ВИ ПОТРАПИЛИ на застарілій СТОРІНКУ. НОВІ СТОРІНКИ: ГУР і ЕУР
Ще про ГУР і ЕУР
Довгий час автомобільні конструктори і не думали про сервопідсилювач керма. Невисокі вимоги до керованості і комфорту і невелика пляма контакту порівняно вузьких шин дозволяли обходитися однією людською силою навіть в управлінні важкими вантажівками. Засіб для зменшення зусилля на кермі було одне: зробити побільше передавальне відношення приводу і діаметр бублики. А з тим, що водієві доведеться наярювати величезним кермом п'ять-шість оборотів від відбою до відбою, та й точність управління буде невисокою, доводилося миритися. Спочатку підсилювачі рульового управління з'явилися на важкій техніці - кар'єрних самоскидах. Сталося це в кінці 30-х років, перед війною. Правда, спочатку стали використовувати пневмоусилителя - вони були нескладними і живиться від компресора вже існуючих пневматичних гальм. Але гідравліка, хоча була складніше і дорожче пневматики, працювала тихіше і точніше. На ній і зупинились конструктори легкових автомобілів. Застрільниками тут виступили, ясна річ, американці. У 1951 році серійні автомобілі Chrysler Crown Imperial стали вперше оснащувати гідравлічними підсилювачами Hydraguide в якості стандартного обладнання. А в Європі в 1954 році гідропідсилювачем обзавівся Citroen DS 19.
Один з сошкою-семеро з рейкою
Спочатку - про самих рульових механізмах, яких на автомобілях налічується три типи. Один з них, добре знайомий нам за класичними Жигулям, Москвичам і Волгам, носить неапетитне назву "черв'як-сектор" або "черв'як-ролик" через те, що його дія заснована на використанні черв'ячної шестеренчатой пари. Насаджений на кінець рульового вала глобоідальний черв'як через зубчастий сектор або ролик повертає рульову сошку, а та тягне вправо-вліво тяги рульової трапеції. Такий механізм практично зійшов зі сцени, поступившись місцем в рульових приводах вантажних і легкових автомобілів класичної компоновки більш складним пристроїв. Повний їх назва - "гвинт-кулькова гайка-рейка-сектор". Гвинт, яким закінчується рульовий вал, через що циркулюють по різьбі кульки штовхає уздовж своєї осі поршень-рейку. А той у свою чергу повертає зубчастий сектор рульової сошки. Але з середини 70-х років, з поширенням на легкових автомобілях переднього приводу, став входити в моду найдавніший тип рульового механізму - "шестерня-рейка" або просто рейковий. Так-так, саме древнейшій- адже на найперших автомобілях кінця 19 століття для повороту керованих коліс вже використовувалося це найпростіше поєднання шестерні на рульовому валу і зубчастої рейки в поворотному механізмі! Не забували про нього конструктори і в середині 20 століття - наприклад, рейковими механізмами забезпечувалися автомобілі BMW 30-х років. А потім з'ясувалося, що механізм шестерня-рейка, будучи легше і більш технологічні інших механізмів, ідеально підходить для передньопривідною компонування і підвіски McPherson, забезпечуючи більшу легкість і точність рульового управління. І тепер переважна більшість механізмів на легкових автомобілях (в тому числі і класичної компоновки) - рейкові. А вантажні машини, пікапи і великі позашляховики в основному як і раніше задовольняються пристроями з гвинтом і гайкою на рециркулює кульках.
Рульовий механізм типу черв'як-ролик.
1 - глобоідальний черв'як;
2 - двухгребневой ролик;
3 - вал сошки;
4 - регулювальний гвинт
Про всяк хитрий гвинт знайдеться своя кулькова гайка (рульовий механізм ZF типу гвинт-кулькова гайка-рейка-сектор з гідропідсилювачем).
1 - розподільник; 2 - гвинт;
3 - кульки з трубкою рециркуляції;
4 - поршень-рейка;
5 - зубчастий сектор;
6 - вал сошки;
7 - обмежувальний клапан
Виконавчий механізм гідропідсилювача легкового автомобіля, як правило, виконаний у згоді з рульовим механізмом - такі підсилювачі називаються інтегральними. В якості робочої рідини в гидроусилителях іномарок використовується масло ATF- той же, що і в автоматичних коробках передач. А вітчизняні агрегати працюють на маслі марки Р, за своїми властивостями близький до звичайної "Веретенко".
