Рулевое управление с переменным передаточным числом
Фиксированное соотношение передаточного числа рулевого управления – это всегда компромисс. Компромисс между маневренностью и комфортом вождения. Болиды Формулы-1 сделать так, чтобы от упора до упора руль “гражданского” автомобиля совершал не более одного оборота. Тогда можно будет легко парковаться, а любые виражи проходить без перехвата руля. Но одновременно с этим машиной станет и чрезвычайно сложно управлять на большой скорости – на малейшие подруливания автомобиль будет отзываться мгновенным уводом в сторону, не подготовленный водитель к такому еще не готов, да оно и не нужно в повседневной жизни!
Такая резкость, конечно, хороша для гонщика, «отлавливающего» на высоких скоростях свой болид, но для обычного водителя она будет чрезвычайно утомительной. Поэтому инженеры делают руль менее острым, то есть увеличивают его передаточное отношение, жертвуя удобством на меньших скоростях ради спокойствия на высоких.
Таким образом, колеса современного автомобиля поворачиваются в крайнее положение за два-три оборота руля, что, как показывает практика, в большинстве случаев является оптимальной настройкой. Правда, лишь до пор пока водитель не захочет поехать быстрее или на дороге не возникнет внештатная ситуация – в этот момент лишние обороты напоминают о себе, и вращать руль приходится очень быстро, что для неподготовленного человека становится неприятным сюрпризом. Это и вынуждает, производителей мощных динамичных автомобилей обращаться к идее переменного передаточного отношения.
Самое простое воплощение этой идеи – рулевая рейка с переменным шагом зубцов ( в основном у хонды). В центре они расположены плотно, обеспечивая повышенное передаточное отношение рулевого механизма, т.е. спокойные реакции автомобиля на малые отклонения руля. Но по мере удаления от центра зубцы постепенно становятся шире, передаточное отношение уменьшается, а руль, соответственно, делается тяжелее и острее. Все логично и эффективно: чем больше угол поворота рулевого колеса, тем резче реакции.
Однако некоторые разработчики пошли дальше и создали активное рулевое управление, в котором передаточное отношение изменяется по команде электроники, принимающей во внимание не только угол поворота руля, но и скорость движения автомобиля и даже действующие на него перегрузки!
Пионером в этой области является BMW с его системой активного рулевого управления Active Front Steering, появившейся вместе с нынешней пятой серией. Суть предложенного механизма в редукторе, вставленном в разрез рулевого вала и служащим для увеличения или уменьшения скорости его вращения.
1 — Насос
2 — Шланги гидравлические
3 — Бачок для рабочей жидкости
4 — Электронный блок управления
5 — Шина обмена данными
6 — Электродвигатель
7 — Датчик угла поворота
8 — Клапан системы servotronic
9 — планетарный редуктор
10 — Аварийный фиксатор
11 — Датчик суммарного угла поворота
12 — Рулевой механизм
Конструкция
Редуктор изменения передаточного отношения состоит из следующих узлов:
Планетарный механизм
Червячный редуктор
Сервопривод
Стопор серводвигателя
Стопор серводвигателя предусмотрен в целях безопасности, в случае неисправности он блокирует червячную передачу.
Принцип действия
Главным элементом активного рулевого управления является редуктор изменения передаточного отношения без люфта. Редуктор изменения передаточного отношения представляет собой планетарный механизм с 2 входами и одним выходом. Первым входом является нижний вал рулевого управления. Второй вход образует червячный редуктор на планетарном механизме.
Серводвигатель приводит в действие (активизирует через ЭБУ AL) червячную передачу планетарного механизма. Передаточное отношение от червяка к червячному колесу составляет 20,5:1. На случай неисправности предусмотрена функция самоторможения червячного редуктора.Червячный редуктор вносит изменение в поворот управляемых колес по сравнению с прямым приводом от вала рулевого управления. Создаваемый на шестерне рулевого механизма суммарный угол состоит из:
угла, на который повернуто рулевое колесо
угла, который получается с помощью серводвигателя на редукторе изменения передаточного отношения
Изменение задаваемого водителем угла поворота зависит от параметров динамики движения, особенно от скорости. При низких скоростях (например, во время парковки) активное рулевое управление значительно изменяет поворот управляемых колес по сравнению с прямым приводом от вала рулевого управления. Рулевое управление становится очень острым.
На высоких скоростях серводвигатель работает в противоположном направлении относительно угла поворота рулевого колеса, задаваемого водителем. Общее передаточное отношение рулевого управления становится менее острым.
