Механизмы, поддерживающие работу водителя

Рис. архив, TRW, Delphi

Электрическая опорная система с двигателем, приводящим рулевой вал

При большей массе автомобиля, мощности двигателя и размере шин сила человеческих ног и рук обычно недостаточна для приведения в действие автомобильных тормозных систем и систем рулевого управления.

Значение силы, необходимой для эффективного нажатия на педаль тормоза или вращение рулевого колеса, первоначально уменьшалось с помощью различных рычажных и зубчатых передач, но это всегда было за счет расширения рабочего движения ног или рук водителя. Таким образом, время выполнения отдельных маневров увеличилось, и, следовательно, безопасность вождения снизилась. Эта проблема, по понятным причинам, впервые появилась в конструкции тяжелых коммерческих автомобилей. Первые опорные механизмы в тормозной и рулевой системах также использовались там.

Суть поддержки заключается в том, что энергия, получаемая из внешних источников, дополняет потребность в мышечных усилиях, но не полностью ее заменяет. Правила требуют, чтобы вся вспомогательная система в случае отказа вспомогательных устройств все еще могла управляться силами самого водителя. Это условие не выполняется пневматическими и гидравлическими системами, в которых роль водителя сводится к закрытию или открытию соответствующих клапанов, поэтому транспортным средствам с таким оборудованием разрешается движение из-за использования в них дополнительных систем безопасности.

Поддержка гидравлических тормозных систем

Самое старое решение такого механизма поддержки использует отрицательное давление, прикладываемое путем остановки дросселя во впускных каналах двигателя с искровым зажиганием, чтобы увеличить давление, оказываемое педалью тормоза на поршень главного цилиндра. Он появился в то время, когда такие двигатели еще широко использовались в грузовиках и автобусах. Тогда это использовалось в больших роскошных легковых автомобилях. Сегодня неизменной формой является стандартное оборудование для подавляющего большинства легковых автомобилей всех классов, а также легких коммерческих автомобилей.

Мембранный вакуумный опорный цилиндр расположен между педалью тормоза и главным цилиндром. Диафрагма разделяет внутреннюю часть корпуса на две части, в которых положение педали идентично в нейтральном положении благодаря соединению обеих камер с впускным коллектором двигателя. После нажатия на педаль поршень слегка перемещается в тормозном насосе, открывая клапан, соединяющий заднюю камеру привода с атмосферой, и закрывая клапан, соединяющий две камеры. Перепад давления на обеих сторонах мембраны смещает его вперед, что вызывает дополнительное сжатие плунжера насоса. Это действие продолжается все время, пока вы нажимаете педаль. Однако, когда это давление не углубляется, движение диафрагмы приводит к закрытию соединения задней камеры с атмосферой, и положение поршня стабилизируется в любой точке его хода. После отпускания педали канал между камерами открывается, и мембрана под давлением пружины возвращается в исходное положение.

В транспортных средствах, работающих на дизельных двигателях без дроссельных клапанов во впускных системах, могут использоваться идентичные вспомогательные устройства при условии, что установлен дополнительный вакуум-генератор. В коммерческих автомобилях с дизельными двигателями компрессоры избыточного давления, работающие с компрессорами, использовались десятилетия назад для поддержки гидравлических тормозов, но это решение не выдержало конкуренции с полностью пневматическими тормозными системами.

Рис.: Дополнительное давление и гидравлическая опора: 1. бачок, 2. главный цилиндр, 3. вспомогательный цилиндр, 4. зарядный клапан, 5. давление аккумулятора, 6. гидравлический насос, 7. гидроусилитель руля

В настоящее время вместо описанных вакуумных механизмов все чаще используются поддерживающие гидравлические цилиндры. Они питаются от аккумуляторов давления, которые являются необходимой частью систем ABS или ESP, или от гидравлических насосов, используемых в системах гидроусилителя руля.

Рис.: Гидравлический серводвигатель (в исходном положении)

Гидроусилитель руля

Этот тип вспомогательной системы в настоящее время используется во всех коммерческих транспортных средствах, а также в большинстве легковых автомобилей, за исключением самых легких и дешевых. В грузовиках и автобусах есть почти только гидравлические вспомогательные устройства, а в легковых автомобилях электрические механизмы становятся все более популярными. Независимо от используемого в них принципа работы, эти системы взаимодействуют с механическими системами рулевого управления.

