Вольво схема рулевого управления

Сначала — о самих рулевых механизмах, коих на автомобилях насчитывается три типа. Один из них, хорошо знакомый нам по классическим Жигулям, Москвичам и Волгам, носит неаппетитное название «червяк—сектор» или «червяк—ролик» — из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары. Насаженный на конец рулевого вала глобоидальный червяк через зубчатый сектор или ролик поворачивает рулевую сошку, а та тянет вправо-влево тяги рулевой трапеции.
Такой механизм практически сошел со сцены, уступив место в рулевых приводах грузовых и легковых автомобилей классической компоновки более сложным устройствам. Полное их название — «винт—шариковая гайка—рейка—сектор». Винт, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики толкает вдоль своей оси поршень-рейку. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор рулевой сошки.
Но с середины 70-х годов, с распространением на легковых автомобилях переднего привода, стал входить в моду древнейший тип рулевого механизма — «шестерня—рейка» или попросту реечный.

Да-да, именно древнейший — ведь на самых первых автомобилях конца прошлого столетия для поворота управляемых колес уже использовалось это простейшее сочетание шестерни на рулевом валу и зубчатой рейки в поворотном механизме! Не забывали о нем конструкторы и в середине века — например, реечными механизмами снабжались автомобили BMW 30-х годов. А потом выяснилось, что механизм шестерня—рейка, будучи легче и технологичнее других механизмов, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. И теперь подавляющее большинство механизмов на легковых автомобилях (в том числе и классической компоновки) — реечные. А грузовые машины, пикапы и большие внедорожники в основном по-прежнему довольствуются устройствами с винтом и гайкой на рециркулирующих шариках.

1 — рулевая рейка; 2 — поршень; 3 — сальники;
4 — шарниры рулевых тяг; 5 — распределитель с золотником;
6 — шестерня; 7 — торсион; 8 — роторный гидронасос

Поэтому немудрено, что безупречные с этой точки зрения автомобили (например, Peugeot 405, 306 или BMW 3-й серии) попадаются очень и очень редко. Впрочем, многие фирмы специально жертвуют информативностью в пользу комфорта, зная привязанности своей клиентуры.

Еще одна задача, которая стоит перед конструкторами, — сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на большом ходу становился более упругим и информативным. Попытку решить этот вопрос обходным маневром предприняла недавно фирма Peugeot — некоторые версии модели 406 снабжались гидроусилителями, производительность насоса которых не увеличивалась с ростом оборотов мотора, а падала. Но что делать, если едешь на пятой передаче с малыми оборотами, а паркуешься, наоборот, подгазовывая? Словом, идея, похоже, себя не оправдала.

Но несколько лет назад, наконец, появились серийные гидроусилители с электронной регулировкой работы распределителя в зависимости от скорости.
В американской системе Magnasteer производства фирмы Delphi Saginaw, которой снабжены некоторые автомобили концерна General Motors (Chevrolet Corvette, многие модели Cadillac), с помощью электромагнитного устройства изменяется жесткость торсиона следящего устройства (см. АР № 3, 1997).

А в немецких гидроусилителях ZF Servotronic, которые стоят на машинах Audi A6 и A8, BMW 5-й и 7-й серий и всех моделях Jaguar, на помощь золотнику приходит электрогидравлический модулятор давления — с ростом скорости по сигналу от управляющего блока он ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя сходит на нет.

Существует еще один вариант решения — приводить насос гидроусилителя не от коленчатого вала двигателя, а от электромотора. Тогда, с помощью электроники изменяя частоту вращения электропривода, можно варьировать производительность насоса как угодно. Такая схема применяется в гидроусилителях автомобилей Mercedes-Benz А-класса. Правда, заманчивая идея на прямой вообще отключать насос, чтобы экономить топливо (на привод гидронасоса уходит несколько лошадиных сил), на практике неосуществима — при резком отклонении баранки давление не успеет возрасти так быстро, и руль может «закусить».
Впрочем, выход уже найден.

Это электроусилители, в которых не осталось никакой гидравлики! На торсионе следящего устройства стоит датчик, и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Электроусилитель ZF Servolectric в зависимости от полной массы и компоновки автомобиля может встраиваться в различные звенья рулевого управления.
1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления;
3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом;
6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка

Преимущества электроусилителя налицо. Он проще и дешевле в производстве и монтаже — никаких шлангов, шкивов, ремней, насосов и прецизионной гидравлики. Его можно разместить в любом месте рулевого привода — в начале или в конце вала или непосредственно на рейке. Он позволит легко настроить реактивное действие на руле, «завязать» его с другими электронными системами. И экономить топливо, совсем отключая электромотор на большой скорости. Правда, при работе электроусилитель потребляет довольно большой ток — десятки ампер. Но зато не отнимается мощность на привод гидронасоса.
Пока нам удалось прокатиться только на одном автомобиле с электроусилителем — это был гибридомобиль Toyota Prius. И нам понравилось! А судя по тому, что электроусилители разработали все без исключения поставщики рулевых приводов, гидравлика скоро окончательно отправится на покой — во всяком случае, на легковых автомобилях.

А нельзя ли изменять еще и передаточное отношение? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления добра не приносит, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол.
Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение.

А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX — кстати, в сочетании с электроусилителем.

Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах.
Фирма Honda продемонстрировала и другой подход. Осенью прошлого года (см. АР № 23, 1997) журналисты поездили на машине, оснащенной новым рулевым приводом с переменным передаточным отношением. Представьте себе две рейки, установленные коаксиально одна внутри другой и связанные через червячный привод с электромотором. Одна рейка, как обычно, вращается шестерней рулевого вала, а другая связана с рулевыми тягами.
По сигналу от управляющего блока электродвигатель подает ведомую рейку вправо или влево от ведущей — и колеса поворачиваются на больший угол.

* * *
Раньше было так: по тому, сколь распространены на автомобилях гидроусилители, можно было смело судить об уровне жизни в стране. Самый высокий — в Америке и Японии, пониже — в Германии и Франции. Ну, а о нас и вообще говорить нечего — гидроусилителей не было даже на УАЗах и ГАЗ-52.
Но посмотрите кругом: усилители руля все меньше воспринимаются как признак роскоши и все чаще — как обязательное средство облегчения работы водителя и повышения активной безопасности. А новые конструкции, будем надеяться, не допустят нехватки столь желанного в поворотах реактивного действия и не заставят жалеть о заплаченных за усилитель деньгах.