Усилитель руля - Википедия - Power steering

В автомобили, а усилитель руля система помогает водителям управлять автомобиль, увеличив усилие на рулевом колесе, необходимое для поворота руль, облегчая поворот или маневр автомобиля.

Гидравлический или же электрические приводы добавить управляемую энергию к рулевому механизму, чтобы водитель мог прилагать меньше усилий для поворота управляемых колес при движении на обычных скоростях и значительно уменьшить физическое усилие, необходимое для поворота колес, когда транспортное средство остановлено или движется медленно. Рулевое управление с усилителем также может быть разработано для обеспечения некоторой искусственной обратной связи сил, действующих на управляемые колеса.

Гидравлические системы рулевого управления для автомобилей увеличивают усилие рулевого управления с помощью привода, гидроцилиндра, который является частью сервосистема. Эти системы имеют прямую механическую связь между рулевым колесом и рычажным механизмом, управляющим колесами. Это означает, что отказ системы гидроусилителя руля (для увеличения усилия) по-прежнему позволяет управлять автомобилем, используя только ручное усилие.

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

Другие системы рулевого управления с усилителем (например, в крупнейших внедорожных строительных машинах) не имеют прямого механического соединения с рулевым приводом; им требуется электроэнергия. Подобные системы, не имеющие механического соединения, иногда называют "ездить по проводам "или" управлять по проводам "по аналогии с авиационным"по проводам ". В этом контексте" провод "означает электрические кабели которые несут мощность и данные, а не тонкие трос тросы механического управления.

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

История

Первая система рулевого управления с усилителем на автомобиле была, по-видимому, установлена ​​в 1876 году человеком по фамилии Фиттс, но о нем мало что известно.[1] Следующая система рулевого управления с усилителем была установлена ​​на 5-тонном грузовике Columbia в 1903 году, где отдельный электродвигатель использовался для помощи водителю при повороте передних колес.[1][2]

Роберт Э. Твайфорд, житель Питтсбург, Пенсильвания, включал механический механизм рулевого управления с усилителем в рамках своего патента (патент США 646477), выданного 3 апреля 1900 года на первую систему полного привода.[3]

Фрэнсис В. Дэвис, инженер подразделения грузовых автомобилей Пирс-Стрела, начал изучать, как можно упростить рулевое управление, и в 1926 году изобрел и продемонстрировал первую практическую систему рулевого управления с усилителем.[4][5][6] Дэвис переехал в Дженерал Моторс и усовершенствовал систему рулевого управления с гидроусилителем, но, по расчетам автопроизводителя, ее производство было бы слишком дорогим.[5] Затем Дэвис подписался на Бендикс, производитель запчастей для автопроизводителей. Военные нужды во время Вторая Мировая Война для более легкого рулевого управления на тяжелых транспортных средствах повысила потребность в усилителе мощности на броневики и эвакуационные машины для британской и американской армий.[5]

Chrysler Corporation представила первую коммерчески доступную систему рулевого управления с усилителем для легковых автомобилей на модели 1951 г. Крайслер Империал под названием «Гидрогид».[7] Система Chrysler была основана на некоторых патентах Дэвиса с истекшим сроком действия. Дженерал Моторс представил 1952 Кадиллак с системой рулевого управления с гидроусилителем, основанной на работе, которую Дэвис проделал для компании почти двадцать лет назад.[8]

Чарльз Ф. Хаммонд из Детройта подал несколько патентов на усовершенствования гидроусилителя руля в Канадское ведомство интеллектуальной собственности в 1958 году.[9][10][11]

Большинство новых автомобилей теперь оснащены усилителем рулевого управления из-за тенденции к переднему приводу, большей массе автомобиля и более широкому диапазону. шины, которые увеличивают необходимое усилие рулевого управления. Более тяжелым транспортным средствам, как это принято в некоторых странах, будет чрезвычайно трудно маневрировать на низких скоростях, в то время как транспортные средства с меньшим весом могут вообще не нуждаться в рулевом управлении с усилителем.

