепление с этой шестерней. При вращении руля шестерня вращается на месте и толкает зубчатую рейку в одну или другую сторону. Соответственно приходят в действие и рулевые тяги.

Передаточное число на рейке может быть неизменным, а может меняться ближе к краям. Получить такой эффект просто: нужно изменить наклон зубьев на рейке. Благодаря этому для поворота на большой угол не нужно «крутить баранку» до посинения, количество оборотов руля для маневра сокращается.

Тип редуктора «червяк-ролик».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «червяк-ролик»: 1 — руль; 2 — рулевой вал с червяком; 3 — ролик с валом сошки; 4 — рулевая сошка; 5 — средняя тяга; 6 — боковые тяги; 7 — поворотные рычаги; 8 — колеса; 9 — маятниковый рычаг; 10 — шарниры рулевых тяг.

Этот тип редуктора можно назвать устаревшим, поскольку его давно перестали устанавливать на автомобили. Тем не менее, он еще встречается на старых машинах.

В основе заложена червячная передача, в которой червяк закреплен на дополнительном валу рулевой колонки. При повороте руля вращается червяк и приводит в движение ролик, стоящий с ним в зацеплении.

Сдвигаясь по нарезке червяка, ролик заставляет вращаться вал, на который он установлен и к которому присоединен рычаг рулевой сошки. Вал вращается, рулевая сошка описывает полукруг, приводит в действие остальные элементы рулевого привода (среднюю тягу, маятниковый рычаг, боковую тягу, поворотные кулаки колес).

Винтовой тип редуктора.

Устройство редуктора рулевого управления винтового типа

По принципу действия он очень похож на червячный редуктор. Однако на дополнительном валу рулевой колонки установлен не червяк, а винт. Он входит в зацепление с гайкой, на наружную сторону которой нанесен зубчатый обод. Когда вращается винт, гайка поворачивается в одну или другую сторону и поворачивает рулевую сошку, а она уже направляет остальные компоненты рулевого привода.

В усовершенствованных моделях на винт ставится шариковая шайба, которая служит промежуточным элементом между ним и гайкой. При вращении винта шарики сдвигают шайбу, а она поворачивает гайку.
Когда на легковые автомобили начали массово устанавливать гидроусилитель руля (ГУР), червячный редуктор вышел из обихода – к нему ГУР не поставишь. На его место пришел реечный привод, а винтовой «перекочевал» на тяжелые автомобили.

Кроме редуктора, в рулевом механизме могут отличаться типы передачи усилия на управляемые колёса. Более простой считается конструкция с реечным редуктором: от рулевой рейки отходят две рулевые тяги, которые крепятся к поворотным кулакам колес. Для того, чтобы соединение было подвижным, но без люфтов, используются шаровые наконечники.

На редуктор с червячной или винтовой передачей подходит другой тип рулевого механизма. Его называют рулевой трапецией и состоит он из довольно сложной системы рычагов. Сложность конструкции оправдывается большей мощностью, так что рулевая трапеция с винтовым редуктором ставится на грузовые автомобили, в то время как рулевая рейка лучше подходит для легковых.

И, наконец, систему рулевого управления классифицируют по типу усилителя: ГУР, ЭГУР и ЭУР.

  1. ГУР – гидравлический усилитель, классический тип. Он и сегодня ставится на автомобили, но постепенно уступает дорогу более современным видам усилителя;
  2. ЭГУР – электрогидравлический усилитель руля. В нём электромотор выполняет вспомогательную функцию, в то время как основная работа выполняется гидравликой;
  3. ЭУР – электроусилитель, современный способ управлять автомобилем. Электромотор умножает усилие, которое водитель прикладывает к рулю, то есть работает без каких-либо гидравлических элементов.

Основные неисправности рулевого управления

Конструкторы делают элементы рулевого управления из надежных износостойких материалов. Однако любая деталь имеет свой ресурс и свой запас прочности, так что рано или поздно в рулевом управлении начинают появляться неисправности и дефекты. Они достаточно типичные для большинства автомобилей.

  1. Износ шарниров рулевых тяг. По сути, любой шарнир в рулевом управлении – слабое место, особенно это касается конструкции рулевой трапеции. Однако рулевые тяги постоянно страдают от нагрузок, ударов и агрессивного вождения, и их шарниры выходят из строя чаще всего. Как только шарнирное соединение выходит из строя, оно дает о себе знать стуком во время выполнения поворота или просто езды по неровной дороге.
  2. Износ рулевых наконечников. Совершенно стандартная ситуация, поскольку рулевые наконечники считаются расходниками, особенно на наших дорогах. Шаровые шарниры защищены пыльниками и смазкой, но со временем вода попадает под пыльник, шарнир изнашивается и начинает люфтить. Водитель чувствует проблему как увеличение свободного хода руля и ухудшение управляемости. При появлении таких симптомов нужно поскорей принять меры. Замена рулевых наконечников – стандартная процедура, которую выполнят на любом СТО.
  3. Износ подшипника рулевой колонки. Такая поломка происходит редко, но требует срочных мер по устранению. Если подшипник изнашивается, рулевой вал начинает шататься, а водитель чувствует это как «биение руля». Лучше сразу обратиться в сервис, чем ставить на своей машине интересные опыты.
  4. Нарушение настроек колес. Неотбалансированные колёса будут ощущаться водителем как пульсация рулевого колеса при движении. Это не только доставляет дискомфорт, но и влияет на срок службы самих колес и смежных элементов.

Основные требования к рулевому управлению

Существуют стандартные требования, которые предъявляются к системе рулевого управления. Если система этим требованиям соответствует, ее можно считать исправной.

