Развитие конструкции рулевого управления

Рулевое управление служит для осу­ществления движения автомобиля в желаемом направлении и состоит из рулевого механизма, рулевого привода и, при необходимости, рулевого усилителя, конструкция которых предполагает решение проблем, затрудняющих уп­равление автомобилем. Рулевое управление дол­жно быть достаточно легким для водителя (управление автомобилем без излишних усилий), что подразумевает на­личие в рулевом механизме определенного передаточного числа и желательно наличие дополнительного усилителя ру­левого управления. Рулевое управ­ление должно быть защищено от резких ударов, которые воспринимают передние колеса от дороги, должно давать «чувство дороги» и обеспечивать возврат управляемых колес в пря­молинейное положение при отпускании водителем рулевого колеса, вне зависимости, на какой угол они были по­вернуты до этого (стабилизация рулевого управления). Рулевое управление должно быть разра­ботано так, чтобы перемещения колес (вверх и вниз при­мерно на 30 см вместе с ходом подвески от полного сжатия до полного отбоя) не передавались водителю через рулевое колесо и не приводили к нежела­тельному повороту автомобиля.

В первые годы создания автомобиля разработчики шас­си совершили практически все возможные ошибки разработки рулевого управления: как у конных экипажей, так и у автомобилей передняя управ­ляемая ось просто поворачивалась в центре при изменении направления движения. Первые безлошадные кареты отличались от своих предшественниц только рычагом, управлявшим передними колесами. Машины с расположенной в центре стойкой управления выглядели достаточно непривычно и, благодаря рычагу, получили прозвище кофемолок. Результатом перегрузки переднего моста стали растущие трудности в управлении.

Конструкторы быстро осознали, что передние колеса автомобиля должны повора­чиваться отдельно, иначе неизбежна потеря управления: передними колесами меньшего диаметра было проще управлять. Даже после этого первые водители старались справиться с «рукояткой» управления и другими конструкциями, создающими трудность управления. В конечном счете, были признаны важные аспекта уп­равления: «геометрия» передних управляемых колес и кон­струкция рулевого привода.Позже были разработаны усилители рулевого управления, теперь широко исполь­зуемые.

Почему управляемыми явля­ются передние колеса? Существуют транспортные сред­ства с задними управляемыми колесами, например, автопогрузчики, использующиеся только на низких скоростях. Неко­торые преимущества могут проявляться от управления всеми четырьмя колесами, но обычное рулевое управление передними колесами достаточно для всех режимов движения по любым дорогам.

Когда переднее колесо (передняя ступица ко­леса) связано с передней подвеской, геометрия рулевого управления опреде­ляется соотношением между двумя осями: дна из них про­ходит через шарниры, вокруг которых вращается управляе­мое колесо (ось поворота); другая - вертикальная ось, проходящая через центр пятна контакта шины с дорогой.

Первое улучшение рулевого управления в первых авто­мобильных конструкциях связано с пе­ремещением оси поворота (она все еще называется «осью поворотного шкворня», хотя сам поворотный шкворень не существует в современ­ных конструкциях) внутрь оси ко­леса.

Реальный крупный шаг к приличному рулевому управ­лению заключался в том, что можно совместить две оси (вертикальную и ось шкворня) внутри пятна контакта коле­са с дорогой, при этом, расположив сам шкворень за преде­лами колеса под углом (наклон поворотного шкворня) так, чтобы его ось проходила через ось колеса в центре пят­на контакта шины. Теперь освобождено место для водителя, решена проблема обратной связи от удара, получен эффект «весовой» стабилизирующий момент: когда колесо поворачивается вокруг наклон­ной оси (оси шкворня), это приводит к небольшому подъему передней части автомобиля, и приподнятая масса застав­ляет колесо повернуться в исходное положение. Намного более сильный и обычно желаемый эффект стабилизации колес может быть достигнут при наклоне оси поворотного шкворня в продоль­ной плоскости основанием вперед, относительно вертика­ли, проходящей через центр колеса.