Гидравлические системы

Бачок с гидроусилителем рулевого управления и насос с приводом от шкива

Гидравлические системы рулевого управления работают с использованием гидравлическая система для умножения силы, прилагаемой к входам рулевого колеса на управляемые (обычно передние) опорные колеса автомобиля.[12] Гидравлическое давление обычно исходит от геротор или же пластинчато-роторный насос приводится в движение двигателем автомобиля. Двойного действия гидравлический цилиндр применяет сила к рулевому механизму, который, в свою очередь, управляет опорными колесами. Рулевое колесо управляет клапанами для управления потоком в цилиндр. Чем больший крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу и колонке, тем больше жидкости клапаны пропускают к цилиндру, и, следовательно, тем большее усилие применяется для поворота колес.[13]

Одна конструкция для измерения крутящего момента, прикладываемого к рулевому колесу, имеет датчик крутящего момента - a торсион на нижнем конце рулевой колонки. При вращении рулевого колеса вращается рулевая колонка, а также верхний конец торсиона. Поскольку торсионный стержень относительно тонкий и гибкий, а нижний конец обычно сопротивляется вращению, стержень будет скручиваться на величину, пропорциональную приложенному крутящему моменту. Разница в положении противоположных концов торсиона регулирует клапан. Клапан позволяет жидкости течь в цилиндр, что обеспечивает поддержку рулевого управления; чем больше «крутка» торсиона, тем больше сила.

Поскольку гидравлические насосы являются поршневыми, их скорость потока прямо пропорциональна скорости двигателя. Это означает, что при высоких оборотах двигателя рулевое управление, естественно, будет работать быстрее, чем при низких оборотах двигателя. Поскольку это было бы нежелательно, ограничительное отверстие и клапан регулирования потока направляют часть выходной мощности 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 отказа усилителя рулевое управление продолжит работать (хотя колесо будет ощущаться тяжелее). Потеря усилителя рулевого управления может существенно повлиять на управляемость автомобиля. В руководстве по эксплуатации каждого транспортного средства содержатся инструкции по проверке уровней жидкости и регулярному обслуживанию системы рулевого управления с гидроусилителем.

Рабочая жидкость, также называемая "гидравлическая жидкость "или" масло ", это среда, с помощью которой давление передается. Общие рабочие жидкости основаны на минеральное масло.

Некоторые современные системы также включают в себя электронный регулирующий клапан для снижения давления гидравлической системы при увеличении скорости автомобиля; это гидроусилитель с регулируемым усилителем.

Усилитель руля DIRAVI с переменным усилителем

Основная статья: ДИРАВИ

ДИРАВИ инновации теперь общее преимущество чувствительное к скорости рулевое управление.[14]

В этой системе рулевого управления с гидроусилителем усилие поворота колес создается гидравлической системой высокого давления автомобиля и всегда одинаково, независимо от скорости движения. При повороте рулевого колеса колеса одновременно перемещаются на соответствующий угол с помощью гидроцилиндра. Чтобы создать ощущение искусственного рулевого управления, есть отдельная система с гидравлическим приводом, которая пытается повернуть рулевое колесо обратно в центральное положение. Величина прилагаемого давления пропорциональна скорости движения, поэтому на низких скоростях рулевое управление очень легкое, а на высоких скоростях очень сложно сместиться более чем на небольшое расстояние от центра.

Это было изобретено Citroën Франции.

Пока в гидравлической системе автомобиля есть давление, между рулевым колесом и опорными колесами нет механической связи. Эта система была впервые представлена ​​в Citroën SM в 1970 году и был известен 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 гидроусилителя, что и стандартные системы, но гидравлическое давление создается насосом, приводимым в действие электрический двигатель вместо приводного ремня у двигателя.

В 1965 году Ford экспериментировал с парком устройств, оснащенных системой мгновенного рулевого управления. Меркьюри Парк Лэйнс который заменил обычное большое рулевое колесо на два 5-дюймовых (127 мм) кольца, быстрое передаточное число 15: 1 и электрический гидравлический насос на случай остановки двигателя.[15][16]

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 свое второе поколение MR2 с электрогидравлическим усилителем руля. Это позволило избежать прокладки гидравлических линий от двигателя (который находился позади водителя в MR2) до рулевой рейки.

В 1994 году Volkswagen выпустил Mark 3 Golf Ecomatic с электронасосом. Это означало, что гидроусилитель руля продолжал работать, пока компьютер останавливал двигатель для экономии топлива.[17] Электрогидравлические системы можно найти в некоторых автомобилях Форд, Фольксваген, Audi, Пежо, Citroen, СИДЕНЬЕ, Škoda, Сузуки, Опель, МИНИ, Toyota, Honda, и Mazda.

