Как работает руль в машине
Рулевое управление автомобиля
Знаете, как называется рулевое колесо у гоночного болида? Штурвал! А в наших автомобилях всего то – руль… Чувствуете разницу? Но оставим Шумахеру шумахерово, и поговорим что же такое рулевое управление, или рулевой механизм.
Система рулевого управления служит для управления автомобилем и обеспечения его движения в заданном направлении по команде водителя. Система включает в себя рулевой механизм и рулевой привод. Что бы представить себе работу рулевых механизмов разных поколений, я разделю объяснение на три части, именно столько их насчитывается в автомобилестроении.
Червячный рулевой механизм
Свое название получил из-за системы привода рулевой колонки, а именно червячной шестерни. В состав рулевой системы входят:
• Руль (думается объяснять не надо?)
• Рулевой вал с крестовиной, представляет собой металлический стержень, у которого с одной стороны расположены шлицы для фиксации руля, а с другой внутренние шлицы для крепления к рулевой колонке. Полная фиксация производится стяжной муфтой, которая обжимает место стыка вала и «червяка» привода колонки. В месте изгиба вала устанавливается кардан, при помощи которого передается боковое усилие вращения.
• Рулевая колонка, устройство, собранное в одном литом корпусе, в состав которой входят червячная ведущая шестерня и ведомая. Ведомая шестерня соединена жестко с рулевой сошкой.
• Рулевые тяги, наконечники и «маятник», совокупность этих деталей соединённых между собой при помощи шаровых и резьбовых соединений.
Работа рулевого механизма выглядит следующим образом: при вращении рулевого колеса, усилие вращения передается на червячный механизм колонки, «червяк» вращает ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие рулевую сошку. Сошка соединена со средней рулевой тягой, второй конец тяги крепится к маятниковому рычагу. Рычаг устанавливается на опоре и жестко крепится к кузову автомобиля. От сошки и «маятника» отходят боковые тяги, которые при помощи обжимных муфт соединены с рулевыми наконечниками. Наконечники соединяются со ступицей. Рулевая сошка, поворачиваясь, передает усилие одновременно на боковую тягу и на средний рычаг. Средний рычаг приводит в действие вторую боковую тягу и ступицы поворачиваются, соответственно колеса тоже.
Такая система была распространена на старых моделях «Жигулей» и «BMW».
Реечный рулевой механизм
Самая распространенная система в настоящее время.
Основные узлы это:
• Рулевое колесо (руль)
• Рулевой вал (то же что и в червячном механизме)
• Рулевая рейка – это узел, состоящий из зубчатой рейки, в движение которую приводит рулевая шестерня. Собранная в одном корпусе, чаще из легкого сплава, крепится непосредственно к кузову авто. На концах зубчатой рейки изготовлены резьбовые отверстия для крепления рулевых тяг.
• Рулевые тяги представляют собой металлический стержень, с одного конца у которого резьба, а со второй, шарнирное шаровое устройство с резьбой.
• Рулевой наконечник, это корпус с шаровым шарниром и внутренней резьбой, для вкручивания рулевой тяги.
При вращении рулевого колеса, усилие передается на шестерню, которая приводит в действие рулевую рейку. Рейка «выезжает» из корпуса влево или вправо. Усилие передается на рулевой рычаг с наконечником. Наконечник вставлен в ступицу, которую и поворачивает в дальнейшем.
Для уменьшения усилия водителя при вращении рулевого колеса, в реечное рулевое устройство были введены усилители руля, на них остановимся более подробно
Усилитель руля является вспомогательным устройством для вращения рулевого колеса. Различают несколько типов усилителей руля. Это гидроусилитель, гидроэлектроусилитель, электроусилитель и пневмоусилитель.
1. Гидроусилитель состоит из гидравлического насоса, в действие который приводит двигатель, системы шлангов высокого давления, и бачка для жидкости. Корпус рейки выполнен герметически, так как в нем находится жидкость гидроусилителя. Принцип действия гидроусилителя следующий: насос нагнетает давление в системе, но если руль стоит на месте, то насос просто создает циркуляцию жидкости. Стоит только водителю начать поворачивать руль, как перекрывается циркуляция, и жидкость начинает давить на рейку, «помогая» водителю. Давление направлено в ту сторону, в которую вращается «баранка».
2. В гидроэлектроусилителе система точно такая же, только насос вращает электромотор.
