Глава 8. Механизмы управления.

8.1. Рулевое управление автомобилей.

8.1.1. Понятие о повороте автомобиля. Общее устройство рулевого управления.

Основным способом изменения направления движения является поворот передних направляющих колес относительно задних колес.

Управляемость автомобиля.

Под управляемостью понимают свойство автомобиля изменять направление движения при воздействии водителя на рулевое управление. Управляемость зависит от многих причин, что не дает возможности оценить ее каким-то одним показателем.

Хорошая управляемость автомобиля обеспечивается, если его конструкция удовлетворяет определенным требова­ниям.

Требова­ния, предъявляемые к конструкции рулевого управления:

• рулевой привод должен обеспечивать такое соотношение углов поворота управляемых колес, при котором они катятся без бокового скольжения;

• у управляемых колес должны исключаться произвольные колебания и обеспечиваться хорошая стабилизация, т.е. обес­печиваться правильная кинематика по­ворота и безопасность движения;

• углы увода переднего и заднего мостов должны находится в определенном соотношении;

• водитель должен иметь возможность определить силы, дейст­вующие на управляемые колеса (усилия на рулевом колесе не должны быть большими и рулевое управление должно предотвращать передачу толчков от неровностей дороги на рулевое ко­лесо).

Рассмотрим, как удовлетворяются эти требования у современного автомобиля.

Качение управляемых колес без бокового скольжения шин по дороге при криволинейном движении обеспечивает­ся поворотом правого и левого колес на различные углы.

Для этого передние и задние колеса должны катиться по окружностям, описанным из одного центра пово­рота О, находящегося на продолжении оси задних колес автомобиля.

Центр поворота представля­ет собой т. О - пересечение продол­жения осей всех колес. При повороте наружное колесо по отношению к центру поворота должно быть по­вернуто на несколько меньший угол α, а внутреннее колесо на больший угол β, в противном случае поворот будет неизбежно сопровождаться бо­ковым проскальзыванием его перед­них колес (при повороте вправо правое колесо должно быть повернуто на больший угол по сравнению с левым, при левом повороте, наоборот, больше должен быть угол пово­рота левого колеса).

Схема поворота автомобиля

Рис. 1. Поворот автомобиля

а) налево б) направо

Разница между углами поворота колес тем больше, чем меньше радиус кривой, по которой движет­ся автомобиль.

Радиус R поворота авто­мобиля зависит от его базы L и углов поворота колес (наруж-ного α и внутреннего β): чем меньше его база и больше углы поворота колес, тем меньше радиус поворота, а чем меньше радиус поворота, тем меньше потребуется места для поворота ав­томобиля (автомобиль ЗиЛ-130 R_min = 8 м, автомобиль ВАЗ-2107 «Жигули» R_min = 5,6 м).

Нужное соотношение углов поворота обеспечивается работой рулевой трапеции. Если форма трапеции нарушена (изогнута поперечная тяга или поворотный рычаг), то изменится и соотношение углов поворота: колеса начнут проскальзывать по дороге, затрудняя управление автомоби­лем. Кроме того, резко ускорится изнашивание шин. У легковых автомобилей форма рулевой трапеции может быть нарушена вследствие неправильной регулировки схожде­ния. Регулировать схождение у автомобилей с трапецией, имеющей две боковых тяги, нужно так, чтобы обе тяги имели одинаковую длину. На практике часто схождение регулируют, поворачивая только одну тягу (обычно левую). Это недопустимо, так как при этом трапеция становится несимметричной и правильное соотношение углов поворота колес утрачивается.

Управляемые колеса под воздействием толчков от неровностей дороги постоянно отклоняются от нейтрально­го положения. Свойство управляемых колес сохранять нейтраль-ное положение и автоматически в него возвращать­ся называется стабилизацией.

Автомобиль с хорошей стабилизацией может двигаться прямолинейно, даже если водитель не держит в руках рулевое колесо. При выходе такого автомобиля из поворота управляемые колеса без участия водителя автоматически возвращаются в нейтраль­ное положение.

Стабилизация колес обеспечивается благодаря наклону шкворней (или шкворневых пальцев) поворотных цапф в поперечном и продольном направлениях. При поперечном наклоне шкворня на угол  (рис. 2а) уменьшается расстояние а между средней плоскостью колеса и осью шкворня (плечо поворота). Уменьшение плеча поворота облегчает управление автомобилем.

Кроме того, при пово­роте колеса вокруг шкворня с поперечным наклоном колесо стремится опуститься ниже поверхности дороги, как показано штриховыми линиями, а так как это невозможно, то поднимается передняя часть автомобиля.

