История рулевого управления автомобилем

Введение

Одним из важнейших элементов устойчивости автомобиля является его управляемость, т. е. качество, обеспечивающее движение в направлении, заданном водителем. Управляемые колеса, повернутые из нейтрального положения, соответствующего прямолинейному движению автомобиля на угол И будут катиться в плоскости своего вращения, а не скользить вбок или буксовать пока боковая реакция на каждом из них не будет меньше соответствующего значения.

Водитель как легкового, так и грузового автомобиля должен выбрать угол поворота рулевого колеса так, чтобы отклонения автомобиля от заданного направления движения было или оставалось минимальным. Однако между выполняемым при этом поворотом рулевого колеса и требуемым изменением направления движения однозначная функциональная взаимосвязь отсутствует, так как цепочка поворот рулевого колеса – изменение угла поворота управляемых колес – формирование боковых сил – изменение направления движения нелинейно вследствие ограниченной жесткости элементов рулевого управления. Поэтому во время езды взаимосвязь между углом поворота рулевого колеса и вызванным им изменением направления движения постоянно изменяется. В результате водитель должен перерабатывать большой объем информации, которая выходит за рамки что визуальной. Сюда следует также отнести, например, вынужденный наклон водителя под воздействием поперечного ускорения и стабилизирующий момент на рулевом колесе, ощущаемый водителем.

Актуальность темы исследования. Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. А так же безопасность движения машины зависит от состояния рулевого управления.

Цель моего дипломного проекта состоит в том, чтобы повысить свои знания в конструкции рулевого управления ВАЗ 2104.

– изучить и проанализировать литературу по теме исследования;

– рассмотреть особенности устройства рулевого управления ВАЗ 2104;

– охарактеризовать особенности технического обслуживания и ремонта рулевого управления ВАЗ 2104.

История рулевого управления

Путь к переменам.

Ещё в 19-м веке данный механизм давал о себе знать при управлении конными повозками. Пройдя долгий путь до сегодняшних дней, результат хорошей координации автомобиля связан с электронными системами. Одни из них ЕSP и AFS. Последняя имеет возможность анализировать самостоятельно угол поворота и угловую скорость, увеличивает её или уменьшает. Электронный блок, совмещённый с датчиками, даёт определённый сигнал и поворачивает корпус редуктора.

Составляющие AFS – это рулевой вал, его части соединяются планетарным редуктором.

Система ESP берёт своё начало в 1995 году, а состоялась она через несколько лет после своего появления, что было связано с недостатками в системе безопасности. В момент дебюта Mercedes-Benz А-класса прояснилась склонность переворачивания модели на небольшой скорости, когда проводился «лосиный тест».

Рис. 1. Работа системы ESP

После установки в 1998 году системы ESP все опасения ушли на нет. Микропроцессоры, находящиеся в системе, решили эту проблему, запоминая информацию, взятую с датчиков скорости. Механизм начинает работать в экстренных ситуациях, например, если на высокой скорости передние колёса уносятся с углом большим, чем радиус поворота. Тогда ESP уменьшает обороты двигателя и осуществляет торможение. Когда же случается занос задней области – система воздействует на притормаживание переднего левого колеса. При скольжении всех колес ESP принимает сама решение с какими колёсами как действовать. Являясь одной из самых эффективных систем, отлично берёт на себя контроль на «заносах», конечно, законы физики не переубедишь, если скорость зашкаливает.

В 2006 году была разработана ESP-premium, она отличается увеличенным количеством нагнетателей тормозной жидкости до шести. Скорость реакции значительно поднялась.

Идеалом инженерной мысли пока является избежать механической связи между рулевым колесом и остальными колёсами – внедрение отдельного управления с помощью электродвигателя. В таком случае руль возможно заменить джойстиком, доверив своего железного коня и себя самого компьютерному мозгу машины.

Каким было рулевое управление раньше

«Червяк-ролик» – одно из самых давних механизмов и самых сложных, широко распространён и в наши дни (в легковых автомобилях).

Части его имеют названия:

Даёт возможность передачи больших усилий, в этом его плюс, а также обуславливает большие углы поворота колёс. Удары от них к рулю сглаживаются с помощью этого глобоидного червяка, который находится в конце вала.

2. Далее следует реечный механизм, более известный и простой. Он недорогой, компактных размеров. Состоит из следующих деталей:

картер (алюминиевый сплав)

зубчатое колесо в полости картера

зубчатая рейка, прижимается пружиной

гайка со стопорным кольцом

Суть состоит в том, что шестерня двигает зубчатую рейку, а она, в свою очередь, передвигает колёса. Для больших машин – это не вариант, довольно резко переносятся удары к рулю. Преимуществом выделяется небольшое число шарниров, высокий КПД.

Рис. 2. Устройство реечного механизма

3. Законодательство, заботясь о безопасности дорожного движения вносит свои замечания к работе рулевого управления: усилие не более 150Н для рабочей системы управления и усилитель должен работать так, чтобы помогать водителю на поворотах. Поэтому с таковыми условиями стал справляться гидроусилитель, первый из которых появился в 1951 году. Простой конструкции механизм работал в Америке на серийных машинах. Водитель при повороте руля действует на торсион (пружину), он связан с золотником. В золотнике распределяется жидкость (трансмиссионное масло), которая создавая давление, облегчает водителю осуществление поворота. Всё же получать удовольствие от работы гидравлического управления дорого. Технологии и точность изготовления требуют соответствующих затрат, к тому же к минусам добавляется растрата мощности, так как насос с приводом от двигателя. Не пришлось долго мириться водителям с проблемой «ватного руля» и сложностей бездорожья.