3. В электроусилителе применяется так же электромотор, но соединяется он непосредственно с рейкой или с рулевым валом. Управляется электронным блоком управления. Электроусилитель еще называют адаптивным усилителем из-за возможности прикладывания разного усилия к вращению рулевого колеса, в зависимости от скорости движения. Известная система Servotronic.
4. Пневмоусилитель это близкая «родня» гидроусилителя, только жидкость заменена на сжатый воздух.
Активная рулевая система
Самая «продвинутая» система управления в настоящее время, в состав входит:
• Рулевая рейка с планетарным механизмом и электродвигателем
• Блок электронного управления
• Рулевые тяги, наконечники
• Рулевое колесо (ну а как же без него?)
Принцип работы рулевой системы чем-то напоминает работу АКПП. При вращении рулевого колеса, вращается планетарный механизм, который и приводит в действие рейку, но вот только передаточное число всегда разное, в зависимости от скорости движения автомобиля. Дело в том, что солнечную шестерню снаружи вращает электродвигатель, поэтому в зависимости от скорости вращения изменяется передаточное число. На небольшой скорости коэффициент передачи составляет единицу. Но при большем разгоне, когда малейшее движение руля может привести к негативным последствиям, включается электромотор, вращает солнечную шестерню, соответственно необходимо руль довернуть больше при повороте. На маленькой скорости автомобиля электродвигатель вращается в обратную сторону, создавая более комфортное управление.
Весь остальной процесс выглядит, как и у простой реечной системы.
Ничего не забыли? Забыли, конечно! Забыли еще одну систему – винтовую. Правда, эта система больше похожа на червячный механизм. Итак – на валу проточена винтовая резьба, по которой «ползает» своеобразная гайка, представляет собой зубчатую рейку с резьбой внутри. Зубья рейки приводят в действие рулевой сектор, в свою очередь он предает движение сошке, ну а дальше как в червячной системе. Для уменьшения трения, внутри «гайки» расположены шарики, которые «циркулируют» во время вращения.
С перехватом или без: как правильно рулить автомобилем
Большинство водителей вообще не задумываются, как крутить руль. Занудный инструктор в автошколе когда-то говорил про правильный хват, но это было давно и неправда. Попробуем освежить ваши знания о правильной рулежке в разных ситуациях, а заодно поставить точку в споре «знающих автомобилистов» – можно ли перехватывать руль в поворотах или все-таки нельзя?
Немного о хвате
Расположение рук должно быть симметричным и в верхнем секторе рулевого колеса. Если мы представим руль в виде циферблата часов, то либо на 10 и 2, либо на 9 и 3 часов соответственно. А кстати, почему в верхнем секторе? Чем плоха расслабленная ковбойская поза? Ведь на автомобиле наверняка есть гидро- или электроусилитель, а значит никакой силы к рулевому колесу, тем более на ходу, применять не нужно!
Но дело вовсе не в силе. Просто если тянуть руль сверху вниз, то рулить в итоге получается удобнее и быстрее, точнее и информативнее, чем снизу вверх. Есть и еще одна причина, не менее важная. Когда обе руки в верхнем секторе, то водитель своей позой показывает (в первую очередь сам себе), что он работает. Если же руки в нижнем секторе руля, то он отдыхает. Так уж чаще всего получается, что приняв «позу отдыха», в голову начинают лезть лишние мысли, которые отвлекают от происходящего на дороге. Не менее серьезно, чем мобильный телефон.
Но все это не значит, что сев в машину, нужно вцепиться в руль и сидеть так, ни в коем случае не расслабляясь ни на секунду. Отдыхать и опускать руки с руля можно и нужно. На светофорах, в пробках или в плотном потоке, при скорости менее 30 км/ч. В таком случае, если возникнет какая-то нештатная ситуация, водителю ничего не останется, кроме экстренного торможения. Увернуться с помощью резкого перестроения в городской толчее практически невозможно – соседние ряды обычно заняты. Впрочем, если вам кажется, что надежнее всегда держать руки в верхнем секторе рулевого колеса, и напрягает все время переносить их вверх-вниз по мере разгона, то действуйте, как удобнее.
Самое главное – никогда не использовать внутренний хват, ни сверху, ни снизу. Руки должны работать с рулем только снаружи! Поясню, что внутренним считается хват, когда как минимум четыре ваших пальца находятся внутри обода рулевого колеса. То есть если руки внизу, то они должны «обнимать» обод снизу, а не лежать сверху на нем.
