Главная
Статьи
Форум
Рулевое управление. Обзор

По материалам сайта http://drom.ru/

Максим Маркин

Рулевое управление, вернее, его отдельные составляющие, как неотъемлемая часть шасси в российских дорожных условиях зачастую становятся расходным материалом. То, что, казалось бы, должно работать годами и сотнями тысяч километров, способно выйти из строя еще до окончания гарантии и тем более вскоре после нее. Отчасти этому процессу «способствуют» сами владельцы, забывая об обслуживании. Так с чем же приходится сталкиваться по рулевому и как сделать так, чтобы минимизировать потери от этого?

Наследие предков

История развития рулевых механизмов, как и сами они, всегда оставалась в тени других узлов-агрегатов-систем. Вот посудите сами. «Рулить» автомобили начали с самых первых своих образцов, да что там, этим «грешили» даже кареты-дилижансы из последних, имевшие поворотную переднюю ось. Но кто сейчас вспомнит и тем более знает отца-создателя «червяка-ролика» или «шестерни-рейки»? В отличие, скажем, от МакФерсона, впрыска топлива, приводного нагнетателя и т. д., за разработкой которых стоят если не отдельные конструкторы, то группы инженеров, объединенные одним брендом. А здесь... Впрочем, кое-какую эволюцию проследить, конечно же, можно.

На автомобилях начала прошлого века — слева Benz Velo, справа Oldsmobile Curved Dash — уже нельзя было обойтись без системы тяг. Обратите внимание, на «немце» от рулевого вала идут дополнительные продольные тяги. Американский «коровий хвост», как называлась тогда подобная рукоятка управления, уходит прямиком к валу сошки или что там вместо него. А какую роль играют поперечные эллиптические рессоры? Неужели демпфера рулевого?
На Renault Type C образца 1900 года не «коровий хвост» — руль, подобный велосипедному. От его вала к тягам идет уже полноценная и длиннющая сошка
Интересно, что в описании «Жестянки Лиззи» (Ford Model T, появился в 1908-м) уже присутствует планетарный механизм, встроенный в рулевую колонку. То есть редуктор, призванный развязать руль и колеса

К 1920-м годам столь простейшие схемы передачи вращения от руля к колесам уступили место полноценному агрегату — механизму типа червяк-ролик. Фактически это было делом лишь времени, ведь червячная пара на тот момент уже давно использовалась в различных узлах. Что мешало обратиться к ней раньше, сразу? Наверное, невозможность качественно выполнить элементы зацепления в настолько компактных размерах. Не исключено, что и отсутствие полноценной лонжеронной рамы на ранних автомобилях — как необходимого элемента для крепления редуктора.

Ford Model A второй генерации, 1927 года (это он стал объектом копирования для отечественного ГАЗ-А), уже точно имел червяк-ролик. Вот он, на фото справа, принимает в себя рулевой вал, заключенный в трубу

О том, как работает рулевой редуктор типа червяк-ролик, наглядно расскажет видео:

На протяжении многих лет и до сих пор на ставших редкими теперь классических джипах червяк-ролик по праву считался незаменимым узлом. Он хорошо дистанцировал водителя от дорожных неровностей, без проблем увязывался с балкой моста и был достаточно ресурсен при тяжелых условиях эксплуатации. Словом, в свое время, и уж точно в определенной среде, оставался незаменим.

Разновидностью червяка-ролика выступает редуктор типа винт-шариковая гайка. Как следует из видео, в нем тоже используется червячный вал. Но для того, чтобы снизить трение перемещающейся по нему гайки, в канавках находятся шарики. Руль с таким легче, передаваемое усилие выше. Можно сказать, что это следующая эволюционная ступень червяка-ролика, применявшаяся, кстати, на классических УАЗах и Патриоте. Может, и до сих пор применяется, там в чехарде узлов сам черт ногу сломит.

Приговор червяку и ролику вынесло время. А конкретно — оптимизация узлов-агрегатов как наикратчайший путь к экономии. И новые постулаты в управляемости. То и другое сделало этот редуктор вместе с его громоздкой трапецией нерентабельным в производстве, не отвечающим современным ходовым качествам, просто не вписывающимся в техническую концепцию. Конечно, в сравнении с тем, что пришло на смену червяку-ролику — с шестерней-рейкой.

