Рулевое управление и шрусы:

Точность управления автомобилем и передачи момента вращающимся колесам играют, без преувеличения, ключевую роль, как в движении транспортного средства, так и в восприятии этого движения, находящимися в салоне людьми. Именно поэтому технический прогресс в данных сферах особенно заметен – современные системы привода и рулевого управления очень сильно отличаются от тех, которые имели преимущественное использование в автомобилестроении даже семь-десять лет назад. О самых свежих новинках в этих областях мы и расскажем в нашем материале.

Конечно, рассматривая последние изменения, мы должны отдавать себе отчет в том, что ключевые принципы передачи воздействия остаются неизменными в виду неизменности физической парадигмы окружающего нас мира как таковой. Колеса, в конце концов, и крутятся, только потому, что они круглые колеса с осью, а не какой бы то ни было другой материальный объект (шар в проекции так же представляет собой окружность, как вы наверняка, знаете).

Соответственно и в приводе, и в рулевом управлении сохраняются базовые агрегатные принципы – шарниры равных угловых скоростей и валы в первом случае, электрическая и гидравлическая ретрансляция во втором. Но все что вокруг них и, зачастую, внутри – постоянно меняется. Вот об этих-то изменениях, последних года-двух, мы сейчас и расскажем.   

Экологические задачи

У будущего мобильности есть четкая цель. Чтобы решить актуальные климатические задачи, необходимо сократить выбросы. Поэтому компоненты, которые позволяют максимально снизить вес и занимаемое пространство, важны как никогда. Работая в этом направлении, компания GKN Automotive создала инновационные соединения Face Spline. Они не только легче и компактнее (в сочетании с моноблочным трубчатым валом), чем традиционные решения для соединения приводного вала со ступицей колеса, но и работают лучше. В отличие от распространенных решений, таких как штифтовые соединения, компания GKN Automotive использует специальную конструкцию шлицевого соединения по всей поверхности фронтальной части. Этот передний шлиц и его аналог на ступице колеса точно прилегают друг к другу и центрируются конусом шлицевого соединения. Компоненты фиксируются и блокируются с помощью крепежного винта. При этом благодаря широкой поверхности шарнира он более эффективен, чем обычные штифтовые соединения.

Еще одной инновационной особенностью валов Face Spline от GKN Automotive является использование специальных компактных диафрагменных уплотнителей для герметизации задней оси, которые подходят для любых условий эксплуатации с углом отклонения до 25 градусов.

Преимущества говорят сами за себя: описанные технологии позволяют передавать на 50% больший крутящий момент. Снижение веса колеса уменьшает неподрессоренную массу примерно на 20%, что заметно повышает комфорт при езде. Использование технологии ST от GKN Automotive (двойной шарикоподшипник карданного вала с S-образной шаровой дорожкой) также дополнительно снижает внутреннее сопротивление трению в шарнире. В сочетании с уменьшенным весом это приводит к снижению расхода топлива и улучшает экологичность автомобиля. Этому также способствует моноблочный вал, который отличается минимальным весом при максимальной устойчивости и жесткости на скручивание.

К данному решению компания шла несколько лет. С 2013 г. BMW на своих моделях xDrive использует, лежащую в его основе технологию косозубой шестерни, предложенную GKN Automotive. В то время основное внимание при разработке уделялось снижению веса всего автомобиля. Сейчас круг задач заметно расширился и технология претерпела серьезное переосмысление и модернизацию, вылившиеся в создание Face Spline. Поэтому сегодня в числе ее основных преимуществ мы так же можем назвать еще и пониженный уровень шума, и повышенный комфорт при езде. Благодаря этим характеристикам валы с технологией Face Spline уже вошли в пятерку лучших в ассортименте GKN Automotive.

Стоит иметь ввиду, что на текущий момент GKN Automotive – единственный производитель технологии ST в сочетании с технологией Face Spline на рынке. Это означает, что компания играет важную роль не только как поставщик OEM-компонентов, но и на вторичном рынке, куда поставляет изделия, выполненные по данной технологии. Таким образом, и независимые мастерские получают возможность безпроблемного ремонта автомобилей с соединениями Face Spline.