Стопор серводвигателя производит его блокировку: в случае неисправности при стоящем автомобиле. При этом стопор входит в зубчатое зацепление на червячном редукторе. В исходном положении он находится под воздействием пружины и при подаче питания удерживается против усилия пружины. Прекращение подачи питания приводит, таким образом, к блокировке. Благодаря блокировке редуктора изменения передаточного отношения возможно продолжение управления водителем. Рулевое управление работает при этом как обычное рулевое управление. Чисто механическая связь между рулевым колесом и передними колесами всегда сохраняется.
Условия включения активного рулевого управления:
— зажигание включено
— двигатель работает
После запуска двигателя синхронизируются положение рулевого колеса и поворот колес.Тем самым обеспечивается совпадение положения рулевого колеса и поворота колес после вращения рулевого колеса, например, на стоящем автомобиле при выключенном зажигании.
Примечание:
Вращение рулевого колеса или движения колес при синхронизации! Вращение рулевого колеса или движение колес при синхронизации могут быть заметными.Во время движения выполняется только очень медленная синхронизация.
Альтернативное решение нашла Toyota, оснастившая системой VGRS (Variable Gear Ratio Steering) дорогие автомобили Lexus. Для изменения передаточного отношения вместо планетарной передачи они использовали волновую, изобретенную еще в 1955 году американским инженером Уолтоном Массером. Идея её хитроумна и в то же время проста: в одну шестеренку с внутренними зубцами вставлено другая – гибкая с немного меньшим диаметром и числом внешних зубцов. А внутри всей этой конструкции помещён овальный кулачок, который деформирует гибкую шестерню, обеспечивая её прижим к внешнему кольцу в двух, диаметрально противоположным местах. Соответственно, вращение этого кулачка (он еще называется генератором волн) вызывать смещение точек контакта шестерен, а вместе с этим и их медленный проворот относительно друг друга. Остается только присоединить входной и выходной вал к шестерням, обеспечить электропривод кулачка – и механизм динамического изменения передаточного отношения готов.
У такой конструкции по сравнению с планетарным редуктором есть несколько преимуществ. Во-первых, благодаря малой разнице диаметра шестерен, в зацеплении одновременно участвует множество зубцов, что позволяет волновой передаче передавать крутящий момент в несколько раз больший, чем планетарной с теми же габаритами и массой. На практике это позволило японцам сделать VGRS в пять раз компактнее, чем AFS от BMW! А во-вторых, волновая передача надежна: если отказывает электромотор, то шестерни, а соответственно и валы, остаются жестко связанными, в то время, как у планетарной передачи под нагрузкой может начать прокручиваться внешнее зубчатое колесо, а выходной вал при этом останется неподвижным. Правда, на такой случай инженеры BMW предусмотрели специальный электромагнитный фиксатор, блокирующий эпициклическую шестерню от проворота.
По-видимому, эти преимущества волновой передачи оказались весьма значительны, поскольку вслед за Lexus, аналогичное по конструкции рулевое упралвние появилось и на Audi A
Источник
Новичкам в помощь: Как устроена система динамического рулевого управления
Система динамического рулевого управления предназначена для передачи соотношения поворота рулевого колеса на поворот колес.
В зависимости от производителя, форма и расположение деталей может меняться, но вот основная форма и набор элементов будет одинаковым для большинства моделей автомобилей
По сути, она выполняет те же функции, что и любой другой вид механизма рулевого управления. Основное отличие, это возможность изменения передаточного отношения системы рулевого механизма, в зависимости от угла поворота руля и скорости автомобиля.
История. Впервые о появлении такой системы автопроизводители заговорили в 1998-ом году. Самыми первыми разработкой системы занимались производители японского автомобильного концерна Toyota, которые впоследствии устанавливали её на выпускаемые машины, представленные на мировом рынке.
Сегодня же динамическое рулевое управление чаще всего устанавливают на автомобили Audi, хотя так же встречается на Volvo, Mercedes и других премиальных авто.
Устройство. Основой всей системы считается суммирующий механизм, который может менять угол поворота передних колес. В зависимости от определенных условий, угол поворота может уменьшаться или увеличиваться. Причем происходит это как с участием водителя, так и без него, то есть автоматически.
Впервые о системе динамического рулевого управления заговорили в 1998-ом году, тогда компания Toyota начала устанавливать на свои автомобили, маркируя механизм как VGRS
Механизм находится на рулевом валу. У большинства автомобилей его верхняя часть соединяется с гибкой шестерней, за счет шлицевого соединения. Шестерня выполнена в овальной форме, поэтому в двух местах часто соединяется зубчатой муфтой. Сама муфта жестко соединена с рулевым валом.
