Устройство и виды рулевого управления автомобиля

Каким бы красивым и мощным ни был автомобиль, без этого механизма на нем невозможно было бы безопасно передвигаться. Рулевое управление позволяет транспортному средству маневрировать на поворотах.

Ни одно средство передвижения не лишено данного устройства. В одних случаях оно имеет примитивную конструкцию, в других – достаточно сложную, чтобы ремонт могли выполнить только специалисты.

Даже в автомобилях система рулевого управления тоже имеет несколько модификаций. Рассмотрим, как устроен данный механизм, по какому принципу он работает, а также какие существуют требования для рулевого управления.

Что такое рулевое управление автомобилем

Система рулевого управления это совокупность деталей в одном механизме, цель которых – изменять угол положения передних колес автомобиля для поворота транспортного средства в процессе движения. Этот механизм позволяет менять направление авто в зависимости от желания водителя.

Управляется система благодаря повороту рулевого колеса. Чтобы облегчить задачу для водителя в крупногабаритном транспорте всегда устанавливается усилитель руля. Однако в последнее время подавляющее большинство легковых автомобилей также оснащаются разными модификациями усилителей.

Устройство рулевого управления

Стандартная система рулевого управления состоит из таких компонентов:

• Руля. Расположен в кабине (или салоне транспортного средства). Изменяя его положение, водитель меняет отклонение левого и правого колеса от первоначальной траектории. В современных автомобилях на нем располагаются некоторые функциональные кнопки (например, для управления мультимедийной системой или переключения отображаемых параметров на экране приборной панели).
• Рулевой колонки. Это одна из разновидностей карданной передачи. В данном механизме несколько валов соединены между собой шарнирами. Благодаря такой конструкции производители могут применить опцию изменения угла наклона колонки (для обеспечения большего комфорта, если машину водит не один человек, например, и муж, и жена). Рулевая колонка передает крутящий момент от руля к рулевому механизму. Наличие нескольких шарниров также служит в целях повышения безопасности при лобовом столкновении. Многосекционная колонка легче деформируется, что причиняет меньше вреда для водителя. На корпусе этого механизма устанавливаются подрулевые переключатели (основными являются переключатели света и режимов стеклоомывателя).
• Рулевой механизм. Состоит из рулевых тяг разной длины, которые принимают на себя усилия от рулевой колонки и передают его дальше на колеса. В данный механизм также входят наконечники и рычаги. В зависимости от модели автомобиля конструкция этой части тоже может отличаться.

Помимо основных элементов в рулевом управлении также могут присутствовать усилитель руля и амортизационная (демпферная) системы.

Устройство системы рулевого управления

На сегодняшний день существует множество модификаций рулевой системы автомобиля. Есть даже разработки, которые способны вмешиваться в действия водителя, корректируя маневры транспортного средства. Есть также разработки с автоматическим пилотированием, хотя полноценные автопилоты еще находятся на стадии концепции, да и законодательство пока не допускает на общественные дороги машины с автономным управлением.

Среди современных систем помощи водителю имеются удержание в полосе движения или контроль состояния водителя (например, когда он засыпает, руки плавно ослабляют хват рулевого колеса, на эту силу реагируют датчики и система перестраивает автомобиль на обочину).

В стандартное рулевое управление входят такие компоненты:

• Рулевое колесо;
• Рулевая колонка;
• Рулевой привод;
• Усилитель руля.

Вот некоторые особенности данных элементов.

Рулевое колесо (руль, баранка)

Эта простая деталь позволяет водителю выбирать траекторию движения автомобиля. Современные рулевые колеса имеют элементы управления, которые позволяют водителю активировать или переключать разные системы, не отвлекаясь от управления автомобилем.

Размер рулевого колеса имеет большое значение. Если в машине нет усилителя рулевого управления, тогда с маленьким диаметром рулевого колеса сложнее будет справиться. В этом случае можно установить модель с большим диаметром. Но с другой стороны большой руль также влияет на комфорт во время движения. При этом управление машины с маленьким рулем отличается особой остротой.

