Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В автотранспортных средствах система рулевого управления с усилителем помогает водителям управлять автомобилем, увеличивая усилие на рулевом колесе , необходимое для поворота рулевого колеса , что упрощает поворот или маневрирование автомобиля.

Гидравлические или электрические приводы добавляют управляемую энергию к рулевому механизму, поэтому водитель может прилагать меньше усилий для поворота управляемых колес при движении на обычных скоростях и значительно снижать физическое усилие, необходимое для поворота колес, когда транспортное средство остановлено или движется медленно. Рулевое управление с усилителем также может быть разработано для обеспечения некоторой искусственной обратной связи сил, действующих на управляемые колеса.

Гидравлические системы рулевого управления для автомобилей увеличивают усилие рулевого управления с помощью привода - гидроцилиндра, который является частью сервосистемы . Эти системы имеют прямую механическую связь между рулевым колесом и рычажным механизмом, управляющим колесами. Это означает, что отказ системы гидроусилителя руля (для увеличения усилия) по-прежнему позволяет управлять автомобилем, используя только ручное усилие.

В системах рулевого управления с электроусилителем вместо гидравлических систем используются электродвигатели. Как и в случае с гидравлическими типами, мощность привода (в данном случае двигателя) контролируется остальной частью системы рулевого управления с усилителем.

Другие системы рулевого управления с усилителем (например, в самых больших внедорожных строительных машинах) не имеют прямого механического соединения с рулевым приводом; им требуется электроэнергия. Подобные системы, не имеющие механического соединения, иногда называют « управляемыми по проводам » или «управляемыми по проводам» по аналогии с авиационными « полетами по проводам ». В этом контексте «провод» относится к электрическим кабелям, по которым передаются мощность и данные, а не к механическим кабелям управления из тонких проволочных тросов.

Некоторые строительные машины имеют раму из двух частей с прочным шарниром посередине; этот шарнир позволяет передней и задней осям стать непараллельными для управления автомобилем. Противоположные гидроцилиндры перемещают половинки рамы относительно друг друга для управления.

История [ править ]

Первая система рулевого управления с усилителем на транспортном средстве была, по-видимому, установлена ​​в 1876 году человеком по фамилии Фиттс, но о нем мало что известно. [1] Следующая система рулевого управления с усилителем была установлена ​​на 5-тонном грузовике Columbia в 1903 году, где отдельный электродвигатель использовался для помощи водителю при повороте передних колес. [1] [2]

Роберт Э. Твайфорд, житель Питтсбурга, штат Пенсильвания , включил механический усилитель рулевого управления в свой патент (патент США 646477), выданный 3 апреля 1900 года на первую систему полного привода. [3]

Фрэнсис В. Дэвис, инженер подразделения грузовиков Pierce-Arrow , начал изучать, как можно упростить рулевое управление, и в 1926 году изобрел и продемонстрировал первую практическую систему рулевого управления с усилителем. [4] [5] [6] Дэвис перешел в General Motors и усовершенствовал систему рулевого управления с гидроусилителем, но автопроизводитель подсчитал, что ее производство будет слишком дорогим. [5] Затем Дэвис подписал контракт с Bendix , производителем запчастей для автопроизводителей. Военные потребности во время Второй мировой войны в облегчении управления тяжелыми машинами увеличили потребность в усилении поддержки бронированных автомобилей и эвакуационных машин для британских и американских армий.[5]

Chrysler Corporation представила первую коммерчески доступную систему рулевого управления с усилителем для легковых автомобилей на Chrysler Imperial 1951 года под названием "Hydraguide". [7] Система Chrysler была основана на некоторых патентах Дэвиса с истекшим сроком действия. General Motors представила Cadillac 1952 года с системой рулевого управления с усилителем, используя работу, проделанную Дэвисом для компании почти двадцатью годами ранее.

