stringtranslate.com

Усилитель руля

Гидроусилитель руля — это система , позволяющая уменьшить усилия водителя по повороту рулевого колеса автомобиля за счет использования источника энергии для помощи в рулевом управлении . [1]

Гидравлические или электрические приводы добавляют управляемую энергию к рулевому механизму, поэтому водитель может прилагать меньше усилий для поворота управляемых колес при движении на обычных скоростях, а также значительно уменьшать физические усилия, необходимые для поворота колес, когда транспортное средство остановлено или движется медленно. Усилитель руля также может быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечить некоторую искусственную обратную связь по силам, действующим на управляемые колеса.

Системы рулевого управления с гидроусилителем для автомобилей увеличивают усилие рулевого управления с помощью привода — гидравлического цилиндра, который является частью сервосистемы . Эти системы имеют прямую механическую связь между рулевым колесом и рычажным механизмом, управляющим колесами. Это означает, что отказ системы рулевого управления с усилителем (для увеличения усилия) по-прежнему позволяет управлять транспортным средством только с помощью ручного усилия.

В системах рулевого управления с электроусилителем вместо гидравлических систем используются электродвигатели. Как и в случае с гидравлическими моделями, мощность привода (в данном случае двигателя) контролируется остальной частью системы гидроусилителя рулевого управления.

Другие системы рулевого управления с гидроусилителем (например, в крупнейших внедорожниках) не имеют прямой механической связи с рулевой тягой; им требуется электроэнергия. Системы такого типа, не имеющие механической связи, иногда называют « приводом по проводам » или «управлением по проводам» по аналогии с авиационным « электропилотом ». В этом контексте «провод» относится к электрическим кабелям , передающим энергию и данные, а не к кабелям механического управления с тонкими тросами .

Некоторые строительные машины имеют раму, состоящую из двух частей, с прочным шарниром посередине; этот шарнир позволяет передней и задней оси стать непараллельными для управления автомобилем. Противоположные гидроцилиндры перемещают половины рамы относительно друг друга для поворота.

История

Первую систему гидроусилителя руля на автомобиле, по-видимому, установил в 1876 году человек по фамилии Фиттс, но больше о нем мало что известно. [2] Следующая система гидроусилителя руля была установлена ​​на 5-тонный грузовик Columbia в 1903 году, где для помощи водителю в повороте передних колес использовался отдельный электродвигатель . [2] [3]

Роберт Э. Твайфорд, житель Питтсбурга , штат Пенсильвания , включил механизм рулевого управления с механическим усилителем в состав своего патента (Патент США 646,477) [4] , выданного 3 апреля 1900 года на первую систему полного привода. [5]

Фрэнсис В. Дэвис, инженер подразделения грузовых автомобилей компании Pierce-Arrow , начал исследовать, как можно облегчить рулевое управление, и в 1926 году изобрел и продемонстрировал первую практическую систему рулевого управления с усилителем. [6] [7] [8] Дэвис перешел в General Motors и усовершенствовал систему рулевого управления с гидроусилителем, но автопроизводитель посчитал, что ее производство будет слишком дорогим. [7] Затем Дэвис подписал контракт с Bendix , производителем запчастей для автопроизводителей. Военные потребности во время Второй мировой войны в облегчении управления тяжелыми транспортными средствами увеличили потребность в силовой поддержке броневиков и танко-эвакуационных машин для британской и американской армий. [7]

Корпорация Chrysler представила первую коммерчески доступную систему гидроусилителя руля для легковых автомобилей на Chrysler Imperial 1951 года под названием Hydraguide. [9] Система Chrysler была основана на некоторых патентах Дэвиса с истекшим сроком действия. General Motors представила Cadillac 1952 года с гидроусилителем рулевого управления, используя работу, которую Дэвис проделал для компании почти двадцатью годами ранее.

Чарльз Ф. Хаммонд из Детройта подал несколько патентов на усовершенствования гидроусилителя руля в Канадское ведомство интеллектуальной собственности в 1958 году. [10] [11] [12]

Начиная с середины 1950-х годов американские производители предлагали эту технологию в качестве дополнительного или стандартного оборудования, в то время как она широко предлагается на современных автомобилях по всему миру из-за тенденции к переднему приводу , большей массе автомобиля, снижению затрат на производство на сборочных линиях и более широким шинам . все это увеличивает необходимое усилие на рулевом управлении. Более тяжелым транспортным средствам, как это часто бывает в некоторых странах, будет чрезвычайно трудно маневрировать на низких скоростях, в то время как транспортным средствам с меньшим весом может вообще не потребоваться гидроусилитель рулевого управления.

