Сучасна рейкова система рульового керування «відродилася» у 1948 році після довгого забуття на початку сторіччя. Саме в цей час Е. С. Макферсон створив підвіску «хитна свічка», в якій рейка розташовувалася на напрямних стійках. Конструкція виявилася до такої міри вдалою, що відтоді на легкових автомобілях вона є найбільш поширеною.
Недолік рейкової системи
Оскільки дана стаття розрахована на автолюбителів з певним рівнем знань та досвіду, то ми не будемо розглядати будову рейкової системи керування, які бувають види рейок тощо. Для новачків скажемо тільки, що принципово рейка являє собою горизонтальний шток, з’єднаний із керованими колесами через тяги з наконечниками. На ньому зроблена зубчаста ділянка, в контакті з якою працює шестерня з приводом від кермового валу. Коли водій повертає кермо, шестерня штовхає рейку, внаслідок чого повертаються передні колеса. Конструкція працює чудово. Проте, існує досить неприємна проблема. В рейковій системі погано поєднуються керованість автомобіля та комфортність керування.
Недолік рейкової системи
Чому так трапляється? Причина в тому, що на великій швидкості водію буде легко та зручно керувати й тримати машину на обраній траєкторії, якщо крок зубців рейки зроблений відносно невеликим, а передавальне число в парі «привідна шестерня — рейка» високе. (Крок зубців визначається як відстань між центрами верхівок сусідніх зубців). В такому разі передні колеса не надто чутливі до найменших відхилень керма. Можна спокійно тримати на спідометрі 100 км/год і більше та їхати не боячись, що машина почне нишпорити в різні боки від незначних рухів «бублика».
Проте палка завжди має два кінці. На малих швидкостях, наприклад, під час паркування, часто виникає потреба «перекинути» кермо з одного крайнього положення в інше. На звичайній рейці для цього доведеться покрутити «бублик» на 3-4 повних оберти. Коли таке треба зробити раз чи два, то й нічого страшного. А якщо це по кілька разів кожен день, то воно вже якось і не цікаво.
Коли ж взяти іншу конструкцію системи, а саме з невеликим передавальним числом в парі «шестерня — рейка» та значним кроком зубців на штокові, то вийде ще гірше. Тому що на малих швидкостях — чудово, не треба робити кілька повних обертів керма, щоб правильно поставити машину. Зате на значних їхати просто небезпечно, бо передні колеса, а з ними й увесь автомобіль дуже чутко реагує на найменший порух керма. Так недовго й на узбіччя вилетіти.
Зубчаста ділянка зі змінним кроком розв’язує проблему
Для розв’язання проблеми, про яку розповідається вище, на деяких моделях автомобілів застосовують рейку зі змінним кроком зубців. Виглядає вона так.
Зубчаста ділянка зі змінним кроком
Зубці на рейці зроблені зі змінним кроком. На центральній ділянці він невеликий, щоб забезпечити велике передавальне число. На крайніх він збільшується, а передавальне число, відповідно, зменшується.
Зубчаста ділянка зі змінним кроком
Технічно така рейка відрізняється від звичайної лише зубчастою ділянкою та валом-шестернею. Та ще на системах з ЕПК монтують більш потужний електродвигун.
Рейка зі змінним кроком зубців не вважається окремим типом. Її можна ставити на будь-яку систему: механічну, гідравлічну тощо.
Як це працює
На великих швидкостях машина рухається зазвичай прямолінійно, тому кермо повертається на невеликі кути. Як наслідок, приводна шестерня знаходиться у зеленій зоні (див. мал.), де зубці виконані з малим кроком. Керовані колеса не надто чутливі до незначних еволюцій руля, машина не нишпорить, можна їхати спокійно.
Як працює зубчаста ділянка зі змінним кроком
Коли ж «бублик» повертається на кут більший, ніж заданий, що буває, зазвичай, на малих швидкостях, то шестерня заходить у синю зону. В ній зубці зроблені з більшим кроком і такий самий оберт керма призводить до більшого повертання коліс, якщо порівнювати зі звичайною рейкою. Це означає, що під час паркування водію не доведеться робити 3-4 повних обертів «бубликом», щоб «перекинути» її з одного крайнього положення в інше.
Більш наочне пояснення можна отримати, коли подивитися, як працює рейка зі змінним кроком автомобіля Golf 2009.
Як працює рейка зі змінним кроком автомобіля Golf 2009
Зелена зона позначає ділянку рейки зі змінним кроком, а також на те, що на великих швидкостях кермо повертається приблизно на 60о в один чи інший бік. На малій швидкості, щоб вивернути колеса у крайнє положення, треба повернути кермо на кут 360о (синя зона). Щоб «перекинути» колеса з одного крайнього положення в інше треба повернути кермо на 2 * 360о = 720о. Тобто, слід зробити два повних оберти.
Система зі звичайною рейкою позначена жовтим кольором. Від центрального положення керма до крайнього треба повернути «бублик» на 540о. Для «перекидання» з одного крайнього положення в інше доведеться зробити 2 * 540о = 1080о, це вже три повних оберти. Різниця, як то кажуть, очевидна. Отже, застосування рейки зі змінним кроком зубців на великих швидкостях внаслідок малої чутливості керма забезпечує стійкість автомобіля на дорозі. А на малих, через велику чутливість, комфортне керування, бо доведеться менше «крутити» руль, порівняно зі звичайною рейкою.