4. История рулевого управления приводит нас к тому что, в 1989 году появляется система «Сервотроник» — система, заменяющая гидроусилитель. Электроклапан регулирует, учитывая скорость, золотник. Когда происходит парковка, движение до 20 км, клапан закрытый и руль движется с лёгкостью. С увеличением скорости происходит открывание электромагнитного клапана и возрастает давление.

Рис. 3. Сервотроник

При таком устройстве механизм легко подобрать индивидуально для автомобиля или водителя, настроив его. Рулевое колесо двигается без особых усилий, причём при увеличении скорости силы требуется меньше. Плюсом является значительная чувствительность, но «съедается» топливо, и опять же вред экологии. Тем не менее, такие марки, как BMW, Вольво, Порше сегодня активно задействуют «servotronik».

5. Перевес, по мнению автомобилестроителей, лежит на стороне электрического усилителя руля. Тут электромотор несёт ответственность за поворот, он соединён с рейкой. Устройство обладает низкой ценой, располагается под приборной панелью, в салоне. Кроме экономичности преимуществом находят отсутствие зависимости от температур, потребности доливать жидкость, обороты двигателя не влияют на работу усилителя, надёжность.

6. Следует отметить следующий шаг в истории развития – это Active steering. Здесь имеет место перемена передаточного отношения. Планетарная передача, электромотор в связи с гидроусилителем участвуют в процессе. Активное рулевое управление помогает в небезопасных ситуациях. Занижается передаточное отношение, чтобы автомобиль оставался на необходимой траектории.

Рис. 4. Система Active steering

Рассмотрев основные этапы, радует факт постоянных новинок в технологиях модернизации автомобилей. Компьютеризация машин реализует желания привередливого клиента и его потребности. В проекте автомобили будут сами парковаться, объезжать препятствия, контролировать скорость и резкость поворота.

История рулевого колеса

Руль автомобиля является одним из тех инструментов, который мы принимаем как само собой разумеющимся. Я имею в виду, что у всех наших машин есть руль и мы не слышали о машинах без него. При покупке нового автомобиля, мы задаем менеджеру много вопросов, про обивку сидений, про лако — красочное покрытие, про двигатель и т.д. и т.п., но мы никогда не задаем вопрос про его руль…….

Автомобильный руль был изобретен не вместе с машиной, как многие думают, он был изобретен гораздо позже, когда изобретатели дошли до этой формы практическим путем. Оказалось что круглая или овальная форма самая лучшая для управления.

Первый руль, когда человек только изобретал автомобиль (было это на рубеже 19 века), был далек от совершенства, он скорее всего напоминал «киль» корабля или парусной лодки, и был назван «румпель». Это, условно говоря, была палка которую, водитель тянул либо в право или в лево, и автомобиль менял свое направление, в точности как на моторной лодке сейчас. Также многие изобретатели брали с лодки не только способ управления, но иногда и дизайн, так что многие первые машины больше походили на лодку!

Однако к 1894 году использование румпеля стало неэффективным. И изобретатели снова стали биться над идеальной формой. Многие перенимали вдохновение из той же самой морской промышленности и хотели заменить румпель, на простые рычаги, потянул один едешь на право, другой едешь на лево. Но опять та же морская промышленность подсказала верное решение. Впервые применить круглый руль захотел Alfred Vacheron, его вдохновили штурвалы океанских сухогрузов.Наверное все смотрели фильмы про пиратов, и видели круглые штурвалы кораблей.

Его первая модель с называлась Panhard, и в книге регистрации патентов он записал ее как модель с круглым поворачивающимся рулевым колесом.

Испытания произведенные в 1894 году показали, простоту управления авто, это то чего так долго добивались все автоизобретатели. Уже в 1898 году все автомобили из серии Panhard были оборудованы рулевым колесом. Принцип быстро подхватили и другие производители, и колесо распространилось по всему миру. После этого момента, колесо в форме круга стало эталоном. Овал колеса стал неизменным символом руля на следующие сто лет. Позволю заметить руль круглый, и до сих пор. В современном мире изобретатели все больше задумываются над автопилотами, чтобы отказаться от привычного нам способа управления, авто по их представлениям должно быть полностью автономно. Прогресс — это понятно! Но давайте окунемся обратно в те давние времена.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ.

На протяжении десятилетий, рулевое колесо оставалось не более чем деревянный круг, установленный внутри автомобиля. С его помощью водитель управлял транспортным средством. Так бы все и было, водитель повернул руль вправо или влево и транспорт послушно поворачивает. Но суть процесса, сам поворот руля очень сложен, особенно на грузовых машинах, и особенно когда автомобиль стоит. Сила сопротивления не дает рулю свободно крутиться.