Электрические системы

Модуль EPS с частично разобранным рулевая колонка

Электроусилитель руля (EPS) или же рулевое управление с усилителем (MDPS) использует электрический двигатель вместо гидравлической системы, чтобы помочь Водитель из средство передвижения. Датчики определяют положение и крутящий момент рулевой колонки, а компьютерный модуль передает вспомогательный крутящий момент через двигатель, который подключается либо к рулевому механизму, либо к рулевой колонке. Это позволяет применять различную помощь в зависимости от условий вождения. Таким образом, инженеры могут адаптировать реакцию рулевого механизма к системам подвески с переменной скоростью и переменным демпфированием, оптимизируя ходовые качества, управляемость и рулевое управление для каждого автомобиля.[18] На автомобилях группы Fiat объем помощи можно регулировать с помощью кнопки с названием «CITY», которая переключает между двумя разными кривыми помощи, в то время как большинство других систем EPS имеют переменную помощь. Они оказывают большую помощь при замедлении автомобиля и меньше при более высоких скоростях.

Механическая связь между рулевым колесом и рулевым механизмом сохраняется в EPS. В случае отказа компонента или сбоя питания, что приводит к невозможности оказания помощи, механическое соединение служит резервным. Если система EPS выходит из строя, водитель сталкивается с ситуацией, когда для управления требуется большое усилие. Это тяжелое усилие аналогично неработающему гидравлическому усилителю рулевого управления.[нужна цитата ]. В зависимости от дорожной ситуации, навыков вождения и силы водителя потеря усилителя рулевого управления может привести или не привести к аварии. Сложность рулевого управления при неработающем усилителе рулевого управления усугубляется выбором передаточные числа рулевого управления в усилителях рулевого управления по сравнению с полностью ручным управлением. В НАБДД помог производителям автомобилей отозвать системы EPS, склонные к отказу.[19]

Электрические системы имеют преимущество в эффективность топлива потому что нет постоянно работающего гидравлического насоса с ременным приводом, требуется помощь или нет, и это основная причина их внедрения. Другим важным преимуществом является отсутствие дополнительного 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. Включая электронный контроль устойчивости Системы рулевого управления с электроусилителем могут мгновенно изменять уровни усиления крутящего момента, чтобы помочь водителю в корректирующих маневрах.[20]

В 1986 году NSK ввела в практическое применение EPS для аккумуляторных вилок.[21] В последующие 8 лет Koyo Seiko (ныне JTEKT), NSK разработала систему колонн исключительно для мини-автомобилей, продаваемых только в Японии, таких как Suzuki и Mitsubishi Motors.[22] Однако этот простой метод был заметен из-за ощущения инерции двигателя во время быстрого рулевого управления для предотвращения опасности при работе на низкой скорости, во время работы на высокой скорости, при которой усилие рулевого управления стало небольшим, возвращаясь к ручному рулевому управлению. В результате эта система не была принята. В конце 1990-х годов в Honda NSX была внедрена система прямого полного управления реечной системой без сцепления для обычного автомобиля (первоначально только с автоматической коробкой передач). С тех пор произошел переход от щеточного двигателя к двигателю. бесщеточный двигатель в стоечном типе обычных автомобилей, и этот метод стал широко распространенным.

Системы рулевого управления с электроусилителем появились на Honda NSX в 1990 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.

Первая система рулевого управления с электроусилителем появилась на Suzuki Cervo в 1988 году.[23] Система использовалась различными производителями автомобилей и чаще всего применялась для небольших автомобилей для снижения расхода топлива и производственных затрат.[нужна цитата ].

Системы с электрически регулируемым передаточным числом

В 2000 г. Honda S2000 Тип V показал первую переменную электрическую мощность передаточное число система рулевого управления (VGS).[24] В 2002 году Toyota представила систему "Рулевое управление с переменным передаточным числом" (VGRS) на Лексус LX 470 и Landcruiser Cygnus, а также включил электронный контроль устойчивости система для изменения передаточного числа рулевого механизма и уровней помощи рулевого управления. В 2003 году BMW представила "активное рулевое управление "система на 5 серии.[25]