Рейковий рульовий механізм з гідропідсилювачем. Якщо кермові тяги, як тут, розташовуються з боків рейки, то поршень розміщується посередині корпусу. А якщо тяги кріпляться до центральної частини рейки, як це зроблено на Самарах і Москвичі-2141, то поршень виносять убік.
1 - рульова рейка; 2 - поршень; 3 - сальники;
4 - шарніри рульових тяг; 5 - розподільник з золотником;
6 - шестерня; 7 - торсіон; 8 - роторний гидронасос
Роторний або аксіально-поршневий насос, що приводиться ременем від колінчастого вала, засмоктує з бачка масло і нагнітає під високим тиском в 50-100 атм в золотниковий розподільник. Завдання розподільника - відстежувати зусилля на кермі і строго дозовано допомагати повертати керовані колеса. Для цього використовують стежить пристрій - найчастіше це торсіон, вбудований в розріз рульового вала. Коли машина стоїть або їде по прямій, то зусилля на рульовому валу немає, і торсіон НЕ закручений - відповідно, перекриті дозуючі канали розподільника, а масло зливається назад в бачок. Водій повертає кермо, колеса пручаються - торсіон закручується тим сильніше, чим більше зусилля на кермі. Золотник відкриває канали і направляє масло в виконавчий пристрій. У механізмі типу "гвинт-кулькова гайка" більший тиск подається або за поршень, або до нього, допомагаючи тому переміщатися уздовж рульового вала. А в рейковому механізмі масло подається в корпус рейки - у ту чи іншу сторону від поршня, пов'язаного з рейкою, і підштовхує її вправо або вліво. Коли бублик вже повернута до упору, спрацьовують запобіжні клапани, скидаючи тиск масла і зберігаючи деталі механізму від пошкодження.
Незаперечна перевага рульового підсилювача - полегшення роботи рук при паркувальних маневрах, коли доводиться робити багато оборотів бублика при максимальному зусиллі, або в затяжних поворотах. Але підсилювач володіє ще однією корисною властивістю - він послаблює передачу на кермо ударів від нерівностей дороги. А недоліки? Власники автомобілів з ГУР часто скаржаться на відсутність або нестачу реактивного зусилля на кермі. На жаль, в цьому найчастіше винен гідроусілітель- він занадто активно допомагає водієві, надаючи тому ще й ведмежу послугу, прибираючи ту дещицю повертає зусилля, яка і забезпечує "відчуття автомобіля". І завдання конструкторів при розробці та налаштування ходової частини виявляється чертовски складною. Адже щоб домогтися гарної інформативності рульового приводу і водночас не зробити бублик занадто тугий, потрібно пов'язати воєдино масу чинників: продуктивність насоса, параметри золотника і жорсткість торсиона, геометрію передньої підвіски і кути установки коліс (від цього в першу чергу залежить величина повертає зусилля), параметри задньої підвіски, уводнимі характеристики шин і навіть жорсткість кузова на скручування! Тому не дивно, що бездоганні з цієї точки зору автомобілі (наприклад, Peugeot 405, 306 або BMW 3-ї серії) трапляються дуже і дуже рідко. Втім, багато фірм спеціально жертвують інформативністю на користь комфорту, знаючи прихильності своєї клієнтури. Ще одне завдання, яке стоїть перед конструкторами, - зробити так, щоб на маленькій швидкості кермо був легким, а на великому ходу ставав більш пружним і інформативним. А в німецьких гидроусилителях ZF Servotronic, які стоять на машинах Audi A6 і A8, BMW 5-й і 7-ї серій і всіх моделях Jaguar, на допомогу золотника приходить електрогідравлічний модулятор тиску - з ростом швидкості за сигналом від керуючого блоку він обмежує тиск в робочому контурі, і допомога гідропідсилювача сходить нанівець. Існує ще один варіант рішення - приводити насос гідропідсилювача немає від колінчастого вала двигуна, а від електромотора. Тоді, за допомогою електроніки змінюючи частоту обертання електроприводу, можна варіювати продуктивність насоса як завгодно. Така схема застосовується в гидроусилителях автомобілів Mercedes-Benz А-класу. Правда, приваблива ідея на прямий взагалі відключати насос, щоб економити паливо (на привід гидронасоса йде кілька кінських сил), на практиці нездійсненна - при різкому відхиленні бублика тиск не встигне зрости так швидко, і кермо може "закусити".
Втім, вихід вже знайдений.
Привід електропідсилювача Delphi E-Steer - електромотор і черв'ячна передача
Так влаштований розподільник системи Magnasteer (5). Роз'єм з'єднує блок управління з електромагнітним пристроєм зміни жорсткості торсиона
В системі Magnasteer в залежності від швидкості змінюється жорсткість торсиона розподільника.