Попыток ввести в производство руля авто усилителей в мире еще не было. Хотя GW Fitts уже в 1876 году уже получил патент на механизм гидравлического рулевого управления. Но вакуумная система была запатентована только в 1904 году, Фредерик Ланчестер сделал это в Великобритании, однако, производство ни одним из изобретателей так и не было запущено. В 1920 году Фрэнсис У. Дэвис, инженер Davis’ Pierce Arrow roadster первого автомобиля с гидравлическим усилителем, пытаясь сделать управление грузовиками немного легче, не вольно начал не массовое производство гидроусилителей на легковых автомашинах.

По совпадению или нет, гидроусилитель руля появляется и на больших кораблях (сухогрузах). Девис начинает усовершенствовать свою систему гидроуправления и ей заинтересовывается компания Cadillac. Между 1931 и 1943 годах, Девис получает патенты на это изобретение.

В 1936 году корпорация Bendix, увидела перспективы Девиса, и подписала с ним контракт на продвижение продукта (гидроусилителя).

В 1939 году построено первые десять моделей с гидроусилителем, всего две продано.

В 1940 году, шла война в Европе и именно война подтолкнула, дальнейшее развитие гидросистемы. Военные хотели получить машины которые легко управлялись. И это был звездный час для Девиса, он построил 10 000 бронированных автомобилей Chevrolet которые управлялись при помощи гидроусилителя.

После войны Chrysler начал разработку собственного усилителя, основанного на усилителе Девиса. Их система называлась Hydraguide. Успех мгновенный и огромный, уже к 1956 году, один из четырех авто был с усилителем руля.

Сейчас также встречаются автомобили как с электро-гидравлическим так и с электрическим усилителем. А некоторые компании, такие как Citroen, запатентовали свои системы.

Рулевое колесо — центр управления автомобилем.

Современные автомобили имеют продвинутое рулевое колесо, с его помощью водитель может управлять не только магнитолой но и множеством функций.

Рулевое колесо Bentley

Рулевое колесо Volvo

А самые лучшие автоновости у нас на АВТОБЛОГЕ.

(3 голосов, средний: 5,00 из 5)

История рулевого управления автомобилем

Регулярное рождение на свет различных инженерных новинок транспортных механизмов позволяет сделать жизнь водителя более безопасной и комфортной. Причем за долгие годы развития машиностроения изменения коснулись абсолютно всех составляющих авто. Не миновала такая участь и рулевое управление, как систему. О нем и пойдет речь в этой статье. Но для начала давайте вспомним, что же это, собственно, такое и для чего оно нужно.

Что же такое система управления авто?

Итак, рулевое управление — это одна из важнейших систем автомобиля, предназначенная для задания нужного направления. Рулевой механизм и привод являются единственными элементами системы, на которых строится вся ее работа. Упомянутые составляющие, в свою очередь, также включают в себя некоторые детали, но о них поговорим немного позже. А пока немного истории.

История развития технологий

История автомобилестроения насчитывает три периода, в которых отмечалось скачкообразное развитие рулевого управления.

Самым первым типом автомобильного управления было червячное, получившее такое название благодаря шестерне червячной, входящей в состав рулевой колонки. А выглядело это так: усилия, прилагаемые для совершения оборота рулем, передавались на червячный механизм колонки, он, в свою очередь, заставлял вращаться шестерню, а та воздействовала на рулевую сошку. Сама же сошка влияла на работу ступиц и рычагов, что в итоге направляло колеса в нужном направлении. Раньше этот механизм был довольно распространен, и чаще всего такое рулевое управление использовалось в моделях ВАЗ и BMW.

В список деталей, составляющих червячную систему управления, входят следующие элементы:

• руль;
• колонка;
• вал и крестовина;
• тяги.

Затем в широкие массы вышло реечное рулевое устройство. Принцип его работы заключается в следующем: вращаясь, рулевое колесо воздействует на такую деталь, как шестерня, а она приводит в движение рулевую рейку. Рейка также, в свою очередь, приводит в действие рычаг, наконечник у которого вставляется в ступицу. Вот ее он и вращает. Реечная система состоит из:

• руля;
• вала;
• тяг;
• наконечника;
• рейки.

Такое рулевое устройство требовало определенных усилий для управления в процессе езды. Но здесь история автомобилестроения приготовила новый сюрприз водителям. Дело в том, что конструкторы придумали способ, позволяющий руководить машиной практически без физических усилий. А заключался он в установке в транспортное средство различных усилителей руля. Существует несколько видов подобных устройств:

• Гидроусилители. Здесь рулевое управление состоит из гидравлического насоса (приводится в действие двигателем авто), системы шлангов, бака для жидкости. В корпус же автомобильной рейки насос закачивает жидкость, которая при недвижимом руле циркулирует по системе. Если же руль крутится, то жидкость начинает давить на рейку в сторону поворота. Таким образом, механизм помогает водителю повернуть с минимальными усилиями;
• Электроусилители. А рулевое управление с таким усилителем работает с помощью электромотора, который напрямую соединен с рулевой рейкой или валом. Управление электроусилителя, при этом совершается электронным блоком. К тому же такая система может прикладывать разные усилия к поворотам руля. За это она еще называется адаптивной;
• Гидроэлектроусилители. В этом случае рулевое управление принципом работы очень похоже на систему с гидроусилителем. Единственное, в этом случае насос вращается с помощью электромотора, а не двигателя машины;
• Пневмоусилители. Система с таким механизмом также идентична по принципу своей работы с системой с гидроусилителем. Но здесь жидкость, находящаяся в рулевой рейке, заменена на сжатый воздух;

Еще одним вариантом того, какое управление машиной (как система) было популярным в автопроме совсем недавно, можно назвать винтовой вариант. Принцип работы ее во многом похож на червячное устройство. Здесь вдоль винтовой резьбы рулевого вала спускается рейка зубчатая с резьбой внутри. Именно зубцы этой рейки заставляют работать рулевой отсек, а он — сошку. Дальше все выглядит как в червячной системе. Состоит же винтовая система из:

• руля;
• тяги;
• колонки;
• зубчатой рейки.