Проведенное в 1999 году исследование достоверности восприятия обратной связи по силе рулевого управления показало, что обычные водители грузовиков и легковых автомобилей в реальном мире естественным образом ожидают увеличения крутящего момента обратной связи по мере увеличения скорости, и по этой причине ранние формы усилителя рулевого управления, в которых не было такого эффекта, были встретил неодобрение. [13] [14]

Гидравлические системы

Бачок с жидкостью гидроусилителя рулевого управления и насос с приводом от шкива.

Системы рулевого управления с гидроусилителем работают за счет использования гидравлической системы для увеличения силы, прикладываемой к рулевому колесу на управляемые (обычно передние) опорные колеса автомобиля. [15] Гидравлическое давление обычно создается героторным или пластинчато-роторным насосом , приводимым в движение двигателем автомобиля. Гидравлический цилиндр двойного действия передает усилие на рулевой механизм, который, в свою очередь, управляет опорными катками. Рулевое колесо управляет клапанами для управления потоком в цилиндр. Чем больший крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу и колонке, тем больше жидкости пропускают клапаны в цилиндр и, следовательно, тем больше силы прикладывается для управления колесами. [16]

Одна конструкция для измерения крутящего момента, приложенного к рулю, имеет датчик крутящего момента – торсион на нижнем конце рулевой колонки. Вместе с рулем вращается и рулевая колонка, а также верхний конец торсиона. Поскольку торсион относительно тонкий и гибкий, а нижний конец обычно сопротивляется вращению, торсион будет скручиваться на величину, пропорциональную приложенному крутящему моменту. Разница в положении противоположных концов торсиона управляет клапаном. Клапан позволяет жидкости течь в цилиндр, который обеспечивает рулевое управление; чем больше «крутка» торсиона, тем больше сила.

Поскольку гидравлические насосы имеют объемный тип, производительность, которую они создают, прямо пропорциональна скорости двигателя. Это означает, что при высоких оборотах двигателя рулевое управление естественным образом будет работать быстрее, чем при низких оборотах двигателя. Поскольку это было бы нежелательно, ограничительное отверстие и клапан регулирования расхода направляют часть производительности насоса обратно в гидравлический резервуар при высоких оборотах двигателя. Клапан сброса давления предотвращает опасное повышение давления, когда поршень гидроцилиндра достигает конца своего хода.

Усилитель рулевого управления устроен таким образом, что в случае его выхода из строя рулевое управление продолжит работать (хотя колесо будет казаться тяжелее). Потеря гидроусилителя руля может существенно повлиять на управляемость автомобиля. В руководстве по эксплуатации каждого автомобиля приведены инструкции по проверке уровня жидкости и регулярному техническому обслуживанию системы рулевого управления с гидроусилителем.

Рабочая жидкость, также называемая « гидравлической жидкостью » или «маслом», является средой, с помощью которой передается давление . Обычные рабочие жидкости изготавливаются на основе минерального масла .

Некоторые современные системы также включают в себя электронный регулирующий клапан для снижения давления подачи гидравлической жидкости по мере увеличения скорости автомобиля; это гидроусилитель рулевого управления с регулируемым усилителем.

DIRAVI с гидроусилителем руля с регулируемым усилителем

DIRAVI внедрила ныне широко распространенное преимущество рулевого управления, чувствительного к скорости . [17]

В этой системе рулевого управления с гидроусилителем усилие на рулевое управление поступает от гидравлической системы автомобиля под высоким давлением и всегда одинаково, независимо от скорости движения. Поворот рулевого колеса одновременно перемещает колеса на соответствующий угол с помощью гидроцилиндра. Чтобы создать ощущение искусственного рулевого управления, существует отдельная система с гидравлическим приводом, которая пытается повернуть рулевое колесо обратно в центральное положение. Величина приложенного давления пропорциональна скорости дороги, поэтому на низких скоростях рулевое управление очень легкое, а на высоких скоростях очень трудно сдвинуться с центра более чем на небольшое расстояние.