1 - гідронасос з бачком;
2 - блок управління;
3 - електронний спідометр;
4 - рейковий рульовий механізм з гідропідсилювачем;
5 - розподільник з електромагнітним
пристроєм зміни жорсткості торсиона
Рейковий рульовий механізм з гідропідсилювачем і змінним зусиллям на кермі ZF Servotronic. З ростом швидкості електрогідравлічний модулятор знижує допомогу підсилювача до нуля.
1 - електронний спідометр;
2 - блок управління;
3 - електорогідравліческій модулятор;
4 - рейковий рульовий механізм; 5 -гідронасос;
6 - бачок; 7 - карданний шарнір
Це електропідсилювач, в яких не залишилося жодної гідравліки! На торсіони стежить устрою варто датчик, і в залежності від його сигналу електроніка подає струм потрібної полярності і сили на обмотки електромотора, пов'язаного з рульовим механізмом через червячную передачу. А за сигналами від датчика швидкості можна змінювати характеристику підсилювача відповідно до будь-якої закладеної в пам'ять блоку залежністю. Переваги електропідсилювача наявності:
- незалежність роботи підсилювача від оборотів двигуна автомобіля,
- інформативність (самонастройка підсилювача керма до швидкості автомобіля),
- незалежність роботи підсилювача керма від температурних перепадів,
- економічність: а) підсилювач керма споживає енергію тільки при обертанні керма, на відміну від гідропідсилювача, коли робоча рідина завжди ганяється по трубах, на що витрачається додаткова енергія. б) Коефіцієнт корисної дії електродвигуна набагато вище ККД гідронасоса.
- надійність (відсутність шлангів, ременів, прокладок, сальників, рідин),
- не потребує обслуговування (заміни, доливання робочої рідини),
- на порядок вище симетричність керма (відсутність різниці крутного зусилля в лівому і правому вирощених керма)
Варіант для автомобілів малого класу - підсилювач вбудований в рульову колонку
Варіант для автомобілів середнього класу
Варіант для автомобілів великого класу і мікроавтобусів - електропривод підсилювача інтегрований з рульовою рейкою
Електропідсилювач ZF Servolectric в залежності від повної маси і компонування автомобіля може вбудовуватися в різні ланки рульового управління.
1 - рульова колонка; 2 - електропідсилювач з черв'ячною передачею і електронним блоком управління;
3 - проміжний вал; 4 - рейковий рульовий механізм; 5 - стежить пристрій з торсионом;
6 - блок управління; 7 - електропривод з механізмом гвинт-кулькова гайка-рейка
Зі змінним відношенням
А чи не можна змінювати ще й передавальне відношення? Адже близько нульового положення бублика, коли їдеш по прямій на високій швидкості, зайва гострота рульового управління добра не приносить, змушуючи водія напружуватися. А при парковці або розвороті, навпаки, хотілося б мати передавальне відношення поменше - щоб повертати кермо на якомога менший кут.
Для цього існує кілька схем рейкових рульових механізмів.
Так працює рейковий рульовий механізм ZF із змінним передавальним відношенням. Тут змінюються профіль зубів рейки і плече зачеплення
Новий рульовий механізм фірми Honda з "подвійний" концентрической рейкою
Рейковий рульовий механізм Honda VGR (Variable Gear Ratio - змінне передавальне відношення) використовувався на автомобілях Honda NSX
Фірма ZF використовує зуби рейки зі змінним профілем: в околонулевой зоні зуби трикутні, а ближче до країв - трапецеподібні. Шестерня входить з ними в зачеплення з різним плечем, що і допомагає трохи змінити передавальне відношення. А інший, більш складний, варіант використовувала Honda на своєму суперкарі NSX - до речі, в поєднанні з електропідсилювачем. Тут зуби рейки і шестерні зроблені зі змінними кроком, профілем і кривизною. Правда, шестерню доводиться рухати вгору-вниз, але зате варіювати передавальне відношення можна в набагато більш широких межах. Фірма Honda продемонструвала і інший підхід. Уявіть собі дві рейки, встановлені коаксіально одна всередині іншої і пов'язані через черв'ячний привід з електромотором. Одна рейка, як зазвичай, обертається шестернею рульового вала, а інша пов'язана з керманичами тягами. За сигналом від керуючого блоку електродвигун подає провідну рейку вправо або вліво від ведучої - і колеса повертаються на більший кут.
Тверді міцні фалоімітатори зі скла можна нагрівати або охолоджувати до потрібної температури.