Передаточное отношение руля: определение, принципы работы и существующие виды рулевого управления

Многие автомобилисты попросту не задумываются о том, как происходит вращение колес на автомобиле при помощи рулевого механизма. Однако, это крайне полезная информация, по той простой причине, что рулевое управление — это крайне важный конструктивный элемент любого транспортного средства. Он включает в себя целый ряд компонентов, при этом, выход из строя любого из них влечет за собой самые негативные последствия. Некоторые автолюбители знают, что рулевое управление — это некий рычаг, позволяющий с минимальными усилиями вращать колеса авто. Однако, это верно лишь отчасти. Чтобы разобраться во всех тонкостях и нюансах, предстоит разобраться с таким определением, как передаточное отношение руля, а так как об этом мало кто из современных автовладельцев осведомлен, необходимо будет углубиться в детали и сопутствующие нюансы.

Что такое передаточное число рулевого управления

В данном случае речь идет про передаточное отношение, которое определяется с учетом передаточных чисел самого механизма и используемого привода. Эта величина приравнивается к отношению полного угла поворота руля к углу поворота колесной оси до максимального значения в текущий момент времени. Иными словами, здесь идет речь про определенное значение силы, которое необходимо затратить, чтобы преодолеть сопротивляемость колес в процессе поворота всего конструктивного механизма. Так как водителю без вспомогательных средств придется прилагать колоссальные усилия, на всех современных транспортных средствах присутствуют усилители.

Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что применение различного рода усилителей обусловлено тем, что необходимо приложить к цапфам поворачивающий момент, которого будет достаточно, чтобы в процессе был преодолен момент сопротивления колес выполняемому повороту. Также нужно знать, что поворачивающий момент — это не конечная величина. Она складывается из сопротивления колес текущему движению, а также сопротивления шин скольжению по поверхности. При этом, само передаточное отношение должно достигаться при ограниченном усилии, которое автолюбитель способен приложить к рулевому колесу согласно установленным нормативам.

Существующие типы рулевых управлений

Современные транспортные средства — это достаточно сложные механизмы, которые могут отличаться между собой не только по внешним признакам и оснащению, но и по типу используемого рулевого управления. В частности, можно выделить следующие предусмотренные варианты:

• управление автомобилем с механическим усилителем;
• рулевое управление с штатным гидроусилителем руля;
• современное гидрообъемное рулевое управление;
• электрическое рулевое управление.

Следует понимать, что в каждом отдельном случае автомобилисту требуется затрачивать определенное усилие при использовании руля для поворота передней колесной оси. Также эти механизмы отличаются по такой величине, как передаточное отношение руля в зависимости от степени оснащения авто.

Авто с механическим усилителем

В данном случае речь идет про устаревшие транспортные средства. Они не оборудованы вспомогательными механизмами, и автомобилисту приходится прилагать серьезные усилия, чтобы на месте попытаться вывернуть колесную ось для последующего совершения маневра. Механический усилитель — это не полное отсутствие вспомогательных компонентов, а стандартный рычаг, который помогает привести привод в движение, так как без него это сделать будет попросту невозможно, если авто в текущий момент твердо стоит на поверхности.

Управление с гидроусилителем

Распространенный вариант усилителя, который присутствует практически на всех подержанных автомобилях иностранного производства, выпущенных в XXI веке. В состав данного устройства входят такие компоненты, как сошка, рулевое колесо, тяга продольного типа, специальный рулевой механизм, рычаг для осуществления поворота, карданная передача, цапфа колеса, а также сам гидроусилитель и сопутствующий вал сошки. Наличие таких компонентов существенно облегчает задачу водителю, которому уже не требуется прикладывать серьезное усилие в процессе поворота колесной оси.

Гидрообъемное рулевое управление

Здесь речь идет про вспомогательные механизмы, которые позволяют автолюбителю с минимальным усилием вращать колесную ось на своем автомобиле. В состав данного элемента входят такие компоненты, как обычный насос-питания, специальный предохранительный клапан, дозирующий насос, гидравлический силовой цилиндр, стандартное рулевое колесо, бак для жидкости, поперечная тяга, а также трубопроводы. В данном случае речь идет про более современный вариант устройства с гидроприводом.

Электрическое рулевое управление

Это наиболее современный вариант управления, который используется на новых автомобилях. В составе механизма присутствуют поперечная тяга, датчик крутящего момента, блок управления, электромотор, а также торсионный вал и ряд других датчиков для определения угла положения рулевого колеса. В данном случае электромотор оказывает помощь автолюбителю в тот момент, когда прикладывается усилие для вращения руля. По своим характеристикам электроусилитель существенно превосходит все предшествующие варианты рулевого управления.

Как определить усилие

Практически любой автомобилист имеет представление о том, что для того, чтобы сдвинуть рулевое колесо с места, необходимо приложить определенное усилие. Этот параметр можно самостоятельно рассчитать по соответствующей формуле P_p = M_n/(R_kI_wn_p), где первое значение — это высчитываемое усилие, R – радиус поворота, M – поворачивающий момент, I – передаточное число рулевого управления, n – коэффициент полезного действия.

Исходя из этого можно сделать небольшой промежуточный вывод, что чем больше передаточное число рулевого привода в автомобиле, тем меньше придется прилагать усилие, чтобы при помощи руля выполнить поворот колесной оси. Однако, здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что управляемые колеса будут отклоняться на меньший угол в сравнении с самим положением рулевого колеса, из-за чего потребуется больше времени на совершение поворота. Что же касается предельного значения передаточного числа, то здесь во внимание принимается время, которое необходимо затратить для осуществления безопасного поворота в процессе движения на максимальной скорости.

Как правило, современные транспортные средства обладают хорошей маневренностью, что обусловлено небольшим числом оборотов рулевого колеса, которые необходимы, чтобы до максимума выкрутить ведущую колесную ось. На практике, здесь бывает достаточно одного или двух оборотов от среднего положения, которое соответствует прямолинейному направлению движения машины. Именно поэтому, передаточное отношение руля на современных транспортных средствах может колебаться в диапазоне от 12 до 24, что можно назвать оптимальным показателем для комфортного и безопасного передвижения.

Следует понимать, что, если передаточное отношение не может обеспечить комфортного управления, то в этой ситуации обязательно применяются усилители рулевого механизма. Что же касается курсовой устойчивости транспортного средства, то она обеспечивается за счет стабилизации ведущих колес. Иными словами, речь идет про способность колес устойчиво сохранять движение в прямолинейном направлении, а также о возможности возвращаться в исходное положение, если выполненный маневр поворота завершен. Добиться оптимальной стабилизации управляемых колес можно только при правильном монтировании.

Вывод

Учитывая все вышесказанное можно подвести небольшой итог и выделить, что передаточное отношение рулевого управления — это крайне важный показатель, который в обязательном порядке тщательно просчитывается на этапе проектирования транспортного средства. Здесь задается конкретный диапазон, а также используются вспомогательные механизмы, чтобы в конечном итоге машина была комфортной и безопасной, а также в полной мере могла соответствовать требованиям автолюбителя. Разумеется, полностью держать в голове все детали касательно этого термина сложно, однако, даже поверхностных знаний будет достаточно, чтобы автолюбитель мог правильно использовать рулевое управление и в случае необходимости учитывал его конструктивные особенности.

Автор: Олег Мокров