В нештатной ситуации, когда потребуется повернуть руль быстрее, чем обычно, сработает рефлекс. Если вы сами научили себя брать руль внутри, то есть шанс удариться пальцами о спицу. Соответственно, вместо того, чтобы думать о повороте, вы будете чертыхаться и потирать пальцы. Если повезет и вы никуда не врежетесь…
Тяни-толкай и перехват
Теперь разберемся с техникой поворота. Единственно верной, к сожалению, не существует, а есть как минимум две, и они противоречат друг другу.
Европейская методика называется Pull-Push, то есть дословно «тяни-толкай». Применялась она, в том числе, в советских автошколах, на автомобилях с рулевым управления без усилителя. При рулении обе руки постоянно находятся на руле, синхронно опускаясь и поднимаясь. Одна рука тянет рулевое колесо вниз, вторая – толкает наверх. Отсюда и название Pull-Push. Метод работает на любой скорости и в любых поворотах – если приноровиться, то можно входить таким образом даже в 90-градусные виражи.
В чем логика постоянного удерживания рук на одном месте? Во-первых, как я уже говорил, метод зародился в те времена, когда не было усилителей, и одной рукой даже кратковременно рулить было сложно. Во-вторых, техника позволяет поворачивать руль максимально плавно, без малейших рывков. В-третьих, подушка безопасности всегда открыта, и в случае ДТП гарантированно спасет водителя от удара головой о руль.
Кстати, в некоторых штатах Америки из этих соображений не только запрещено перехватывать руль, но также и предписано держать руки в нижнем секторе, чтобы не перекрывать путь выстреливающей подушке и исключить ситуацию, когда водитель при ДТП рукой может задеть сидящего справа пассажира.
И если с аргументацией по подушкам безопасности поспорить трудно, то вот плавность при рулении перехвата можно выработать! Хотя стоит признать, что это требует тренировки и сноровки. Если рулить с перехватами, труднее понять, на какой угол повернуты колеса. Доказано на практике: перехватывая, водители почти всегда перекручивают руль чуть сильнее, чем надо. Также немаловажно, что метод «тяни-толкай» позволяет быстро остановить вращение руля в любой момент – это крайне полезно в городских условиях, когда на дорогу может, скажем, выскочить пешеход или вырулить с обочины другой автомобиль.
Технику с перехватами, как я уже говорил, нельзя рассматривать, как более «легкую» – тут нужно внимательно следить за руками. В большинстве случаев водители расслабляют кисть, опускают руку, как бы повисая пальцами на руле. Это очень ненадежный хват, и рулевое колесо может попросту выскользнуть из рук в самый неподходящий момент! Перехватывать нужно собранно, с выпрямленной кистью, и сохраняя полный контроль над автомобилем. Если все делать правильно, то вращать руль получится очень быстро – быстрее, чем по классической технике. Это бывает крайне полезно не только на спортивном треке, но и, скажем, при выходе из заноса.
Правда, есть при рулежке перехватами небольшой риск травмировать руку. При переносе руки часто оказывается, что руль захватывают первыми большой и указательный пальцы – на профессиональном водительском языке это называется «вилочный вход». По неопытности в таких случаях мои ученики ударяются пальцами о спицы руля – в методике «тяни-толкай» это исключено.
В сухом остатке
Итак, подведем итоги, составив короткие и понятные списки, чтобы закрепить знания.
Плюсы техники «тяни-толкай»
Минусы техники «тяни-толкай»:
Плюсы техники с перехватами:
Минусы техники с перехватами:
Главный вывод
Для того, чтобы обеспечивать себе и своим пассажирам безопасность при движении в любой ситуации, нужно владеть обеими техниками и комбинировать их в зависимости от обстановки. Например, в спокойном потоке рулить по методике «тяни-толкай» и в случае необходимости прибегать к перехватам. Но учтите, что в целом техника с перехватами сложнее, и без тренировок от ее использования может получиться больше вреда, чем пользы. Если уж вы неопытный водитель, а вас понесло на скользкой дороге, лучше не строить из себя гонщика, а просто нажать на тормоз. На современной машине с АБС это будет куда более надежным способом выхода из аварийной ситуации, чем скоростное руление.
Иван Чужмар, инструктор по безопасному вождению:
Управление автомобилем. Часть 2. Руление
Последнее обновление: 14.07.2021
Комментариев нет
Основы управления автомобилем
Прежде чем приступить к теме руления, есть смысл ответить на вопрос: что является главным органом управления автомобилем? Сколько бы ни было ответов, правильный ответ только один. Это рулевое колесо.
Рулевое управление устроено таким образом, что руль через систему специфических шарниров (рулевая сошка, тяги, наконечники) связан с направляющими колесами автомобиля.