При выходе автомобиля из поворота передняя часть автомобиля опус­кается, облегчая возвращение передних колес в исходное положение.

При продольном наклоне шкворня на угол  (рис. 2б) его ось пересекается с дорогой впереди центра контакта шины на расстоянии b (плечо стабилизации). При повороте автомобиля под влиянием центробежной силы в зонах контакта шины с дорогой возникают поперечные реакции. Действуя на плече b, эти реакции создают моменты, возвращающие передние колеса в исходное положение при выходе автомобиля из поворота.

а) б)

Рис. 2. Способы, обеспечивающие стабилизацию колес:

а — поперечный наклон шкворня; б — продольный наклон шкворня.

При неправильной установке шкворней ухудшается стабилизация и могут возникнуть их колебания. Колебания колес, затрудняющие управление автомобилем, появляют­ся также из-за неуравновешенности (дисбаланса) колес. При вращении неуравновешенного колеса действуют центробеж­ные силы, периодически стремящиеся повернуть колесо в стороны и оторвать его от дороги. При большом дисбалансе колебания колес так велики, что водитель вынужден уменьшить скорость.

Поворачиваемостью автомобиля называют его свойство изменять направления движения без поворота управляемых колес. Различают шинную и крено­вую поворачивае-мость.

Ш

инная поворачиваемость связана с явлением увода колес.

Рис. 3.

Вследствие увода автомобиль отклоняется от траекто­рии, которая задана ему водителем при повороте управля­емых колес.

Если у автомобиля угол увода передней оси больше, чем задней, то он движется по кривой большего радиуса (более пологой). Такой автомобиль имеет недоста­точную повора-чиваемость. Он хорошо сохраняет прямоли­нейное направление движения, т.е. обладает хоро-шей курсовой устойчивостью. Однако водителю для изменения направления движения автомобиля требуется затратить большее усилие.

Если угол увода задней оси больше, чем у передней, то автомобиль при том же угле поворота управ­ляемых колес движется по кривой меньшего радиуса. Он обладает излишней поворачиваемостъю, легче изменяет направление движения и, как правило, имеет худшую курсовую устойчивость.

Шинная поворачиваемость изменя­ется при изменении нагрузки. В большинстве случа-ев автомобили в порожнем состоянии имеют недостаточную шинную поворачиваемость, а в нагруженном - излишнюю.

Креновая поворачиваемость связана с конструкцией подвески.

Под действием поперечной силы кузов поворачи­вается в поперечной плоскости и перемещает элементы подвески. Те, в свою очередь, поворачивают в горизонталь­ной плоскости оси автомобиль так, что он начинает двигать­ся по криволинейной траектории, хотя управляемые колеса его будут находиться в нейтральном положении. По анало­гии с шинной поворачиваемостью креновая поворачиваемость может быть недостаточной или излишней в зависи­мости от того, какой угол поворота какой оси в результате крена окажется большим.

Креновая поворачиваемость может либо усиливать, либо ослаблять шинную пово-рачиваемость. Причем в различных условиях это влияние может быть различным. Как говорят, "автомобиль перестает слушаться руля". Особое значение имеет привычка водителя к определенно­му автомобилю, его навык в использовании особенностей управляемости.

Управляемость автомобиля зависит от технического состояния его ходовой части и рулевого управления. Уме­ньшение давления в одной из шин увеличивает ее сопротив­ление качению и увод, поэтому автомобиль постоянно отклоняется в сторону шины с меньшим давлением. Увели­ченные зазоры в деталях рулевого привода приводят к произвольным колебаниям передних колес. Затрудняет управление автомобилем и лишает водителя обратной связи чрезмерная затяжка пробок продольной тяги, под­шипников и рабочей пары рулевого механизма.

Поэтому требования, которые предъявляются к РУ должны выполняться в строгом соответствии с установленными техническими нормами и правилами.

Рулевое управление служит для изменения и сохранения выбранного водителем направления движения автомобиля.

Общее устройство рулевого управления: рулевое колесо, соединенное валом с рулевым механизмом, рулевая колонка и рулевой привод. Иногда в рулевое управление включён усилитель.

Рис. 4. Рулевое управление автомобиля.

1 – поперечная тяга; 2 – левый рычаг рулевой трапеции; 3 – поворотный кулак; 4 – поворотный рычаг; 5 – продольная тяга; 6 – сошка; 7 – рулевой механизм; 8 – вал рулевого колеса; 9 – рулевое колесо; 10 – правый рычаг рулевой трапеции.