Bosch Extra
view counter

Высокая маневренность в любых дорожных условиях – это реально!

Рулевое управление, как показывает время, оказалось изначально одной из самых несовершенных систем автомобиля. Начиная с «самобеглой повозки» Карла Бенца и до настоящего времени сложный комплекс технических и геометрических проблем, связанный с управлением поворотами колес, постоянно изучается, анализируется, совершенствуется, но завершения этой работы не предвидится. Причем, если другие системы автомобиля изменяются, сохраняя принципы, заложенные в ранних конструкциях, то в рулевом управлении меняются базовые концепции.

Хронологические штрихи

В 1817 г. Г. Ланкеншпергер получил патент на систему рулевого управления (в дальнейшем РУ) с поворотными кулаками для конных экипажей. Это прогрессивное изобретение почти не было использовано современниками, даже в автомобиле Benz 1885 г. конструкция управления отставала от патента 1817 г. В Benz водитель управлял поворотом колес с помощью рычага (румпеля), такой принцип управления сегодня можно увидеть в моторных лодках. Основным недостатком конструкции было то, что внутреннее колесо машины не двигалось по меньшему радиусу относительно наружного колеса. На колеса во время поворотов действовали значительные нагрузки, возникало проскальзывание управляемых колес. Но скорости автомобилей увеличивались, и участились случаи потери управления водителем при выполнении маневров, каждый новый поворот на скорости становился рискованным.

Но, наконец, Карл Бенц в 1893 г., уже соединив изобретение Ланкеншпергера с конструкцией своего автомобиля, предложил революционную по тем временам конструкцию «рулевой трапеции», которая обеспечивала поворот колес на разные углы, внутреннее поворачивалось круче по отношению к центру поворота, чем наружное. Важным следствием этого изобретения стало использование передних и задних колес одного диаметра, прежде передние были меньше задних.

В 1898 г. А. Кребс предложил устанавливать рулевую колонку под углом, и эта форма и принцип расположения рулевого управления стали эталоном для автопроизводителей на долгие годы. Однако, несмотря на то что автомобиль с рулевой трапецией получил неплохую маневренность, а также заметно снизился износ шин, постоянно растущие скорости движения диктовали необходимость перемен в механизме РУ. Постоянно ведущиеся исследования показали, что возможности маневрирования возрастают, если при повороте внутреннее колесо отклоняется на определенный угол относительно вертикальной оси внутрь, а колесо, движущееся по наружному радиусу, отклоняется наружу.

Усилители РУ – необходимость?

Требования к современному рулевому управлению, выдвигаемые автостроителями, разносторонни. Это и необходимость в том, чтобы даже на незначительный поворот рулевого колеса автомобиль адекватно реагировал, выполняя маневр. В функции РУ также входит демпфирование тех импульсов, которые передаются от дороги на корпус машины во время движения, причем гашение РУ колебаний не должно отражаться на качестве управления. А кроме того, возникла необходимость согласовать возможности управления со скоростью вождения. В начале ХХ века водителю требовалась хорошая физподготовка, поскольку не оснащенным дополнительными устройствами рулевым механизмом управлять было достаточно тяжело.

Схема гидроусилителя рулевого управления автомобиля ГУР
Схема гидроусилителя рулевого управления
автомобиля ГУР

Можно было, конечно, сделать вращение рулевого колеса более легким, но тогда существенно возрастает количество оборотов, необходимых для совершения того или иного действия колес. Для соединения повышенного передаточного числа и сохранения легкости управления был изобретен рулевой усилитель (power-assisted steering). Но для того, чтобы добиться вращения рулевого колеса «одним пальцем», конструкторам пришлось еще много потрудиться.

В 30-х гг. ХХ века появились первые усилители рулевого механизма, их применяли на тяжелой технике. В первых конструкциях была сделана ставка на пневматику. В пневмоусилители воздух поступал из компрессора, «питающего» пневмотормоза. В других случаях использовалось разряжение во впускном коллекторе. Но пневмоусилители срабатывали зачастую с запаздыванием. Это происходило из-за свойства воздуха легко сжиматься. В РУ возникали вредные колебательные процессы, и поэтому довольно быстро от воздуха отказались, появились гидроусилители.