Его изобрел французский Citroën .

Пока в гидросистеме автомобиля есть давление, механическая связь между рулевым колесом и опорными катками отсутствует. Эта система была впервые представлена ​​на Citroën SM в 1970 году и была известна как «VariPower» в Великобритании и «SpeedFeel» в США.

Электрогидравлические системы

Электрогидравлические системы рулевого управления с усилителем, иногда сокращенно EHPS, а также иногда называемые «гибридными» системами, используют ту же технологию гидравлического усилителя, что и стандартные системы, но гидравлическое давление создается насосом, приводимым в движение электродвигателем, а не приводным ремнем. двигатель.

В 1965 году Форд экспериментировал с парком автомобилей Mercury Park Lanes, оснащенных системой мгновенного поворота запястья, которые заменили обычное большое рулевое колесо двумя 5-дюймовыми (127 мм) кольцами, быстрым передаточным числом 15: 1 и электрогидравлическим приводом. насос на случай, если двигатель заглохнет. [18] [19]

В 1988 году Subaru XT6 был оснащен уникальной адаптивной электрогидравлической системой рулевого управления Cybrid, которая изменяла уровень помощи в зависимости от скорости автомобиля.

В 1990 году Toyota представила второе поколение MR2 с электрогидравлическим усилителем руля. Это позволило избежать прокладки гидравлических линий от двигателя (который находился за водителем в MR2) до рулевой рейки.

В 1994 году Volkswagen выпустил Golf Mk3 Ecomatic с электрическим насосом. Это означало, что гидроусилитель руля продолжал работать, пока компьютер останавливал двигатель для экономии топлива. [20] Электрогидравлические системы можно найти в некоторых автомобилях Ford , Volkswagen , Audi , Peugeot , Citroën , SEAT , Škoda , Suzuki , Opel , MINI , Toyota , Honda и Mazda .

Электрические системы

Модуль EPS с частично разобранной рулевой колонкой

Электрический усилитель руля ( EPS ) или гидроусилитель руля с электроприводом ( MDPS ) использует электродвигатель вместо гидравлической системы для оказания помощи водителю транспортного средства . Датчики определяют положение и крутящий момент внутри рулевой колонки, а компьютерный модуль передает вспомогательный крутящий момент через двигатель, который соединяется либо с рулевым механизмом, либо с рулевой колонкой. Это позволяет применять различную помощь в зависимости от условий движения. Таким образом, инженеры могут адаптировать реакцию рулевого механизма к системам подвески с регулируемой скоростью и переменным демпфированием, оптимизируя плавность хода, управляемость и рулевое управление для каждого автомобиля. [21] Эта новая технологическая функция также дала инженерам возможность добавлять новые функции помощи водителю. Сюда входят такие функции, как помощь при движении по полосе, коррекция сноса ветром и т. д. [22] На автомобилях группы Fiat объем помощи можно регулировать с помощью кнопки под названием «CITY», которая переключается между двумя различными кривыми помощи, в то время как большинство других систем EPS имеют переменные помогать. Они оказывают большую помощь при замедлении автомобиля и меньшую на более высоких скоростях.

В EPS сохранена механическая связь между рулевым колесом и рулевым механизмом. В случае отказа компонента или сбоя питания, который приводит к невозможности оказания помощи, механическая связь служит резервной. Если EPS выходит из строя, водитель сталкивается с ситуацией, когда для управления приходится прикладывать большие усилия. Это тяжелое усилие похоже на неработающую гидравлическую систему рулевого управления . В зависимости от дорожной ситуации, навыков вождения и силы водителя потеря усилителя рулевого управления может привести или не привести к аварии. Трудность управления при неработающем гидроусилителе усугубляется выбором передаточных чисел рулевого управления в вспомогательных рулевых механизмах по сравнению с полностью ручными. NHTSA помогло производителям автомобилей отозвать системы EPS, склонные к сбоям . [23]

Электрические системы имеют преимущество в экономии топлива , поскольку в них нет постоянно работающего гидравлического насоса с ременным приводом, независимо от того, требуется помощь или нет, и это основная причина их внедрения. Еще одним важным преимуществом является отсутствие вспомогательного оборудования двигателя с ременным приводом и нескольких гидравлических шлангов высокого давления между гидравлическим насосом, установленным на двигателе, и рулевым механизмом, установленным на шасси. Это значительно упрощает производство и обслуживание. Благодаря включению электронного контроля устойчивости системы рулевого управления с электроусилителем могут мгновенно изменять уровни усиления крутящего момента, чтобы помочь водителю в корректирующих маневрах. [24]

