Рулевое колесо (также называемое ведущим колесом , штурвалом или просто колесом ) — это тип рулевого управления в транспортных средствах .
Рулевые колеса используются в большинстве современных наземных транспортных средств, включая все серийные автомобили , автобусы, легкие и тяжелые грузовики, а также тракторы и танки . Рулевое колесо является частью рулевой системы, которой управляет водитель; остальная часть рулевой системы реагирует на такие действия водителя. Это может быть посредством прямого механического контакта, как в рулевых механизмах с реечным механизмом или с реечным механизмом , без или с помощью гидравлического усилителя рулевого управления , HPS, или как в некоторых современных серийных автомобилях с помощью управляемых компьютером двигателей, известных как электроусилитель рулевого управления .
В начале XVIII века появилось много морских судов, использующих конструкцию корабельного колеса . Однако историки не знают, когда именно этот подход к рулевому управлению был впервые использован. [1] Первые автомобили управлялись с помощью румпеля , но в 1894 году Альфред Вашерон принял участие в гонке Париж-Руан на модели Panhard мощностью 4 л. с., которую он оснастил рулевым колесом. [2] Считается, что это одно из самых ранних применений этого принципа. [3]
С 1898 года автомобили Panhard et Levassor в стандартной комплектации оснащались рулевым колесом. Чарльз Роллс представил первый автомобиль в Великобритании, оснащенный рулевым колесом, когда он импортировал 6-сильный Panhard из Франции в 1898 году. [4] Артур Константин Кребс заменил румпель наклонным рулевым колесом для автомобиля Panhard, который он спроектировал для гонки Париж-Амстердам-Париж 1898 года , которая проходила с 7 по 13 июля 1898 года. [5]
В 1898 году Томас Б. Джеффери и его сын Чарльз Т. Джеффери разработали два передовых экспериментальных автомобиля с двигателем спереди и рулевым колесом, установленным с левой стороны. [6] Однако ранний автопроизводитель принял более «традиционную» компоновку с задним расположением двигателя и рулевым управлением с румпелем для своих первых серийных Ramblers в 1902 году. [6] В следующем году Rambler Model E в основном не изменился, за исключением того, что в начале года он был оснащен румпелем, который к концу 1903 года был заменен на рулевое колесо . [7] К 1904 году все Ramblers были оснащены рулевыми колесами. [8] В течение десятилетия рулевое колесо полностью заменило румпель в автомобилях.
По настоянию Томаса Б. Джеффери, место водителя также было перемещено на левую сторону автомобиля во время производства Rambler 1903 года. [9] Большинство других автопроизводителей начали предлагать автомобили с левым рулем в 1910 году. [10] Вскоре после этого большинство автомобилей в США перешли на леворульные. [11]
Рулевые колеса для легковых автомобилей, как правило, круглые. Они крепятся к рулевой колонке с помощью ступицы, соединенной с внешним кольцом рулевого колеса одной или несколькими спицами (колеса с одной спицей являются относительно редким исключением). Другие типы транспортных средств могут использовать модифицированную круглую конструкцию, форму бабочки или какую-либо другую форму, например, хомут. [12] В некоторых моделях Tesla рулевое управление осуществляется через хомут в форме прямоугольника с закругленными краями и двумя пистолетными рукоятками. [13] C8 Corvette включает в себя рулевое колесо квадратного типа с закругленными углами, описываемое как «squircle». [14] Целью плоского дна является облегчение выхода водолаза, в то время как сплющенный верх улучшает линию обзора во время вождения. [14] General Motors подала заявку на патент США на модульное рулевое управление, которое может быть обновлено с помощью компонентов или изменено по форме от традиционного круга до хомута. [15]
В странах, где движение автомобилей левостороннее , рулевое колесо обычно находится с правой стороны автомобиля (правосторонний руль или RHD); обратное правило применяется в странах, где движение автомобилей правостороннее (левосторонний руль или LHD).