Классическая гидравлическая опорная система состоит из резервуара рабочей жидкости, насоса, приводимого в движение автомобильным двигателем, системы рулевого управления, приводимой в действие рулевым колесом, и привода, взаимодействующего с рулевым механизмом. В более крупных легковых автомобилях, спортивных автомобилях, грузовиках и автобусах рулевой механизм обычно завинчивается шариками. Болт, соединенный с валом рулевого управления, вызывает осевое движение гайки во время вращения, которое, в свою очередь, входит в зацепление с шестерней шестерни, установленной на общей оси с рычагом трансмиссии. Гайка одновременно является поршнем привода, движущегося в цилиндрической внутренней части корпуса. Клапан управления рулевого колеса регулирует давление масла (в зависимости от скорости вращения рулевого колеса) и направляет его в зависимости от направления поворота колеса по обе стороны от поршня. Давление масла перемещает поршневую гайку и, тем самым, активирует соединенные с ним рулевые тяги при вращении рулевого колеса. Сопротивление, заданное болтом через гайку, будет минимальным. После остановки рулевого колеса гидравлическое давление становится равным с обеих сторон поршня. После поворота система также позволяет рулевому колесу вернуться в нейтральное положение.

Рис.: Цилиндрическая зубчатая передача с гидравлической опорой: 1. звездочка, соединенная с поршнем, 2. шестерня, 3. цилиндр, 4. резервуар, 5. крыльчатый насос, 6. обратная линия, 7. клапан ограничения давления, 8. линия давления, 9. ось поворотного клапана, 10. рулевой вал, 11. поворотный регулирующий клапан, 12. внешняя кольцевая канавка, 13. внутренняя кольцевая канавка

Описанная здесь система поддержки не работает при буксировке автомобиля с иммобилизованным двигателем. По этой причине в тяжелых грузовиках обязательно использовать второй гидравлический насос, соединенный с трансмиссией.

В более легких пассажирских автомобилях используются зубчатые передачи с гидравлическим креплением. Зубчатая рейка связана в них с поршнем, скользящим в цилиндре цилиндра двойного действия. В зависимости от направления рулевого управления рабочая жидкость с плавно регулируемым давлением подается на одну или другую сторону поршня, что определяется поворотным регулирующим клапаном, соединенным с шестерней. Остальные детали такие же, как в системах с винтовыми зубчатыми колесами.

Рис. Система с электронным управлением значения вспомогательной мощности: 1. гидроцилиндр, 2. рулевой механизм, 3. датчик крутящего момента на руле

В небольших автомобилях существенным недостатком классической гидравлической опоры является то, что постоянно работающий насос потребляет относительно большую часть мощности двигателя. Кроме того, его внезапная иммобилизация во время движения (например, из-за разрыва приводного ремня) вызывает внезапное и неожиданное увеличение силы, необходимой для поворота рулевого колеса. Эти неудобства были устранены путем замены привода механического насоса на электродвигатель, который включается только тогда, когда в системе требуется гидравлическое давление. Тогда потребление энергии составляет всего 25% от значения, необходимого для насоса с механическим приводом. Подобные недостатки не имеют каких-либо электромеханических опорных систем, в которых электродвигатели, действующие непосредственно на рулевой вал, являются источником энергии. Они полностью независимы от работы двигателя автомобиля, а их энергопотребление точно соответствует текущему спросу. Они также имеют более простую и, следовательно, более надежную конструкцию. Они не требуют никакого технического обслуживания (в гидравлических системах необходимо периодически заменять рабочую жидкость и регулярно проверять ее уровень в контейнере).

Электрический двигатель системы гидроусилителя рулевого управления может быть установлен на валу рулевого управления, рядом с реечным механизмом или даже внутри него. Контроль величины крутящего момента электродвигателя позволяет датчику крутящего момента, оказываемого водителем на рулевом колесе, установлен непосредственно на нижнем конце рулевого вала или на корпусе червячной передачи. Контроллер электронной системы принимает сигналы от датчика крутящего момента и сигналы от датчиков скорости, коэффициента передачи тока, торможения и т. Д. На этой основе определяется направление и значение тока, протекающего к двигателю повышения давления.

Электронное регулирование мощности электродвигателя позволяет связать мощность со скоростью движения (на более высоких скоростях опора может быть слабее), крутящий момент, передаваемый на колеса, или нагрузку транспортного средства, и даже эффект переменной рулевой передачи.

Основным недостатком электрических бустерных систем является низкая мощность двигателей 12 В, что ограничивает их применение для транспортных средств с низкой нагрузкой на рулевую ось.

Рис. Ниже: Гидравлический усилитель руля с электронасосным приводом

Похожие