Во-первых, верхняя часть руля будет влиять на обзор или если водитель крупный, он будет упираться ему в ноги, что также отрицательно сказывается на безопасности вождения. Во-вторых, слишком маленький руль будет требовать больших усилий со стороны водителя, особенно при маневрах на большой скорости. Более того, нередко маленькие рулевые колеса закрывают сигналы, отображаемые на приборной панели.

В магазинах автозапчастей можно найти рули с разной формой (не только идеально круглые). Для повышения комфорта во время езды на рулевое колесо надевается оплетка. В более дорогих моделях автомобилей имеется система подогрева руля.

В данном видео обсуждаются рекомендации для начинающих водителей относительно правильного использования руля:

Как работать рулем - техника руления. Автоинструктор Сергей Маркитесов.

Рулевая колонка

Для передачи крутящего момента с рулевого колеса на рулевой механизм в каждом автомобиле имеется рулевая колонка. Под рулем на ней крепятся элементы управления – переключатели поворотов и дворников с разными дополнительными функциями. В спортивных автомобилях иногда встречаются подрулевые лепестки, которые позволяют водителю либо переключить передачу, либо имитируют это переключение, выводя трансмиссию на соответствующий режим.

В более ранних модификациях в рулевой колонке использовался прямой вал. В современных вариантах он разделен на несколько сегментов, которые соединены между собой карданной передачей. Это делается в целях безопасности – при лобовом столкновении рулевая колонка сложится, а не вонзится в грудную клетку водителя.

Благодаря такой конструкции многие автомобили последних поколений имеют регулируемую колонку. Это позволяет подстроить рулевое управление под физические данные разных водителей. В авто премиум-класса этот элемент оснащается автоматической регулировкой, которая нередко имеет память на нескольких водителей.

Для устранения вибраций, которые поступают от колес во время езды, в рулевой колонке устанавливается демпфер.

Рулевой механизм и рулевой привод

Рулевая колонка с одной стороны соединена с рулем, а с другой – с рулевым механизмом. Этот узел представлен набором тяг и шарниров, которые передают усилия на колеса. Водитель для поворота машины использует вращательную энергию, которая в рулевом механизме преобразуется в линейную.

Для этого используется передающая пара. В основном это шестерня-рейка или червяк-ролик. Но существуют также и другие модификации, которые имеют свое строение и принцип передачи усилий от руля к колесам. Об устройстве и принципе работы рулевой рейки читайте здесь.

Рулевой механизм выполняет две важные функции:

1. Обеспечивает поворот передних колес;
2. Возвращает колеса в исходное положение, как только усилия в рулевой колонке со стороны водителя ослабляются.

Весь рулевой механизм находится в корпусе (рулевая рейка). Узел устанавливается на передней части автомобиля (часто на передний подрамник, а в случае отсутствия рамы, то на ходовой части, на трансмиссии или даже на моторе). Стоит отметить, что чем ниже будет установлен этот механизм, тем эффективней будет работать управление машины.

В классическом исполнении рулевой механизм поворачивает передние колеса автомобиля. Однако в последнее время популярность снова набирают системы с подруливанием задними колесами, как например, у последней генерации Volkswagen Touareg. В таких системах на скорости до 40 км/ч. задние и передние колеса поворачиваются в противоположные стороны. Когда автомобиль движется со скоростью выше 40 км/ч., на вираже задние и передние колеса поворачиваются в одну и ту же сторону. Эта модификация значительно сокращает радиус разворота, а также повышает управляемость машины на поворотах.

Усилитель руля

Так как стандартный рулевой механизм для поворота колес (особенно в стоящем автомобиле) требует определенных усилий со стороны водителя, производители разработали разного рода усилители. Изначально гидравлические модификации применялись на грузовом транспорте. Постепенно такая система получила свое применение и в легковых автомобилях.

Необходимость в усилителе появилась не только ради увеличения комфорта. Дело в том, что при движении на большой скорости удерживать руль автомобиле на виражах становится трудной задачей, особенно в спортивном автомобиле. Усилитель рулевого механизма облегчает этот процесс. Также система получила положительные отклики у представительниц слабого пола.

Усилители работают по разным принципам. Самый распространенный – гидроусилитель. Немалую популярность также приобрели и электроусилители. Но существуют также комбинированные системы, которые задействуют функции обеих модификаций (ЭГУР). Дополнительно о разновидностях рулевых реек рассказано в отдельном обзоре.