Большое значение имела система управления, изобретенная в 1889 году Готлибом Даймлером (Gottlieb Daimler) и в 1893 году – Карлом Бенцем (Karl Benz), позволяющая осуществлять независимое управление передними колесами с разными радиусами поворота. Успешное решение проблемы побудило Бенца назвать свой автомобиль Victoria. Наконец-то можно отойти от традиционного каретного образца: колеса уже имели один размер, поскольку нет необходимости делать передние колеса меньшего диаметра по причине возникающих сложностей с управлением. Позднее стойка управления все больше отклонялась назад и на смену ручке пришел руль.

В 1898 году появилось управление посредством рулевого колеса (правда, еще не наклонное), которое приводит в действие систему рычагов, тяг и шарниров, передающую движение от рулевого механизма к управляемым колесам (Рисунок 4).

Рисунок 4. Слева - эволюция рулевого управления, справа - схемы рулевых трапеций:

а – задняя, б – передняя, в-е задние трапеции независимых подве­сок с разным числом шарниров

Обеспечив наклон в продольной плоскости шкворня поворотной цапфы необходимо в поперечной плоскости задать «угол развала передних колес» (положи­тельный - с наклоном вершин колес наружу, отрицатель­ный - с наклоном внутрь) и небольшое схождение или расхождение колес.

Наконец, точку, где ось поворотного шкворня каса­ется земли, можно смещать относительно центра пятна кон­такта шины. Величина смещения этой точки относительно центра пятна контакта шины с дорогой в продольной плос­кости называется «реактивное плечо». Смещение точки вбок, когда она находится внутри относительно линии, про­ходящей через центр колеса, называется «положительным плечом обкатки». Когда точка находится снаружи этой ли­нии, называется «отрицательным плечом обкатки», которое требуется для создания эффекта стабилизации при торможении передних колес на поверхностях с различным коэффициентом сцепления: разность в тормозных момен­тах на колесах тянет автомобиль в одну сторону, а отрицательное плечо в обратную. Небольшое смещение делает уп­равление легче, потому что, когда колеса поворачиваются, большая часть контактной площадки шины может катиться вокруг оси поворотного шкворня, а не проскальзывать вок­руг этой оси: соображение верно главным образом для низкой скорости.

В конструкции рулевого управления необходимо также найти компромисс: мощный стабилизирующий мо­мент дает сильную естественную устойчивость движения автомобиля, затрудняя управление и ухудшая чувствительность рулевого управления.

Одной из про­блем управления, которая проявилась в мощных переднеприводных автомобилях, является «тяговый поворот», ко­торый доворачивает рулевое колесо в сторону максималь­ного угла поворота управляемых колес, при увеличении скорости движения на повороте. Имеются различные теории относительно причины «тягового поворота», но Volkswagen пред­полагает уменьшение «смещения цапфы» - расстояния между осью поворотного шкворня и центром ступицы колеса. Этот принцип применялся в передних подвесках на ряде автомо­билей Golf 3-го поколения, в которых «смещение цапфы» было уменьшено с 52 мм до 40 мм.

Для снижения усилий водителя все си­стемы рулевого управления имеют передаточ­ные числа рулевого механизма до 20:1. Тре­буется приблизительно четыре поворота рулевого колеса, чтобы повернуть передние колеса приблизительно на пятую часть полного поворота (36^о в каждую сторону) от упора до упора, что достаточно для управления передни­ми колесами маленького автомобиля без чрезмерного уси­лия. Большие и большегрузные автомобили нуждаются или в более низкой передаче в рулевом управлении, или в до­полнительном усилителе.

Чтобы исключить боковое скольжение колес при движении на повороте, траектории всех колес должны представлять собой дуги концентрических окружностей с общим центром. Для этого управляе­мые колеса должны быть повернуты на разные углы. Связь между углами поворота наружного и внутреннего колес осуществляется при помощи рулевой трапеции.