Поворачивая рулевое колесо на некоторый градус, вы тем самым изменяете угол поворота передних (направляющих) колес, после чего автомобиль движется в нужном направлении, куда направлены его передние колеса.
Как держать руль
Если понаблюдать за проезжающими машинами, можно обратить внимание на то, как рулят разные водители. В первую очередь глаза отмечают позу, в которой они сидят, т.е. это посадка за рулем.
Среди прочего, взгляд замечает, что один может держать руль двумя руками, другой рулит одной рукой, при этом вальяжно «раскинувшись» в кресле.
Еще один, когда рулит, держит сигарету, а кто-то на ходу разговаривает по телефону, вращая руль одной рукой. Некоторые во время движения умудряются одной рукой рулить, а второй рукой печатать смс-ки в телефоне.
Увиденное может создать впечатление некой «крутости» водителя, и даже стать примером для подражания. Все это имеет место быть. Техническое оснащение современного автомобиля позволяет крутить руль не то, что одной рукой, а всего-лишь одним прикосновением ладони — настолько физически легко вращается руль.
Но в экстренной ситуации подобный способ руления не позволит удержать автомобиль на нужной траектории. Причем, экстренная ситуация может возникнуть не только во время движения в гололед, но и в обычных условиях на сухой летней дороге.
Один из примеров потери управления по причине запоздалой реакции рулевым колесом в летних условиях рассмотрен в статье Его подрезали, а он не справился. Это, так сказать, для общего понимания того, о чем сейчас идет речь.
В процессе управления автомобилем руль следует держать двумя руками. Почему это так, ответ простой — потому что быстро вращать рулевое колесо можно только двумя руками. Поверьте, есть немало ситуаций, когда быстрая работа рулевым колесом является важной необходимостью.
К тому же, вращая руль одной рукой, не всегда сразу удается определить, куда «смотрят» передние колеса вашей машины, если точнее — в каком положении в данный момент они находятся. А знать это важно, потому что куда направлены передние колеса — туда машина и едет.
Разумеется, руление одной рукой не возбраняется, например, на спокойном участке дороги. А в некоторых ситуациях руление в принципе возможно только одной рукой (об этом — в конце статьи), например, при переключении передач. Просто нужно отдавать себе отчет, какие могут быть последствия.
Оптимальное положение рук на рулевом колесе — примерно в позиции 10-2 (ориентир по циферблату часов). О том, как удобно разместить свои руки на руле, рассмотрено в статье Управление автомобилем. Часть 1. Посадка.
Ниже описаны следующие способы руления: без отрыва кистей рук, руление перехватом, руление с предварительным захватом, а также вращение руля одной рукой.
Руление без отрыва кистей рук.
Руление без отрыва кистей рук от обода рулевого колеса — это обычный способ вращения руля, когда нужно незначительно изменить направление движения автомобиля с последующим возвратом колес в положение «прямо».
Такой способ руления применяется:
Руление перехватом
Если необходимо повернуть рулевое колесо больше, чем на 90 градусов, например, заехать в угловатый поворот или развернуться, то вращая руль, «оторвать» руки от него, все же, придется. Рассмотрим, как это сделать рационально.
Условно рулевое колесо можно разделить на четыре сектора, ориентируясь по циферблату часов. Верхний сектор: 10-2, здесь мы держим руль. Сектор для работы левой рукой: 10-4, сектор для руления правой рукой: 8-2. Нижний сектор 8-4 остается нерабочим.
Держать руль в районе нижнего сектора совершенно не эффективно, а рулить этим сектором противоестественно. В нижнем секторе целесообразно не держать руль никаким хватом. Ниже по тексту станет понятно, как проходить эту зону.
При повороте руля налево основную работу делает правая рука, левая рука помогает вращать руль без остановки, а при повороте направо главенство рук меняется местами: левая рука – основная, правая рука – вспомогательная.
Начнем с вращения руля в правую сторону (физически автомобиль поворачивает направо), исходя из прямолинейного движения, когда руки находятся примерно в положении 10-2.
Далее, чтобы повернуть колеса на необходимый угол нужно повторить эти действия. Возвращается рулевое колесо в исходное положение в обратном порядке.
Точно так же вращается руль в левую сторону (физически автомобиль поворачивает налево). Только руки теперь меняются местами – правая рука ведет, а левая рука помогает.
Если перехват в секторах 8-12 и 12-4, как было рассмотрено выше, покажется большим, то можно уменьшить зону перехвата (расстояние между кистями рук в момент захвата руля) до одного или двух кулаков, но технику перехвата менять нельзя.