Чарльз Ф. Хаммонд из Детройта подал несколько патентов на усовершенствования гидроусилителя руля в Канадское ведомство интеллектуальной собственности в 1958 г. [8] [9] [10]

Самые новые [ когда? ] автомобили теперь имеют рулевое управление с усилителем благодаря тенденции к переднему приводу, большей массе автомобиля и более широким шинам , что увеличивает необходимое усилие рулевого управления. Более тяжелым транспортным средствам, как это принято в некоторых странах, будет чрезвычайно трудно маневрировать на низких скоростях, в то время как автомобили с меньшим весом могут вообще не нуждаться в рулевом управлении с усилителем.

Гидравлические системы [ править ]

Бачок с гидроусилителем рулевого управления и насос с приводом от шкива

Гидравлические системы рулевого управления с усилителем работают за счет использования гидравлической системы для умножения силы, прикладываемой к входам рулевого колеса на управляемые (обычно передние) опорные колеса транспортного средства. [11] Гидравлическое давление обычно исходит от героторного или пластинчато-роторного насоса, приводимого в действие двигателем транспортного средства. Гидравлический цилиндр двустороннего действия прикладывает усилие к рулевому механизму, который, в свою очередь, управляет опорными колесами. Рулевое колесо управляет клапанами для управления потоком в цилиндр. Чем больший крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу и колонке, тем больше жидкости клапаны пропускают к цилиндру, и, следовательно, тем большее усилие применяется для поворота колес. [12]

Одна конструкция для измерения крутящего момента, прикладываемого к рулевому колесу, имеет датчик крутящего момента - торсион на нижнем конце рулевой колонки. При вращении рулевого колеса вращается рулевая колонка, а также верхний конец торсиона. Поскольку торсионный стержень относительно тонкий и гибкий, а нижний конец обычно сопротивляется вращению, стержень будет скручиваться на величину, пропорциональную приложенному крутящему моменту. Разница в положении противоположных концов торсиона регулирует клапан. Клапан позволяет жидкости течь в цилиндр, что обеспечивает поддержку рулевого управления; чем больше «крутка» торсиона, тем больше сила.

Поскольку гидравлические насосы являются поршневыми, их скорость потока прямо пропорциональна скорости двигателя. Это означает, что при высоких оборотах двигателя рулевое управление, естественно, будет работать быстрее, чем при низких оборотах двигателя. Поскольку это было бы нежелательно, ограничительное отверстие и клапан регулирования потока направляют часть выходной мощности насоса обратно в гидравлический резервуар при высоких оборотах двигателя. Клапан сброса давления предотвращает опасное повышение давления, когда поршень гидроцилиндра достигает конца своего хода.

Усилитель рулевого управления устроен таким образом, что в случае отказа усилителя рулевое управление продолжит работать (хотя колесо будет ощущаться тяжелее). Потеря усилителя рулевого управления может существенно повлиять на управляемость автомобиля. В руководстве по эксплуатации каждого транспортного средства содержатся инструкции по проверке уровней жидкости и регулярному обслуживанию системы рулевого управления с гидроусилителем.

Рабочая жидкость, также называемая « гидравлической жидкостью » или «маслом», является средой, посредством которой передается давление . Обычные рабочие жидкости основаны на минеральном масле .

Некоторые современные системы также включают в себя электронный регулирующий клапан для снижения давления гидравлической системы при увеличении скорости автомобиля; это гидроусилитель с регулируемым усилителем.

DIRAVI с гидроусилителем и усилителем [ править ]

Основная статья: DIRAVI

DIRAVI ввела новшество, ставшее общим преимуществом - рулевым управлением, чувствительным к скорости . [13]

В этой системе рулевого управления с гидроусилителем усилие поворота колес создается гидравлической системой высокого давления автомобиля и всегда одинаково, независимо от скорости движения. При повороте рулевого колеса колеса одновременно перемещаются на соответствующий угол с помощью гидроцилиндра. Чтобы создать ощущение искусственного рулевого управления, есть отдельная система с гидравлическим приводом, которая пытается повернуть рулевое колесо обратно в центральное положение. Величина прилагаемого давления пропорциональна скорости движения, поэтому на низких скоростях рулевое управление очень легкое, а на высоких скоростях очень сложно сместиться более чем на небольшое расстояние от центра.