Рулевую трапецию в зависимости от компоновочных возможностей рас­полагают перед передней осью (перед­няя рулевая трапеция) или за ней (зад­няя рулевая трапеция). При зависимой и независимой под­весках могут применяться как задняя, так и передняя трапеции (Рисунок 4 ). При зависимой подвеске колес применяют трапеции с цельной поперечной тягой, при неза­висимой подвеске - только трапеции с расчлененной поперечной тягой, что необходимо для предотвращения са­мопроизвольного поворота управляе­мых колес при колебаниях автомобиля на подвеске. С этой целью шарниры разрезной поперечной тяги должны располагаться так, чтобы колебания автомобиля не вызывали их поворота относительно шкворней.

До 1960-х годов развитие рулевого механизма с цир­куляцией шариков в замкнутом круге типа «винт-гайка» показал наиболее удовлетворительные результаты для боль­шинства легковых автомобилей. Однако, в конечном счете, реечный рулевой механизм, ранее отклоненный из-за его восприимчивости к люфту, стал доминирующим типом, по­скольку были найдены способы преодоления этого недо­статка. С тех пор были найдены способы проектирования зубьев рейки для получения передачи с плавным изменением передаточного числа.

При переме­щении шестерни рядом с центральным положением (руле­вое колесо поворачивается на незначительные углы) пере­даточное число, небольшое для точного управления на пря­мой дороге, при повороте рулевого колеса более чем на один поворот в любом направлении передаточное число увели­чивается для облегчения маневрирования автомобиля.

Винтовые рулевые механизмы мо­гут иметь различное конструктивное исполнение: винторычажные («винт - гайка – рычаг», «качающийся винт и гайка», «винт и качающаяся гайка») и винтореечные. Винторычажные рулевые механиз­мы в настоящее время применяются редко из-за низкого КПД и невозможности компенсирования износа регулировкой. Широко применяются винтореечные рулевые механизмы (Рисунок 5), КПД которого вы­сок в обоих направлениях, поэтому без усилителя, воспринимающего толчки со стороны дороги, этот механизм целе­сообразно устанавливать только на лег­ковые автомобили малого класса. Достоинствами реечных рулевых меха­низмов являются простота и компакт­ность, обеспечивающие наименьшую стоимость по сравне­нию с рулевыми механизмами других типов, высокий КПД.

Рисунок 5. Слева - винтореечный рулевой механизм: 1 – винт, 2 - шариковая гайка-рейка, 3 - сектор, выполненный за одно целое с валом сошки; справа – травмобезопасные рулевые колонки: а - автомобиля ВАЗ-2121: 1 - болт; б - автомобиля ГАЗ-3102:

1 - фланец; 2 - предохранительная пластина; 3 - резиновая муфта; в - с энергопоглощающим сильфоном; г - с перфорированным трубчатым рулевым валом

С реечным руле­вым механизмом можно применять четырехшарнирный рулевой привод при независимой подвеске колес. Из-за высокого значения обратного КПД такой механизм без усилителя целесо­образно устанавливать только на лег­ковых автомобилях малого класса, так как толчки со стороны дороги, передающиеся на руле­вое колесо, частично могут поглощаться при трении рей­ки и металлокерамического упора. На легковых автомобилях высокого класса необходим рулевой усилитель, поглощающий толчки.

Червячные рулевые механизмы применяют как на легковых, так и на грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение получи­ли червячно-роликовые рулевые меха­низмы (Рисунок 6): рулевые пары состоят из глобоидного червяка и двух- или трех­гребневого ролика, в редких случаях для автомобилей особо малого класса - одногребневой ролик.

Спокойное и точное управление затруднено без возврата колес в прямолинейное положение. Однако стабилизирующий эф­фект не должен быть слишком велик: кроме увеличе­ния усилия поворота, водитель может выпустить колесо при входе в поворот и рулевое управ­ление будет стремиться перейти в по­ложение, соответствующее прямолинейному движению. Во избежание этого некоторые системы рулевого управления оборудованы амортизаторами, гасящими колебания более высокой частоты, чем те, которые мо­жет создать водитель.

Рисунок 6. Червячно-роликовый рулевой механизм: а - схема; б – устройство;

1 - вал сошки; 2 - трехгребневый ролик; 3 - глобоидный червяк; 4 - сошка

Внимание к деталям может значительно уменьшить уси­лие при управлении и улучшить чувствительность за счет уменьшения трения. В 1995 году на Ford Fiesta было уменьшено усилие и улучшена чувствительность за счет сокращения на 50 % трения в шаровом шарнире, уменьше­ния угла в карданном шарнире рулевой колонки с 39 до 28°, и ужесточение допусков по сравнению с предшествующей моделью.

