Первым автомобилем с гидравлическим усилителем рулевого управления стал FiaT 519. С 1951 г. компания Крайслер, освоив производство гидравлических усилителей, до настоящего времени оснащает ими свои автомобили. Первоначально конструкции рулевого управления с гидравлическим усилителем были несовершенны и имели ряд недостатков. Например, усилие при управлении автомобилем уменьшалось настолько, что у водителя терялось ощущение управления.
С использованием шин большого размера увеличивается масса подвески, поэтому на этих автомобилях применяют усилители рулевого управления.
Основное требование к гидравлическим усилителям рулевого управления — маневрирование должно быть легким при малых скоростях и более ощутимым при движении с большей скоростью.
У большинства гидравлических усилителей рулевого управления автомобилей зарубежного производства вне зависимости от скорости движения автомобиля коэффициент усиления гидропривода остается постоянным. Однако все большее число поступающих на рынок автомобилей сегодня оснащается системами с переменным коэффициентом усилия, т. е. степень усилия изменяется в зависимости от угла поворота и скорости движения автомобиля. Это обеспечивает точную и быструю реакцию при движении автомобиля на поворотах и требуемое усилие при маневрировании автомобиля с малой скоростью.
Одним из путей решения этой проблемы является применение рейки рулевого механизма с переменным отношением зубчатого зацепления. Для этого по длине рейки изменяется шаг и диаметр делительной окружности зубьев, а на зубчатом колесе шаг зубьев остается постоянным. Когда колеса автомобиля установлены для движения в прямом направлении, передаточное число рулевого механизма равно единице и коэффициент усилия имеет наименьшее значение, но по мере приближения рулевого колеса к крайнему положению передаточное число возрастает и усилие, необходимое для поворачивания колес, уменьшается.
При такой конструкции рулевого управления используется компьютер, в который поступает информация от спидометра автомобиля. Работа системы зависит не только от частоты вращения коленчатого вала, но и от скорости движения автомобиля. Микропроцессор анализирует поступающие от датчика сигналы и определяет требуемое значение коэффициента усилия на каждый момент времени, который устанавливается с помощью электрогидравлического преобразователя.
Механизм рулевого управления (рис. 2.7.1) состоит из рулевого колеса, рулевой колонки, реечной передачи, поперечных рулевых тяг и усилителя. Рулевое колесо крепится к рулевой колонке, которая передает усилие на механизм рулевого управления. Реечная передача передает момент соответственно повороту рулевого колеса вправо или влево. Поперечные рулевые тяги, соединенные с приводом реечной передачи, передают усилия на колеса. Механизм рулевого управления отличается легким ходом. Он не требует особого технического обслуживания, но следует своевременно проверять состояние уплотнительных манжет. Гидравлический усилитель рулевого управления состоит из масляного насоса, ресивера и трубопроводов. Масляный насос приводится в действие с помощью клиновидного ремня от шкива коленчатого вала двигателя. Насос всасывает масло из ресивера гидросистемы и гонит его под высоким давлением к золотнику клапана. Стержень золотника клапана рулевого механизма связан с рулевой колонкой и направляет масло в зависимости от направления поворота рулевого колеса в соответствующую часть рабочего цилиндра. Направленная золотником рабочая жидкость воздействует на поршень зубчатой рейки, и усилие передается на рулевое колесо. Одновременно поршень вытесняет масло с другой стороны рабочего цилиндра и подает его через сливную канавку клапана с вращающимся золотником и отводящий трубопровод обратно в резервуар.
Рис. 2.7.1. Детали механизма рулевого управления с гидравлическим усилителем (автомобиль с левым рулем): 1 - промежуточный вал; 2 - рулевая передача; 3 - насос; 4 - бачок с рабочей жидкостью; 5 - поперечная рулевая тяга; 6 - маятниковый рычаг
Рулевая колонка состоит из рулевого и промежуточного валов. Промежуточный вал соединен с рулевым валом и рулевым механизмом с помощью карданных шарниров. Рулевой вал является частью рулевой колонки. Рулевой и промежуточный валы имеют секции, которые разрушаются при столкновении автомобиля. Часть рулевой колонки имеет телескопическое соединение, которое предназначено для регулировки положения рулевого колеса.
Рулевой механизм установлен на переднем подрамнике и соединен с поворотными кулаками с помощью рулевых тяг, имеющих шарнирные соединения.
Поворотные кулаки соединены с тягами сзади (по ходу движения автомобиля) поворотного кулака. Наконечники рулевых тяг имеют резьбовое соединение для обеспечения регулировки схода передних колес.
Антиблокировочная тормозная система, система TCS, система электронной блокировки дифференциала и система электронной стабилизации движения
Современные автомобили оснащаются антиблокировочной тормозной системой (АБС). Кроме того на автомобилях устанавливается система электронной стабилизации движения (ESP).
Система управления тяговым усилием (TCS) предназначена для предотвращения пробуксовки передних колес при разгоне автомобиля путем уменьшения передаваемого крутящего момента. Она автоматически включается при пуске двигателя. Управляющие сигналы в систему TCS о вращении передних колес автомобиля поступают от датчиков АБС.
Система ESP расширяет возможности АБС, TCS и системы электронной блокировки дифференциалов, предотвращая проскальзывание колес. Система ESP получает управляющие сигналы от высокочувствительных датчиков, которые снимают информацию о скорости автомобиля, скорости его бокового смещения, давлении в тормозной системе и угле поворота передних колес. Если, например, появляется опасность бокового скольжения передних колес, переднее наружное колесо притормаживается для предотвращения заноса. При заносе задних колес притормаживается заднее внутреннее колесо. Угол поворота передних колес показывает датчик, установленный в верхней части рулевой колонки.
Системы TCS и ESP должны быть включены при движении по снегу или скользкой дороге.
На некоторых автомобилях устанавливается система электронной блокировки дифференциалов (EDL), предназначенная для выравнивания крутящих моментов на передних колесах. Если разность частот вращения передних колес превышает 100 мин-1, колесо с большей частотой вращения притормаживается. Система EDL отличается от обычного блокиратора дифференциала, который блокирует зубчатые колеса дифференциала. Она использует тормозную систему передних колес при перегреве тормозных дисков и включается только после остывания тормозных дисков. Являясь частью системы TCS, система EDL использует информацию колесных датчиков.