Он был изобретен французской компанией Citroën .

Пока в гидравлической системе автомобиля есть давление, между рулевым колесом и опорными колесами нет механической связи. Эта система была впервые представлена ​​в Citroën SM в 1970 году и была известна как VariPower в Великобритании и SpeedFeel в США.

Электрогидравлические системы [ править ]

Электрогидравлические системы рулевого управления с усилителем, иногда сокращенно EHPS, а также иногда называемые «гибридными» системами, используют ту же технологию гидроусилителя, что и стандартные системы, но гидравлическое давление создается насосом, приводимым в действие электродвигателем, а не приводным ремнем на двигатель.

В 1965 году Ford экспериментировал с парком машин Mercury Park Lanes , оснащенных системой мгновенного рулевого управления, которая заменила обычное большое рулевое колесо двумя 5-дюймовыми (127 мм) кольцами, быстрым передаточным числом 15: 1 и электрогидравлическим приводом. насос на случай, если двигатель заглох. [14] [15]

В 1988 году Subaru XT6 был оснащен уникальной адаптивной электрогидравлической системой рулевого управления Cybrid, которая изменяла уровень помощи в зависимости от скорости автомобиля.

В 1990 году компания Toyota представила MR2 второго поколения с электрогидравлическим усилителем рулевого управления. Это позволило избежать прокладки гидравлических линий от двигателя (который находился позади водителя в MR2) до рулевой рейки.

В 1994 году Volkswagen выпустил Mark 3 Golf Ecomatic с электронасосом. Это означало, что гидроусилитель руля продолжал работать, пока компьютер останавливал двигатель для экономии топлива. [16] Электрогидравлические системы можно найти в некоторых автомобилях Ford , Volkswagen , Audi , Peugeot , Citroen , SEAT , Škoda , Suzuki , Opel , MINI , Toyota , Honda и Mazda .

Электрические системы [ править ]

Модуль EPS с частично разобранной рулевой колонкой

Электрический усилитель руля ( EPS ) или моторным приводом усилитель руля ( ЭУР ) использует электрический двигатель , а не гидравлическую систему , чтобы помочь водителю в виде автомобиля . Датчики определяют положение и крутящий момент рулевой колонки, а компьютерный модуль передает вспомогательный крутящий момент через двигатель, который подключается либо к рулевому механизму, либо к рулевой колонке. Это позволяет применять различную помощь в зависимости от условий вождения. Таким образом, инженеры могут адаптировать реакцию рулевого механизма к системам подвески с переменной скоростью и с переменным демпфированием, оптимизируя ходовые качества, управляемость и рулевое управление для каждого автомобиля. [17]На автомобилях группы Fiat количество помощи можно регулировать с помощью кнопки «CITY», которая переключает между двумя разными кривыми помощи, в то время как большинство других систем EPS имеют переменную помощь. Они оказывают большую помощь при замедлении автомобиля и меньше при более высоких скоростях.

Механическая связь между рулевым колесом и рулевым механизмом сохраняется в EPS. В случае отказа компонента или сбоя питания, что приводит к невозможности оказания помощи, механическое соединение служит резервным. Если система EPS выходит из строя, водитель сталкивается с ситуацией, когда для управления требуется большое усилие. Это тяжелое усилие похоже на неработающее гидравлическое усилие рулевого управления [ необходима цитата ] . В зависимости от дорожной ситуации, навыков вождения и силы водителя потеря усилителя рулевого управления может привести или не привести к аварии. Сложность рулевого управления при неработающем усилителе рулевого управления усугубляется выбором передаточных чисел рулевого управления с усилителем рулевого управления по сравнению с полностью ручным. NHTSAпомог производителям автомобилей отозвать системы EPS, склонные к отказу. [18]