Важным отличием от других систем безопасности становится то, что механизм может работать как постоянно, так и временно, в зависимости от возникновения необходимости в нем. Система динамичного рулевого управления может несколько видоизменяться, так как разработчики каждой компании стараются доработать элемент в соответствии с собственными видениями его идеальной работы.
Основные элементы системы включают в себя: вал механизма, основной статор электродвигателя, рулевой вал, роторную часть электродвигателя (жестко крепится к валу), подшипник овальный, шестерню и муфту зубчатую. У разных моделей машин форма и расположение деталей системы могут меняться. Но при этом основной перечень всех элементов всегда остается неизменным.
Основное отличие, это возможность изменения передаточного отношения системы рулевого механизма, в зависимости от угла поворота руля и скорости автомобиля
Принцип работы системы. Существует два основных принципа работы рулевого механизма. В первом случае система является выключенной. Вращение руля передается за счет верхней части рулевого вала, далее на гибкую шестерню и зубчатую муфту, после чего усилие передается на нижнюю часть рулевого вала и на сам рулевой механизм. Особенностью становится то, что передаточное число не меняется, так как система деактивирована и не способна помочь водителю.
Во втором случае система является активной, это естественно говорит о том, что принцип ее работы отличается. Так, на электродвигатель подается ток, за счет чего, вращение передается на специальный, овальный подшипник, далее на гибкую шестерню и, наконец, на зубчатую муфту. В результате работы системы можно добиться отрицательного или положительного суммирующего момента. Для водителя это говорит о том, что для осуществления поворота колес придется совершать больше или меньше вращений рулевого колеса.
Система динамического рулевого управления автомобиля, как и любой другой вид механизма управления, предназначена для передачи соотношения поворота рулевого колеса на поворот колес
Заключение. У механизма динамичного рулевого управления есть много преимуществ. К ним можно отнести стабилизацию автомобиля на большой скорости и улучшение управляемости. Именно поэтому, чаще всего, такой механизм является актуальным и очень полезным для новичков, у которых нет должно опыта управления автомобилем.
Источник
Рулевое управление с переменным передаточным отношением
Razdva
Завсегдатай
Решил поместить тут информацию, которую для себя нашел.
Рулевое управление с переменным передаточным
отношением
На базе нового электроусилителя для модульной
поперечной платформы (MQB) был создан новый
рулевой механизм с переменным передаточным
отношением.
Благодаря специальной зубчатой рейке с разными
зонами зубьев, при увеличении угла поворота
рулевого колеса передаточное отношение рулевого
механизма прогрессивно уменьшается.
В результате характер рулевого управления
становится ощутимо более непосредственным,
а максимальные углы поворота рулевого колеса
уменьшаются, делая управление автомобилем
более удобным.
С технической точки зрения, главные отличия
рулевого механизма с переменным передаточным
отношением от обычного заключаются в зубчатой
рейке с зубьями разной формы, вале»шестерне,
а также более мощном электродвигателе. В отличие
от рулевого механизма с постоянным передаточным
отношением, в механизме с переменным
передаточным отношением форма зубьев зубчатой
рейки по мере удаления от положения
прямолинейного движения существенно изменяется.
Благодаря большему или меньшему наклону зубьев,
передаточное отношение при нахождении
вала»шестерни в разных точках рейки оказывается
разным.
Другими словами, при том же повороте рулевого
колеса такая рулевая рейка перемещается
на большее расстояние.
Диапазон поворота рулевого колеса
на автомобилях с обычным рулевым управлением,
например Golf 2009, составляет 1080°. То есть
водитель должен сделать 1,5 поворота рулевого
колеса до правого или левого упора.
На автомобиле с рулевым управлением
с переменным передаточным отношением общий
диапазон поворота рулевого колеса
составляет 720°.
Водитель должен, таким образом, повернуть
рулевое колесо только на один оборот (360°),
чтобы дойти до правого или левого упора.
Характер рулевого управления с переменным передаточным отношением
При прямолинейном движении сохраняется
привычный прямой характер рулевого управления.
Вал»шестерня находится в зоне прямых
зубьев (зелёная зона).
При движении по извилистой дороге, поворотах
на перекрёстках или маневрировании при парковке
водитель чувствует, что рулевое управление
реагирует более динамично. В зоне с косыми
зубьями (синяя зона) передаточное отношение
с увеличением угла поворота рулевого колеса
прогрессивно уменьшается.
Подробнее в приложенных файлах:
Тигуан — 37 страница
Гольф — 26-28 страницы
Электромеханический усилитель рулевого механизма с двумя шестернями — тут все про это
Источник