  1. Угол свободного хода руля. Это тот угол поворота, который делается «вхолостую», до начала поворота колес. В норме для легковых автомобилей он должен быть не боле 10 градусов, и если свободный ход постепенно увеличивается, это говорит о необходимости регулировки или ремонта.
  2. Система должна правильно «рулить»! То есть, нормально держать автомобиль при езде по прямой, точно выполнять маневры, не отклоняться от заданной траектории.
  3. Руль должен легко поворачиваться во время выполнения маневров. Усилители для того и придумали, чтобы на дороге водитель думал о дороге, а не о том, хватит ли ему сил на следующий поворот. Если управление тугое, требует значительных усилий, проблему нужно найти и решить.
  4. Строго выверенное число полных оборотов руля от среднего до крайнего положения. Для выполнения поворота водитель не должен выкручивать руль до бесконечности.
  5. Система должна работать даже после того, как отключится усилитель руля. В дороге может случиться всё, что угодно, в том числе утечка гидравлической жидкости или отказ электродвигателя в ЭУР. При этом автомобиль должен сохранить управляемость. Да, усилий это потребует больше, но и остановка будет там, где захочет водитель.

Принципиальные отличия между «левым» и «правым» рулем

В отношении праворульных автомобилей до сих пор ведутся споры. Сторонники утверждают, что те машины, которые делались японскими или английскими инженерами «как для себя», выше по качеству, чем аналогичные модели, но выпущенные на экспорт. Сложно сказать, действительно ли это так, но факт остается фактом: есть отдельная категория автолюбителей, которые предпочитают только машины с правым рулем.

Основное отличие рулевого управления автомобилей с правым рулем – зеркальное расположение элементов. Например, размещение редуктора на рулевой рейке. И сам редуктор рассчитан на другую сторону подключения.

А можно ли переделать праворульную машину на леворульную? Купить автомобиль с правым рулем и затем перенести руль влево можно, и есть даже СТО, которые специализируются на таких услугах. Но цена такого тюнинга немаленькая, поскольку «перекраивать» придется много. Это не просто руль на другой стороне, отличается очень многое, от зеркал до головного света.

Заключение

Рулевое управление – система достаточно живучая. Если не считать регулярную замену расходников, моно проездить на своей машине долгие годы и ни разу его не ремонтировать. Однако если случается проблема или просто какие-то странные постукивания-пошатывания не дают покоя, лучше не затягивать с визитом на СТО. В системе рулевого управления все элементы взаимосвязаны, и поломка одного ведет к поломке другого. Грамотная диагностика и своевременный ремонт уберегут от проблем и лишних расходов.

Рулевое колесо авто

Рулевое колесо автомобиля

Здравствуйте, уважаемые автолюбители! В системе управления любым автомобилем можно изменить почти всё: педальный блок заменит подрулевым управлением, с современной АКПП можно вообще забыть о рычагах и джойстиках.

Вот без чего не обойтись никак, так это без руля. Рулевое колесо – важнейший и незаменимый атрибут водительского места. Сам руль может впитать в себя немыслимое количество кнопок и тумблеров, индикаторов и датчиков, заменив множество других систем управления, но функции руля не может выполнить никакая другая деталь.

Дополнительные функции, которыми снабжается рулевое колесо, вынудило придумать для него новые названия, как, например, «серворуль», «мультируль». Однако следует помнить, что главная задача руля – это обеспечение возможности воителю изменять направление движения автомобиля.

Являясь начальным звеном в сложной системе рулевого управления, руль должен обеспечить эффективное управление и «сообщать» водителю через тактильные ощущения информацию о состоянии автомобиля, правильности принятых решений, состоянии дороги.

Для того, чтобы быть водителю надёжным помощником, руль должен быть отрегулирован и исправен. Первый признак, по которому рулевое колесо может указать на неисправность – это люфт рулевого колеса.

Люфт рулевого колеса – параметры и способы регулировки

Рулевое колесо автомобиляИзготовление выкройки на руль авто

В специальной литературе, а также в разговоре специалистов автотехников или водителей, можно услышать такой непривычный термин как «острота рулевого управления». Для безопасного управления машиной рулевое управление должно быть абсолютно исправным, а настройки иметь оптимальные значения. Что это значит? Максимально острой чувствительность руля можно назвать, когда при малейшем его повороте колёса незамедлительно начинают поворот. Это только теоретически кажется хорошей настройкой. На практике в движении, особенно на большой скорости, с подобной регулировкой рулевое управление становится опасным.

Для комфортного управления обязательно должен быть люфт рулевого колеса – то есть свободный ход руля, когда колёса не начинают совершать поворот. Для автомобилей установлен люфт рулевого колеса в пределах 5-6%.

Природа люфта заключается в двух составляющих:

  • естественный износ, увеличивающий зазор между соприкасающимися деталями;
  • настройка механизмов, когда зазор между элементами задаётся умышленно.

Измерить люфт руля достаточно просто. Для этого необходимо подготовить линейку, два отрезка проволоки и рейку. Для начала следует установить колёса машины в направлении «прямо» и закрепить рейку параллельно рулевого вала сбоку у рулевого колеса (чаще возле одного из подрулевых переключателей).

Затем следует повернуть руль в одну из сторон до того момента, как колёса начнут реагировать. На уровне рейки необходимо на рулевом колесе прикрутить метку из проволоки. Далее следует повернуть руль в противоположную сторону, также до момента начала движения колёс и зафиксировать проволокой у рейки расстояние на рулевом колесе. Затем необходимо измерить расстояние между метками и вычислить люфт.

Пользуясь формулой: L=(5°хhхD):360° (L - люфт руля в мм; h = 3,14; D - наружный диаметр руля в мм), можно рассчитать люфт для своего автомобиля и сравнить с полученными ранее измерениями.

Регулировка рулевого колесаРулевое колесо Nissan

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.

Author:

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о