НАЗНАЧЕНИЕ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ. СПОСОБЫ ПОВОРОТА АВТОМОБИЛЯ

Поскольку орган управления — рулевое колесо — постоянно находится в руках водителя, оно на современных автомобилях выполняет также информационную функцию — по усилиям, вибра­ циям на рулевом колесе происходит передача водителю информации о состоянии дорожного по­ крытия, нагруженности контакта колес с дорогой.

Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать ощущаемую водителем связь между углом поворота рулевого колеса и направлением движения автомобиля, обладать высокой надежностью. Усилия, необходимые для управления, не должны приводить к повы­ шенной утомляемости водителя и в тоже время должны информировать его о состоянии кон­ такта управляемых колес с дорогой (обеспечивать «чувство дороги»). От рулевого управления зависит минимальный радиус поворота автомобиля на ограниченных площадях. Конструк­ ция рулевого управления не должна передавать ударные нагрузки от неровностей дороги на руки водителя.

Все перечисленные выше требования учитываются при проектировании рулевого управ­ ления.

Изменить направление движения автомобиля можно двумя различными способами: за счет поворота колес или звеньев автомобиля в горизонтальной плоскости (кинематический способ) или за счет создания на колесах правого и левого борта различных по величине или по направлению продольных сил (силовой способ) (рис. 5.1г).

Для управления большинством современных автомобилей применяется кинематический способ, который может быть реализован путем:

— поворота управляемой оси (рис. 5.1а);

— поворота управляемых колес (рис. 5.16);

— поворота сочлененных звеньев (складывания рамы) (рис. 5.1в).

Рис. 5.1. Способы поворота колесной машины: а — за счет поворота оси; б — за счет поворота управляемых колес; в — складыванием рамы; г — силовым способом

Поворот управляемой оси — это наиболее старый из известных способов управления. Он применялся еще на двухосных гужевых повозках. При таком способе ось с колесами повора­ чивалась относительно шкворня, установленного в центре повозки. Система управления получалась очень простой, но требовала сильного сужения передней части кузова для пере­ катывания управляемых колес, не обеспечивала демпфирования ударов от неровностей дороги на органы управления и при предельных углах поворота оси возникала опасность бокового опрокидывания из-за уменьшения площади опоры автомобиля.

Для частичного устранения указанных недостатков пытались заменить управляемую ось одним колесом, установленным по центру автомобиля (например, автомобиль К. Бенца (см. рис. 1.2). В настоящее время такая схема поворота осталась на двух- и трехколесных транспортных средствах. Поворот управляемой оси сегодня применяется только на прицепах. Принцип управления за счет поворота сочлененных звеньев применяется в случае, когда колеса транспортного средства имеют большие размеры и поворот каждого из них затруд­ нен. Несущая система транспортного средства состоит из двух частей, к каждой из которой присоединена передняя и задняя оси. Обе части соединены друг с другом подвижно с помо­ щью вертикального шкворня. Относительный поворот частей («складывание» рамы или иной несущей системы) происходит с помощью гидравлических цилиндров рулевого управления. К недостаткам данной схемы относится низкая точность управления при высоких скоростях, трудность размещения кузовов или кабин на двух подвижных частях рамы, усложнение трансмиссии. В связи с этим данный способ рулевого управления на современных автомо­ билях применяется редко, основная сфера использования — тихоходные тракторы, дорож-

но-строительные машины, специальные вездеходы и т. п.

Наибольшее распространение в конструкции автомобиля получило рулевое управление с по­ воротными колесами. В этом случае каждое управляемое колесо может поворачиваться в гори­ зонтальной плоскости относительно собственной оси поворота. Для синхронизации поворота правого и левого колеса одной оси они связаны шарнирным механизмом — рулевой трапецией.

S. Заказ № 1031. 225

Рис. 5.2. Самоустанавливающаяся ось полуприцепа

Рулевая трапеция обеспечивает поворот правого и левого колес на разные углы, что по­ зволяет им катиться на повороте по разным радиусам без проскальзывания.

Основные преимущества указанной схемы поворота: колеса занимают при поворотах не­ большой объем внутри кузова, что позволяет удобно размещать над управляемым мостом другие агрегаты автомобиля (двигатель, трансмиссию и т. д.); для поворота колес требуются незначительные усилия, близкое расположение колеса к оси его поворота уменьшает удары, передающиеся от дороги на рулевое управление.

Двухосный автомобиль имеет, как правило, одну переднюю ось с управляемыми колесами. Иногда для улучшения маневренности такие автомобили снабжают всеми управляемыми колесами, но при этом усложняется конструкция рулевого управления и возникают пробле­ мы с управляемостью на высоких скоростях. Поэтому на автотранспортных средствах с пе­ редними и задними управляемыми колесами при движении с высокими скоростями прину­ дительное управление задними колесами отключают, а колеса фиксируются в нейтральном положении.

Для современных скоростных легковых автомобилей конструкция подвески задних не­ управляемых колес и наличие упругих резинометаллических шарниров крепления рычагов к несущей системе (эластокинематика подвески) обеспечивает при движении на повороте незначительные углы поворота колес из-за крена кузова и действия на колеса боковых сил. Это явление называется «доворотом» неуправляемых колес и при правильно спроектирован­ ной подвеске позволяет улучшить управляемость в скоростных поворотах.

Одну ось с управляемыми колесами могут иметь и трехосные автомобили, но при усло­ вии, что вторая и третья неуправляемые оси сближены. Если эти оси разнесены или автомо­ биль имеет более трех осей, то для предотвращения бокового проскальзывания колес при­ меняют несколько осей с управляемыми колесами (см. рис. 1.16).

При этом водитель непосредственно поворачивает колеса первой оси, колеса прочих осей связаны с первой осью с помощью механических, гидравлических или электрогидрав­ лических передач, которые управляют их поворотом. Управляемые колеса полуприцепов мо­ гут поворачиваться в зависимости от угла складывания между автомобилем-тягачом и полу­ прицепом или двумя частями сочлененных автобусов.

В ряде случаев для упрощения конструкции рулевого управления задние поворотные колеса многоосных автомобилей и прицепов делаются самоустанавливающимися, т. е. ко­ леса на повороте сами поворачиваются на углы, при которых на них не воздействуют бо­ ковые силы (рис. 5.2).

Силовой способ поворота автомобиля аналогичен способу поворотов гусенич­ ных машин. При этом способе функции рулевого управления выполняет специальная трансмиссия. При воздействии водителя на органы управления трансмиссия подтор­ маживает колеса одного борта с подачей тяговых сил на колеса другого, что вызывает появление момента сил правого и левого борта, который стремится повернуть машину относительно вертикальной оси. Такая схема управления обеспечивает поворот практи­ чески на месте. Но силовой способ управления на современных автомобилях почти не применяется, что связано с низкой точностью управления на больших скоростях, высо­ ким износом шин, необходимостью устанавливать двигатели повышенной мощности и сложные трансмиссии.

Вместе с тем силовой способ управления поворотом все же применяется в современных автомобилях, но не в качестве основного, а как основа функционирования электронной си­ стемы стабилизации траектории ESP (см. §31).

§30