Привлекательный сегмент

На вторичном рынке автозапчастей сегмент компонентов привода по-прежнему остается одним из самых интересных для доминирующих производителей отрасли. Компания Magneti Marelli не так давно представляет значительное нововведение – новую товарную группу: полный ассортимент компонентов трансмиссии, включая карданные валы, ШРУСы и комплекты пыльников ШРУСов. По заверениям бренда, этот ассортимент отвечает потребностям большинства мировых владельцев легковых и легких коммерческих автомобилей. Это обеспечивается за счет того, что компоненты действительно производятся на предприятиях, специализирующихся как на оригинальном оборудовании, так и на вторичном рынке.

Решение компании Magneti Marelli сделать компоненты трансмиссии доступными для вторичного рынка главным образом обусловлено увеличением среднего возраста глобального автопарка, достигающим теперь более 12,5 лет. В сочетании с ухудшением дорожных условий это приводит к повышенному износу механических деталей, что требует более частых периодических проверок и циклов замены.

 Карданные валы Magneti Marelli по заявлению поставщика четко выполняют поставленные задачи, обеспечивая максимальную производительность даже в экстремальных условиях, благодаря конструкции, которая полностью соответствует спецификациям оригинального оборудования. Все приводные валы прошли тщательные испытания, в том числе на усталостную прочность, усталостную прочность при кручении, статическую осевую нагрузку и динамический баланс. В комплект приводного вала входит все необходимое для простой установки.

В шарнирах равных угловых скоростей Magneti Marelli используются передовые металлургические технологии, такие как холодная ковка и экструзия, которые повышают прочность и твердость, а также обеспечивают высокую грузоподъемность. Интегрированный производственный комплекс выполняет сборку и проверку на виброустойчивость, обеспечивая безупречную работу. После сборки 100% компонентов проходят проверку для гарантии функциональной стабильности.

Пыльники шрусов Magneti Marelli изготовлены из высококачественной резины, обладающей превосходной устойчивостью к высоким и низким температурам, износу и возможной деформации. Отличная смазочная жидкость и зажимы, соответствующие стандартам оригинального оборудования, способствуют оптимальной герметизации пыльников, предотвращая утечки. Эти компоненты разработаны специально для каждого типа шарнира и поставляются в комплекте с зажимами и смазкой для удобной замены.

Следом за итальянским брендом в игру на поле компонентов привода вступил и известный шведский концерн. SKF Automotive объявил о запуске новых продуктов на прошлогодней выставке Automechanika. Компания заявила, что они разработаны для повышения удобства и эффективности для клиентов и «подчеркивают приверженность SKF качеству и совершенству в области технического обслуживания автомобилей».

Во главе предложения шрусы и приводные валы — важнейшие компоненты, соединяющие ступичный подшипник с трансмиссией, — изготовленные на итальянском заводе SKF в Эйраска. По утверждению представителей производителя, благодаря полностью взаимозаменяемым приводным валам, наборам шарниров и комплектам пыльников компания предлагает механикам возможность ремонтировать или заменять изношенные детали на протяжении всего срока службы автомобиля. Это полностью соответствует концепции SKF по предложению приводных валов, которые «рассчитаны на долговечность, сокращают количество отходов и способствуют более экологичному будущему».

Более пристальный взгляд на ступичные подшипники

Как правило, при проектировании колесных подшипников, инженеры ищут решения, которые обеспечивают более высокую грузоподъемность. Но как продлить срок службы подшипника в более компактном корпусе?

Это достигается за счет выбора материалов, конструкции подшипников и т. д. За последние три года компания Schaeffler взяла на вооружение данную концепцию и сосредоточилась на снижении трения. Ее специалисты создали продукт для рынка грузовиков и внедорожников, которой действительно может сильно снизить сопротивление качению. Наряду с этими преимуществами, новый ступичный подшипник, получивший название TriFinity, способен улучшить жесткость, а также удовлетворить требования к сроку службы в данной области применения.