Назначение рулевого управления

Рулевое управление чаще всего поворачивает передние колеса, однако встречаются и двухосный привод (в основном это крупногабаритная техника с четырьмя осями, две из которых поворачивают), а также модификации с задним приводом.

Ни один автомобиль не сможет обойтись без рулевого управления, так как в мире не существует прямой дороги. Даже если бы условно представить себе такую трассу, на ней все равно появлялись бы препятствия, которые нужно было бы объезжать. Без рулевого управления также невозможно было бы безопасно припарковать свое авто.

Если бы производитель не устанавливал бы в машины данную систему, их управляемость ничем не отличалась бы от маневренности железнодорожного состава. Хотя попытки создать машину, которой можно было бы управлять силой мысли, не прекращаются (на фото выше – одна из разработок компании GM).

Принцип работы рулевого управления

Принцип рулевого управления достаточно прост. Водитель поворачивает руль, усилия передаются на рулевую колонку. Далее они поступают на рулевой механизм. В классическом исполнении рейка приводит в движение рулевые тяги, соединенные с колесами при помощи системы шаровых наконечников.

Точность поворота колеса напрямую зависит от размеров руля. Также от этого параметра зависит усилие, которое нужно приложить, чтобы повернуть колеса. Во многих моделях установлены электрические или гидроусилители, которые дают возможность использовать в машине маленький руль.

Виды рулевого управления

Все системы рулевого управления делятся на три вида:

• Реечный механизм. Чаще всего используется в бюджетных автомобилях. Конструкция такого управления самая простая. В нем имеется рейка с зубцами. Она приводится в движение благодаря шестерне рулевой колонки. Такая схема обладает высокой эффективностью. Единственным недостатком такого механизма является чувствительность к ударам от некачественного дорожного покрытия.
• Червячный механизм. Такая модификация обеспечивает больший угол поворота колеса. Она менее чувствительна к ударным нагрузкам, однако стоит дороже, чем предыдущая, так как более сложна в изготовлении.
• Винтовой механизм. Является модификацией червячного аналога, только имеет повышенный КПД и увеличивает усилия, необходимые для маневра автомобиля.

Независимо от типа привода, работа данных механизмов может быть усилена такими устройствами:

• Гидроусилитель. Имеет самую простую конструкцию в данном перечне. Система компактная и дешевая в обслуживании. Такой модификацией оснащаются даже некоторые бюджетные модели авто последних поколений. Чтобы система исправно работала, необходимо постоянно контролировать уровень рабочей жидкости. Насос усилителя приводится в движение рабочим ДВС.
• Электроусилитель. Это одна из самых последних модификаций. Она не нуждается в сложном обслуживании, а также тонкой настройки. Обеспечивает максимальную отзывчивость рулевого управления. Как следует из названия, механизм усиливается работой электрического мотора.
• Электрогидравлический усилитель. Такая модификация работает по принципу ГУР. Единственное отличие заключается в том, что гидронасос работает от электричества, а не подсоединяется к приводу мотора, как в первом случае. Последние две разработки позволяют использовать меньше топлива по сравнению с первым типом, так как работа системы не связана с приводом двигателя.

В дополнение к разным усилителям автомобиль может быть оснащен системой активного динамического или адаптивного управления. Их отличия в следующем:

1. Регулирует передаточное число в зависимости от частоты вращения колес. Благодаря этому обеспечивается максимальная устойчивость автомобиля на скользкой дороге. Система не позволяет резко вывернуть руль, предотвращая от чрезмерной или недостаточной поворачиваемости.
2. Динамическая система работает по аналогичному принципу, только вместо планетарного привода используется электромотор.
3. Считается инновационной технологией, так как в таких рулевых механизмах нет физической связи между рулем и рулевым механизмом. Система управляется электронным блоком управления, который анализирует множество данных: от датчиков скорости вращения колес, силы поворота рулевого колеса и т.д.

В последнее время на некоторых моделях авто премиум-класса и спорткарах устанавливается особенная технология с поворотом не только передних, но и задних колес. Это увеличивает стабильность автомобиля при прохождении поворота на высокой скорости. Задние колеса поворачиваются в зависимости от скорости ТС.