Теоретически фактором, определяющим переход от обычного рулевого управления на привод с усилителем (PAS) - необходимое усилие, особенно при низкой скорости и при максимальном угле поворота рулевого колеса, без не­обходимости в большом количестве поворотов руля (водители не терпят рулевое управление, требующее больше чем четыре поворота рулевого колеса от одного крайнего положения до другого).

Первый усилитель руля применен в 1903 году на автомобиле компании Columbia Electric Motor Truck. Усилитель обеспечивает легкость управления и минимальность радиуса поворота, особенно для переднеприводных автомоби­лей, у которых больший вес приходится на передние колеса. Кроме того, усилитель способен изменять передаточное число системы. Современные авто­мобили с PAS позволяют иметь три поворо­та рулевого колеса от одного крайнего положения до друго­го. Усилитель может быть сделан с возможностью из­менять усилие плавно от большого к уме­ренному для полного «чувства» автомобиля водите­лем в зависимости от скорости, где степень усиления является большой при низкой скорости (для по­становки автомобиля на стоянку и маневрирования), но ста­новится меньше при увеличении скорости.

Много лет стандартный метод обеспечения PAS энерги­ей позволял использовать приводимый от дви­гателя гидронасос, чье давление может подаваться с любой стороны силового цилиндра через клапаны, управ­ляемые поворотом рулевого колеса. Впоследствии сис­темы стали более надежны, обеспе­чивая чувствительную к скорости степень усиления и более высокое качество обратной связи, чтобы води­тель не чувствовал, что его «разъединили» от передних ко­лес - недостаток большинства ранних конструк­ций усилителей рулевого управления, особенно в американских автомобилях.

PAS обычно используют не систему сервоклапанов, требующей более высоких давлений, а систему конт­рольных клапанов, уменьшая усилие управления. Citroen един­ственно использовал систему высокого давления усилителей в массовом производстве, по­лучая давление от гидропневматической системы подвески в моделях DS, SM, СХ и ХМ. В подавляющем большинстве гидравлических систем PAS давление от управляемого дви­гателем насоса намного больше необходимого - потерян­ная энергия. Установлено, что обычный насос PAS может поглощать до 2 кВт даже тогда, когда гидроусилитель не используется. Полное использование мощности (Citroen) позволяет иметь способность рулевого управления возвращаться в нейтральное положение, когда транспортное средство неподвижно, пока двигатель работает, обеспечивая усилитель энергией. Для обеспечения безопасности конструкция PAS должна иметь возможность возврата к ручному управлению в случае нару­шения герметичности гидропровода или другой неисправ­ности

Гораздо боль­ший интерес появляется к усилителям, имеющим электрический или электрогидравлический привод. Во втором случае система сохраняет гидравлический привод, но давление обес­печивается с помощью электрического насоса, а не приво­димого двигателем насоса. Альтернативой является избав­ление от гидравлики полностью и переход к системе, в которой дополнительная мощность или весь привод обеспечиваются электродвигателем (EPAS - электрический усилитель рулевого управления).

Полностью электрические усилители имеют дополни­тельное преимущество: легко настраиваются в зависи­мости от скорости движения автомобиля, модулируя сигнал управления на двигатель. Незначительное преимущество EPAS - возможность получать небольшое количество до­полнительной мощности от аккумуляторной батареи, даже когда двигатель не работает. Не­достаток EPAS в сравнении с гидравлическими усилителями в том, что они являются дополнительной на­грузкой в системах электроснабжения автомобиля, которые во многих случаях уже близки к своему пределу. Этот недо­статок станет менее важным, когда автомобили начнут ос­нащаться электрическими системами с более высоким на­пряжением.