Более того, все эти движения вполне естественны для рук человека и привыкнуть к ним очень легко. Достаточно несколько раз потренироваться в практическом применении.
Поворот руля с предварительным захватом
Время от времени возникает необходимость повернуть руль на некоторый средний угол, когда поворота руля без перехвата окажется недостаточно, а поворота руля с перехватом окажется много.
В таких случаях можно использовать предварительный захват, смотрите рисунок ниже. Такой вариант покажется необычным, но позволяет повернуть руль без перехвата на больший угол.
Руление предварительным захватом выполняется следующим образом:
Вращение руля одной рукой
Вращение руля одной рукой применяется в ситуациях, когда в процессе движения (руления) необходимо второй рукой сделать что-то еще: вам придется одновременно и рулить, и выполнить какое-то нужное вам действие.
Например, переключить передачу КП, переложить что-либо, переключить режим электроники, поправить дефлекторы, выразить кому-то рукой знак приветствия и др. Одним словом, вы это делаете на ходу, распределяя свое внимание и на дорогу, и на то действо, которое вы совершаете.
При движении «вперед» руление одной рукой само по себе естественно. Главный вопрос безопасности в этот момент — не ослаблять внимание за дорогой, и крепче сжимать обод руля одной рукой, пока вторая рука «отвлеклась».
Еще придется рулить одной рукой, например, в легковом авто при движении задним ходом, сидя в позиции «вполоборота назад».
В такой позе глаза смотрят на дорогу через заднее стекло, правая рука, при этом, чаще всего лежит на спинке пассажирского кресла, а левая, соответственно, держит и вращает руль.
Такая поза несколько не привычна для тела, но весьма эффективна: двигаясь назад, вы можете ориентироваться по продольной оси автомобиля, и более полно видеть естественную картинку, а не отражение ее в зеркалах.
При вращении руля одной рукой из положения «вполоборота назад» действия будут в следующем порядке:
Продолжаете поворачивать руль до тех пор, сколько требуется, ведь вы смотрите в заднее стекло и чувствуете траекторию движения. Останавливаетесь. Процесс окончен — вы повернули направо в движении задним ходом.
Для поворота налево нужно всего лишь поменять «рабочую» руку, и вращать руль в левую сторону. А для лучшего обзора при повороте налево-назад можно сесть за рулем полубоком налево или высунуть голову в окно водительской двери (либо в приоткрытую дверь).
Потренируетесь и поймете, как для вас лучше.
Типичные ошибки при рулении
Первой и самой распространенной ошибкой при работе рулевым колесом является неправильный хват руля, посмотрите рисунок ниже.
В таких положениях практически невозможно удержать руль, когда он будет «вырываться» из рук. Как следствие, в зависимости от ситуации, может произойти потеря управления автомобилем (мягко говоря, авто поедет «не туда»).
При поворотах на большой угол без «отрыва» рук от руля случается перекрестие рук. Когда руки на руле оказываются скрещенными, то рулить становится крайне неудобно, и в ответственный момент рулевое колесо может легко выскользнуть из рук. Результат — потеря управления.
Способ вращения руля ладонью — распространен на автомобилях с усилителем руля — тоже считается очень ненадежным. В этом случае контакт с рулевым колесом слабый, следовательно, теряется контроль за поворотом руля. А там, где теряется контроль, повышается вероятность потери управления.
После прохождения поворота иногда возникает желание расслабить кисти рук и «отпустить» руль. На машинах без усилителя руля колеса сами «становятся прямо». А, вот, на машине с усилителем руля, такой эффект не всегда срабатывает.
Поэтому, на выходе из поворота «бросать» руль нельзя, необходимо его возврат в положение «прямо» сопровождать руками. В противном случае есть риск потери контроля за положением управляемых колес.
В следующей, третьей части серии Управление автомобилем, рассмотрен следующий орган управления, это педали. Как правильно работать педалями, если точнее, то каким образом и какими ногами нажимать на педали.
Будьте внимательны за рулем.
Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 14.07.2021
Если есть желание поделиться прочитанным, ниже кнопки на выбор. Жмем, не стесняемся.
Устройство и виды рулевого управления автомобиля
Рулевое управление – одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств – это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.
Устройство системы рулевого управления
Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:
Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.
Виды рулевого управления
В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:
В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:
Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:
Требования к рулевому управлению автомобиля
Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:
Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления – это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.
Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:
Особенности правостороннего и левостороннего руля
В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).
В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.
В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.
Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.
Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).