Если машина едет максимум 40км/ч, то задняя ось поворачивается в противоположном направлении от передних колес (если спереди они смотрят вправо, то задние будут смотреть влево).

Когда скорость авто становится выше 40 км/ч, то при входе в поворот задние колеса будут поворачиваться в ту же сторону, что и передние. Это снижает риск образования заноса.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Рулевое управление любого транспортного средства должно соответствовать следующим требованиям:

• Обеспечивать достаточную маневренность ТС на любых скоростях. Водитель должен с легкостью задавать нужное направление автомобиля;
• Оно должно быть легким в использовании, чтобы даже уставший водитель мог безопасно добраться до места отдыха;
• При повороте колес рулевое управление должно обеспечить максимально чистое качение. На виражах колеса не должны скользить, чтобы автомобиль не терял своей стабильности. Для этого угол наклона и поворота колес должен быть четко выверен;
• Возвращать колеса обратно в прямолинейное направление (вдоль кузова), после того как водитель прекращает прилагать усилия для поворота;
• Гасить вибрации при движении по неровному дорожному покрытию;
• Обладать высокой отзывчивостью на любые команды водителя;
• Даже при выходе из строя усилителей, механизм должен все равно позволять водителю управлять машиной.

Еще одним параметром, который относится к категории требований для рулевого управления, является люфт руля. Больше о допустимых нормах люфта рассказывается в отдельной статье.

Особенности правостороннего и левостороннего рулевого управления

Ни для кого не является секретом, что закон некоторых стран предусматривает левостороннее движение по дороге. В этом случай рулевое колесо будет установлено с правой стороны авто, а водитель, естественно, будет сидеть там, где привычно в нашем регионе видеть переднего пассажира.

Разница такого рулевого управления заключается не только в расположении руля в салоне. Производитель адаптирует также и рулевой механизм в соответствии с подключением к редуктору. Но даже в таком случае автомобиль, предназначенный для эксплуатации на дорогах с левосторонним движением, можно переоборудовать под условия правостороннего. Для этого перед покупкой оригинального автомобиля следует выяснить, продаются ли соответствующие рулевые механизмы, позволяющие переоборудовать данный автомобиль.

На некоторых типах сельскохозяйственной техники используется гидравлическая система, которая позволяет устанавливать руль в любой части кабины. В этом случае связь между рулевым колесом и приводом рулевого механизма обеспечивается гидравликой, которая управляется насосом-дозатором.

В такой модификации отсутствует люфт (даже заводской), так как в ней нет редуктора с шестеренчатой, червячной или винтовой передачей. Конечно, в легковом транспорте такая система встречается крайне редко. Основное ее применение – крупная спецтехника.

Основные неисправности рулевого управления

К неисправностям рулевого управления относятся:

• Люфт рулевого колеса (от чего он возникает, читайте здесь);
• Стуки во время движения (возникают в результате ослабления крепежных болтов механизма рулевого управления);
• Износ шарниров рулевой тяги;
• Износ зубьев на передающей паре (на шестерне, рейке, червяке или ролике);
• Нарушение регулировки зацепления механизма;
• Неисправности в гидро- или электроусилителе (о неисправностях и возможных вариантах ремонта читайте в отдельной статье).

Чтобы устранить неисправности, требуется затянуть все крепежные болты, заменить износившиеся детали и отрегулировать механизм передающей пары. В большинстве случаев рулевое управление редко когда выходит из строя внезапно. Благодаря своевременному обслуживанию основные элементы прослужат достаточно долго (нередко даже дольше, чем срок, установленный производителем).

Вопросы и ответы:

Какие виды рулевого управления? Распространены три типа механизмов: реечный, червячный и винтовой. В бюджетных авто используется первый тип рулевого механизма. В любом из них может присутствовать усилитель.

Какое назначение рулевого управления? Обеспечивает движение авто в направлении, которое задает водитель. Механизм перемещает рулевые колеса в горизонтальной плоскости. С неисправным рулевым управлением ездить запрещено.

Каковы основные части рулевого управления? Оно состоит из: поперечной тяги, нижнего рычага, поворотной цапфы, верхнего рычага, продольной тяги, сошки рулевого привода, рулевой передачи, рулевого вала и рулевого колеса.