Первый гидроусилитель был запатентован в 1925 г. Ф. Дейвисом. Устройство быстро завоевывало популярность. В результате сегодня весь грузовой транспорт и большая часть легковых автомобилей оснащаются усилителями РУ.

Но в первых ГУР давление в гидросистеме зависело от оборотов главного двигателя. Получалось, что на малых оборотах усилители практически не работали, а на больших водитель переставал чувствовать происходящее с передними колесами. Сегодня в системах ГУР используются специальные насосы, обеспечивающие давление гидрожидкости в системе пропорционально количеству оборотов двигателя. Таким образом, применяемые сегодня ГУР с переменным усилием менее эффективно действуют при повышенных оборотах и добросовестно «помогают» водителю на средних и малых.

Есть усилители, реагирующие на скорость движения автомобиля. Такие системы применяются в автомобилях, имеющих электронные системы управления двигателем. В конструкцию ГУР вводится электрогидравлический модулятор давления, который получает из блока управления двигателем «сигналы» об изменениях скорости. В зависимости от скорости эффективность усиления меняется очень оперативно и гибко.

Надо, однако, заметить, что в ГУР имеются два основных недостатка: во-первых, их использование снижает мощность двигателя автомобиля, а во-вторых, повышает расход топлива. Поэтому в последнее десятилетие ХХ века появились электрогидроусилители. В отличие от ГУР гидронасос системы усиления в ЭУР приводится в действие не от главного привода, а от автономного э/двигателя, прямо связанного с блоком управления двигателем.

Электрический тип привода усилителя рулевого управления становится с каждым годом все более популярным. Это и понятно: топливо заметно экономится, ведь усилитель включается только в случае, когда водитель совершает движения рулевым колесом. В обслуживании ЭУР значительно более неприхотливы, чем ГУР, хотя надежность ЭУР гораздо выше. Кроме того, настраивается электрогидроусилитель также проще, чем ГУР. И еще одним, очень важным, преимуществом является то, что использование ЭУР открывает большие возможности для различных компоновок. Электродвигатель может создавать усилие на валу рулевого колеса, передавать усилие на вал шестерни рейки либо на саму рейку, вариантов много.

Рулевой привод с усилителем ZF Servolectric производства ZF Lenksysteme GmbH. Используется в моделях VW Passat, Audi, Seat, Skoda и многих других

Рулевой привод с усилителем ZF Servolectric
производства ZF Lenksysteme GmbH. Используется
в моделях VW Passat, Audi, Seat, Skoda и многих других

Кто задает «тон» в отрасли?

Сегодня усилители РУ производятся по всему миру, их выпускают предприятия и в Китае, и в Индии, и в Южной Америке. Но наиболее качественные рулевые усилители изготавливают в Европе, Японии и США.

Немецкая компания Bosch производит ЭГУР и ЭУР, обеспечивающие водителю высокоточное и легкое, а главное, безопасное управление автомобилем.

Одно из последних достижений специалистов компании в области систем РУ – инновационное устройство PowerPack, позволяющее соединить электродвигатель и блок управления. Соединение важнейших отдельных элементов, ранее являвшихся самостоятельными деталями, в компактный узел позволяет компактный PowerPack устанавливать там, где это наиболее удобно конструкционно: либо на рулевой колонке, либо в салоне автомобиля, или даже непосредственно на рулевой рейке, в моторном отсеке. В результате значительно выросла надежность работы ЭУР, существенно снизилась масса устройства.

Сегодня Bosch, соединяя функции ЭУР с возможностями систем Parking Space Measurement (PSM) и Park Assistant (SPA), разработанных в компании, предлагает полностью автоматизировать выполнение маневров при парковке. Причем, если еще недавно такие возможности были доступны только для автомобилей класса люкс, то сегодня разработки Bosch делают возможным использование автоматического паркования среди владельцев автомобилей среднего класса и даже класса компакт, по европейской классификации.

