Автомобиля как механизм достаточное простое, и достигло того уровня, когда улучшать фактически уже нечего. Но битва за более комфортное и безопасное управление транспортным средством не прекращается, и инженеры всего мира создают всевозможные дополнительные устройства, призванные облегчить процесс управления, помочь водителю в экстренной ситуации быстрее принять решение, или наоборот, не совершить фатальной ошибки.
Сюда можно отнести гидро и электроусилители руля , ABS, систему курсовой устойчивости и прочие технические решения, активно и пассивно участвующие в управлении. В этой статье речь пойдет о такой опции, как подруливающие задние колеса.
Для чего нужны подруливающие колеса
Инерция прямолинейного движения задних колес, особенно на высоких скоростях, в значительной степени влияет на управляемость автомобиля при вхождении в повороты. Проще говоря, они сопротивляются повороту, стремясь остаться на своей прежней траектории. Справедливости ради стоит сказать, что идея сама по себе не нова, и подруливающие задние колеса уже давно используются на погрузчиках, которые вынуждены маневрировать в замкнутых пространствах складов. Довоенный джип Mercedes Kübelwagen G5 также был оснащен подруливающими колесами.
Сегодня у многих именитых автопроизводителей разработана и внедрена подобная система. Все они имеют свое название, отличаются конструктивно, но суть остается неизменной - задние колеса меняют свое положение при поворотах, сокращая траекторию и повышая устойчивость.
Виды подруливающих подвесок
Подруливающая подвеска может быть активной, или пассивной. Если первая работает за счет электроники, то вторая при помощи рычагов и тяг, а также законов физики.
Рассмотрим каждую по отдельности.
Пассивная
Сама по себе тема достаточно большая и сложная. В общих чертах принцип работы пассивной подруливающей подвески можно описать следующим образом. В заднюю подвеску добавлены взаимно расположенные рычаги и специальным образом прикрепленные подушки и сайлент-блоки. Под воздействием на автомобиль боковых сил и при образовании крена в повороте, эти элементы обеспечивают эффект небольшого поворота колеса, даже показатель в несколько градусов значительно улучшает вхождение автомобиля в повороты.
При прямолинейном движении транспортного средства, задние колеса принимают нейтральное положение, подвеска продолжает работать только в вертикальном направлении. Различные модификации пассивно подруливающей подвески присутствуют в таких автомобилях, как Ford, Peugeot, Toyotaи ряде других.
Активная
Более прогрессивной и дорогой является активная система подруливания. В ней за поворачиваемость задних колес отвечают актуаторы, за слаженностью и четкость работы которых следит электроника. Здесь все устроено таким образом, что на поворот руля реагируют сразу все 4 колеса. Угол поворота рассчитывается электронным блоком управления, который, в свою очередь, руководствуется показаниям всевозможных датчиков, и высчитывает оптимальный угол.
Кроме того, такая подвеска имеет несколько режимов работы. На малых скоростях, когда водитель маневрирует на парковке и других ограниченных пространствах, задние колеса выворачиваются в противоположную сторону от передних (крутим руль вправо, задние подруливают влево). Благодаря этому машина становится значительно маневренней, радиус поворота сокращается на четверть.
На высоких скоростях все меняется, и система переключается на режим, когда задние колеса поворачивают в сторону поворота передних колес, обеспечивая оптимальные условия для вхождения в поворот.
Сегодня активными системами могут похвастаться Renault (Active Drive), BMW (Integral Active Steering), Nissan, Infiniti.
Достоинства и недостатки
В завершение отметим плюсы и минусы подруливающих колес:
- к положительным сторонам можно отнести увеличение маневренности за счет меньшего радиуса поворота, улучшение управляемости транспортного средства;
- самым серьезным минусом можно считать усложнение конструкции подвески, что ведет к ее удорожанию, а также увеличивает расходы на ремонт.
И при поворотах во многом зависит от направления следования задней оси по колее передней. Это необходимо для уменьшения угла поворота автомобиля и износа его шин. Применение управляемой задней оси позволяет уменьшать поперечные ускорения при повороте автомобиля, что повышает его устойчивость. значительно улучшают маневрирование автомобилем:
- Во-первых – повышается чувствительность автомобиля к повороту рулевого колеса. Ведь при тихой езде по городским улочкам лучше иметь «острое» рулевое управление, чтобы не вращать рулевое колесо на несколько оборотов при каждом маневре. На автостраде же «острые» рулевое управление может вызвать проблемы – автомобиль будет слишком резко реагировать даже на небольшие подруливания.
