Рульова рейка

Назва рульового механізму "рульова рейка" походить від назви механізм "шестерня - рейка". Механізм цього типу найчастіше застосовується при конструюванні сучасних передньопривідних автомобілів.

Історія впровадження рульової рейки

Існує помилкова думка, що рульова рейка – це найсучасніша конструкція рульового управління, проте це не зовсім так. На багатьох перших автомобілях кінця 19 століття використовувалася саме така конструкція, на початку 20 століття "шестерня-рейка" використовувалася, наприклад, на деяких моделях BMW. Історично так склалося, що в 20 столітті звичайна рульова рейка на легковому транспорті поступилася місцем черв'ячним механізмів і інших більш складних конструкцій. Але, як відомо, все нове – добре забуте старе, в кінці 20го століття конструктори знову повернулися до використання рульової рейки, так як ця конструкція найкраще підходила для передньопривідних автомобілів з підвіскою Макферсона. Насправді ці три конструкторських рішення досить тісно пов'язані історично і покликані вирішити одну загальну мету - зробити автомобіль простіше і доступніше. Таке конструкторське рішення виявилося досить вдалим, і управління колесами на основі рейкової передачі на сьогоднішній день отримало найширше розповсюдження в легкових автомобілях. Яку роль у цій задачі відіграє рульова рейка, як вона влаштована і як працює стає зрозуміло після ознайомлення з її конструкцією.

Пристрій рульової рейки

Рейка пов'язана з керованими колесам за допомогою рульових тяг і наконечників і представляє з себе зубчасту передачу. Шестерня, закріплена на рульовому валу, входить в зачеплення із зубцями на рейці. При повороті керма навколо своєї осі шестерня рульового валу переміщує рейку у відповідну обертанню бік. У свою чергу рейка через шарніри і тяги повертає керовані колеса.

В даний час більшість кермових рейок має механізми, що полегшують обертання рульового колеса, особливо в ті моменти, коли автомобіль стоїть на місці. Одним з найбільш розповсюджених пристроїв є гідропідсилювач. До звичайної рейці додається виконавчий механізм з розподільником і насос. Насос, що приводиться ременем від колінчастого вала, засмоктує з розширювального бачка ГУРа гідравлічну рідину і подає її під високим тиском в 50-100 атм золотниковий розподільник. Принцип дії розподільника полягає у відстеженні прикладеного зусилля до керма і при його появі - допомагати водієві обертати кермо. Основа розподільника - слідкуючий пристрій – торсіон, в рульовому валу. Коли кермо знаходиться в спокої, торсіон не закручений, дозуючі канали розподільника закриті, а масло без всякого зусилля йде назад в розширювальний бачок. Коли водій починає обертати кермо, торсіон закручується тим сильніше, чим більше зусилля до обертання керма додає водій. У свою чергу закручений торсіон з допомогою золотника і системи каналів направляє рідина у виконавчий пристрій. Залежно від того, в який бік закручений торсіон, тиск подається або за поршень виконавчого пристрою, або до нього. Поршень жорстко закріплений на рейці і з допомогою цього тиску масла допомагає обертати колеса в потрібну сторону. Також в системі передбачений запобіжний клапан. Якщо колеса повернені до упору, він відкривається і скидає зайве тиск назад у бачок.

Таким чином досягається суттєве полегшення обертання керма і послаблюється передача ударів від коліс на бублик.

До недоліків прийнято відносити втрату чутливості та інформативності рульового управління, брак реактивного зусилля на кермі, яке досвідченим водіям і професійним гонщикам допомагає відчувати машину і проходити повороти на максимально можливій швидкості. Але насправді систему можна налаштувати практично під будь-які вимоги, просто абсолютній більшості споживачів набагато важливіше комфорт і безпека. Ці слова підтверджують деякі моделі BMW 3-серії, де налаштування рульового управління здатна задовольнити навіть найвищі вимоги гонщиків і не дати приводу журналістам в черговий раз дорікнути конструкторів в низькій інформативності рульового управління.

Система гідропідсилювача в цілому досить надійна, обслуговування зазвичай зводиться лише до регламентної заміні приводного ременя і контролю рівня робочої гідравлічної рідини в бачку (зазвичай Dexron, ATF). Незважаючи на високу надійність, ущільнювачі (сальники) рульової рейки нерідко втрачають герметичність, і через них починається витік робочої рідини ГУР. Найчастіше причиною служить забруднення і корозія рейки з-за розриву пиляків і зносу сальників.

Рульова рейка з електрогідравлічним підсилювачем керма (ЭГУР)

Електрогідравлічні системи рульового управління з підсилювачем, іноді звані «гібридними» системами, що використовують таку ж гідравлічну технологію як і в стандартній системі ГУР. Відмінність в тому, що насос, який створює тиск рідини, що приводиться в рух не ременем від двигуна автомобіля, а окремим електродвигуном.

Перші експерименти по створенню схожих систем проводила корпорація Форд в 1965 році. Перший серійний автомобіль з ЭГУР – Toyota MR2. У ньому через нетрадиційного розташування мотора (за спиною водія), конструктори замінили дуже довгі шланги ГУР звичайними проводами, які повинні були проходити майже через всю машину.

Пізніше ЭГУР використовували на деяких своїх моделях більшість автовиробників, з його допомогою легко забезпечити залежність інтенсивності від швидкості руху автомобіля. Чим більше швидкість, тим менший тиск створює електронасос, тим самим підвищується чутливість рульового управління і досягається економічність.

Рульова рейка з електропідсилювачем (ЭУР)

Електропідсилювач керма в даний час набирає популярність серед автомобілів практично будь-якого класу. Пристрій електричного підсилювача залежить від його моделі і виробника, але основний принцип полягає в дооснащенні звичайного механізму рульової рейки електричним двигуном і особливою системою управління цим двигуном. Найчастіше двигун розташовують на рульовому валу, а на важких автомобілях двигун може бути розташований і на рейці. Ніякої гідравліки немає. На скручивающемся торсіонних слідкуючого пристрою (той же принцип роботи, що й на рейці з ГУР) варто електронний датчик, і по його сигналу блок управління подає струм потрібної величини на електромотор. Величина зусилля коригується блоком управління на підставі свідчення різних датчиків (датчик швидкості, прискорення, кута повороту коліс і т. д.)

Достоїнства і недоліки рульової рейки

Переваги рейкового рульового механізму.

  • Простота і компактність конструкції,
  • Механізм з невеликою кількістю тяг і шарнірів не вимагає частого обслуговування,
  • Невелика вага,
  • Хороша точність управління за рахунок високої жорсткості і малих люфтів,
  • Хороший самоповернення керма в нейтральне положення,
  • Невелика вартість,

 

Недоліки рейкового рульового механізму.

  • Конструкція добре передає удари від дорожніх нерівностей на кермо,
  • Конструктивна схильність до прояву стукотів в рейці,
  • Часто вимагає підтяжки або ремонту на відносно невеликих пробігах,
  • Конструкція механічно обмежена застосуванням в основному на легких автомобілях із незалежною підвіскою керованих коліс.

 

Недоліком можна вважати ймовірність виникнення збоїв у програмах управління, що теоретично може призводити до раптової ривка керма в якусь сторону. Правда, з подібною проблемою за всю світову історію використання электроусилителей, судячи за згадками в пресі, тільки користувачі стикалися продукції ВАЗ.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read