Среди первых автомобилей с EPAS были спортивные автомобили Honda NS-X, MGF и Toyota MR2 с центральным расположением двигателя, в которых применение обычного гидравлического усилителя привело бы к передаче большого давления жидкости по длинным трубопроводам, проходящим через салон к рулевому приводу. Первое серийное применение EPAS было использовано в маленьких переднеприводных автомо­билях (Renault Twingo, Fiat Punto), в которых достаточная мощность для управления может быть получе­на от компактного 12V электродвигателя. Применение EPAS на больших и более тяжелых транспортных средствах будет ждать внедрения 36V электрических систем.

Delphi, поставляющий EPAS для Fiat Punto, ут­верждает, что переход от гидравлического к электрическому усилителю приводит к повышению эффективности и эконо­мии (экономия 0,3л/100 км, 0,5 с выигрыша во времени при разгоне с места до 100 км/час). Другим преимуществом, по Delphi, явля­ется то, что инциденты с гидравлическим насосом и шлан­гами (которых электрический рулевой механизм не имеет) составляют 53% всех гарантийных рекламаций. Delphi указывает на легкость изменений характеристик EPAS, что­бы удовлетворить различные потребности.

Fiat Punto имеет выключатель, управляемый водителем, который вдвое уве­личивает усиление рулевого управления при движении по городу с низкой скоростью и при постановке автомобиля на стоянку

Рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами (4WS) стали устанавливать на некоторых моделях японских автомобилей в 1980-х годах. В Японии намного меньший радиус по­ворота, который может быть достигнут при повороте задних колес в другую сторону, чем передние колеса, привлекателен для водителей, вынужденных час­то маневрировать в чрезвычайно ограниченных простран­ствах.

С другой стороны, стоимость, вес, усложнение конст­рукции и возможное ухудшение безопасности автомобиля являются недостатками 4WS. Единственный прак­тический способ внедрить 4WS - сделать «защиту» для зад­них колес для автоматического возвращения в прямо­линейное положение в случае неисправности.

Системы 4WS задают направле­ние поворота задних колес в зависимости от скорости дви­жения, с поворотом задних колес в другую сто­рону на малых скоростях, с поворотом в одну сторону на высоких скоростях и с нейтральным положением задних колес в пределах скорости до 32 км/час. Некоторые конструкторы предложили для обеспечения максимального эффекта даже на высокой скорости задние колеса на мгновение поворачивать в противоположном на­правлении перед началом поворота этих колес в сторону поворота передних. Mitsubishi продемонстрировала такую систему (автомобиль HSR-III) с лучшим результатом входа в поворот, но она сильно зависит от скорости обработки сигнала и реак­ции преобразователя. Несмотря на очевидное преимущество, 4WS потерял интерес даже среди японских изготовите­лей.

Европейские инженеры шасси на принципе 4WS достигли практически тех же самых выгод «пассив­ными» средствами: управляя деформацией задней подвески перерас­пределением массы при движении на повороте, до­стигают эффекта поворота задних колес, чтобы увеличить устойчивость.

Быстрое развитие ЭВМ и более надеж­ного программирования защитных систем, возможно, при­ведет к положительному результату в истории с использованием 4WS в производстве легковых автомобилей. Несмотря на это, с 1999 года Delphi начал развивать систему Quadrasteer, применяя принцип дей­ствия 4WS, стремясь завоевать самый большой американ­ский рынок роскошных легких грузовикови вседорожников. Даже на американских автостоянках самый большой из этих транспортных средств может быть неуклю­жим при маневрировании, и ему помогла бы система пово­рота задних колес. В то же время их устойчивость при пере­строениях, особенно при буксировании тяжелого прицепа, была бы улучшена задним рулевым механизмом, поворачи­вающим колеса в одну сторону с передними. Особенность Quadrasteer заключается в том, что сигналы управления к электродвига­телю, который управляет задними колесами, передаются электрическим способом - первый пример «управления колесами по проводам».