Более 90 лет компания ZF производит запчасти и оборудование для транспортных средств. Первые поставки в Россию компанией были сделаны еще в 1990 г. Сегодня ZF располагает тремя крупными подразделениями в нашей стране. Одно из них – ZF Кама, с 2005 г. предприятие производит КП для грузовиков КамАЗ.

ZF реализует в России для грузовых машин гидравлические усилители на механизме винт-гайка с циркулирующими шариками, гидравлические сервоприводы с реечным рулевым механизмом. Для систем РУ легковых автомобилей компания производит линейку продуктов под торговой маркой ZF Parts. Это рулевые рейки и насосы гидроусилителя рулевого управления. Выпуск данной серии стал результатом многолетней работы совместного предприятия Lenksysteme, в которой по 50% имеют ZF и Bosch. Зубчатые гидролинейки ZF позволяют очень точно выполнять маневры, быстро парковаться, выезжать из мест, ограниченных стенами, совершать разворот по минимальному радиусу.

рулевое управление

Компактные, легкие, высокоэффективные насосы для электрогидравлических систем усиления, разработанные ZF, включают и пластинчатые, и сдвоенные, и специальные варианты конструкций насосов.

В дополнение к этим компонентам компания предлагает прибор ZF Servotronic 2. Устройство, первое поколение которого было разработано еще в 1989 г., при помощи микропроцессора анализирует сигнал, поступающий из системы ABS или э/спидометра, и регулирует объем потока и в конечном итоге момент усилия рулевого колеса. Использование ZF Servotronic 2 приносит экономию топлива до 0,4 л на 100 км, поскольку обеспечивает именно ту производительность насоса ГУР, которая необходима для работы ГУР в данный момент.

Американская компания Nexteer Automotive, считающая 1906 г. годом своего рождения, была приобретена в 2010 г. китайской компанией Pacific Century Motors. Сегодня Nexteer является крупнейшим производителем систем рулевого управления и деталей трансмиссии.

Первый ГУР запущен был компанией в производство в 1951 г., за прошедшие годы было выпущено более 100 млн устройств, работающих по всему миру. Усилители РУ Nexteer считаются одними из наиболее качественных в мире. Специалисты Nexteer разработали такие системы, как Magnasteer, Rack & Pinion (R & P), получившие общемировую признательность и использующиеся многими современными производителями систем усиления. Недавно компания анонсировала новейшую технологию, которую специалисты характеризуют как гибридный электрогидравлический усилитель РУ. Планируется, что инновационная разработка Nexteer начнет серийно производиться уже c 2015 г.

Электронный блок управления ECU

Электронный блок управления ECU

Компания TRW Automotive Holdings Corp., история которой началась в США в 1901 г., относится к мировым лидерам в области производства автомобильных систем активной и пассивной безопасности. О качестве усилителей компании говорит тот факт, что на детали РУ, предназначенные для стран ЕС, предоставляется гарантия два года без учета пробега.

Надо, однако, заметить, что в России, из-за отсутствия, по мнению специалистов TRW, необходимого уровня техобслуживания и «сложных» условий эксплуатации, гарантийный срок сокращен и каждая рекламация рассматривается индивидуально. Хотя надо признать, что поломки усилителей TRW редки. По данным компании, за прошедший год на 1 млн выпущенных изделий было выявлено с различными дефектами не более 5 единиц.

Реечное РУ по-прежнему является самым популярным на авторынке. ГУР TRW являются функциональными, высоконадежными и при этом дешевыми. Разработанные модели могут улучшаться включением в них устройств Dymond или Sensotronic, а также использованием рейки рулевого механизма с переменным передаточным отношением зубчатого зацепления. Инновации повышают производительность и удобство РУ.

Компания не только приобрела за годы работы огромный опыт в производстве гидравлических систем усиления РУ, но стала пионером в развитии ЭУР. Устройство ЭУР, встроенное в рулевую колонку, первоначально было разработано для небольших автомобилей. Сегодня, однако, эти модели усилителей являются модульными, линейка моделей обеспечивает усилие от 4 до 10 кН.