Электрические системы имеют преимущество в топливной экономичности, потому что нет постоянно работающего гидронасоса с ременным приводом, независимо от того, требуется ли помощь или нет, и это основная причина их внедрения. Другим важным преимуществом является отсутствие дополнительного оборудования двигателя с ременным приводом и нескольких гидравлических шлангов высокого давления между гидравлическим насосом, установленным на двигателе, и рулевым механизмом, установленным на шасси. Это значительно упрощает производство и обслуживание. За счет включения электронного контроля устойчивости системы рулевого управления с электроусилителем могут мгновенно изменять уровни крутящего момента, чтобы помочь водителю в корректирующих маневрах. [19]

В 1986 году NSK ввела в практическое применение EPS для аккумуляторных вилок. [20] В последующие 8 лет Koyo Seiko (нынешний JTEKT), NSK разработала систему колонн исключительно для мини-автомобилей, продаваемых только в Японии, таких как Suzuki и Mitsubishi Motors. [21]Однако этот простой метод был заметен из-за ощущения инерции двигателя во время быстрого рулевого управления для предотвращения опасности при работе на низкой скорости, во время работы на высокой скорости, при которой усилие рулевого управления стало небольшим, возвращаясь к ручному управлению. В результате эта система не была принята. В конце 1990-х годов в Honda NSX была внедрена система прямого полного управления реечной системой без сцепления для обычного автомобиля (первоначально только с автоматической коробкой передач). С тех пор произошел переход от щеточного двигателя к двигателю. бесщеточный двигатель в стоечном типе обычных автомобилей, и этот метод стал широко распространенным.

Системы рулевого управления с электроусилителем появились на Honda NSX в 1990 году, MG F, FIAT Punto Mk2 в 1999 году, Honda S2000 в 1999 году, Toyota Prius в 2000 году, BMW Z4 в 2002 году и Mazda RX-8 в 2003 году.

Первая система рулевого управления с электроусилителем появилась на Suzuki Cervo в 1988 году. [22] Система использовалась различными производителями автомобилей и чаще всего применялась для небольших автомобилей для снижения расхода топлива и производственных затрат [ необходима цитата ] .

Системы с электрически регулируемым передаточным числом [ править ]

В 2000 году на Honda S2000 Type V была установлена ​​первая электрическая система рулевого управления с переменным передаточным числом (VGS). [23] В 2002 году Toyota представила систему «Рулевое управление с переменным передаточным числом» (VGRS) на Lexus LX 470 и Landcruiser Cygnus, а также включила электронную систему контроля устойчивости для изменения передаточного числа рулевого механизма и уровней помощи при рулевом управлении. В 2003 году BMW представила на 5-й серии систему « активного рулевого управления » . [24]

Эту систему не следует путать с гидроусилителем рулевого управления с регулируемым усилителем, который изменяет крутящий момент усилителя рулевого управления, а не передаточными числами рулевого управления, или с системами, в которых передаточное число изменяется только как функция угла поворота рулевого колеса. Последние более точно называются нелинейными типами (например, Direct-Steer, предлагаемый Mercedes); график положения рулевого колеса в зависимости от угла поворота оси постепенно изогнут (и симметричен).

См. Также [ править ]