Ее появление относят еще к 20-м годам. Вероятно, какие-то попытки пристроить реечную передачу к рулевому управлению были — известна она, как и редукторы, давно. Века с XVIII-XIX, а может, даже со средневековья, если вообще не со времен античных. Узел-то ведь несложный. И все-таки не прижился. Невостребованность его в автомобилестроении объясняется качествами, обратными червяку-ролику: хорошо транслирует удары и толчки на руль, имеет ограниченный ресурс, не приспособлен для напряженных режимов эксплуатации, плохо подходит для компоновки с балками, рессорами и т. д. Да и крутить баранку безо всякого усиления с рейкой потяжелее. Ситуацию изменил переход на передний привод вместе с повальным использованием спереди подвески типа McPherson. Подобное сочетание, по сути, не оставило места червяку-ролику. Причем если до нынешнего века рулевая рейка оставалась прерогативой легковых автомобилей и паркетников, то теперь ею оснащаются и крупные кроссоверы, и тяжелые внедорожники, и пикапы за редким исключением.

Как работает рулевая рейка:

От гидро к электро

Гидроусилитель стал неотъемлемой частью автомобиля уже в наше время. А начинался этот путь еще в самом начале века 20-го, точнее, в 1902 году, когда некто Фредерик Ланчестер, видимо, теоретически обосновал возможность подобного устройства и получил на него патент. В последующие четверть века было выдано как минимум несколько таких бумажек. И только в 1925-м появился работающий агрегат.

Возможно, именно Pierce-Arrow Model 33 Convertible Coupe (слева) был первым автомобилем, на котором появился гидроусилитель руля. Во всяком случае, его создатель — Фрэнсис Дэвис — работал в этой фирме. Не исключено, им стал Rolls-Royce Phantom (справа), под капотом которого этот инженер якобы также пытался разместить свой узел. В реальности же первыми ГУР, скорей всего, получала тяжелая техника Pierce-Arrow — грузовики и разные спецмашины

И уж тем более его оценили союзники во Вторую мировую, принявшие гидроусилитель на вооружение для комплектации бронемобилей и другой тяжелой колесной техники. Что же до легковушек, то наверняка и до войны и сразу после, особенно в США, велись какие-то эксперименты над тем, как сделать вождение автомобиля приятнее и безопаснее. Официальный же и серийный дебют ГУРа известен.

В Америке гидроусилитель, по крайней мере, в виде стандартного оборудования первым получил Chrysler Imperial 1951 года (слева). Агрегат, имевший название собственное — Hydraguide — был уже не тем, что когда-то предлагал инженер Дэвис. В Старом Свете этой чести удостоился Citroen DS 19 в 1955-м, и так во многих отношениях автомобиль уникальный. Но кто был разработчиком ГУРа, неизвестно. Не иначе как сами французы дошли

Обходить основной недостаток гидроусилителя — привод от коленвала, а значит, трату им мощности и топлива — начали сравнительно недавно. Хотя опыты с насосом, который должен был создавать давление масла, велись и раньше.

В 1965-м Ford на модели Mercury Park Lane экспериментировал с интересной системой, названной Wrist Twist Steering — управление поворотом одним запястьем. Как понятно из фото, руля не было, вместо него существовали два кольца с отверстиями для пальцев и цепной привод, связывавший их с рулевым валом. Но в рамках статьи нам больше интересно то, что в рулевом управлении присутствовал электрический насос, обеспечивавший давление даже при заглушенном двигателе. А как еще было справиться с таким «рулем на пальцах» без усилителя! В серию оба ноу-хау не пошли
Наверное, первой серийной моделью с электрогидроусилителем рулевого стала Toyota MR2 второго поколения 1989 года. Первичной целью было не разгрузить таким образом двигатель от лишнего иждивенца, а исключить протягивание гидравлических магистралей от моторного отсека, расположенного сзади, к передней части кузова

К концу 90-х и в 2000-х ЭГУР получил достаточное распространение, став промежуточным звеном между чистым «гидро» и полноценным «электро». Производители долго к нему шли и быстро стали отказываться в пользу электроусилителя. Да и впрямь, к чему гонять масло, если электромотор может сам, напрямую, сделать всю работу. Минус лишние килограммы, минус герметизация рейки. Основным же преимуществом стало то, что ЭУР, в отличие от ЭГУРа, позволил не просто менять производительность работы усилителя (на многих машинах с последним была такая функция, делать руль легче или тяжелее) — дал возможность настраивать себя как угодно и вписать при этом в системы активной безопасности.