Помимо использования в рулевом управлении, рулевое колесо является обычным местом для кнопки, активирующей гудок автомобиля . Современные автомобили могут иметь другие элементы управления, такие как круиз-контроль , аудиосистема и управление телефоном, а также подрулевые переключатели передач , встроенные в рулевое колесо, чтобы свести к минимуму необходимость водителя отрывать руки от руля.
Рулевые колеса были жесткими и устанавливались на нескладывающиеся рулевые колонки . Такое расположение увеличивало риск пронзания водителя в случае серьезной аварии. Первая складная рулевая колонка была изобретена в 1934 году, но так и не была успешно продана. [16] К 1956 году Ford выпустил безопасное рулевое колесо, которое было установлено высоко над стойкой со спицами, которые могли изгибаться, [17] но колонка все еще была жесткой. В 1968 году были введены правила Соединенных Штатов ( Стандарт FMVSS № 204) относительно приемлемого движения рулевого колеса назад в случае аварии. [18] Складывающиеся рулевые колонки должны были соответствовать этому стандарту. До этого изобретения Citroën DS включал изогнутое и смещенное от центра рулевое колесо с одной спицей, предназначенное для отклонения водителя от рулевой колонки в случае аварии. [19]
Усилитель руля позволяет водителю прилагать меньше усилий для управления автомобилем. Современное усилие руля почти повсеместно опирается на гидравлическую систему, хотя электрические системы неуклонно заменяют эту технологию. Были введены механические системы усилителя руля, например, на Studebakers 1953 года . [20] Однако преобладают системы с гидравлическим усилителем.
Хотя другие методы рулевого управления легковыми автомобилями появились в результате экспериментов, например, рулевое управление «поворотом запястья» концепт-кара Mercury Park Lane 1965 года управлялось двумя 5-дюймовыми (127 мм) кольцами [21] , ни один из них до сих пор не был использован столь же успешно, как традиционное большое рулевое колесо.
Правила для легковых автомобилей, принятые Министерством транспорта США, требуют блокировки вращения рулевого колеса (или блокировки трансмиссии в положении «парковка»), чтобы воспрепятствовать угону транспортного средства ; в большинстве транспортных средств это достигается путем извлечения ключа зажигания из замка зажигания . См. блокировку рулевого управления . [22]
На некоторых высокопроизводительных спортивных автомобилях, таких как McLaren F1 , и в большинстве одноместных гоночных автомобилей сиденье водителя и рулевое колесо расположены по центру.
Поскольку водители могут постоянно держать руки на рулевом колесе в течение многих часов, они разработаны с учетом эргономики . Однако наиболее важным является то, чтобы водитель мог эффективно передавать крутящий момент на рулевую систему, особенно в транспортных средствах без усилителя рулевого управления или в редких случаях потери рулевого управления. Типичная конструкция круглого рулевого колеса представляет собой стальной или магниевый обод с пластиковой или прорезиненной рукояткой, отформованной поверх и вокруг него. Некоторые водители покупают виниловые или текстильные чехлы на рулевое колесо для улучшения сцепления и комфорта или просто в качестве украшения. Другим устройством, используемым для облегчения рулевого управления, является ручка Броди .
Аналогичное устройство в самолетах — штурвал . Водные суда, не управляемые с помощью установленного на корме румпеля, направляются с помощью штурвала судна , что, возможно, вдохновило на создание концепции штурвала. Штурвал лучше других пользовательских интерфейсов и сохранился, поскольку вождение требует точной обратной связи, которая обеспечивается большим интерфейсом. [23]
Ранние автомобили Формулы-1 использовали рулевые колеса, взятые непосредственно с дорожных автомобилей. Обычно они изготавливались из дерева. Без ограничений по внутренней компоновке салона, они, как правило, делались как можно большего диаметра, чтобы уменьшить усилие, необходимое для поворота. По мере того, как автомобили становились все ниже, а водительские зоны более компактными в течение 1960-х и 1970-х годов, рулевые колеса становились меньше, чтобы вписаться в внутреннее пространство. [24]
Количество спиц в рулевом колесе постоянно менялось. Большинство ранних автомобилей имели рулевые колеса с четырьмя спицами. [25]
Рулевое колесо «банджо» было опцией в ранних автомобилях. [26] Они появились раньше гидроусилителя руля. Проволочные спицы были буфером или поглотителем между руками водителя и вибрацией, передаваемой от дорожного покрытия. Большинство из них были трех- или четырехспицевыми, сделанными из четырех или пяти проводов в каждой спице, отсюда и название «банджо».
Эдвард Джеймс Лобделл разработал оригинальное колесо наклона в начале 1900-х годов. [27] 7-позиционное колесо наклона было представлено подразделением Saginaw компании General Motors в 1963 году для всех подразделений легковых автомобилей, за исключением Chevrolet, которая получила колесо наклона в 1964 году. [28] Это колесо наклона также поставлялось другим автопроизводителям США (за исключением Ford). [29] Первоначально функция наклона, которая была роскошной опцией для автомобилей, помогает регулировать рулевое колесо, перемещая колесо по дуге вверх и вниз. Наклонные рулевые колеса полагаются на храповой шарнир, расположенный в рулевой колонке прямо под рулевым колесом. Руль можно отрегулировать вверх или вниз, отключив фиксатор храпового механизма, в то время как рулевая колонка остается неподвижной под шарниром. Некоторые конструкции размещают шарнир немного вперед вдоль колонки, что обеспечивает значительное вертикальное перемещение рулевого колеса с небольшим фактическим наклоном. Напротив, другие конструкции размещают шарнир почти внутри рулевого колеса, что позволяет регулировать угол рулевого колеса практически без изменения его высоты.
Регулируемая рулевая колонка позволяет регулировать высоту рулевого колеса с помощью лишь небольшого, полезного изменения наклона. Большинство этих систем работают с компрессионными замками или электродвигателями вместо храповых механизмов; последние могут быть способны перемещаться в запомненное положение, когда данный водитель использует автомобиль, или автоматически перемещаться вверх и вперед для облегчения выхода.
Многие довоенные британские автомобили предлагали телескопические рулевые колеса, которые требовали ослабления контргайки перед регулировкой, многие использовали Douglas ASW (регулируемое рулевое колесо). [27] [30] В 1949 году Jaguar XK120 представил новое рулевое колесо, поставляемое Bluemel, которое можно было отрегулировать водителем, ослабив муфту вокруг колонки вручную. [31] Ford Thunderbird 1955-1957 годов имел похожую конструкцию с 3 дюймами (76 мм) общего хода. [32] [33] В 1956 году ход был ограничен 2 дюймами (51 мм). Патент на телескопическое рулевое колесо был подан в июле 1942 года Бернардом Маурером из Saginaw Steering Gear Division of General Motors (теперь Nexteer Automotive ). Тем не менее, GM не предлагала телескопическое колесо собственной разработки до дебюта опционального телескопического колеса на Corvette и Corvair 1965 года , а также опционального наклонного/телескопического колеса на Cadillacs 1965 года . Колонка GM освобождалась путем поворота стопорного кольца, окружающего центральную ступицу, и предлагала диапазон регулировки в 3 дюйма (76 мм).
Откидная рулевая колонка была представлена в Ford Thunderbird 1961 года и стала доступна на других продуктах Ford в течение 1960-х годов. Откидное рулевое колесо позволяло рулевому колесу перемещаться на 9 дюймов (229 мм) вправо, когда селектор трансмиссии находился в положении «парковка», что облегчало водителю выход и вход. [27] [34]
Откидной руль был представлен Ford в 1967 году после обновления требований Федеральных стандартов безопасности транспортных средств . Хотя это было обновление откидного рулевого колеса, которое не соответствовало обновленным стандартам безопасности, оно обеспечивает ограниченное движение, но более удобное благодаря автоматической функции откидывания по сравнению с предшественником. [35]
Некоторые рулевые колеса могут быть установлены на съемной или быстросъемной ступице. Рулевое колесо можно снять без использования инструментов, нажав кнопку. Система часто встречается в гоночных автомобилях с узким пространством для облегчения посадки и высадки водителя, а также в других автомобилях в качестве противоугонного устройства. [36] Быстросъемный разъем часто является фирменным, некоторые модели являются взаимозаменяемыми. Наиболее распространенная схема крепления — 6×70 мм, [37] что означает схему расположения болтов по окружности с шестью болтами, размещенными по окружности диаметром 70 мм. [38] Другие примеры распространенных схем расположения болтов — 3×1,75 дюйма (44,45 мм), 5×2,75 дюйма (69,85 мм), 6×74 мм и 6×2,75 дюйма (69,85 мм). [37] Сама схема быстрого крепления часто является фирменной. [ требуется ссылка ]
Рулевое колесо следует использовать со стратегическими движениями руки и запястья в вращательных движениях. Осторожность и внимание должны быть использованы для обеспечения безопасности конечностей. Постоянные используемые движения должны выполняться с осторожностью. «Правильная осанка системы кисти-руки при использовании ручных инструментов имеет важное значение. Как правило, запястье не должно быть согнуто, а должно быть прямым, чтобы избежать перенапряжения тканей, таких как сухожилия и сухожильные влагалища, и сдавливания нервов и кровеносных сосудов». [39]
Поворот рулевого колеса при неподвижном автомобиле называется сухим рулем . Обычно рекомендуется избегать сухого руля, поскольку это напрягает рулевой механизм и приводит к чрезмерному износу шин.
Первой кнопкой, добавленной к рулевому колесу, был переключатель для активации электрического гудка автомобиля . Традиционно расположенный на ступице рулевого колеса или центральной накладке, переключатель гудка иногда помещался на спицы или активировался с помощью декоративного кольца гудка, что устраняло необходимость убирать руку от обода. Электрические соединения осуществляются с помощью контактного кольца . Дальнейшая разработка, рулевое колесо Rim Blow , интегрировало переключатель гудка в обод рулевого колеса.
В 1966 году Ford предложил опцию Highway Pilot Speed Control с переключателями на рулевом колесе для своего Thunderbird . [40] Уникальным было то, что Thunderbird также слегка нажимал на тормоза и зажигал стоп-сигналы, когда Retard был постоянно нажат при включенном, но не задействованном круиз-контроле.
В 1974 году Lincoln добавил два кулисных переключателя на рулевом колесе для активации различных функций круиз-контроля на моделях Continental и Continental Mark IV. [41] В 1988 году Pontiac предложил рулевое колесо с 12 кнопками для управления различными функциями аудиосистемы на моделях Trans-Am, [42] 6000 STE и Bonneville .
В 1990-х годах на рулевых колесах автомобилей стало появляться все больше новых кнопок. Дистанционные или альтернативные настройки могли включать в себя аудиосистему автомобиля , телефон и голосовое управление навигацией. Колеса прокрутки или кнопки часто используются для установки уровней громкости или пролистывания меню и смены радиостанций или аудиодорожек. Эти элементы управления могут использовать универсальные интерфейсы, [43] проводные или беспроводные.
Игровые контроллеры доступны для игровых автоматов , персональных компьютеров и консольных игр , которые разработаны так, чтобы выглядеть и ощущаться как рулевое колесо и предназначены для использования в гоночных играх . Ранним примером является Telstar Arcade , который в 1977 году имел руль для использования в игре Road Race, которая поставлялась в комплекте с ним. [44] Некоторые современные игровые рули используют силовую обратную связь для имитации тактильной обратной связи, которую настоящий водитель ощущает от рулевого колеса, а также кнопки для обеспечения большего количества входов.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )