Рулевая рейка

Название рулевого механизма "рулевая рейка" произошло от названия механизма "шестерня - рейка". Механизм этого типа чаще всего применяется при конструировании современных переднеприводных автомобилей.

История внедрения рулевой рейки

Существует ошибочное мнение, что рулевая рейка – это самая современная конструкция рулевого управления, однако это не совсем так. На многих первых автомобилях конца 19 века использовалась именно такая конструкция, в начале 20 века “шестерня-рейка” использовалась, например, на некоторых моделях BMW. Исторически так сложилось, что в 20 веке обычная рулевая рейка на легковом транспорте уступила место червячным механизмам и другим более сложным конструкциям. Но, как известно всё новое – хорошо забытое старое, в конце 20го века конструкторы вновь вернулись к использованию рулевой рейки, так как эта конструкция лучше всего подходила для переднеприводных автомобилей с подвеской Макферсона. На самом деле эти три конструкторских решения достаточно тесно связаны исторически и призваны решить одну общую задачу - сделать автомобиль проще и доступней. Такое конструкторское решение оказалось достаточно удачным, и управление колёсами на основе реечной передачи на сегодняшний день получило самое широкое распространение в легковых автомобилях. Какую роль в этой задаче играет рулевая рейка, как она устроена и как работает становится понятно после ознакомления с её конструкцией.

Устройство рулевой рейки

Рейка связана с управляемыми колёсам с помощью рулевых тяг и наконечников и представляет из себя зубчатую передачу. Шестерня,  закрепленная на рулевом валу, входит в зацепление с зубцами на рейке. При повороте руля вокруг своей оси шестерня рулевого вала сдвигает рейку в соответствующую вращению сторону. В свою очередь рейка через шарниры и тяги поворачивает управляемые колёса.

В настоящее время большинство рулевых реек имеет механизмы, облегчающие вращение рулевого колеса, особенно в те моменты, когда автомобиль стоит на месте. Одним и самых распространенных устройств является гидроусилитель. К обычной рейке добавляется исполнительный механизм с распределителем и насос. Насос, приводимый ремнем от коленчатого вала, засасывает из расширительного бачка ГУРа гидравлическую жидкость и подает её под высоким давлением в 50-100 атм в золотниковый распределитель. Принцип действия распределителя заключается в отслеживании прилагаемого усилия к рулю и при его появлении - помогать водителю вращать руль. Основа распределителя - следящее устройство – торсион, в рулевом валу. Когда руль находится в покое, торсион не закручен, дозирующие каналы распределителя закрыты, а масло без всякого усилия уходит обратно в расширительный бачок. Когда водитель начинает вращать руль, торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие к вращению руля прилагает водитель. В свою очередь закрученный торсион с помощью золотника и системы каналов направляет жидкость в исполнительное устройство. В зависимости от того, в какую сторону закручен торсион, давление подается или за поршень исполнительного устройства, или до него. Поршень жестко закреплен на рейке и с помощью этого давления масла помогает вращать колеса в нужную сторону. Также в системе предусмотрен предохранительный клапан. Если колёса повернуты до упора, он открывается и сбрасывает лишнее давление обратно в бачок.

Таким образом достигается существенное облегчение вращения руля и ослабляется передача ударов от колёс на баранку.

К недостаткам принято относить потерю отзывчивости и информативности рулевого управления, нехватку реактивного усилия на руле, которое опытным водителям и профессиональным гонщикам помогает чувствовать машину и проходить повороты на максимально возможной скорости. Но на самом деле систему можно настроить практически под любые требования, просто абсолютному большинству потребителей гораздо важнее комфорт и безопасность. Эти слова подтверждают некоторые модели BMW 3й серии, где настройка рулевого управления способна удовлетворить даже высокие требования гонщиков и не дать повода журналистам в очередной раз упрекнуть конструкторов в низкой информативности рулевого управления.

Система гидроусилителя в целом достаточно надёжная, обслуживание обычно сводится лишь к регламентной замене приводного ремня и контролю уровня рабочей гидравлической жидкости в бачке (обычно Dexron, ATF). Несмотря на высокую надёжность, уплотнители (сальники) рулевой рейки нередко теряют герметичность, и через них начинается утечка рабочей жидкости ГУР. Зачастую причиной служит загрязнение и коррозия рейки из-за разрыва пыльников и износа сальников.

Рулевая рейка с электрогидравлическим усилителем руля (ЭГУР)

Электрогидравлические системы рулевого управления с усилителем, иногда называемые «гибридными» системами, используют такую же гидравлическую технологию как и в стандартной системе ГУР. Различие в том, что насос, создающий давление жидкости, приводится в движение не ремнем от двигателя автомобиля, а отдельным электродвигателем.

Первые эксперименты по созданию похожих систем проводила корпорация Форд в  1965 году. Первый серийный автомобиль с ЭГУР – Toyota MR2. В нём из-за нетрадиционного расположения мотора (за спиной водителя), конструкторы заменили очень длинные шланги ГУР обычными проводами, которые должны были проходить почти через всю машину.

Позже ЭГУР использовали на некоторых своих моделях большинство автопроизводителей, с его помощью легко обеспечить зависимость интенсивности от скорости движения автомобиля. Чем больше скорость, тем меньшее давление создает электронасос, тем самым повышается отзывчивость рулевого управления и достигается экономичность.

Рулевая рейка с электроусилителем (ЭУР)

Электроусилитель руля в настоящее время набирает популярность среди автомобилей практически любого класса. Устройство электрического усилителя зависит от его модели и производителя, но основной принцип состоит в дооснащении обычного механизма рулевой рейки электрическим двигателем и особой системой управления этим двигателем. Чаще всего двигатель располагают на рулевом валу, но на тяжелых автомобилях двигатель может быть расположен и на самой рейке. Никакой гидравлики нет. На скручивающемся торсионе следящего устройства (тот же принцип работы, что и на на рейке с ГУР) стоит электронный датчик, и по его сигналу блок управления подает ток нужной величины на электромотор. Величина усилия корректируется блоком управления на основании показания различных датчиков (датчик скорости, ускорения, угла поворота колёс и т.д.)

Достоинства и недостатки рулевой рейки

Преимущества реечного рулевого механизма.

• Простота и компактность конструкции,
• Механизм с небольшим количеством тяг и шарниров не требует частого обслуживания,
• Небольшой вес,
• Хорошая точность управления за счет высокой жесткости и малых люфтов,
• Хороший самовозврат руля в нейтральное положение,
• Небольшая стоимость,

 

Недостатки реечного рулевого механизма.

• Конструкция хорошо передает удары от дорожных неровностей на руль,
• Конструктивная склонность к проявлению стуков в рейке,
• Часто требует подтяжки или ремонта на относительно небольших пробегах,
• Конструкция механически ограничена применением в основном на лёгких автомобилях с независимой подвеской управляемых колёс.

 

Недостатком можно считать вероятность возникновения сбоев в программах управления, что теоретически может приводить к внезапному рывку руля в какую либо сторону. Правда, с подобной проблемой за всю мировую историю использования электроусилителей, судя по упоминаниям в прессе, сталкивались только пользователи продукции ВАЗ.