В 1986 году компания NSK ввела в практическое применение первую в мире систему рулевого управления с электроусилителем для аккумуляторных вилочных погрузчиков. [25] В 1988 году Koyo Seiko (в настоящее время JTEKT) и NSK совместно разработали колонную систему исключительно для малолитражных автомобилей, продаваемых только на внутреннем рынке Японии. [26] Первая в истории система рулевого управления с электроусилителем для серийных легковых автомобилей появилась на Suzuki Cervo в 1988 году. [27] Однако этот простой метод не получил широкого распространения среди других автопроизводителей в первые годы из-за неестественного ощущения рулевого управления. двигателя, вызванную инерцией во время быстрого рулевого управления для предотвращения опасности при движении на низкой скорости, а также во время более высокой скорости движения, при которой электромагнитная муфта уменьшает усилие рулевого управления, возвращаясь в ручной режим рулевого управления. В 1990 году на Honda NSX была внедрена в практику система прямого полного управления рулевой рейкой без сцепления (первоначально устанавливалась только в автоматике). С тех пор произошел переход тенденции от щеточных двигателей к бесщеточным двигателям реечного типа для обычных автомобилей и этот метод стал основным.

Другие системы рулевого управления с электроусилителем (включая 4WS) позже появились на Honda NSX после 1990 года, Honda Prelude и Subaru SVX в 1991 году, Nissan 300ZX (Z32; начиная с версии 3), Silvia, Skyline и Laurel в 1993 году. , MG F, FIAT Punto Mk2 в 1999 году, Honda S2000 в 1999 году, Toyota Prius в 2000 году, BMW Z4 в 2002 году и Mazda RX-8 в 2003 году.

Система использовалась различными производителями автомобилей и чаще всего применялась для небольших автомобилей для снижения расхода топлива и производственных затрат .

Системы с электрическим изменением передаточного числа

В 2000 году Honda S2000 Type V была оснащена первой системой рулевого управления с переменным передаточным числом с электроприводом (VGS). [28] В 2002 году Toyota представила систему рулевого управления с переменным передаточным числом (VGRS) на Lexus LX 470 и Landcruiser Cygnus, а также включила электронную систему контроля устойчивости для изменения передаточных чисел рулевого механизма и уровней усиления рулевого управления. В 2003 году BMW представила систему « активного рулевого управления » на 5-й серии . [29]