Если в цифрах, то согласно многократно проведенным расчетам и перерасчетам, этот полностью оптимизированный трехрядный радиально-упорный шарикоподшипник, обеспечивает более высокую жесткость (от 30% о 50%) и более длительный срок службы за счет минимизации трения (примерно на 50% по сравнению с традиционными коническими ступицами) и массы. При этом он  выдерживает крутящий момент свыше 10 000 Нм и позволяет на 24% повысить грузоподъемность. А если сравнить классическую коническую ступицу и ступичный подшипник TriFinity на всех четырех колесах, то, согласно данным производителя, экономия топлива составит от 1% до 2% в зависимости от конфигурации транспортного средства. 

Также TriFinity может стать удачным решением для уменьшения размеров, когда подшипнику требуется немного больше мощности. И хотя концепция TriFinity была разработана с учетом электромобилей, она применима и к автомобилям с ДВС.

Обычно силы передаются между приводным валом и ступицей колеса с помощью радиального шлицевого соединения. Чтобы соответствовать растущим требованиям автоконцернов по сокращению выбросов CO₂ и решить проблемы, связанные с радиальным шлицевым соединением, компания Schaeffler применила новый вариант передачи, известный как торцевой шлицевой вал. Торцевой шлиц расположен в осевом направлении на полуоси и на конце ступицы колеса со стороны трансмиссии. При изготовлении ступичного подшипника торцевой шлиц и кольцевая канавка формируются за один этап.

Остается сказать, что компания Schaeffler рассматривает и другие усовершенствования для снижения трения и увеличения срока службы. Некоторые из них связаны с разработкой уплотнений и смазочных материалов.

Два в одном

Компания Continental заключила партнерское соглашение с DeepDrive (разработчиком электродвигателей). Первым шагом в рамках партнерства стала совместная разработка комбинированного устройства, включающего приводные и тормозные компоненты, которые можно установить непосредственно на колесо транспортного средства.

Компании надеются извлечь максимум выгоды из возможности разместить все функции шасси, включая привод, непосредственно на колесе электромобиля. Для того чтобы наилучшим образом соответствовать особым требованиям электромобилей, таким как увеличение запаса хода при минимизации занимаемого места и внедрение модульности, необходима оптимизация на уровне транспортного средства.

Сбалансированная координация тормозной и приводной систем является ключевым фактором, а включение обоих элементов в один блок обеспечивает высокий уровень эффективности приводов и торможения. Интегрированные компоненты также упрощают конструкцию за счет модульности и облегчают процесс производства.

Двухроторный двигатель DeepDrive с радиальным потоком может быть установлен в качестве центрального приводного блока или привода колесной ступицы в серийных транспортных средствах. Партнеры сосредоточатся на разработке эффективного компактного привода колесной ступицы, оптимизированного для экономичного производства, при этом Continental предоставит тормозные компоненты и свой опыт в промышленном производстве продукции вплоть до серийной разработки.

На первом этапе сотрудничества в привод-тормозной блок будет интегрирован гидравлический тормоз. На втором этапе компании планируют интегрировать системы сухого торможения без гидравлических компонентов в привод на ступицу колеса DeepDrive.

Объединение привода и тормоза в одном устройстве — это также первый шаг к созданию компактного углового модуля со встроенными компонентами шасси, такими как системы пневматической подвески от Continental, которые устанавливаются непосредственно на колесо.

Комплексный подход

Целой россыпью инноваций поделилась компания Nexteer. Представьте… Вы опаздываете на важную встречу и отчаянно ищете место для парковки на переполненной городской улице. Какое облегчение! Последнее свободное место во всем городе оказывается прямо перед вашим пунктом назначения, но оно очень тесное. Вы подъезжаете, включаете функцию параллельной парковки и пытаетесь расслабиться, пока автомобиль паркуется сам, но вас отвлекает вращающееся рулевое колесо, пока автомобиль заезжает на парковочное место.

Функции ADAS, такие как компенсация тяги, автоматическая система помощи при парковке, автоматическое экстренное рулевое управление (AES) и другие, обеспечивают множество преимуществ с точки зрения безопасности для водителей. Но во многих современных автомобилях с этими функциями рулевое колесо по-прежнему вращается перед водителем – даже во время автоматизированных маневров. Такое вращение может раздражать – и потенциально представлять опасность – в  зависимости от ситуации.