- Во вторых – улучшить маневренность автомобиля при парковке или развороте в стесненных городских условиях, то есть уменьшить радиус поворота.
- И в третьих – повысить курсовую устойчивость при резких маневрах на высокой скорости.
Поворот задних колес в ту же сторону, что и передних, позволяет сохранить направление и скорость движения центра масс автомобиля, но значительно увеличить мгновенный радиус поворота. При этом уменьшаются действующие на автомобиль и, как следствие, повышается курсовая устойчивость.
При движении на малой скорости задние колеса поворачиваются в противофазе с передними, и мгновенный радиус поворота уменьшается, а при движении на большой скорости в быстром вираже или при перестроении из ряда в ряд на автостраде, задние колеса, наоборот, будут поворачиваться на небольшой угол в ту же сторону, что и передние. К примеру, автомобиль, совершая маневр на автостраде, будет словно не поворачивать, а переходить из ряда в ряд параллельно полосам разметки. Автомобиль при этом будет двигаться по дуге меньшей кривизны и большего радиуса. Момент, поворачивающий автомобиль вокруг вертикальной оси, будет меньше – стало быть, уменьшится и риск потери курсовой устойчивости и развития заноса задней оси.
Рис. Радиус поворота обычного автомобиля (МЦП – мгновенный центр поворота) и автомобиля со всеми управляемыми колесами (4WS)
В связи с эти некоторые производители вносят в конструкцию автомобиля управление задней осью. Одной из первых такую конструкцию механического управления задней осью представила фирм Мицубиси.
Рис. Механическое управление задней осью:
1 – масляный насос; 2 – ресивер; 3 – рулевой механизм с гидроусилителем; 4 – рулевое колесо; 5 – золотник; 6 – редукционный клапан; 7 – масляный насос задней оси; 8 – силовой цилиндр
В общую систему управления автомобилей входят рулевой механизм с гидроусилителем силовым цилиндром) управления передней осью 3, масляный насос 1, масляный насос управления задней осью 7, гидрораспределитель управления задней осью с золотником 5 и редукционным клапаном 6, силового цилиндра управления задней осью 8, рулевых тяг поворота передней и задней осью.
При повороте передних колес управляющее давление силового цилиндра передних колес передается в силовой цилиндр задних колес. При этом учитывается давление в системе, скорость поворота и уровень боковой нагрузки передней оси. Управляющее давление воздействует на золотник гидрораспределителя задней оси. В зависимости от воздействующего давления золотник передвигаясь открывает на определенную величину масляные каналы, по которым рабочая жидкость подается в силовой цилиндр управления задней осью. Поршень силового цилиндра, передвигаясь, воздействует на рулевые тяги задней оси, поворачивающие на необходимый угол заднюю ось.
По мере развития электронных систем управления их стали применять и в управлении задней оси (4WS). Примером может служить электронно управляемая задняя ось автомобиля Тойота Аристо, которая в 1991 году сменила механическую, общий вид которой показан на первом рисунке, а схема исполнительного механизма на втором рисунке. Подобная система применяется также и в автомобилях БМВ.
Рис. Общий вид управляемой задней осью с электромеханическим исполнительным механизмом
Рис. Электромеханический исполнительный механизм поворота задней оси:
1 – ротор (пустотелый вал); 2 – статор; 3 – планетарная коробка передач; 4 – гайка шпинделя; 5 – сателлит; 6 – солнечная шестерня; 7 – шпиндель (винт); 8 – шлицевая часть вала шпинделя; 9 – предохранитель от прокручивания шпинделя; 10 – водило планетарной передачи
Задние колеса здесь поворачиваются с помощью специального рулевого механизма с электроприводом, встроенного в довольно сложную заднюю подвеску. А управляет им специальный электронный блок, который получает от нескольких датчиков информацию о скорости автомобиля, об угле поворота руля, передних и задних колес и т. д.
Исполнительный механизм состоит из электродвигателя (статора и ротора), планетарной передачи и вала шпинделя воздействующего на рулевые тяги задней оси. Управление электродвигателем осуществляется от электронного блока управления, воспринимающего сигналы от различных датчиков рулевого управления. В зависимости от величины и времени подачи напряжения на электродвигатель изменяется скорость и время вращения ротора электродвигателя. Для увеличения крутящего момента и толкающих сил шпинделя в исполнительном механизме применяется планетарная передача.