За этим будущее

Сегодня широко применяется активная система, с помощью которой, можно сказать, развитие рулевого управления на сегодня достигло своего апогея. Постоянное развитие технологий позволило уже сегодня получить не только технологию адаптивного рулевого управления, где усилие поворота руля зависит от скорости авто, но и другие варианты, существенно облегчающие автомобилистам жизнь. К ним относится, например, система активного управления от БМВ (Active Front Steering или AFS). И если рассматривать ее работу, то можно сказать, что, на самом деле, все гениально просто, но очень надежно.

Активная система во многом схожа с реечным механизмом управления, но при движении руля вращается планетарный механизм. Он и приводит рулевую рейку в действие. Среди составляющих такого механизма можно выделить такие:

• руль;
• рейка с электродвигателем и планетарным механизмом;
• наконечники и тяги;
• блок управления.

В случае применения активной системы автомобиль может немного «подруливать» самостоятельно. Буквально на семь-восемь градусов. Но происходит это только, если на то есть команда электроники, программу для которой можно изменять при необходимости самостоятельно. Это поможет не делать машине резких рывков в повороте на небольшой скорости и слишком плавно вести себя на высокой. Также для избежания неровного и резкого поведения машины в высоком скоростном режиме инженеры обеспечили систему возможностью постепенного снижения активности устройства электродвигателя. Помимо прочего, электронное управление с возможностью адаптирования позволяет водителю не бояться, что средство передвижения будет «мешать» езде, а не наоборот.

Массовое распространение система «активного руля» получила еще в 1997 году и до сих пор занимает одно из главных мест по безопасности среди вспомогательных механизмов и устройств автомобиля.

И понятно, что автомобилестроение и дальше не будет стоять на месте. Помимо этого, автомобиль может быть снабжен таким «умным» помощником как электронная программа стабилизации (ESP) или ее улучшенной версией ESP Premium. Срабатывает такой механизм в особо опасных дорожных ситуациях, когда управление автомобилем уже потеряно или существует такая угроза. Стабилизация движения здесь достигается путем торможения отдельных колес и снижения оборотов двигателя. Причем такая система работает при любом режиме движения и скоростном режиме.

На сегодняшний день ESP считается наиболее надежной системой безопасности, компенсирующей некоторые ошибки водителя, хотя еще в 1995 году в ней присутствовали свои недостатки, которые отодвинули выход новинки на несколько лет до полного их устранения.

В перспективе же конструкторы автопрома работают над прямой связью руля с ведущими колесами с помощью электропривода. Причем воздействие на каждое колесо при этом будет независимое. Это станет идеальным вариантом безопасной езды для любого водителя.

Таким образом, история развития технологий управления автомобилем за долгие годы шагнула далеко вперед, достигнув небывалых высот, а также существенно облегчив водителям ежедневные задачи, повысив уровень комфорта езды и общую безопасность поездок.

История развития рулевого управления

14.09.2017 Автор: Мастер Сервис 2986

Автомобиль – важный атрибут жизни человека XXI века. Из мировых статистических наблюдений известно, что у каждого пятого жителя планеты есть собственный автомобиль, а общее количество машин на Земле – 1,5 миллиарда единиц, и показатель ежегодно растет.

История автомобилестроения начинается в 1769 году, когда в Англии выпустили первую паросиловую машину. Авто с двигателем внутреннего сгорания появились гораздо позже – в 1886 году. Тогда же появились первые прототипы рулевого управления, которые похожи на современные системы.

Рулевое управление автомобиля прошло огромный путь развития и только в конце XIX – в начале XX веков стало похоже на привычный нам вариант. Сейчас система управления машиной состоит из:

• рулевого колеса;
• рулевой колонки;
• рулевой рейки;
• рулевого редуктора;
• гидро-, электро- или электрогидроусилителя руля;
• рулевых тяг с наконечниками.

У каждого элемента и агрегата своя история появления и развития. Рассмотрим самые интересные факты более подробно.

История рулевого колеса

Автомобили 80-х годов XIX века ездили медленно, и от рулевого управления не требовалось мгновенного отклика. Машиной управляли с помощью рычагов, как моторной лодкой.

Привычный нам руль появился благодаря росту популярности автогонок в 1895-1898 годах. Круглый руль изобрел Альфред Вашерон. Первый серийный не гоночный автомобиль, на который установили круглое рулевое колесо, – Panhard 4hp из гаража Вашерона. Как более удобный и комфортный способ управления, начиная с 1910 года, круглый руль постепенно вытеснил рычажные системы с рынка США и других стран.

Рулевое колесо ретро-автомобиля

Регулируемый руль разработал инженер Эдвард Лобелл в 1927 году. Однако новинка нашла свое место в автомобилестроении только через три десятка лет, когда между производителями началась гонка за комфортом и удобством транспортных средств. Регулировочная система стала первым дополнительным девайсом, который установили на руль автомобиля. Постепенно руль обзавелся новыми функциями.

