Рабочая программа по учебной дисциплине « Устройство и техническое обслуживание транспортных средств категории «В»» (стр. 17 )

Расположение электроусилителя на автомобиле

Устройство электрической рулевой рейки

Джойстик для управления втомобилем

Сегодня усилителями рулевого управления оснащают подавляющее большинство автомобилей. Даже маленькие машинки, как правило, получают легкие штурвалы уже в базовых комплектациях. И не только для комфорта. Невидимый помощник, уменьшая усилие на руле, позволяет сократить передаточное отношение в рулевом механизме и, соответственно, количество оборотов. Значит, и усмирить взбрыкнувший после резкого маневра автомобиль проще.

До недавнего времени существовали два варианта рулевых механизмов со встроенными гидроусилителями: реечные и "винт - шариковая гайка - сектор". Последние ставили на большие автомобили и вседорожники (например, "волги", "соболи", УАЗы). Сегодня и на тяжелых машинах все чаще появляются компактные "рейки".

Вспомним принцип действия реечного механизма с гидроусилителем. В корпусе - распределительный клапан с чувствительным элементом - торсионом, связанным с рулевым валом. Водитель поворачивает баранку, торсион, закручиваясь, перемещает золотник. Тот приоткрывает отверстия масляных каналов, идущих к силовому цилиндру гидроусилителя. Последний подталкивает рейку, снижая усилие на руле. Едва водитель перестает крутить штурвал, торсион возвращается в исходное положение, а жидкость перепускается обратно в бачок.

Производительность насоса, приводимого ремнем от коленвала, должна быть такова, чтобы при работе мотора на холостом ходу водитель мог крутить руль без "закусываний" со скоростью не меньше 1,5 оборота в секунду. Избыточное давление стравливает перепускной клапан.

Сделать управление комфортным как при парковках, так и на скоростной трассе, помогают рулевые механизмы с переменным передаточным отношением: в центре рейки зубья нарезаны с маленьким шагом, на концах - шаг больше. При незначительных углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато, разворачиваясь, крутить баранку приходится меньше.

Дополнительный комфорт и безопасность привнесли системы, регулирующие усилие на руле в зависимости от скорости. Пример - "Сервотроник", устанавливаемый на "Ауди".

В верхней части распределителя находится так называемая камера обратного действия. В ней двигается поршень, связанный с золотником.

Представим, что водитель поворачивает направо. Золотник открывает путь жидкости к силовому цилиндру, помогающему рейке поворачивать колеса. Одновременно масло через электромагнитный клапан (им управляет электронный блок, получающий информацию от датчика скорости) начинает поступать в камеру обратного действия. Один из перепускных клапанов открывается, возникает разница давлений, и поршень, опускаясь, ограничивает ход золотника. Давление в силовом цилиндре гидроусилителя падает, а усилие на руле, напротив, возрастает. Когда водитель перестает крутить баранку - золотник и обратный клапан закрываются.

При повороте влево открывается другой перепускной клапан, а поршень поднимается, вновь корректируя передвижение золотника, давление стравливается в другой части силового цилиндра.

При парковке и движении черепашьим шагом (примерно до 20 км/ч) электромагнитный клапан, ограничивающий подачу жидкости в камеру обратного действия, закрыт - руль можно повернуть одним пальцем. С ростом скорости клапан постепенно открывается и усилие на штурвале возрастает.

Устройство работает эффективно и надежно. Но гидравлический насос забирает силы у двигателя, а значит, тот съедает лишнее топливо, вредит экологии. Особенно нежелателен такой "нахлебник" маломощным моторам. Конструкторы нашли иное решение: давление рабочей жидкости нагнетает электрический насос. Блок управления получает информацию от датчиков вращения руля и скорости автомобиля.

Производители скрупулезно подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км. Немаловажно, что инженерам проще подбирать характеристики, настраивать устройство для конкретной модели.

Активное рулевое управление. Руль с коробкой передач.

Следующий шаг - так называемое активное управление (Active Steering). Главное преимущество - возможность изменять передаточное отношение между рулем и колесами. На пути от баранки к рулевому механизму с гидроусилителем встроена планетарная передача с электромотором.

Когда вы отъезжаете от тротуара, передаточное отношение минимально, а количество полных оборотов руля не более двух. С ростом скорости машины управление становится менее чувствительным, а стоит вырваться на загородную трассу - электромотор, подкручивая водило планетарного редуктора, увеличит передаточное отношение.

Активное рулевое управление, сотрудничая с другими системами, способно помочь и в сложных ситуациях. Например, машину занесло. Компьютер, опросив датчики угла поворота руля и скорости вращения колес, включит электромотор. Тот уменьшит передаточное отношение, чтобы водителю было легче удержать автомобиль на нужной траектории. Активный руль полезен и при экстренном торможении с АBS: если остановиться вовремя не удается, шоферу проще уйти от столкновения.