В «уп­равлении колесами по проводам» SBW механичес­кая рулевая колонка заменена датчи­ком положения рулевого колеса и датчиком перемещения, передающих данные к электронному блоку управле­ния, который дает команду систе­ме EPAS повернуть передние колеса на заданный угол. SBW дела­ет конструкцию системы более легкой, устраняется проблема движения назад рулевой колонки при лобовом столкновении. Преобразование сиг­нала управления в электрическую форму позволяет исполь­зовать его, игнорируя водителя, когда его уп­равляющее воздействие приводит к потере управления, или можно использовать входные сигналы от распо­ложенных спереди датчиков, позволяющих избежать столкновения. SBW целесообразно использовать при скорос­ти движения не более 40 км/час.

В случае неисправнос­ти системы (включая неисправность электрооборудования) невозможен переход к ручному управлению с возвращением ко­лес к прямолинейному положению. Поэтому, SBW должен быть настолько надежным, чтобы полностью уст­ранить риск любой неисправности, используя дублирован­ные электрические каналы с самопроверкой сигналов и пе­рекрестной проверкой. Дублирующая аккумуляторная ба­тарея приняла бы меры против простой утечки электроэнергии.

Delphi в 1998 году показал систему, устранившую механическую связь не только между рулевым колесом и управляемой осью, но и между самими передними колесами, используя отдельный привод управления для каждого колеса с электронным синхронизатором перемещения. Преимуществом конст­рукции является непостоянное соотно­шение углов поворота управляемых колес. Каждое колесо может управлять­ся отдельно для компенсирования небольшого различия в углах поворота (угол Ackermann) между внутренним и внешним колесами при движении на поворо­те: внутреннее колесо должно повернуться на больший угол для идеального прохождения поворота. С соответствующим электронным управлением система Delphi могла устранять проскальзывание при медленном маневрировании без ухуд­шения управления и стабилизации на высоких скоростях.

В 2000 году BMW показала возможность системы частичного SBW, изготовив два автомобиля 3-й серии: с полной SBW системой и с гибридом, системой «активное рулевое управление передних колес» (AFS). Используя планетарную коробку передач, встроенную в рулевую колонку, AFS позволила SBW добавлять сигнал к входному сигналу водителя. Поэтому, при низкой скорости AFS может поворачивать ру­левое управление быстрее водителя. Преимущество конструкции в том, что в случае неисправности система может отключаться, оставляя води­теля с ручным управлением. Полная SBW система имела возможность непосредственно изменять передаточное отно­шение рулевого механизма в соответствии со скоростью. Обе системы проектировались так, чтобы вращение рулевого колеса до 160° в любом направлении дало максимальный угол поворота управляемых колес.

Другое направление SBW замечено в си­стемах «автоматического сохранения траектории» нескольких изготовителей, включая Jaguar: поддержание траектории обеспечивается видео­камерой, чьи сигналы, проанализированные компьютером, преобразуются в инструкции для рулевого управления, что­бы держать автомобиль в центре полосы движения. Факти­чески рулевое управление осуществляется маленьким управ­ляющим двигателем, «привязанным» к рулевой колонке с фрикционным контактом так, чтобы водитель мог его легко перерегулировать, если пожелает; но автоматические кор­ректировки рулевого управления - несомненно, задача SBW.

SBW открывает возможность управле­ния автомобиля «джойстиком» вместо обычного рулевого колеса, с системой управления, реагирующей на комбина­цию движения и давления на джойстик (Mercedes, Saab). Если джойстик установить на центральном пульте (использовать дви­жение вперед для ускорения автомобиля, движение назад для торможения), любой пассажир переднего сиде­ния сможет вести автомобиль, и не потребуется строить от­дельно левосторонние и правосторонние автомобили,

Травмобезопасный рулевой меха­низм является одним из элементов пас­сивной безопасности автомобиля. Ру­левой механизм может быть причиной серьезной травмы водителя при лобо­вом столкновении автомобиля с пре­пятствием: травма может быть нанесе­на при смятии передней части автомо­биля, когда весь рулевой механизм перемещается в сторону водителя. Поэтому картер рулевого механизма необходимо располагать в таком месте, где деформация при лобовом столкновении будет наименьшей.

Водитель может получить травму при резком перемещении вперед в результате лобового столкновения. Ремни безопасности при слабом их на­тяжении не предохраняют от столкно­вения с рулевым колесом или рулевым валом, когда перемещение вперед со­ставляет 30…40 см. Для пассажиров такое перемещение обычно не приво­дит к опасным последствиям.

Лобовые столкнове­ния автомобилей составляют свыше 50% всех ДТП. Систематическая и целенаправлен­ная работа над повышением пассив­ной безопасности автомобиля нача­лась в начале 1960-х годов, когда статистика аварийности показала необходимость законода­тельных мер в этой области. Поэтому, и международные, и национальные правила предписывают установку на автомобилях травмобезопасных руле­вых механизмов. И пер­вое, что сделали конструкторы, было смещение вниз ступицы рулевого колеса.

Большинство первых автомобилей имели четыре сектора. Пять секторов долгие годы использовались Renault. Руль с тремя секторами появился в США в конце 1920-х годов. Послевоенные годы принесли двухсекционный руль, а в 1955 году Андре Ситроен (Andre Citroen) придумал односекционный. Установлено, что без­опасное рулевое колесо должно иметь две спицы, причем расположенные не диаметрально противоположно, а под углом 140…160°. Кроме того, они должны быть наклонены к плоскости обода на угол не менее 20°.

Существуют нормативы для испытания травмобезопасных ру­левых механизмов. Так, при лобовом ударе (удар о бетонный куб при движении со скоростью 14 м/с) верхний конец рулевого вала не дол­жен перемещаться внутрь ка­бины в горизонтальном направлении более чем на 127 мм.

Улуч­шение конструкции рулевого ко­леса не привело к уменьшению числа травм от рулевых колонок. Тогда конструкторы предложили несколько вариантов безопасных рулевых коло­нок (Рисунок 5). В рулевой колонке ВАЗ- 2121 рулевой вал со­стоит из трех частей, связанных кар­данными шарнирами (Рисунок 5, а). При лобовом столкновении рулевой вал складывается. Перемеще­ние верхней части рулевого механизма мало и сопровож­дается поглощением энергии удара на деформацию кронштейна крепления рулевого вала. Два из четырех болтов крепят кронштейн через плас­тинчатые шайбы, деформирующиеся при ударе и проваливающиеся че­рез отверстия крон­штейна, а сам кронштейн деформи­руется, поворачиваясь относительно фиксированных точек крепления. На автомобиле ГАЗ -3102 энерго­поглощающий элемент рулевой колонки пред­ставляет собой резиновую муфту, уста­новленную между верхней и нижней частями рулевого вала (Рисунок 5, б).

В ряде зарубежных конструкций энергопоглощающим элементом руле­вой колонки служит сильфон, со­единяющий рулевое колесо с рулевым валом (Рисунок 5, в), или сам руле­вой вал, в верхней части представ­ляющий собой перфорированную тру­бу (Рисунок 5, г). На рисунке пока­заны последовательно фазы деформа­ции перфорированной трубы и мак­симальная деформация. Некоторое применение нашли энер­гопоглощающие элементы рулевых колонок, в которых две части рулевого вала соединяются при помощи не­скольких продольных пластин, прива­риваемых к концам соединяемых ва­лов и деформирующихся при ударе («японский фонарик»).

Серийные модели автомобилей Audi оборудованы системой безопасности Procon-ten (Procon - Programmed Contraction - запрограммированное складывание рулевой колонки при несчастном слу­чае; ten - Tension - автоматическое напряжение передних ремней безопасности). В верхней части рулевой колонки закреплен необслу­живаемый трос из нержавеющей ста­ли, его нижняя часть проложена во­круг коробки и закреплена в кузове. В случае сильного фронтального удара двигатель с коробкой смеща­ется относительно кузова назад, бла­годаря чему трос оттягивает рулевое колесо вниз и выводит его из области возможного контакта с водителем. Одновременно срабатывает ten -систе­ма, натягивая ремни безопасности.

Чтобы история рулевого управления была достаточно полной приведем еще две характерные даты изобретений: в 1921 году на автомобилях Ford впервые начали устанавливать рулевое колесо из пластмассы, а в 1938 году на рулевой колонке начали размещать рычаг переключения передач.