Первым автомобилем (во всяком случае, так считается) с электроусилителем руля стала Honda NSX. Для 1990 года это было непривычно. Причина для такого решения была, очевидно, аналогичной Toyota — не тянуть магистрали через весь автомобиль

Внедрение электроники позволило пойти дальше. Так, в BMW еще с конца 90-х работали над Active Front Steering — «планетаркой», врезанной в рулевой вал и вращаемой электромотором. Система позволяет менять передаточное отношение в зависимости от скорости, делая руль «острее» или «тупее». Сейчас в базе или в «допах» AFS есть, похоже, на всех «баварцах». Следующий шаг производителей — возможность рулевого вмешиваться в управление в экстренных ситуациях подобному тому, как это сейчас делают системы стабилизации. Точнее, включение «электрореек» в эти самые ESP. Сделать это не проблема, надо лишь решить психологический вопрос — в какой степени электроника может брать на себя роль водителя. Хотя о робомобилях же вовсю говорят. А в Infiniti сделали нечто иное, что также является одной из перспектив развития рулевого управления.

Система Direct Adaptive Steering, появившаяся в 2013-м на Infiniti Q50 в штатных режимах, то есть когда все исправно, не имеет механической связи между рулем и колесами. За управление по проводам отвечают три электромотора и три ЭБУ. Впрочем, при возникновении сбоев на рулевом валу, который пока все же сохранен, замкнется муфта — и «механика восторжествует»

Вода как основной разрушающий фактор

Рискнем предположить, что «управление по проводам», как и «активный стиринг», войдут в наш обиход как минимум еще не скоро. Во всяком случае, массово. А вот ЭУРы прочно обосновались в нашей жизни, и повального возвращения к гидроусилителям не предвидится. Не будем тут говорить об управляемости, о чувстве руля. Ну а как же особенности эксплуатации? И с чем вообще придется столкнуться — в обслуживании, ремонте?

Виталий Шелковой, мастер СТО «Универсал», стаж по специальности более 10 лет

— Стоит, наверное, пару слов сказать о червяке-ролике и винт-шариковой гайке. Ресурс у них больше, чем у рейки, но это вовсе не означает, что не надо следить за жидкостью. Менять ее стоит с периодичностью замены в агрегатах трансмиссии, то есть примерно через 30-40 тыс. км. А после бездорожья проводить ревизию — масло ли там или уже эмульсия. И поглядывать на сальник вала сошки — дубея, он съедает металл вала. Еще бы не рекомендовал без должных знаний и опыта лезть в винт-шариковую гайку. Шарики высыпаются, и вернуть их на место бывает трудно.

Замена жидкости в ГУРе (через 50-60 тыс. км) — чуть ли не единственное условие его безотказной работы. Узел особо не нагруженный и поддерживаемая чистота масла способна здорово продлить срок его службы. На «японках» 90-х «гидрачи» отхаживают до 300-400 тыс. км. Пожалуй, раньше начинают течь магистрали, чем сдается «железо». Первым же признаком конца усилителя будет его гул, что особенно характерно для Honda и Subaru. Однако и восстановить ГУР проблематично, если вообще возможно. Мы работаем над этим, однако пока весь «ремонт» сводится к замене сальника и иногда подшипника, когда это предусмотрено конструкцией.

ЭГУР или ЭУР не требуют обслуживания и в теории с ними вообще не должно быть каких-то проблем. В реальности, если электромотор установлен на рулевом валу, как на Toyota, так и есть. Но если находится непосредственно на рейке, то может быть подвержен воздействию грязи и воды. Впрочем, я не стал бы говорить, что выходы из строя моторчиков по этой причине носят массовый характер. Вспоминается лишь Accord конца 90-х — начала 2000-х. Там действительно была такая проблема и к тому же рейки были одноразовыми.

Чаще электродвигатель расположен на самой рейке. В принципе, хорошо изолирован от внешней среды, но есть исключения. На Honda Accord 2003 модельного года мог глючить даже после мойки

Больше неприятностей по механической части рулевого, то есть по самой рейке. Порванный пыльник, боковой удар о бордюр или что-то высокое — это, конечно, видимые, явные воздействия и повреждения, которые влекут за собой вполне очевидные последствия. Но и без них вал рейки, тот, на котором выполнена зубчатая насечка, и двигающий его червяк могут разъедаться ржавчиной и изнашиваться. Дело в том, что при перепадах температуры в корпусе механизма начинает скапливаться конденсат. Причем замечено, что активнее это происходит, если гофры пыльников выполнены из пластмассы. Она долговечнее резины, но имеет вот такой негативный нюанс.