Эту систему не следует путать с регулируемым усилителем рулевого управления, который изменяет крутящий момент рулевого управления, а не с передаточными числами рулевого управления, а также с системами, в которых передаточное число изменяется только в зависимости от угла поворота рулевого колеса. Последние правильнее называть нелинейными типами (например, Direct-Steer, предлагаемый Mercedes-Benz ); График зависимости положения рулевого колеса от угла поворота оси постепенно изогнут (и симметричен).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Что такое система гидроусилителя рулевого управления в автомобилях? - Изучите все факты» . 7 марта 2022 г.
  2. ^ Аб Шульц, Морт (май 1985 г.). «Рулевое управление: век прогресса». Популярная механика . 162 (5): 59. ISSN  0032-4558 . Проверено 8 ноября 2014 г.
  3. ^ Рен, Джеймс А.; Рен, Женевьева Дж. (1979). Грузовики Америки. Издательство Мичиганского университета. п. 23. ISBN 9780472063130. Проверено 8 ноября 2015 г.
  4. ^ "Приводы мотоколясок".
  5. ^ «Привод для моторных экипажей - патент США 646477 А» . Проверено 29 мая 2015 г.
  6. ^ Нанни, Малкольм Джеймс (2006). Технология легких и тяжелых транспортных средств. Эльзевир Наука. п. 521. ИСБН 978-0-7506-8037-0. Проверено 18 июня 2010 г.
  7. ^ abc Howe, Хартли Э. (февраль 1956 г.). «Приходит корабль мистера Усилителя рулевого управления». Популярная наука . 168 (2): 161–164, 270 . Проверено 28 мая 2015 г.
  8. ^ "Зал славы Уолтемского музея" . Уолтемский музей. Архивировано из оригинала 19 июля 2010 года . Проверено 8 ноября 2015 г.
  9. ^ Ламм, Майкл (март 1999 г.). «75 лет Крайслеру». Популярная механика . 176 (3): 75 . Проверено 28 мая 2015 г.
  10. ^ «Рулевой механизм с ручным и электроприводом для автомобилей» . Канадское ведомство интеллектуальной собственности. 15 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2021 г.
  11. ^ «Рулевой механизм с ручным и электроприводом» . Канадское ведомство интеллектуальной собственности. 15 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 04 марта 2016 г.
  12. ^ «Рулевой механизм с ручным и электроприводом для автомобилей» . Канадское ведомство интеллектуальной собственности. 15 июня 2015 г.
  13. ^ Альфред Т. Ли (2017) Моделирование транспортных средств: точность восприятия при проектировании виртуальных сред
  14. ^ Бертоллини, Г. П., и Хоган, Р. М. (1999) Применение моделирования вождения для количественной оценки предпочтения усилия рулевого управления в зависимости от скорости транспортного средства (№ 1999-01-0394). Технический документ SAE.
  15. ↑ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). «Реечное рулевое управление - как работает рулевое управление автомобиля». Auto.howstuffworks.com. п. 2 . Проверено 28 мая 2015 г.
  16. ↑ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). «Усилитель руля - как работает рулевое управление автомобиля». Auto.howstuffworks.com. п. 4 . Проверено 28 мая 2015 г.
  17. ^ «Топ-5: инновации Citroen SM, видевшие будущее (видео)» . CNET. 5 августа 2014 года . Проверено 28 мая 2015 г.
  18. ^ «Сможет ли поворот вашего запястья управлять вашей следующей машиной?» Популярная наука . 186 (4): 83. Февраль 1984 г. Проверено 8 сентября 2015 г.
  19. ^ Маркович, Алекс (апрель 1965 г.). «Смотри, Ма-Но Колесо!». Популярная механика . 123 (4): 91–93 . Проверено 8 сентября 2015 г.
  20. ^ "Страница Golf Ecomatic" . Deylan.co.uk. Архивировано из оригинала 10 августа 2011 года . Проверено 8 ноября 2015 г.
  21. ^ Киблер, Джек (май 1986 г.). «Прощай, гидравлика — электронная революция в гидроусилителе рулевого управления». Популярная наука . 228 (5): 50–56 . Проверено 8 сентября 2015 г.
  22. ^ «Электроусилитель руля».
  23. ^ «Готовы к очередному отзыву? NHTSA расследует Ford на предмет новых проблем с гидроусилителем рулевого управления» . Юридическая фирма Ньюсом-Мелтон . 7 января 2015 г. Архивировано из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 28 мая 2015 г.
  24. ^ «Электрический усилитель руля: один хороший поворот заслуживает другого» . Embedded.com. 30 июня 2005 г. Проверено 7 сентября 2011 г.
  25. ^ » Технический журнал NSK 647. Знакомство с продуктом «Электрический усилитель рулевого управления», сентябрь 1987 г.
  26. ^ Окамото, Кенджиро; Чикума, Исаму; Сайто, Наоки; Миядзаки, Хироя (1 апреля 1989 г.). «Улучшение ощущения водителя от электроусилителя рулевого управления». Технический документ SAE 890079 . Серия технических документов SAE. Технический документ SAE. 1 . дои : 10.4271/890079 . Проверено 4 октября 2019 г.
  27. ^ Накаяма, Т.; Суда, Э. (1994). «Настоящее и будущее электроусилителя руля». Международный журнал автомобильного дизайна . 15 :243 . Проверено 8 ноября 2015 г.
  28. ^ «Honda выпустит S2000 Type V, оснащенный первой в мире системой рулевого управления с переменным передаточным числом (VGS)» (пресс-релиз). Новости Хонды. 7 июля 2000 г. Архивировано из оригинала 6 сентября 2015 г. Проверено 8 сентября 2015 г.
  29. ^ «BMW »Первая поездка: BMW 5-Series 2004 года выпуска». Канадский водитель. 02.06.2003. Архивировано из оригинала 16 октября 2009 года . Проверено 8 декабря 2009 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме гидроусилителя руля (автомобильного) .