Например, 1970 год – дата изобретения противоугонной системы. Механизм блокирует рулевое колесо и без ключа автомобилем невозможно управлять. А в 90-х появился первый прообраз “мультируля” – руль и колонку оснастили дополнительными кнопками и рычагами. Некоторые производители стали устанавливать рычаг коробки передач под рулевым колесом. Благодаря разработкам и усовершенствованиям водитель получил возможность управлять работой аудиосистемы, телефона, бортового компьютера, не отвлекаясь от дороги.

История рулевой рейки

Многие думают, что реечный механизм – это изобретение последних десятилетий. Первые авто конца XIX – начала XX веков были оборудованы именно реечными рулевыми механизмами. Затем на время об этом механизме забыли и начали вновь использовать в 1948 году, когда Эрл Стил Макферсон изобрел свою известную подвеску на направляющих стойках.

Причина возрождения рулевой рейки – механизм отлично сочетается с подвеской Макферсона. Узел подвески и рулевая рейка не мешают работе друг друга и совместно гасят отдачу от колес на остальные элементы автомобиля. Комплекс этих двух разработок стал прообразом современного автомобиля.

Постепенно рулевая рейка вытесняет другие механизмы с рынка. Сейчас это сбалансированный и надежный агрегат, который вместе с еще одним важным изобретением автомобильной промышленности – усилителем – обеспечивает комфортное и безопасное вождение авто.

История усилителя рулевого управления

В 1823 году Роберт Гюрней создал первый в мире механизм, который выполнял функцию усилителя руля. Его технология дала возможность одному человеку относительно легко управлять существующими в то время автомобилями.

Конструкция первого усилителя довольно проста: человек поворачивает рулевое колесо небольшой тележки, дышло которой соединено с основной поворотной осью. Если транспортное средство во время поворота двигалось, а сила сцепления в оси была достаточной, тележка поворачивала за собой основную рулевую ось.

Похожим на современный усилитель стал механизм, который в 1903 году начала устанавливать на свои грузовики компания “Columbia”. Это был… первый в мире электроусилитель руля, а также, в принципе, первый настоящий усилитель РУ. Журналист Motor Age в 1905 году в статье с восторгом описал результат работы усилителя: “Пятитонный грузовик легко сохранял курс и управлялся на 18 милях в час!”.

Гидроусилитель появился чуть позже – в 1925 году. Его разработали двое ученых-инженеров – Фрэнсис Дэвис и Джордж Джессоп. Первым авто, на который установили гидроусилитель, стал Pierce-Arrow Roadster, принадлежащий Фрэнсису Дэвису. Рулевое управление с гидроусилителем разрабатывали, базируясь на схеме работы гидравлических систем морских судов.

Pierce-Arrow Roadster 1925 года

Первое время гидроусилитель не получил широкого распространения а стал популярен только в годы Второй мировой войны. Причина повсеместного использования гидравлического усилителя – Вторая мировая война. Армия Союзников нуждалась в облегчении управления бронеавтомобилями и тяжелыми тягачами. К 1945 году 10 тысяч единиц различной техники, которую США и Союзники использовали в войне, были оборудованы гидроусилителем. После окончания войны производители автомобилей начали массово использовать гидроусилители.

Представленные факты – небольшая часть тех разработок, которые сделали современный автомобиль надежным, удобным и универсальным средством передвижения и транспортировки.

140 лет развития рулевого управления : от кофемолки до ЭУРа.

04.03.2019 Автор: Master Service 1670

Современные водители имеют весьма общее представление о рулевом управлении. Кто-то знает меньше, кто-то изучал вопрос более дотошно. Но как создавалось рулевое управление и его элементы, знают единицы.

О, этот вопрос заслуживает отдельной статьи!

Как создавалось рулевое управление

Конструкторы всего мира разрабатывали и доводили до ума агрегаты и узлы рулевого управления в разное время и по частям: придумали рычаги – управляемость хромает, сделали меньше передние колеса – особо не разгонишься. Каждое новое изобретение вытаскивало на свет новые трудности и сопутствующие проблемы – как обычно и бывает при нормальном прогрессе.

Десятки инженеров, изобретателей и просто мечтателей в свое время приложили руку к созданию удобного и эффективного рулевого управления. И знаменитые Готлиб Даймлер, Вильгельм Майбах и Карл Бенц, конечно же, не остались в стороне.

В 1886 году немецкий инженер Готлиб Даймлер сконструировал самоходный аппарат, похожий на карету, которая развивала скорость до 18 километров в час. На эту повозку его коллега Вильгельм Майбах установил двигатель внутреннего сгорания мощностью 1,1 л.с. Этот автомобиль был оснащен реечным рулевым механизмом. Минусы такого автомобиля состояли в том, что у колес был одинаковый угол поворота (как у карет), что плохо сказывалось на управляемости, особенно на большой скорости.

Дело в том, что у карет передние и задние колеса были разного диаметра (задние значительно больше) и поворачивались под одинаковым углом. Такая конструкция не способствовала маневренности.

