Тема 8. Вдосконалення
елементів рульових механізмів.
Ціль: опанувати поняття про
загальні тенденції вдосконалення рульових механізмів автомобілів.
Завдання: відпрацювати
навички прогнозування і визначення можливих напрямків вдосконалення рульових механізмів
автомобілів.
Лекція №14
1. Рульові механізми з прогресивною
характеристикою.
2. Травмобезпечні рульові механізми (частина
І).
3. Травмобезпечні рульові механізми (частина ІІ).
Найбільшого розповсюдження на ДТЗ набули рульові механізми двох
типів: шестерінчасті та черв’ячні. На сьогоднішній момент часу вони досягли
високого ступеня досконалості і їх подальший розвиток здійснюється за
наступними основними напрямками: підвищення травмобезпечності рульового
механізму і рульової колонки та максимальне наближення характеристик роботи
рульового механізму (РМ) до ідеальної.
Як відомо, РМ повинен забезпечити достатнє зусилля для повертання
керованих коліс в усьому діапазоні режимів руху автомобіля. Однак для різних
режимів руху величина цього зусилля (достатнього) теж різна. В загальному
випадку вона повинна змінюватись пропорційно до зростання величини дорожнього
опору . В той же час зусилля на РК, що
прикладається водієм, для забезпечення комфортності і безпеки руху повинно
змінюватись обернено пропорційно до зростання величини дорожнього опору.
Тобто, виникає свого роду протиріччя: за великих значень величини
дорожнього опору необхідно забезпечити теж велике зусилля повертання керованих
коліс, але при мінімальних значеннях крутного моменту на РК і навпаки. Це
протиріччя вдається вирішити за допомогою обладнання автомобілів підсилювачами
РМ, що мають відповідні регулюючі пристрої. За основу, як правило, береться
гідравлічний підсилювач, до якого додаються допоміжні електромагнітні
перепускні клапани, що управляються сигналами від ЕБУ (рис. 14.1).
Система працює наступним чином. При повертанні РК вліво зв’язаний
з його валом головний розподільчий клапан-4 займає таке положення, що масло з
насоса-15, пройшовши крізь клапан-5, починає надходити в порожнину Б силового
циліндра-7 і штовхати поршень-8 відповідно у лівий бік. Масло з порожнини А ви-
|
|
|
Рис.14.1 |
тісняється через клапани 5 і 4 у зливний маслобачок-16. По сигналу
з ЕБУ-12 лівий клапан-5 займає таке положення, щоб забезпечити необхідний опір
витокові масла, а, відповідно, і опір повертанню РК-1. При цьому забезпечується
і необхідна величина зусилля для повертання керованих коліс (рис.13.2). ЕБУ-12
отримує сигна-
|
|
|
|
|
Рис.14.2 |
||
ли від
датчиків, що характеризують параметри роботи двигуна і ввімкнену передачу. ЕБУ
може бути центральним бортовим або „окремим” для системи рульового управління.
Замість багатопозиційних електромагнітів-6 починають набувати застосування
крокові електродвигуни, що збільшує точність регулювання.
Подальшим розвитком систем рульового управління з „ідеальною”
характеристикою стало використання в механізмах підсилювачів електроприводу. В
свою чергу, такі системи теж розділилися на два основних типи: системи, в котрих
гідронасос періодично приводиться в дію електродвигуном і системи, в яких
електродвигун відіграє роль механічного підсилювача. Однак на сучасних
конструкціях автомобілів останні набувають більшого розповсюдження внаслідок
більшої простоти конструкції та кращої інформативності (реакції коліс на
повороти РК).
Одним із прикладів електропідсилювача РМ є механізм, розроблений
ВАЗом для нових автомобілів 10-ї серії (рис.14.3). Механізм працює наступним
чином.
|
|
1.Ведений вал. 2.Торсіонний вал. 3.Датчик крутного моменту. 4.Вал рульового колеса. 5.Черв’ячний редуктор. 6.Електродвигун. 7.Блок управління. |
|
Рис.14.3 |
Всередині „розрізаного” рульового валу вмонтовано торсіонний. Під
час провертання РК торсіонний вал закручується і датчик крутного моменту
реєструє взаємне зміщення індукційних котушок, що зв’язані з „ведучою” та
„веденою” половинками вала РК. Чим більше відносне зміщення котушок і нижча
швидкість автомобіля, тим більша напруга подається ЕБУ на електродвигун, котрий
через черв’ячний редуктор (за конструкцією подібний до механізму приводу
склоочищувачів) „довертає” „ведену”
частину вала РК. По мірі зростання швидкості автомобіля ефективність
підсилювача знижується. На швидкості 80км/год підсилювач відмикається і
навпаки—створює додатковий опір повертанню РК. Весь механізм підсилювача дуже
компактний, що дозволяє встановити його на місце штатного „звичайного” в
старіших марках автомобілів.