При подаче напряжения на электродвигатель пустотелый вал ротора 1 начинает вращаться. На валу ротора имеется солнечная шестерня 6, которая через сателлиты 5 и водило 10 планетарной передачи приводит во вращения связанную с ним гайку шпинделя 4. Вал шпинделя, установленный внутри пустотелого вала ротора через винт 7 начинает совершать возвратно-поступательные движения, воздействуя на рулевые тяги задней оси. Для исключения прокручивания вала шпинделя предусмотрен специальный предохранитель 10.
Работает система 4WS в двух режимах. На малой скорости задние колеса поворачиваются в сторону, противоположную передним, и при маневре той же кривизны рулевое колесо нужно будет вращать на меньший угол. Это повышает чувствительность рулевого управления и автомобиль становится более маневренным. К примеру, при развороте передние колеса будут вывернуты до упора влево, а задние – вправо на угол до восьми градусов. Радиус разворота при этом уменьшится на 15% по сравнению с обычным автомобилем и составит всего 4,7 метра.
То, что мы рулим именно передними колесами, воспринимается как само собой разумеющийся факт. Однако любой более-менее опытный водитель знает, что на машине удобнее парковаться задом, то есть когда управляемая ось находится сзади относительно направления движения машины. Так почему же автопроизводители не делают легковушек с управляемыми колесами сзади вместо принятого сейчас повсеместно «переднеуправляемого» стандарта?
Актуальные Автоновости
Существующие системы подруливающих задних колес, устанавливаемые на некоторые современные легковые и большие грузовые машины, ответа на интересующий нас вопрос не дадут. Они именно подруливают, а не рулят. Основную роль все-равно играют передние колеса. При этом в мире хватает транспорта, который управляется исключительно задними колесами. Например, всевозможные погрузчики: от складских вилочных малюток до карьерных гигантов. Повышенная маневренность, обусловленная задними рулевыми колесами, для них - необходимость. Так чем же хуже в этом смысле легковой транспорт?
Одно из первых объяснений такой «несправедливости» из числа прочих приходящих на ум, - сила традиции. Как повелось «испокон автомобилизма» делать переднюю ось управляющей, так и идет. Но звучит оно, согласитесь, слабовато. Сколько лет был привычен и традиционен, например, задний привод. Но как только придумали более удобный передний, весь мир немедленно наплевал на «традицию» и переориентировался на переднеприводный тип легковушки. Вторая версия, объясняющая факт преобладания передних управляемых колес, - технологическая. Водитель сидит в передней части машины, поэтому «баранка» тоже находится в передней ее части. В таких условиях «тянуть» механизм привода управляемых колес к задней оси - сильно усложнять конструкцию ради совершенно не очевидных преимуществ.
Короче говоря, овчинка выделки не стоит. Версия эта представляется вполне жизнеспособной. Главная же причина, по которой управляемые колеса у большинства машин - передние, совершенно иная. Подсказкой тут может служить именно высокая маневренность тех же погрузчиков, поворотом задних колес способных развернуться практически на месте. Дело в том, что поворачивающие задние колеса сообщают транспортному средству избыточную поворачиваемость. На скоростях 5-10 км/ч она - благо, обеспечивающее великолепную маневренность. Но когда речь идет о скоростидаже немногим большей, каждый поворот задних колес будет приводить к заносу кормы машины.
Актуальные Автоновости
Представьте тот же погрузчик, едущий по улице города с типичной «автомобильной» скоростью 50-60 км/ч. Легковушка на такой скорости спокойно впишется в плавный поворот дороги. А наш условный погрузчик, в лучшем случае, развернется боком и, скорее всего, еще и перевернется. Теперь представим, что будет с машиной, рулящей «задом», на скоростях около 100 км/ч, да еще в дождь, когда дорога скользкая. Малейшее перестроение - и она закрутится волчком. Именно поэтому, кстати, на всех современных легковушках, оснащенных подруливающей задней подвеской, на больших скоростях задние колеса поворачиваются в ту же сторону, что и передние - чтобы машина смещалась в сторону практически боком, а не поворачивала поперек общему направлению движения.
Идея сделать задние колеса управляемыми является хорошо забытым старым. На самом деле сделать управляемыми задние колеса зародилась еще во времена деревянных повозок (так называемые безлошадные повозки). Но компания в своей новой модели 911 GT3 решила вспомнить старую идею и, используя современные технологии, оснастить свою новинку управляемыми задними колесами.