Вот тут-то и пригодится бесшумное рулевое управление Nexteer Wheel. Система Quiet Wheel Steering обеспечивает дополнительный уровень безопасности, удобства и комфорта для водителей, позволяя рулевому колесу оставаться неподвижным во время маневров SAE ADAS уровней 2-5, а также при автоматизированном вождении.

Если удерживать рулевое колесо неподвижно во время таких маневров ADAS, как параллельная парковка, это устранит потенциальную опасность, связанную с быстрым вращением руля перед водителем, и создаст более спокойную и комфортную обстановку в салоне.

А когда рулевое управление Quiet Wheel сочетается с фирменной складывающейся рулевой колонкой, рулевое колесо также может убираться в приборную панель при включенном режиме автоматического вождения, что увеличивает пространство для комфорта водителя и других действий. 

С технической точки зрения Quiet Wheel – это усовершенствованная функция программного обеспечения рулевого управления, которая стала возможной благодаря системе рулевого управления с электронным управлением (SbW – «управление по проводам»), которая заменяет механическую связь между рулевым колесом и поворотными кулаками алгоритмами, электроникой и приводами. Она позволяет обходиться без вращения рулевого колеса, когда автомобиль паркуется самостоятельно или объезжает препятствие, так как оно становится инструментом, используемым только во время активного вождения, когда водитель управляет автомобилем и ему нужно чувствовать дорогу.

Еще одна важная новация Nexteer лежит в области оптимизации пространства во фронтальной части транспортного средства и в моторном отсеке. Для его увеличения компания разработала и стала применять двутавровый вал с запатентованным шарниром с углом наклона до 62 градусов. Благодаря такому большому углу наклона это двутавровое шарнирное соединение высвобождает значительное количество места под размещение дополнительного оборудования. Данная новация может быть применена для решения широкого спектра задач с комплектацией силовых агрегатов не только на автомобилях с ДВС, но и на гибридных машинах с низким расходом топлива, а так же электромобилях.

Инновационное рулевое колесо

Компании Canatu, Siili Auto, TactoTek и Rightware получили награду CES Innovation Awards за совместно разработанную концепцию рулевого колеса Origo. Продукт был отмечен за выдающийся дизайн и инженерную разработку в категории «Транспортные средства и интеллектуальные транспортные системы». Это уже вторая престижная награда для рулевого колеса Origo после того, как оно было признано победителем конкурса German Design Awards. 

Рулевое колесо Origo обеспечивает удобство использования (UX) интеллектуальных устройств в автомобилях. Водитель может управлять всеми ключевыми функциями, не отрывая рук от руля, что минимизирует отвлекающие факторы и повышает безопасность. Прозрачные 3D-сенсорные поверхности обеспечивают интуитивно понятное управление функциями автомобиля без использования глаз. Физические формы соответствуют цифровому пользовательскому интерфейсу (UI), создавая интуитивно понятный UX и обеспечивая водителю доступ к наиболее важным данным в любое время. Рулевое колесо Origo, разработанное финским автомобильным консорциумом, представляет собой сочетание современного дизайна, инновационного 3D-сенсорного управления и передового программного обеспечения.

Благодаря новому рулевому колесу Origo водитель может управлять всеми ключевыми функциями исключительно большими пальцами, не выпуская руль из рук, что сводит к минимуму отвлекающие факторы и повышает безопасность. Во избежание чрезмерной стимуляции на экране в любое время отображается только актуальная информация.

Задача, стоявшая перед этим проектом, заключалась в том, чтобы сделать его узнаваемым, что всегда помогает потребителям преодолеть страх перед новым, когда появляется революционный продукт. Команда хотела, чтобы физические формы были выразительными и поддерживали использование элементов управления, чего часто не хватает современным сенсорным экранам и емкостным элементам управления.

По словам финского технологического консорциума, «окончательный дизайн Origo идеально сочетает в себе физические элементы управления с цифровым пользовательским интерфейсом, создавая интуитивно понятный и захватывающий пользовательский опыт, не похожий ни на что, что когда-либо было в автомобилях».