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Шульц, Морт (май 1985 г.). «Рулевое управление: век прогресса». Популярная механика. 162 (5): 59. ISSN  0032-4558. Получено 8 ноября 2014.
  2. ^ Рен, Джеймс А .; Рен, Женевьева Дж. (1979). Моторные грузовики Америки. Пресса Мичиганского университета. п. 23. ISBN  9780472063130. Получено 8 ноября 2015.
  3. ^ «Привод мотоколяски - патент США 646477 А». Получено 29 мая 2015.
  4. ^ Нанни, Малкольм Джеймс (2006). Технология легких и тяжелых транспортных средств. Elsevier Science. п. 521. ISBN  978-0-7506-8037-0. Получено 18 июн 2010.
  5. ^ а б c Хау, Хартли Э. (февраль 1956 г.). "Корабль мистера ГУРа входит". Популярная наука. 168 (2): 161–164, 270. Получено 28 мая 2015.
  6. ^ "Зал славы Уолтемского музея". Уолтемский музей. Архивировано из оригинал 19 июля 2010 г.. Получено 8 ноября 2015.
  7. ^ Ламм, Майкл (март 1999). "75 лет Chrysler". Популярная механика. 176 (3): 75. Получено 28 мая 2015.
  8. ^ Уотсон, Билл (22 марта 2006 г.). «История гидроусилителя». Архив Императорского автомобильного клуба. Архивировано из оригинал 8 декабря 2010 г.. Получено 8 ноября 2015.
  9. ^ «Механизм рулевого управления с ручным и гидроусилителем для автотранспортных средств». Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  10. ^ «Рулевой механизм с ручным и усилителем». Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  11. ^ «Механизм рулевого управления с ручным и гидроусилителем для автотранспортных средств». Канадское ведомство интеллектуальной собственности.
  12. ^ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). «Реечное рулевое управление - как работает рулевое управление автомобилем». Auto.howstuffworks.com. п. 2. Получено 28 мая 2015.
  13. ^ Ницца, Карим (31 мая 2001 г.). «Рулевое управление с усилителем - как работает рулевое управление автомобилем». Auto.howstuffworks.com. п. 4. Получено 28 мая 2015.
  14. ^ «Топ-5: инновации Citroen SM, которые видели будущее (видео)». CNET. 5 августа 2014 г.. Получено 28 мая 2015.
  15. ^ «Будет ли поворот вашего запястья управлять вашей следующей машиной?». Популярная наука. 186 (4): 83. Февраль 1984 г.. Получено 8 сентября 2015.
  16. ^ Маркович, Алексей (апрель 1965). "Смотри, Ma-No Wheel!". Популярная механика. 123 (4): 91–93. Получено 8 сентября 2015.
  17. ^ "Гольф Ecomatic Page". Deylan.co.uk. Архивировано из оригинал 10 августа 2011 г.. Получено 8 ноября 2015.
  18. ^ Киблер, Джек (май 1986). «Пока, гидравлика - электронная революция в гидроусилителе». Популярная наука. 228 (5): 50–56. Получено 8 сентября 2015.
  19. ^ «Готовы к еще одному отзыву? НАБДД расследует Ford на предмет дополнительных проблем с усилителем рулевого управления». Юридическая фирма Ньюсом Мелтон. 7 января 2015 г.. Получено 28 мая 2015.
  20. ^ «Электроусилитель руля: один удачный поворот заслуживает другого». embedded.com. Получено 2011-09-07.
  21. ^ ”Технический журнал NSK 647 Описание продукта" Электроусилитель руля ", сентябрь 1987 г.
  22. ^ Окамото, Кэндзиро; Чикума, Исаму; Сайто, Наоки; Миядзаки, Хироя (1 апреля 1989 г.). «Улучшение ощущений водителя от рулевого управления с электроусилителем». Технический документ SAE 890079. Серия технических статей SAE. Технический документ SAE. 1. Дои:10.4271/890079. Получено 4 октября 2019.
  23. ^ Накаяма, Т .; Суда, Э. (1994). «Настоящее и будущее электроусилителя руля». Международный журнал автомобильного дизайна. 15: 243. Получено 8 ноября 2015.
  24. ^ «Honda выпустит S2000 Type V, оснащенного первой в мире системой рулевого управления с регулируемым передаточным числом» (Пресс-релиз). Honda News. 7 июля 2000 г. Архивировано с оригинал 6 сентября 2015 г.. Получено 8 сентября 2015.
  25. ^ "BMW» Первая поездка: BMW 5-й серии 2004 г. ". CanadianDriver. 2003-06-02. Архивировано из оригинал 16 октября 2009 г.. Получено 2009-12-08.

внешняя ссылка