Почему в старые времена на повозках делали управляемые задние колеса? Как правило, большинство повозок использовались в сельской местности для сельского хозяйства, где актуальность ограниченного разворота или поворота, как никогда очень важна. В новом уникальном спорткаре GT3 система управляемых задних колес представляет собой уникальные разработки Немецкой компании.
С момента появления официальной информации о новинке, не утихали споры о том, как компания реализовала систему управления задних колес, так как подробного релиза о системе не было представлено. Сегодня наше предлагает Вам два подробных видео ролика, из которых Вы узнаете, как поворачивают вместе с передними, задние колеса, которые помогают спортивному автомобилю не только с легкостью проходить повороты, но и увеличивают динамику при разгоне.
В целом идея оснастить задними управляемыми колесами это отличное решение для спорткара. Было бы глупо, если подобная система появилась бы на традиционных городских автомобилях. Конечно, новая технология имеет большую сложность в конструкции, из-за чего вырастает риск сложного ремонта в случае поломки, но для тех, кто покупает подобные автомобили, мы думаем, что для них главное непередаваемые ощущения, которые может дать этот мощный спорткар, чем технические сложности конструкции.
Видео
Справка 1ГАИ.РУ: Система управления колесами задней оси Porsche - это электромеханическая система регулирования задних колес. Данная система позволяет автомобилю проходить повороты любой сложности под разным углом.
На небольших скоростях задние колеса регулируются не синхронно с передними, чтобы обеспечить устойчивое прохождение поворотов. При большой скорости, как передние, так и задние колеса поворачиваются синхронно. Благодаря своеобразному изменению на короткое время размера колесной базы, автомашина, оборудованная данной системой более динамична и устойчива на дороге. Во время спортивных соревнований система управления задними колесами позволяет с преимуществом обходить соперников на поворотах.
Существующие системы подруливающих задних колес, устанавливаемые на некоторые современные легковые и большие грузовые машины, ответа на интересующий нас вопрос не дадут. Они именно подруливают, а не рулят. Основную роль играют передние колеса. При этом в мире хватает транспорта, который управляется исключительно задними колесами. Например, всевозможные погрузчики: от складских вилочных малюток до карьерных гигантов. Повышенная маневренность, обусловленная задними рулевыми колесами, для них - необходимость. Так чем же хуже в этом смысле легковой транспорт?
Одно из первых объяснений такой «несправедливости» из числа прочих приходящих на ум, - сила традиции. Как повелось «испокон автомобилизма» делать переднюю ось , так и идет. Но звучит оно, согласитесь, слабовато. Сколько лет был привычен и традиционен, например, задний привод. Но как только придумали более удобный передний, весь мир немедленно наплевал на «традицию» и переориентировался на переднеприводный тип легковушки. Вторая версия, объясняющая факт преобладания передних управляемых колес, - технологическая. Водитель сидит в передней части машины, поэтому «баранка» тоже находится в передней ее части. В таких условиях «тянуть» механизм управляемых колес к задней оси - сильно усложнять конструкцию ради совершенно не очевидных преимуществ.
Короче говоря, овчинка выделки не стоит. Версия эта представляется вполне жизнеспособной. Главная же причина, по которой управляемые колеса у большинства машин - передние, совершенно иная. Подсказкой тут может служить именно высокая тех же погрузчиков, поворотом задних колес способных развернуться практически на месте. Дело в том, что поворачивающие задние колеса сообщают транспортному средству избыточную поворачиваемость. На скоростях 5-10 км/ч она - благо, обеспечивающее великолепную маневренность. Но когда речь идет даже немногим большей, каждый поворот задних колес будет приводить к заносу кормы машины.
Представьте тот же погрузчик, едущий по улице города с типичной «автомобильной» скоростью 50-60 км/ч. Легковушка на такой скорости спокойно впишется в плавный поворот дороги. А наш условный погрузчик, в лучшем случае, развернется боком и, скорее всего, еще и перевернется. Теперь представим, что будет с машиной, рулящей «задом», около 100 км/ч, да еще в дождь, когда дорога скользкая. Малейшее перестроение - и она закрутится волчком. Именно поэтому, кстати, на всех современных легковушках, оснащенных подруливающей задней подвеской, на больших скоростях задние колеса поворачиваются в ту же сторону, что и передние - чтобы машина смещалась в сторону практически боком, а не поворачивала поперек общему направлению движения.