10.8. Легко и непринужденно
Человек всегда стремится при минимуме затраченных усилий получить максимум отдачи. Сперва ему стало лень ходить пешком – и появился автомобиль. В скором времени "трудолюбивое" человечество с ужасом обнаружило, что даже на то, чтобы крутить руль, сил приходится тратить не так уж и мало. И задумалось, как бы свою тяжкую участь облегчить...
В результате этих размышлений в XIX веке родилась концепция усилителя рулевого управления. После появления на улицах городов большегрузных автобусов с паровым двигателем стало необходимо облегчить труд управляющих ими водителей. Начался поиск конструктивных решений, позволяющих уменьшить усилие при повороте рулевого колеса.
В 1925 году в США Фрэнсис Дейвис одним из первых запатентовал гидравлический усилитель рулевого управления, а в 1933 году концерн "Дженерал Моторс" уже намеревался установить его на своем автомобиле "Кадиллак" с двенадцатицилиндровым двигателем. К 1951 году компания "Крайслер" освоила производство гидроусилителей руля и с этого времени начала оснащать им многие свои модели. Первым изготовителем легковых автомобилей, предложившим установку гидроусилителя рулевого управления в качестве дополнительного оборудования модели "519", была фирма "Фиат". В настоящее время в результате появления переднеприводных автомобилей, использования шин большего размера и массы, подвески с усложненной кинематикой существует необходимость в применении усилителей рулевого управления даже на небольших автомобилях. Как следует из названия, данное устройство основано на использовании принципа гидравлики. Давление в системе, заправленной специальной жидкостью, создается гидравлическим насосом, приводимым в действие коленвалом двигателя. В конструкции предусмотрен золотниковый клапан, который при повороте руля переключает подачу жидкости в ту или иную полость, обеспечивая дополнительное воздействие на исполнительный механизм рулевого управления (редуктор или рейку). Первоначально конструкции рулевого управления с гидроусилителем были несовершенны и имели ряд недостатков. Например, они уменьшали усилие при управлении автомобилем настолько, что терялась информативность рулевого управления. Такие системы устанавливались на автомобиль вплоть до 80-х годов. Нетрудно себе представить, насколько опасно "переборщить" при манипулировании рулем, выполняя поворот на большой скорости.
Отсюда вытекают основные требования, которым должен соответствовать механизм гидроусилителя. Задача состоит в том, чтобы сделать поворачивание легким при маневрировании с малой скоростью и более ощутимым по усилию на рулевом колесе при движении с большей скоростью, чтобы управление автомобилем стало как можно более безопасным.
У большинства гидроусилителей вне зависимости от скорости движения автомобиля коэффициент усиления остается постоянным. Однако все большее число поступающих на рынок автомобилей сегодня оснащается системами с переменным коэффициентом усиления, у которых степень усиления уже изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Они обеспечивают точную и быструю реакцию при движении автомобиля на поворотах и требуемое усилие при маневрировании автомобиля с малой скоростью.
Одним из путей достижения этого является использование рейки рулевого механизма с переменным отношением зубчатого зацепления. С этой целью по длине рейки изменяется шаг и диаметр делительной окружности зубьев, а на шестерне шаг зубьев остается постоянным. Когда колеса автомобиля выставлены для движения в прямом направлении, передаточное число рулевого механизма равное единице и коэффициент усиления наименьший, но по мере приближения рулевого колеса к его крайним положениям, передаточное число возрастает и усилие, необходимое для поворачивания колес, уменьшается. Гидроусилитель рулевого механизма, управляемый компьютером, также перестает быть чем-то необычным. Такие системы рулевого управления обрабатывают информацию от спидометра автомобиля. Их работа определяется не только числом оборотов двигателя, но и скоростью движения автомобиля. Микропроцессор компьютера анализирует поступающие от датчика сигналы и вычисляет требуемый на каждый момент коэффициент усиления, который реализуется с помощью электрогидравлического преобразователя.
Идея разработчиков таких систем: взять лучшее из двух видов рулевого управления – при скоростях, характерных для паркования автомобиля, сделать рулевое управление наиболее легким, а при движении с высокой скоростью действие усилителя уменьшать до такой степени, чтобы система работала почти так же, как обычное механическое рулевое управление без усилителя.