Производство ЭУР на одном из предприятий Nexteer Automotive

Производство ЭУР на одном из предприятий
Nexteer Automotive

ЭУР с зубчатым ременным приводом, установленным непосредственно на рулевой рейке, является наиболее производительной системой, представляющей собой единый блок, в который входит ременная передача, объединенная с бесщеточным э/двигателем, шарнирным соединением, роликовым подшипником. Такая конструкция гарантирует минимальное время «отклика» системы усиления, уменьшает силы инерции и трения, позволяет водителю лучше чувствовать связь с дорожным покрытием через реакции рулевого управления.

По заключению TRW, их ЭУР потребляет только 10% той энергии, которая требуется для работы ГУР. За счет того, что энергия двигателя автомобиля не используется, это сокращает расход на 0,33 л на 100 км, а выбросы СО снижаются на 8 г/км по сравнению с эксплуатацией ГУР.

Кроме ЭУР, компания TRW разработала электрогидравлические усилители (EPHS). По сравнению с традиционными ГУР такие усилители TRW экономят владельцу также до 0,3 л топлива на 100 км и сокращают вредные выбросы CO в атмосферу на 7 г/км. В EPHS объединены тормозной насос и э/мотор MPU. Э/мотор соединен, в свою очередь, с традиционной рулевой рейкой, используемой в механизме усиления РУ. Усилитель работает независимо от двигателя и идеально подходит, как показывает практика, для работы на гибридных автомобилях.

TRW разработала несколько вариантов EPHS, отличающихся мощностью. Так, есть модель GenB, предназначенная для автомобилей класса компакт и среднего класса, по европейской классификации. Усилитель GenC, с максимальным усилием до 18 кН, создавался для применения в более крупных автомобилях: грузовиках, внедорожниках, микроавтобусах.

К числу крупнейших в мире производителей компонентов РУ относятся также японская компания JTEKT Corporation, до 2006 г. именовавшаяся KOYO Seiko Co. Ltd., и южнокорейский холдинг Mando Corporation plans.

Усилитель ZF Servolectric производство ZF Lenksysteme

Усилитель ZF Servolectric производство ZF Lenksysteme

Компания KOYO Seiko Co, основанная в 1921 г., в 1983 г. начала первой в мире выпуск ГУР с электронным управлением. Специализируется на данной продукции JTEKT Corporation и сегодня. Компания располагает производственными мощностями, кроме Японии, в США, Нидерландах, Франции.

Холдинг Mando Corporation plans, образованный в 1962 г., занимает второе место, после компании Hyundai Mobis Co., среди производителей автозапчастей у себя на родине. Кстати, ЭУРУ именно этой компании с 2008 г. устанавливаются на наши Lada Kalina и Granta.

Продукция корейского производителя конкурирует с продукцией сразу нескольких отечественных производителей. Прежде всего, это предприятие «Рулевые системы», находящееся в Тольятти. Завод с 2001 г. производит ГУР, в основном из комплектующих ZF Lenksysteme GmbH, а также использует некоторые детали российского и французского производства. Продукция «Рулевых систем» предназначена для комплектации автомобилей АвтоВАЗ и ДжиЭм-АвтоВАЗ. Предприятие поставляет механизмы РУ со встроенным ГУР типа винт-шариковая гайка и рейка-шестерня, а также комплектующие ГУР: распределители, детали зубчатых зацеплений к механизмам, насосы.

Первоначально на модель Kalina устанавливались рулевые усилители махачкалинского завода «Авиаагрегат». Предприятие совместно с Новочеркасским политехническим институтом разработало ЭУРУ, за который на российской выставке-автосалоне «Автоформула-2001» «Авиаагрегат» получил диплом участника. Однако около половины ставившихся на Kalina махачкалинских электроусилителей либо вообще отказывались функционировать, либо работали со значительными отклонениями от нормы. Наиболее уязвимым элементом в конструкции ЭУРУ оказывался клинивший редуктор.

Поэтому при выпуске Priora АвтоВАЗ уже остановил свой выбор на безредукторном ЭУР, который производит завод «Автоэлектроника» из Калуги. Предприятие создано в 1990 г., оснащено современным отечественным и импортным оборудованием, имеет испытательную лабораторию. Сегодня калужское предприятие производит четыре модификации ЭУР, предназначенные для установки на модели Kalina, Priora, Granta.