Поэтому в 1893 году другой известный автоконструктор Карл Бенц доработал систему рулевого управления: создал рулевую трапецию, которая позволила поворачивать ведущие колеса по разновеликим радиусам. Внутреннее (к центру поворота) управляемое колесо поворачивается на больший угол, чем внешнее. Таким авто стало проще управлять, водители больше не боялись “прилечь” на бочок на повороте, да и шины изнашивались не так быстро.

Карл Бенц и Готлиб Даймлер – великие автоконструкторы

Рулевая трапеция позволила сделать колеса одинаковыми и гораздо меньшего диаметра.

Первый автомобиль-трицикл Карла Бенца

Автомобиль Готлиба Даймлера

Так благодаря усовершенствованному рулевому управлению автомобиль отошел от образца конных экипажей.

Как появился руль

Первые самоходные машины отличались от карет наличием двигателя и рычагом для управления колес. Он назывался румпелем – этот вид управления пришел из судостроения. Из-за румпеля (предка руля), который находился на стойке управления по центру, машины прозвали “кофемолками”.

Румпель вместо руля на автомобилях-кофемолках

У первых автомобилей была та же проблема, что и у конных карет: при повороте передняя управляемая ось проворачивалась по центру, маневренности не было. Управлять автомобилем с помощью румпеля было сущим мучением.

Первый круглый руль появился на автомобиле Panhard 4hp благодаря растущей популярности автогонок. Руль в относительно привычном для нас виде в 1894 году придумал Альфред Вашерон – заядлый автогонщик. Руль он сконструировал как раз к гонке “Париж – Руан”, когда готовил автомобиль к состязаниям. Он сдвинул стойку управления назад и вместо “ручки кофемолки” поставил руль, но еще не наклонный, а параллельный полу. Руль приводил в движение систему рычагов, шарниров и тяг, а они передавали движение к колесам.

Автомобиль Panhard 4hp (1894г.)

В тоже время компания Panhard-Levassor провела сравнительные испытания автомобилей с румпелем и авто с рулем. Конечно же, руль превзошел румпель по всем показателям. Поэтому в 1898 году все модели Panhard выпускались с круглым рулем. Так Panhard-Levassor задала тренд в мире автомобилей: с этого времени практически все автомобильные концерны выпускали автомобили с круглым рулем. И уже в течение следующих 10 лет румпель был вытеснен с автомобильного рынка.

Автоконструкторы-новаторы продолжали улучшать и модернизировать рулевое колесо, и вот тогда же в 1898 году француз Артур Константин Кребс предложил наклонить рулевую колонку. Управлять таким рулем оказалось в разы удобнее.

Руль конструкции “Банджо”

Но сама конструкция руля оставалась неудобной: он был четырехспицевым, металлическим и страшно бил в руки водителю на неровностях дороги. Конструкторы предложили решение – установить более мелкие спицы. Так появился руль системы “Банджо”.

В конце 20-х годов Эдвард Лобелл презентовал регулируемый руль, однако его изобретение было забыто на долгие 30 лет.

Впоследствии руль мало менялся, отличался только материалами и дизайном, количеством спиц. И только в 90-е годы ХХ века появился прообраз мультируля – с дополнительными кнопками и рычагами.

Ее Величество рулевая рейка

Сегодня механизм рулевой рейки (про неё подробнее читайте по ссылке) встречается на многих современных переднеприводных легковых авто. Многие считают, что рулевая рейка – современный агрегат, но это не так. Первые автомобили конца 19 века были оснащены как раз такой конструкцией. Изначально она называлась “шестерня-рейка”. В начале ХХ века рейку ставили на отдельных моделях автомобилей BMW.

Но потом пошла тенденция на использование более сложных механизмов, как например, редуктор. И о рулевой рейке забыли. Забвенье отчасти объясняется тем, что автоконструкторы хотели уйти от слабых мест рейки: слишком хорошо она передавала удары от колес на руль, изнашивалась быстро, ее нельзя было использовать на плохой и сложной дороге. К тому же, она плохо сочеталась с рессорами, балками и т.д. Плюс, вращать руль без усилителя было не каждому водителю по плечу.

Механическая рулевая рейка

Рулевая рейка на десятилетия получила звание архаичного агрегата. Вспомнили о ней в 1948 году, когда американский инженер Эрл Макферсон (на тот момент он работал в компании Ford) презентовал свою подвеску. И автопроизводители повально перешли на передний привод с подвеской McPherson.

Это соединение реечного механизма и подвески McPherson оказалось настолько удачным, что с тех пор и до наших дней в большинстве легковых автомобилей колеса управляются с помощью реечной передачи.

Создание гидроусилителя руля

В те далекие времена руль был таким тугим, что одному водителю часто было не под силу вращать рулевое колесо. В некоторых моделях авто это делало сразу несколько человек! Поэтому автоконструкторы задумались о механизме, который помог бы водителям вращать руль.

Неясно, кто изобрел усилитель первым. Как обычно, многие автоконструкторы вели разработки параллельно и независимо друг от друга: например, в 1902 году англичанин Фредерик Ланчестер запатентовал вакуумный усилитель руля и “управление рулевым механизмом, который приводится в действие гидравлической энергией”, американка Клара Гэйлис запатентовала аналогичное устройство, Чарлз Хаммонд разрабатывал усилители рулевого управления в Канаде.