Дещо інакше вирішила проблему створення електропідсилювача фірма
ММС. Її найновіший автомобіль Mazda
RX-8 обладнано механізмом,
схожим на звичайний гідропідсилювач, але рульова рейка переміщується не в
гідроциліндрі, а в спеціальному кожусі—за допомогою електродвигуна та передачі
типу „гвинт-гайка” з кульовою насипкою (рис.14.4).
|
|
|
Рис.14.4 1.Електродвигун. 2.Гайка з кульковою насипкою. 3.Різьбовий
вал-зубчаста рейка. 4.Рульова тяга (поперечна). 5.Привід вала-зубчастої рейки. |
Травмобезпечний РМ є одним з елементів пасивної безпеки
автомобіля. Сам по собі РМ може являтись причиною дуже серйозних травм водія
під час лобового зіткнення автомобіля з перешкодою. При цьому передня частина
автомобіля деформується, а РМ переміщується в напрямку водія.
За статистикою лобові зіткнення автомобілів складають 50-60% всіх
ДТП. Тому міжнародні правила вимагають встановлення на автомобілі саме
травмобезпечних РМ. Існують навіть деякі нормативи для випробування РМ на
травмобезпечність. Так, під час лобового зіткнення (зіткнення з бетонним кубом
за Va=14м/с≈50км/год)
верхній кінець рульового валу не повинен переміщуватись вглиб салону (кабіни)
більш, ніж на 127мм (
). А за Va=5,5м/с≈24км/год
величина зусилля, з яким рульове колесо діє на манекен на рівні грудної клітки,
не повинне перевищувати 11,34кН.
На практиці набули розповсюдження наступні основні способи
підвищення травмобезпечності рульових механізмів: направлена деформація вала
рульової колонки; складання вала рульової колонки; забезпечення зворотнього
руху („втікання”) рульової колонки. Однак всі ці способи передбачають наявність
пневмоподушок безпеки або (і) пасів безпеки. Розглянемо ці способи детальніше.
Направлена деформація вала РК.
Реалізація цього способу досягається введенням у вал РМ елементів, що можуть
легко деформуватись в осьовому напрямку, однак мають високу жорсткість на
скручування. В якості таких елементів, як правило, застосовуються сітка (рис.
14.5) або сильфон (рис. 14.6).
|
|
1.Рульове колесо. 2.Рульова колонка. 3.Кронштейн кріплення рульової колонки. 4.Вал рульового колеса. 5.Сіткові елементи. 6.Карданний шарнір. 7.Рульовий механізм. 8.Рульова сошка. І—Початкове положення ІІ—Попередня деформація ІІІ—Повна деформація |
|
Рис.14.5 |
|
|
1.Рульове колесо. 2.Рульова колонка. 3.Кронштейн кріплення рульової колонки. 4.Сильфони. 5.Вал рульового колеса. 6.Карданний шарнір. 7.Рульовий механізм. 8.Рульова сошка. |
|
Рис.14.6 |
Складання вала РК. Цей спосіб реалізується
наступним чином. Вал РК складається з двох або трьох окремих ланок, з’єднаних
між собою карданними шарнірами. Під час лобового зіткнення, коли передня
частина автомобіля деформується, шарніри дають можливість ланкам вала РК складатись,
наче жалюзі (рис.14.7).
|
|
1.Рульове колесо. 2.Рульова колонка. 3.Карданні шарніри. 4.Сильфони. 5.Вал рульового колеса. 6.Рульовий механізм. 7.Рульова сошка. |
|
Рис.14.6 |
„Втікання” рульової колонки. Цей
спосіб являється частковим випадком попереднього, але має свої особливості
(рис.14.7). Останнім часом він набуває все більшого застосування на легкових
автомобілях, а вперше був випробуваний на автомобілях „Mercedes. A Class”.
Реалізація цього способу (ефекту „втікання”) РК досягається наступним
шляхом. РМ закріплюється таким чином, щоб під час деформації передньої частини
автомобіля, силовий агрегат, що в свою чергу переміщується під підлогу салону,
„вдраряв” по нижній частині РМ і „змушував” його повернутись навколо
поздовжньої осі несучої труби. В результаті цього, РК ніби „втікає” від водія в
напрямку перешкоди, з якою зіткнувся автомобіль .
|
|
|
|
Рис.14.7 1 - рульове колесо; 2 - рульова колонка; 3 - вал рульового
колеса; 4 - кронштейн кріплення; 5 - несуча труба; 6 - рульовий механізм; 7 -
коробка передач; 8 – двигун. |
|
Література: [1.9],ст.175-188; [2.2],ст.40-44,15-20