Первыми из серийных моделей подобное устройство примерили новые "пятерки" БМВ (ЗР, 2002, № 10; 2003, № 7). Вероятно, вскоре такие системы пропишутся на многих автомобилях, пока им на смену не придет так называемое управление по проводам.

Электромеханические усилители

Успешные попытки вытеснить гидравлику из рулевого управления предприняли в конце прошлого века. Сегодня на некоторых автомобилях уже работают электромеханические усилители.

Принцип действия электро - и гидроусилителя во многом схож. Поворачивая штурвал, водитель закручивает торсион - чувствительный элемент, посылающий сигнал компьютеру. Тот отдает команду электромотору, который подкручивает рулевой вал, снижая усилие на руле.

Широкое распространение электро - и гидроусилителей сдерживает нынешний 12-вольтовый стандарт электрооборудования. Поэтому пока они встречаются лишь на небольших автомобилях. Кстати, такой планируют устанавливать на ВАЗ-2110 и "Калину".

Управление по проводам

И все-таки будущее, видимо, не за хитрой механикой или гидравликой, усложненными электроникой. Гранды автомобилестроения вовсю работают над системами без механической связи между рулем и колесами - так называемым управлением по проводам (steering by wire).

Вращение руля отслеживает специальный датчик. Электронный блок, получая информацию о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, посылает сигнал на актуаторы - электромоторы, поворачивающие колеса.

Преимущества такой системы очевидны. В критической ситуации автомобиль сможет самостоятельно (причем быстрее человека!) повернуть колеса на нужный угол. Допустим, системе стабилизации не удалось предотвратить занос, и машина, как волчок, закрутилась на обледеневшем шоссе. Быстродействующая электроника, опросив датчики, повернет руль, куда и на сколько нужно, и притормозит одно или пару колес.

Самостоятельность автомобиля намного упростит жизнь водителю: например, компьютер ловко припаркуется. А когда машины научат хорошо "видеть", они смогут даже объезжать препятствия.

Такие системы выгодны и технологически: протянуть провода куда проще, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку - разные углы поворота колес задают сами электромоторы. Кстати, и с точки зрения пассивной безопасности такая конструкция лучше.

Концептов без традиционного управления уже немало. Видимо, серийные автомобили появятся в обозримом будущем. А потом, глядишь, привычный руль заменит многофункциональный джойстик - им водитель будет корректировать не только направление, но и скорость.

Назначение, расположение и взаимодействие основных узлов и агрегатов рулевого механизма

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Рулевой механизм реечного типа. Он крепится в моторном отсеке в сборе с тягами рулевого привода к панели передка кузова двумя скобами. Для гашения вибраций между картером рулевого механизма и панелью, а также на обеих опорах картера, установлены резиновые подушки. Картер рулевого механизма отлит из алюминиевого сплава вместе с левой опорой. В полости картера на двух подшипниках установлена приводная шестерня. Шариковый подшипник на валу шестерни фиксируется стопорным кольцом. Наружное кольцо подшипника поджимается к торцу гнезда картера гайкой с защитной шайбой. Гайка стопорится в картере шайбой и закрывается пыльником, который насаживается на вал приводной шестерни и фиксируется на нем проволочным кольцом. Для герметизации зазора между валом шестерни и гайкой в ее проточке установлено уплотнительное резиновое кольцо. На картере и на пыльнике выполнены метки А и В для правильной сборки рулевого механизма. На валу приводной шестерни нарезаны шлицы для крепления эластичной муфты, через которую шестерня соединяется с валом рулевого управления. Эластичная муфта демпфирует удары, колебания, глушит шумы, допускает относительное перемещение между рулевым механизмом и рулевым валом. Муфта фиксируется на валу шестерни стяжным болтом. Роликовый цилиндрический подшипник запрессован в гнездо картера рулевого механизма. На него опирается нижний конец приводной шестерни, которая находится в зацеплении с рейкой. Рейка поджимается к шестерне металлокерамическим упором усилием пружины. Упор рейки уплотняется в картере резиновым кольцом. Пружина поджимается к упору гайкой со стопорным кольцом. Это кольцо создает сопротивление отворачиванию гайки. При сборке рулевого механизма гайку устанавливают так, чтобы был обеспечен зазор до 0,12 мм между ней и упором. Этот зазор необходим для компенсации теплового расширения деталей, чтобы не происходило заклинивания рулевого механизма. Дополнительно гайка фиксируется раскерниванием ее в двух противолежащих местах. За счет подпружиненного упора обеспечивается беззазорное зацепление шестерни по всей длине последней. Рейка одним концом опирается на упор, а другим на разрезную пластмассовую втулку, уплотненную в картере резиновыми кольцами. На картер рулевого механизма с левой стороны надевается защитный колпачок, с правой - напрессовывается труба, имеющая продольный паз. Через паз трубы и отверстия защитного чехла проходят болты, крепящие тяги рулевого привода к рейке. Между собой болты соединяются пластиной. Оба болта проходят через резино-металлические шарниры, запрессованные в головки наконечников тяг. Фиксируются болты стопорной пластиной, края которой отгибаются на грань головки болтов. Полость картера защищена от загрязнения гофрированным чехлом, который крепится двумя пластмассовыми хомутами, и резиновым колпачком.

Вал рулевого управления соединяется с приводной шестерней эластичной муфтой, которая состоит из двух фланцев и резиновой муфты, соединенным между собой заклепками. Отверстия в муфте под заклепки упрочнены кордовыми пучками и металлическими втулками. Верхняя часть вала опирается на шариковый подшипник с пластмассовой втулкой. Подшипник запрессован в трубу кронштейна, который крепится в четырех точках к кронштейну кузова. На верхнем конце вала нарезаны шлицы, на которых через демпфирующий элемент крепится рулевое колесо. Оно выполнено из пластмассы, армированной стальным каркасом. На трубе кронштейна крепится соединитель подрулевого переключателя, а на нижнем торце демпфирующего элемента - контактная часть звукового сигнала. Подрулевой переключатель и звуковой сигнал закрываются защитным кожухом, состоящим из верхней и нижней частей, соединенных между собой винтами.

Рулевой привод состоит из двух поперечных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Каждая тяга составная, состоит из двух наконечников, соединенных между собой трубчатой тягой. Она навертывается на наконечники и контрится гайками. На левой тяге эти гайки имеют левую резьбу и для отличия - прорези на гранях гаек. Такое соединение позволяет изменять длину рулевых тяг, что необходимо при регулировке схождения передних колес. В головку внутреннего наконечника запрессован резинометаллический шарнир, состоящий из резиновой и металлической втулок. Через последнюю проходит болт крепления тяги к рейке рулевого механизма. В головке наружного шарнира расположены детали шарового шарнира, состоящего из вкладыша, шарового пальца, пружины и защитного колпачка. Пластмассовый вкладыш вместе с пальцем постоянно поджимается спиральной пружиной к конической поверхности расточки наконечника. Благодаря продольному разрезу во вкладыше происходит автоматический выбор зазора между вкладышем и пальцем. Другой конец пружины упирается в шайбу, завальцованную в наконечнике. Полость шарнира герметизируется защитным колпачком, который одним концом заходит в расточку наконечника, а другим плотно насажен на палец. Поворотный рычаг приварен к корпусу стойки передней подвески. В него вмонтирована втулка с коническим отверстием под палец 8 шарового шарнира. Гайка крепления пальца шарнира шплинтуется

Принцип работы

Рулевое управление - служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес. Для того чтобы при движении автомобиля на повороте колеса его имели качение без бокового скольжения, они должны катиться по окружностям, описанным из одного центра, который называется центром O поворота. В этом центре должны пересекаться продолжения осей всех колес. Для соблюдения данного условия внутреннее к центру поворота управляемое колесо должно поворачиваться круче, т. е. на больший угол, чем наружное колесо.

Рулевой мехонизм типа червяк.
Такая схема поворота конструктивно обеспечивается рулевой трапецией, сторонами которой являются балка 1 управляемого моста, поперечная рулевая тяга 3 и рычаги 2 поворотных цапф. Рулевая трапеция вместе с механизмами и устройствами, обеспечивающими поворот автомобиля, составляет рулевое управление.

При вращении рулевого колеса 4 поворачивается рулевой вал 6, расположенный внутри рулевой колонки 5. На нижнем конце вала закреплен червячный механизм 7, сообщающий угловые перемещения сошке 8. С помощью продольной тяги 9 и рычага 13 сошка поворачивает левый поворотный кулак с расположенным на его цапфе колесом. Одновременно левый кулак посредством рычага 10 и поперечной тяги 11 поворачивает правый поворотный кулак 12, а вместе с ним и колесо, установленное на его цапфе.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Для облегчения управления автомобилем в рулевой привод может входить усилитель. Однако легкость управления зависит прежде всего от общего передаточного числа рулевого управления, которое определяется отношением угла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес автомобиля. Общее передаточное число рулевого управления равно произведению передаточных чисел рулевого механизма и рулевого привода.
Рулевые механизмы.
Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого колеса на рулевой привод и уменьшения усилия, необходимого для поворота автомобиля. Передаточное число рулевых механизмов находится в пределах 15-30, вследствие чего усилие, передаваемое сошкой, значительно больше усилия, приложенного к рулевому колесу. Применяются также рулевые механизмы с непостоянным передаточным числом, которое увеличивается по мере перемещения их рабочей пары к среднему положению. Это способствует уменьшению обратных ударов в рулевое колесо при наезде управляемых колес на неровности дороги. С этой же целью в приводе рулевого управления уменьшают плечо поворота колеса глобоидной формы и двух или трехгребневым роликом (червяк-ролик) применяется на большинстве легковых и многих грузовых автомобилях. В картере 1 на двух конических роликоподшипниках вращается глобоидный червяк 5, установленный на валу 6 рулевого колеса. В зацепление с червяком входит трехгребневый ролик 3, вращающийся на цилиндрическом роликоподшипнике, установленном на оси 7, запрессованной в фасонную головку вала 2 рулевой сошки.

Опорами вала сошки служит с одной стороны роликоподшипник 8, а с другой - бронзовая втулка 16. С этой же стороны вал сошки уплотняется сальником 13. Сошка 14 установлена на шлицах вала и удерживается гайкой 15. Под нижней крышкой картера расположены прокладки 4, служащие для регулировки конических роликоподшипников червяка 5. Регулировка глубины зацепления ролика 3 с червяком 5 производится осевым перемещением вала 2 сошки (в пределах величины А) с помощью регулировочного винта 11, установленного в крышке картера. Винт закрыт колпачковой гайкой 10 и фиксируется стопорной шайбой 9 со штифтом 12.

Рабочая пара типа червяк-ролик имеет зацепление с переменным зазором. В средней части, соответствующей положению колес для движения автомобиля по прямой, зазор имеет минимальную величину (0,03 мм); при повороте рулевого колеса он увеличивается, так как уменьшается высота зубьев сектора от середины к крайним точкам. При этом по мере поворота автомобиля в ту или иную сторону свободный ход рулевого колеса также возрастает, достигая в крайних положениях 25-30°. Наличие переменного зазора в соединении червяк-ролик повышает чувствительность рулевого управления при среднем положении колес и облегчает вывод рулевого колеса из крайних положений. Рулевой механизм данного типа имеет малые потери на трение, так как при работе ролик не скользит, а катится по червяку, вследствие чего снижается изнашивание деталей и затрачивается меньше усилий на управление автомобилем.

На автомобилях большой грузоподъемности для облегчения управления ими рулевые механизмы имеют большие передаточные числа. При этом не допускается значительного повышения удельной нагрузки на поверхности рабочей пары рулевого механизма. В рулевых управлениях таких автомобилей применяют механизм червяк-сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами: винт с гайкой на циркулирующих шариках и зубчатую рейку с сектором.

Тема №8: «Электронные системы помощи водителю» - 2 часа.

Электронные системы помощи водителю:

Система курсовой устойчивости автомобиля служит для того, чтобы в случае возникновения критической ситуации на дороге в виде потери его устойчивости и управляемости (например, при разгоне на сыром асфальте или крутом повороте) предотвратить занос, обеспечить движение именно по той траектории, которую задал водитель… иными словами, помочь машине сохранить устойчивость.

Система курсовой устойчивости (другое наименование - система динамической стабилизации) предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля за счет заблаговременного определения и устранения критической ситуации.

Система позволяет удерживать автомобиль в пределах заданной водителем траектории при различных режимах движения (разгоне, торможении, движении по прямой, в поворотах и при свободном качении).

ABS-антиблокировочная тормозная система (АБС)
Помогает избежать блокировки колес при внезапном торможении или при торможении на скользкой дороге. Другими словами, система не допускает блокировки (или "юза") колес, при которой не только увеличивается тормозной путь и теряется управление автомобилем, но и возникает опасность "вылета" за пределы дороги.

Антипробуксовочная система (другое наименование –противобуксовочная система) предназначена для предотвращения пробуксовки ведущих колёс.

Система распределения тормозных усилий предназначена для предотвращения блокировки задних колес за счет управления тормозным усилием задней оси.

Современный автомобиль устроен так, что на заднюю ось приходится меньшая нагрузка, чем на переднюю. Поэтому для сохранения курсовой устойчивости автомобиля блокировка передних колес должна наступать раньше задних колес.

При резком торможении автомобиля происходит дополнительное уменьшение нагрузки на заднюю ось, так как центр тяжести смещается вперед. А задние колёса, при этом, могут оказаться заблокированными.

Система распределения тормозных усилий представляет собой программное расширение антиблокировочной системы тормозов. Другими словами, система использует конструктивные элементы системы ABS в новом качестве.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ БЛОКИРОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА

Дифференциал ведущего моста автомобиля предназначен для перераспределения крутящего момента двигателя между правым и левым ведущими колесами. Плантетарный механизм дифференциала позволяет ведущим колесам, оставаясь под равномерной нагрузкой, вращаться с неодинаковой скоростью при прохождении автомобилем крутых поворотов. Это повышает устойчивость движения и защищает колесную резину от чрезмерного износа.