Американский инженер Фрэнсис Дэвис, конструктор гидроусилителя руля

Но официально признанным конструктором ГУРа считается американский инженер Фрэнсис Дэвис. Он работал в компании Pierce-Arrow, которая специализировалась на производстве грузовиков и пожарных автомобилей. Там на месте Дэвис создавал и испытывал усилители руля. В 1925 году он запатентовал и продемонстрировал первый гидроусилитель. General Motors сразу же переманила талантливого инженера к себе в компанию. Однако в течение семи лет в процессе разработки гидроусилителя на легковые автомобили Дэвис так и не смог интегрировать свое детище. С началом Второй мировой войны Дэвис подался в военное автомобилестроение и пришел к тому, с чего начал, – к большегрузным машинам. Дэвис нашел свое признание.

Гидроусилитель отлично показал себя на военных автомобилях. В послевоенные годы Дэвису все-таки удалось установить ГУР на легковой автомобиль – сначала на свой собственный. Поначалу ГУР устанавливали на элитные автомобили, а потом и на обычные легковушки. Первый доступный по цене широким массам автомобиль с ГУР выпустила компания Chrysler Corporation в 1951 году.

В компании General Motors, в которой ранее Дэвис пытался интегрировать гидроусилитель, подумали-подумали и в 1952 году выпустили свой собственный автомобиль с ГУР. Так появился Cadillac Series 62.

Cadillac Series 62 с ГУР (1954 г.)

Гидроусилитель пережил такую паузу в развитии из-за сложностей массового изготовления: по тем временам агрегат считался сложным, создать такой стоило немалых трудов и затрат. Взять хотя бы ремкомплект насоса гидроусилителя – сегодня изготовить, установить и заменить ремкомплект не проблема, но 100 лет назад автопроизводители не знали, как это сделать без лишних затрат. Благодаря автоматизации производства ГУР стал доступным по стоимости и ворвался на рынок автомобилестроения.

Позднее гидроусилитель многократно дорабатывали и видоизменяли другие автоконструкторы, однако звание создателя ГУРа по праву принадлежит Фрэнсису Дэвису.

Еще был промежуточный этап развития усилителя руля – пневматический усилитель. Использовался в 1930-е годы на большегрузных машинах в США. Но система потерпела фиаско – была слишком ненадежной, большой и очень шумной.

Как создавался ЭУР

Многие источники утверждают, что время создания ЭУРа – 80-е года ХХ века. Это заблуждение, ведь электроусилителю уже 120 лет!

Первый электроусилитель был сконструирован и интегрирован в легковой автомобиль в 1903 году в модели Columbia. Инженеры установили электродвигатель на рулевую колонку, а вместо золотника на торсион рулевой колонки поставили переменный резистор.

Первый электроусилитель руля на автомобиле Columbia (1903 г.)

Идея простая до невозможности, но на поток поставлена не была. Вероятно, проблема была связана с высокой себестоимостью электроначинки для автомобилей тех времен, да и не дружили легковушки с электрикой. В те времена гидравлические и пневматические усилители хромали на обе ноги, а электросистемы автомобилей отставали даже от них. Поэтому в единичных вариантах электроагрегаты “выстреливали” и пантентовались по всему миру, однако в массовое производство не попадали.

И вот через полвека в 1988 году в Японии электроусилитель появился в автомобиле Suzuki Cervo. Запатентовала ЭУР компания Mitsubishi. В этом случае электродвигатель устанавливали прямо на рулевую рейку.

С 1988 года электроусилители модернизировали, дорабатывали и всячески изменяли. Инженеры столкнулись с проблемой перегрева электродвигателя, поэтому поначалу ЭУР устанавливали преимущественно на малолитражки. Сегодня электроусилитель устанавливают даже на мощных внедорожниках. Но и сейчас автоконструкторы не унимаются и продолжают совершенствовать этот агрегат.

Современные инженеры пророчат электроусилителю великое будущее: они утверждают, что в ближайшие 10 лет ЭУР полностью вытеснит ГУР с рынка. Что ж, поживем – увидим.

Благодаря всем вышеперечисленным агрегатам в наши дни рулевое управление стало простым и удобным, хоть с ГУР, хоть с ЭУР и даже без усилителя.

Вот так, казалось бы, привычные агрегаты – рулевая рейка, сам руль или усилитель – прошли непростой путь развития, взлетов и падений популярности на рынке. За всеми этими изобретениями стоят десятки и даже сотни инженеров и конструкторов. Хочется верить, что они были бы приятно удивлены, если бы увидели, как эволюционировали их творения!

Автоисток | Путешествие в историю создания и развития автомобиля

От «коровьего хвоста» до джойстика

Уже на самом первом «Mercedes-Benz» 1901 года прижилась «баранка».

Невозможно представить себе автомобиль без «баранки». Рулевое колесо очень естественно укладывается в эргономические каноны. Эту его особенность человечество оценило давно. На судах рулевые испокон веков пользовались штурвалом, и было бы странно, если бы подобный элемент не прижился на автомобиле.

Первые автомобили в истории были довольно легкими, и наиболее простым и удобным решением для них казался велосипедный руль. Но машины совершенствовались, скорости росли… И такой руль прямого действия оказался для автомобиля совершенно не приемлемым — булыжная мостовая на высоких скоростях выбивала его из рук водителя.