Пыльники целые, но внутри — вода. Конденсат! Приводит вот к таким последствиям. Хотя чаще железо восстанавливается
Особого отношения требуют те поверхности, по которым работают сальники (слева). Справа разница до и после шлифовки
Все-таки бывают случаи, когда не по конструктивным причинам — по фактическому состоянию — после воздействия воды восстанавливать рейку нецелесообразно

Последствия разбавления смазки водой можно устранить, но не всегда. Что-то шлифуется, вытачиваются новые втулки, устанавливаются ремкомплекты, но иной раз нужно обращаться к б/у узлу. Бывают и обратные ситуации — достаточно почистить детали и зарядить все новой смазкой. Тем не менее, например, на всех «европейцах» или, скажем, на Honda Odyssey начала 2000-х вал рейки шлифовать нужно всегда. Есть другие «фирменные» особенности. Так, «электрорейки» Subaru с середины 2000-х отличаются слабенькой пластиковой втулкой на входе рулевого вала в ее корпус. На Focus II с датчиком на рейке (есть и без него — возможно, зависит от наличия в комплектации системы стабилизации) сама рейка одноразовая. Ответную часть датчика, похожую на шестерню, для разборки узла нужно демонтировать, но она приклепана, так что приходится ее ломать. Вообще, сейчас рулевые механизмы стали нежнее, менее ресурсными. Это началось с «европейцев», позже к ним присоединились и японские производители. Характерный пример — регулировочная гайка, выполненная из силумина, тоже одноразовая.

Кстати, не советую закручивать эту гайку, таким образом поджимая рейку. Если появился люфт, нужно искать причину, а подобная «регулировка» лишь усугубит ситуацию.

Регулировочная гайка с контргайкой (слева). Доверяться устранению стука и люфта ею крайне нежелательно. Это может привести к износу зубьев, которые уже не восстановишь (в центре). На фото справа пластиковые поджимы, находящиеся в корпусе механизма. При затягивании гайки они изъедают металл вала

При покупке бэушной рейки не стоит гнаться за минимальной ценой. В среднем это порядка 7000 руб. Ремонт рейки или покупка уже восстановленного узла могут обойтись дороже, но за переплату клиент получает гарантию. Ну и, безусловно, до принятия решения о покупке надо точно установить причину стуков-люфтов. В рулевом управлении достаточно элементов, которые могут выйти из строя раньше рейки, и обойдется их замена гораздо дешевле.

Это торсионный распределитель давления, отвечающий за усиление при поворотах руля. В нем изнашиваются тефлоновые уплотнительные кольца, в запущенных случаях набивающие канавки в корпусе. Первые есть в ремкомплектах, второе устраняется шлифовкой
Некоторые организации скупают рейки для последующего восстановления. Наверное, нужная услуга, позволяющая сэкономить время
На европейские модели и японские, продающиеся в Старом Свете, ремкомплекты выпускает фирма Febi и STS (отделение ZF). Цены, вне зависимости от статусности автомобиля, лежат в пределах 1800–2300 руб.
На модели для внутреннего рынка Японии доступны только оригинальные запчасти от автопроизводителей. Здесь цены уже несколько иные — ремкомплект стоит 4000–5000 руб.
Слева поршень, на который подается давление жидкости. Страдает только от некомпетентной установки или при ударах колесами. Справа гайка, на современных автомобилях расходный материал из-за повреждаемой при откручивании резьбы

Вээсные

Наш материал был бы неполным без упоминания систем 4WS — Four Wheel Steering, четыре управляемых колеса. Появилась она на заре автомобилизации. И, возможно, не на автомобилях — на тракторах. Об этом говорит фото трактора Caldwell Vale (слева), датированное 1910 годом, на котором видно — колеса на второй оси поворотные. Впрочем, справа «легковушка» 1907-го — известный Mercedes Dernburg-Wagen, построенный в единственном экземпляре для министра колоний Германии Бернгарда Дернбурга. Чтобы автомобиль (кстати, весом 3,6 т) мог быть относительно маневренным, задние колеса сделали поворотными
Работы над 4WS продолжались между двумя войнами. Вот опытный прототип вездехода Daimler DZ 1919 года
Во Вторую мировую появились уже серийные полноуправляемые модели. Лидировали тут германские компании, чья активность подстегивалась заказами вермахта. На фото слева Mercedes-Benz 170 VL, в центре — построенный на его базе G5 и их шасси
После войны немцы вяло продолжали работы над 4WS, в частности, делали это в 70-х в Audi (модель 100, слева вверху). Но полностью система раскрылась после того, как за нее взялись японские инженеры. В 80-90-х многие модели Toyota, Nissan, Honda, Mazda и Mitsubishi имели ее, причем речь не обязательно шла о каких-то заряженных версиях. Обычно на малых скоростях (до 30 км/ч или около того) задние колеса поворачивали с передними в противофазе. После — в ту же сторону. Но были и варианты. Надо отметить, что в 90-х годах механику и гидро в задних механизмах сменили электромоторы. Сейчас 4WS применяется на некоторых BMW, Infiniti, Porsche. Да и то, как правило, в качестве опций. Заменять полноуправляемость призваны системы с активным распределением крутящего момента


Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru