Рулевое управление. Что поворачивает колёса

Сейчас, говоря «Рулевое управление», большинство подразумевает усилитель. Гидравлический или электрический, – значения не имеет. С него и начнём.

Минутка истории

Из далёких времён усилители рулевого управления использовались на всех возможных видах транспорта. У той же самой телеги поворотная ось тянулась лошадью.

В начале эры автомобилей все познали тяжесть поворотной оси на своих руках, и началась инженерная гонка.

Паровые автомобили, или омнибусы, которые первыми начали возить пассажиров, продемонстрировали водителям, как тяжело может быть поворачивать колёса. Классические методы поворота колёс пришли в подобные транспортные средства из кораблестроения, но доступны они были только для больших автомобилей. Я имею в виду редукторы и румпеля. Но в 1823 году Роберт Гюрней решил создать первый усилитель управления.

Человек поворачивал управляющие колёса маленькой телеги, которая уже дальше соединялась с основной осью автобуса и поворачивала основную поворотную ось. Так началась эра усилителей.

Едем быстрее

Конечно, долгое время автомобили управлялись румпелями, по образу и подобию паровозов, ведь усилия на управляемых колесах и масса автомобиля были существенно меньше, чем паровоз, и нагрузка на агрегаты была очень маленькой.

1894 год стал прорывным для рулевого управления, ведь именно тогда автомобиль Panhard 4hp получил круглое рулевое колесо. Соответственно, машина получила редуктор, который позволял достаточно комфорно управлять автомобилем, правда, крутить его приходилось быстро и много. Конечно, водители тех времён не переживали по этому поводу, ведь автомобиль был предназначен для профессионалов своего дела.

Патент на это круглое рулевое колесо оформил Альфред Вашерон, и в дальшейшем, с 1898 года все автомобили начали приобщаться к круглому рулю, который так привычен нам в современных машинах.

Развитие не прекращается

Если вы думаете, что на этом прогресс остановился, вы глубоко ошибаетесь. Г.В.Фиттс, в 1876 году решил получить патент на свою систему. Сложный механизм дифференциального механического усилителя с приводом через сцепление от мотора. В серию оно не пошло, но после этого разработали гидравлический и вакуумный усилители. Процесс пошёл.

От бумаги к заводу

Удивительно, но первый автомобиль с усилителем рулевого управления – грузовик. Columbia, который сошёл с конвейера в 1903 году, обладал электрическим усилителем. Поэтому знайте, что самый первый усилитель - именно электрический.

Конечно, некоторые грузовики тех времён (1904-1927 годов) получали вакуумные и пневматические усилители. Точность их была низкой, но грузовики ездили медленно и проблем это не доставляло. Такие усилители были популярны по причине простоты управления системой вакуума. В патентах тех лет расписывалось устройство распределительного клапана, который регулировал подачу жидкости или газа, если рулевое колесо отклонялось. Разрежение брали напрямую из выпускного коллектора. Пневматические усилители были на автомобилях, в которых привод тормозов тоже был пневматическим.

ГУР. Гидравлический усилитель руля

Конечно, гидравлические системы впервые применились в судостроении, а Первая Мировая война настойчиво требовала применения таких усилителей в тягачах, грузовиках и, конечно, броневичках. Пионерами гидроусилителей в современном понимании стали Джордж Джессоп и Фрэнсис Дэвис. Упрощая систему гидравлики, инженеры приняли решение отказаться от систем, которые аккумулируют давление жидкости, а вместо этого применили привод с постоянным насосом. По результатам этой инновации, снизилось давление в системе и уменьшилось число компонентов системы. С тех пор серийное производство данного типа системы было возможно.

Первой машиной, которая получила такую систему, стал личный автомобиль Фрэнсиса Дэвиса - Pierce-Arrow Roadster, это случилось в 1925 году. Инженер на личном примере показал, что теперь автомобиль стал легче в управлении. Приятным дополнением стало то, что гидравлика смягчала вибрации от колёс, которые передавались в руль, и это отличало гидравлику от вакуума и пневматики.

Уменьшение массы подобных систем заинтересовало Cadillac, ведь шестнадцатицилиндровые моторы были тяжелы, и от возможности уменьшить массу решили не отказываться. К сожалению, эта инновация совпала с финансовым кризисом 30-х годов, и ГУР стал опцией для таких автомобилей.

К 1939 году были разработаны системы гидроусиления десяти типов, и две из них проданы корпорации GM для экспериментальной установки на автомобилях Buick. В 1940 году они были вновь востребованы на бронеавтомобилях Chevrolet, и в результате, к концу войны более 10 тысяч машин были оснащены ими, а конструкция была действительно отлажена для массового производства.

Дальнейшие разработки в Америке, и рыночная конкуренция позволили стать гидроусилителю практически массовым агрегатом, а к 1956 году каждый четвёртый новый автомобиль в США оснащался гидроусилителем.

Про технику

Такая конструкция гидравлического усилителя руля стала практически эталонной, и просто слегка дорабатывается.

Поток масла в данной конструкции постоянно поступает из насоса для поддержания давления в системе, а не как раньше в случае необходимости.

Чем больше закручивание торсиона, тем больше отверстий золотника открывается, и тем больше насос помогает вращать руль. Основные усилия в совершенствовании этой простой схемы были направлены на уменьшение потерь в системе привода, составляющих не менее 90 ватт даже на самых современных системах, обеспечение более комфортного регулирования усилия на руле, увеличение степени помощи при маневрировании на малой скорости и «утяжеление» руля на трассе.

Рулевое управление продолжало развиваться и дальше, совершенствовалось, возвращалось к электрике, но это уже совсем другая история. Stay Tuned.