З давніх давен людство мріяло про те, щоб створити «самобіглий візок», який мав би рухатись без коней. Історія таких винаходів починається з візочка Леонардо да Вінчі, після чого з другої половини XVII сторіччя було чимало спроб створити щось, здатне пересуватися за допомогою парового чи газового двигуна.
Щоправда, був і чималий опір цьому процесу, пов’язаний з острахом перед машинами, які димлять та рикають. У 1865 році з’явився «Закон про локомотиви». Згідно прийнятому документу, на шляхах Британії перед будь-якою самохідною технікою повинна була йти людина, яка мала попереджувати оточуючих про небезпеку, а саме — махати яскравим червоним прапором та голосно дути у пронизливу дудку.
Це зараз нам смішно читати про таке, а у другій половині XIX сторіччя автомобілі сприймалися зовсім по-іншому. Відношення до них добре ілюструє перший наїзд з летальним наслідком, що трапився у Лондоні у 1896 році. Потерпіла Б. Дрискол 45 років, не звертаючи уваги на попереджуючі плакати та огорожу, вийшла на проїзну частину вулиці. Від машини, що рухалася прямо на неї, вона намагалася затулитися відкритою парасолькою. Автівка пересувалася, як казали потім свідки, з «величезною» швидкістю (4 милі на годину — 6,4 км/год), водій (стаж за кермом 3 тижні) жваво розмовляв з молоденькою пасажиркою. Суд присяжних виніс вирок, що це «випадкова смерть» через необережність жертви.
До речі, поштово-пасажирські диліжанси на початку ХХ сторіччя пересувалися із середньою швидкістю 9-10 км/год, отже люди тоді взагалі-то вже були звичні до подібних швидкостей, але … що значить «дивовижна» техніка!
Перші автомобілі. Проблеми рульового керування
Проте, як відомо, прогрес можна загальмувати, але ще нікому не вдалося його зупинити. У 1885 році Карл Бенц створив автомобіль-трицикл, що пішов у серійне виробництво. Його вважають засновником машин із бензиновими ДВЗ.
Чимало інженерів працювало над винаходами та поліпшенням вузлів та систем автомобілів. У повній мірі це стосувалося й рульового керування, з яким одразу ж почалися серйозні проблеми. Річ у тім, що перші машини керувалися аналогічно каретам у тому сенсі, що задні колеса були великі, а передні поверталися на однаковий кут. Через це погіршувалась маневреність, а на крутих поворотах взагалі можна було перекинутися.
Автомобіль Г. Даймлера з рейковим рульовим керуванням
Тому, коли у 1886 році Г. Даймлер сконструював візок з рейковим (!) рульовим керуванням, на який В. Майбах встановив ДВЗ потужністю 1,1 к. с., йому були властиві усі перераховані вище недоліки. Але у 1893 році К. Бенц розробив кермову трапецію, після чого колеса стали повертатися під різними кутами — внутрішнє на більший, зовнішнє на менший. Керування одразу поліпшилося, з’явилася можливість зробити колеса меншими та однаковими.
Хоча керма ще не було, замість нього стояв румпель, запозичений із суднобудівництва (через це перші машини прозвали «кавовими млинками»). Оскільки площа дотику коліс із землею була незначна, то керування за допомогою румпеля загалом виявилося цілком можливим, хоча й важким. Перше кермо для автомобіля Panhard 4hp вигадав у 1894 році автогонщик А. Вашерон, коли готував своє авто до пробігу «Париж-Руан», а через 10 років на всі нові машини румпелі вже не ставили. З 1898 року за ініціативою француза А. К. Кребса кермова колонка стала похилою, тобто набагато зручнішою.
Кермова рейка
Історія розвитку кермової рейки кумедна з тої причини, що саме систему «шестерня-рейка» монтували на перші автомобілі з ДВЗ у кінці XIX сторіччя! Вона була примітивною, але, як вказано вище, через малу площу дотику виявилася цілком працездатною. А коли бажали якось зменшити зусилля, потрібне для повороту коліс, то збільшували радіус керма. Через це на деяких моделях вантажних машин водіям, щоб повернути колеса від одного крайнього положення до іншого, доводилося повертати величезне кермо аж на шість обертів! Неважко зрозуміти, як це впливало на зручність керування технікою.
Дитячі хвороби
А потім про рейку забули. Пояснювалося це тим, що в її роботі було чимало «вузьких ділянок». Конструкція виявилася ненадійною, вона часто виходила з ладу. А ще — надто добре передавала на кермо всі поштовхи та удари, на складній та поганій дорозі користуватися нею виявилося досить проблематично. З удосконаленням коліс водіям було все важче обертати кермо. Рейка погано узгоджувалася з іншими елементами конструкції автомобіля (балки, ресори тощо). Й, до того ж, вона була недовговічною, бо швидко зношувалася. Тому рейку оголосили архаїчною та непридатною, а в автомобілях почали використовувати інші системи, наприклад, з глобоїдальним черв’яком та сошкою з передаванням зусилля через зубчатий сектор або роли.
Рейкова система керування легкового автомобіля
Відродження рейки
Повернення до кермових рейок сталося у 1948 році після того, як Е. С. Макферсон створив підвіску «Хитна свічка». Рейку він встановив на направляючих амортизаторних стійках. Виявилося, що давно забута система ідеально підходить до даної підвіски, вони не лише не заважають одне одному, а ще й спільними зусиллями значно зменшують поштовхи від коліс. До того ж за минулі 70 років діагностика й ремонт рейки стали набагато простішими. Інші кермові системи відразу почали здаватися менш привабливими. Через те, що виробники техніки масово перейшли на підвіску McPherson, то легкові автомобілі відтоді й дотепер у своїй більшості обладнуються рейковими механізмами керування.
Підсилювачі керма
На деяких перших моделях авто «бублик» обертався настільки туго, що одна людина була не в змозі це робити, тому в таких випадках технікою керували двоє водіїв. Але інженери постійно працювали над розробкою підсилювача. З перших років ХХ сторіччя зусиллями британця Ф. Ланчестера, американки К. Гейліс, канадця Ч. Хаммонда та інших винахідників у конструкціях рульових систем з’являються різні допоміжні механізми. У 30-ті рокі в США на великовагових вантажних автомобілях використовувався пневматичний підсилювач. Але система не отримала подальшого розвитку, бо вузол виявився надто великим і ненадійним, та ще й відрізнявся великим рівнем шуму.
ГПК
Офіційно винахідником гідравлічного підсилювача керма (ГПК) вважається інженер Френсіс Девіс. Він працював у компанії Pierce–Arrow (вантажні та пожежні автомобілі) й у 1925 році запатентував свій винахід. «Розумаку» швидко зманила до себе General Motors, але за 7 років роботи на новому місці він так і не зміг пристосувати ГПК на легковики. Потім почалася Друга світова війна, і Девіс перейшов до виробників військових вантажних машин, де його ГПК зарекомендував себе з найкращого боку.
В секторі легкових автівок ГПК якийсь час монтували лише на елітні моделі. Перший автомобіль з ГПК для широких мас населення зробила у 1951 році Chrysler Corporation. Що ж до General Motors, то вона відстала не набагато, бо у 1952 році на ринок вийшов обладнаний цим вузлом Cadillac Series 62. Відносно довгий (30 років!) період розвитку пояснюється тим, що в ті часи ГПК був досить дорогим та складним у виготовленні. Але сьогодні все по-іншому, на легкових машинах стоять підсилювачі:
-
Гідравлічний.
-
Електричний.
-
Електрогідравлічний.
Щоправда, багато хто зі спеціалістів вважає, що основними мають бути лише перші два, а третій — проміжний.
Кермова рейка
ЕПК
Перший електричний підсилювач керма (ЕПК) був змонтований на автомобілі Columbia у 1903 році. На кермову колонку поставили електродвигун, а на торсіоні з’явився змінний резистор. Вийшло досить непогано, але проста й цілком працездатна ідея не пішла у серію. Чому? Вважають, що однією з причин була велика собівартість електродеталей. До того ж навіть гідро- та пневмопідсилювачі тоді були ненадійними, а електричний і до них не дотягував. Тому ЕПК довгий час робили тільки зрідка й у поодиноких екземплярах.
Серійний ЕПК був у 1988 році запатентований компанією Mitsubishi й встановлений на автомобіль Suzuki Cervo. З тих часів вузол не раз доопрацьовували. Зокрема, через перегрівання моторчика його спочатку встановлювали лише на малолітражках. Зараз ця проблема вирішена, проте модернізації ЕПК продовжуються.