  • Сервомеханизм
  • Рулевой двигатель

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Шульц, Морт (май 1985 г.). «Рулевое управление: век прогресса» . Популярная механика . 162 (5): 59. ISSN  0032-4558 . Проверено 8 ноября 2014 года .
  2. ^ Рен, Джеймс А .; Рен, Женевьева Дж. (1979). Моторные грузовики Америки . Пресса Мичиганского университета. п. 23. ISBN 9780472063130. Проверено 8 ноября 2015 года .
  3. ^ "Привод для мотоколяски - патент США 646477 A" . Дата обращения 29 мая 2015 .
  4. ^ Нанни, Малкольм Джеймс (2006). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Elsevier Science. п. 521. ISBN. 978-0-7506-8037-0. Проверено 18 июня 2010 года .
  5. ^ a b c Хау, Хартли Э. (февраль 1956 г.). "Корабль мистера ГУРа входит" . Популярная наука . 168 (2): 161–164, 270 . Проверено 28 мая 2015 .
  6. ^ "Зал славы Уолтемского музея" . Уолтемский музей. Архивировано из оригинала 19 июля 2010 года . Проверено 8 ноября 2015 года .
  7. ↑ Ламм, Майкл (март 1999). «75 лет компании Chrysler» . Популярная механика . 176 (3): 75 . Проверено 28 мая 2015 .
  8. ^ "Механизм рулевого управления с ручным приводом и усилителем для автомобилей" . Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  9. ^ "Рулевой механизм с ручным и усилителем" . Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  10. ^ "Механизм рулевого управления с ручным приводом и усилителем для автомобилей" . Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  11. ↑ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). «Реечное рулевое управление - как работает рулевое управление автомобилем» . Auto.howstuffworks.com. п. 2 . Проверено 28 мая 2015 .
  12. ↑ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). "Рулевое управление с усилителем - Как работает рулевое управление автомобилем" . Auto.howstuffworks.com. п. 4 . Проверено 28 мая 2015 .
  13. ^ «Топ 5: Инновации Citroen SM, которые видели будущее (видео)» . CNET. 5 августа 2014 . Проверено 28 мая 2015 .
  14. ^ "Будет ли поворот вашего запястья управлять вашей следующей машиной?" . Популярная наука . 186 (4): 83. Февраль 1984 . Проверено 8 сентября 2015 года .
  15. ↑ Маркович, Алекс (апрель 1965 г.). "Смотри, Ma-No Wheel!" . Популярная механика . 123 (4): 91–93 . Проверено 8 сентября 2015 года .
  16. ^ "Гольф Ecomatic Page" . Deylan.co.uk. Архивировано из оригинального 10 августа 2011 года . Проверено 8 ноября 2015 года .
  17. ^ Киблер, Джек (май 1986). «Итак, гидравлика - электронная революция в ГУР» . Популярная наука . 228 (5): 50–56 . Проверено 8 сентября 2015 года .
  18. ^ «Готовы к еще одному отзыву? NHTSA расследует Ford на предмет дополнительных проблем с усилителем рулевого управления» . Юридическая фирма Ньюсом Мелтон . 7 января 2015 . Проверено 28 мая 2015 .
  19. ^ «Электроусилитель руля: один хороший поворот заслуживает другого» . embedded.com . Проверено 7 сентября 2011 .
  20. ^ »Технический журнал NSK 647 Описание продукта« Электроусилитель рулевого управления », сентябрь 1987 г.
  21. ^ Окамото, Кэндзиро; Чикума, Исаму; Сайто, Наоки; Миядзаки, Хироя (1 апреля 1989 г.). «Улучшение ощущений водителя от электроусилителя руля» . Технический документ SAE 890079 . Серия технических статей SAE. Технический документ SAE. 1 . DOI : 10.4271 / 890079 . Дата обращения 4 октября 2019 .
  22. ^ Накаяма, Т .; Суда, Э. (1994). «Настоящее и будущее электроусилителя руля» . Международный журнал автомобильного дизайна . 15 : 243 . Проверено 8 ноября 2015 года .
  23. ^ "Honda запускает S2000 Type V, оборудованный первой в мире системой рулевого управления с переменным передаточным числом (VGS)" (пресс-релиз). Honda News. 7 июля 2000 года Архивировано из оригинала 6 сентября 2015 года . Проверено 8 сентября 2015 года .
  24. ^ «BMW» Первая поездка: BMW 5-й серии 2004 года . CanadianDriver. 2003-06-02. Архивировано из оригинального 16 октября 2009 года . Проверено 8 декабря 2009 .

Внешние ссылки [ править ]