Рулевое управление с усилителем EPHS компании TRW

Рулевое управление с усилителем EPHS компании TRW

Безусловно, продукция «Автоэлектроники» показала себя с более привлекательной стороны, чем ЭУРУ «Авиаагрегата».

Нельзя сказать, что проблем при эксплуатации не возникало. Сбои в работе ЭУР были, так же, впрочем, как и при использовании в ВАЗах ЭУР прославленной Mando. Однако постепенно, путем устранения явных и скрытых «слабых звеньев», узел рулевого усиления на современных моделях АвтоВАЗ стал работать вполне удовлетворительно.

Еще один перспективный отечественный производитель, группа компаний АВЭМ и «Авиаагрегат-Н» из Новочеркасска, также освоил выпуск ЭУРУ. Предприятие образовалось в 1999 г. и за прошедшие годы выросло в многопрофильную преуспевающую компанию. Основная продукция предприятия – электроусилитель РУ. Он конструктивно выполнен на основе трехфазного реактивного индукционного двигателя (РИД, международное название SRM). Преимуществами усилителя с РИД являются очень высокая надежность при простоте конструкции, минимальные потери мощности в роторе.

Система рулевого управления с усилителем, производимая АВЭМ и «Авиаагрегатом-Н», обеспечивает плавное снижение компенсирующего момента по мере разгона автомобиля. Максимальный компенсирующий момент, развиваемый усилителем, – 35 Нм при максимальном токе потребления менее 15 А. Новочеркасский ЭУРУ с РИД успешно сегодня эксплуатируется на таких моделях, как Kalina, Bogdan, Niva.

Перспективы отрасли

По всей видимости, системы РУ в дальнейшем будут еще шире интегрироваться с другими электронными системами автомобиля. Например, уже сегодня Nexteer предлагает опционно добавлять в функции системы EPS задачи защиты транспортного средства от угона. Преимущества такого решения заключаются в сокращении количества компонентов системы и повышении надежности. Безусловно, и в дальнейшем создатели систем усиления РУ будут стремиться к их миниатюризации, сокращению количества различных соединений и контактов, что также повышает надежность работы устройства в целом.

Следует ожидать, что еще активнее будут развиваться методы активной безопасности вождения с участием систем РУ. Целью может быть, например, удерживание автомобиля в границах выбранной полосы движения (lane pull compensation) путем корректировки направления движения с помощью крутящего момента, действующего на передние и / или задние колеса автомобиля, независимо от действий водителя.

Другим примером может быть разрабатываемая сегодня система, согласующая работу тормозной системы и РУ с учетом различных условий сцепляемости с поверхностью дороги. По оценкам разработчиков, согласованные действия тормозов и рулевого управления обеспечат более короткий (до 10%) тормозной путь по сравнению с традиционной системой торможения.

Внедрение систем рулевого управления, осуществляемого без механической связи рулевого колеса с ведущими колесами (Steer-by-Wire), сдерживалось в Европе законодательными ограничениями. В настоящее время принятие ряда поправок ЕЭК ООН и UNECE открывает новые возможности по проектированию систем управления «по проводам». Сегодня уже есть действующие модели машин, в которых рулевое колесо заменено компьютерным джойстиком, поэтому, возможно, недалек тот час, когда традиционные ныне автомобильные «баранки» будут забыты, как когда-то отказались от «румпельного» управления.

23.02.2014 в 12:10 0
Посмотрите похожие материалы:
Подписаться на новостную рассылку
x
Вход на сайт
x
Регистрация
Информация об учетной записи
Существующий адрес электронной почты. Все почтовые сообщения с сайта будут отсылаться на этот адрес. Адрес электронной почты не будет публиковаться и будет использован только по вашему желанию: для восстановления пароля или для получения новостей и уведомлений по электронной почте.
Укажите пароль для новой учетной записи в обоих полях.
User Roles
Юридическая информация
x
Новостная рассылка

С нами уже 754 профессионалов

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Введите символы с картинки