В качестве руля на «Oldsmobile» 1902 года использовался так называемый «коровий хвост»

В конце XIX века появился «коровий хвост» — длинный изогнутый рычаг, который водитель удерживал обеими руками, благо плечо этого рычага было довольно длинным, и передаваемый им на управляемые колеса крутящий момент помогал надежно «командовать» автомобилем. Но что такое «коровий хвост»? На крутых поворотах водителю, которому не хватало длины рук, приходилось смещаться всем телом то влево, то вправо.

Круглое — крутим

Очень многие изобретатели быстро оценили удобство круглого руля, который начал свое победное шествие уже в первое десятилетие XX века. Но, чтобы не прилагать к нему больших усилий, диаметр его пришлось делать равным 350 — 450 мм. А на тяжелых грузовиках и автобусах начала прошлого века «баранки» выросли до 500 мм. Редукторы в рулевых механизмах уже тогда применялись вовсю, но усилители в те времена еще не были известны.Очень разумным решением стало размещение под ободом рулевого колеса различных органов управления. Пользоваться ими оказалось очень удобно — снимать руки с руля водителю не требовалось.

Маленькие гоночные рули стали неизменным атрибутом спортивных автомобилей

«Баранка» постепенно обрастала кнопкой звукового сигнала, рычажками переключения света фар и другими органами управления. Удивительно, правда, что многофункциональные блоки подрулевых переключателей вошли в обиход лишь в 70-е годы.

Усилители руля, преимущественно гидравлические, нашли массовое применение на американских легковых автомобилях в 40-х. На грузовиках и автобусах не были редкостью пневматические усилители. Как следствие, диаметр рулевого колеса постепенно уменьшался.

Хитрости «баранки»

Этот «Wartburg Coupe» 1959 года вызывал интерес не только своим внешним видом…

История знает немало ухищрений с рулевым колесом. На английских автомобилях 30-х — 40-х годов изготавливали «баранки» с пружинными спицами, призванными снизить вибрации, передаваемые от колес. На спортивном «Mercedes-Benz 300 SL» довольно большой руль затруднял посадку-высадку. И его сделали откидывающимся. На некоторых моделях «Wartburg» 60-х годов верхняя половина обода руля имела один диаметр, а нижняя — другой, уменьшенный.

…но и рулевым колесом необычной формы

При маневрировании, на парковках водитель брался за верхнюю половину, прилагая к ободу не очень большое усилие. При езде же по трассе, когда достаточно лишь корректировать направление движения, он имел дело с сектором обода малого диаметра.

На гоночных автомобилях с очень тесным кокпитом уже в 30-е годы нашли применение быстросъемные «баранки» с хитроумными шариковыми защелками. Гонщик вылезал из машины с рулевым колесом в руке.

Тенденция к повышению удобства, а также стремление еще больше обезопасить водителя к девяностым годам привели к широкому внедрению усилителей даже на микролитражках. В последнее время автомобили стали оснащать уже не гидравлическими, а более компактными электрическими усилителями. Тем более что при использовании последних такую функцию, как регулировка величины усиления в зависимости от скорости движения, организовать значительно проще.

Пусть хуже, но иначе

Быстросъемный гоночный руль современного болида «Формулы-1». На ступице — множество кнопок и выключателей

Всевозможные усилители в рулевом приводе, тормозной системе, автоматические коробки передач, электронные устройства, управляющие подачей топлива, революционировали процесс «командования» машиной. В этих условиях конструкторы сочли удобным свести управление автомобилем к одному рычагу. Его перемещения вправо-влево обеспечивают поворот машины, а вперед-назад контролируют подачу топлива в двигатель и тормозное усилие. Идея соблазнительная. Пространство, которое в машине занимает водитель, не стеснено. «Волшебная палочка», называемая «joystick», располагается между водительским и пассажирским сиденьями. Все бы хорошо, если бы не водительские привычки, выработанные десятилетиями. За целый век автомобилисты успели «срастись» с традиционными «баранкой», педалями и «кочергой» переключения передач.

Апеллирование к этим органам управления происходит уже на подсознательном уровне. Их расположение стало неким стандартом, обеспечивающим безопасность. Отход от него может в критической ситуации означать потерю долей секунды на осознание того, где и как надо воздействовать на рычаг или педаль.

Быть ли джойстику?

В этом свете любое изменение расположения органов управления, возможно, чревато определенными сложностями в области безопасности. Здесь уместно напомнить, что в начале XX века существовал разнобой в размещении и функциях рычагов и педалей. Неудивительно, что в России до 1914 года каждый водитель получал «права», в которых обязательно указывалась марка машины, которую он может водить. Причиной тому — существовавшая тогда нестандартность органов управления.

Все это — информация к размышлению о судьбе джойстиков и тому подобных устройств.

Источники:

http://studbooks.net/2461240/tehnika/istoriya_rulevogo_upravleniya
http://avto-blogger.ru/istoriya/istoriya-rulevogo-kolesa.html
http://365cars.ru/istoriya/kak-razvivalos-rulevoe-upravlenie.html
http://autosteering.ru/blog/istoriya-razvitiya-rulevogo-upravleniya-41
http://steering.com.ua/blog/zagolovok-140-let-razvitiya-rulevogo-upravleniya-197
http://autoistok.com/istoriya-i-evolyuciya-rulevogo-kolesa.html