Современная реечная система рулевого управления «возродилась» в 1948 году после долгого забвения в начале ХХ века. Именно в это время Э. С. Макферсон создал подвеску «качающаяся свеча», в которой рейка располагалась на направляющих стойках. Конструкция оказалась настолько удачной, что с тех пор на легковых автомобилях она является наиболее популярной.
Недостаток реечной системы
Поскольку статья рассчитана на автолюбителей с определенным уровнем знаний и опыта, то мы не будем рассматривать устройство реечной системы управления, какие бывают виды реек и т.п. Для новичков скажем только, что принципиально рейка представляет собой горизонтальный шток, соединенный с управляемыми колесами через тяги с наконечниками. На нем сделан зубчатый участок, в контакте с которым работает приводная шестерня рулевого вала. Когда шофер вращает руль, шестерня толкает рейку, в результате чего поворачиваются передние колеса. Конструкция работает превосходно. Однако, есть довольно неприятная проблема. В реечной системе плохо сочетаются управляемость автомобиля и комфортность вождения.
Недостаток реечной системы
Почему так происходит? Потому что на высокой скорости водителю будет легко и удобно «рулить» и держать машину на выбранной траектории, если шаг зубьев рейки сделан относительно небольшим, а передаточное число в паре «приводная шестерня — рейка» высокое. (Шаг зубьев определяется как расстояние между центрами вершин соседних зубьев). В этом случае передние колеса не слишком чувствительны к малейшим отклонениям руля. Можно спокойно держать на спидометре 100 км/ч и более, и ехать, не боясь того, что машина начнет рыскать по сторонам от незначительных движений «баранки».
Но палка всегда о двух концах. На малых скоростях, например, во время парковки, нередко надо «перекинуть» руль из одного крайнего положения в другое. В данном случае для этого придется повернуть «баранку» на 3-4 полных оборота. Если так сделать раз-другой, то ничего страшного. А когда по несколько раз каждый день, то оно как-то напрягает.
Другая конструкция системы, а именно с невысоким передаточным числом в паре «шестерня — рейка» и большим шагом зубьев на штоке, получается еще хуже. Потому что на малых скоростях — красота, не надо делать по несколько полных оборотов руля, чтобы правильно поставить машину. Зато на больших ехать просто опасно, потому что передние колеса, а с ними и весь автомобиль очень чутко реагирует на малейшее движение руля. Так недолго и в придорожную канаву улететь.
Зубчатый участок с переменным шагом решает проблему
Для решения описанной выше проблемы на некоторых моделях автомобилей применяют рейку с переменным шагом зубьев. Выглядит она следующим образом.
Зубчатый участок с переменным шагом
Зубья на рейке сделаны с различным шагом. На центральном участке он небольшой, чтобы обеспечить значительное передаточное число. На крайних участках он увеличивается, а передаточное число, соответственно, уменьшается.
Зубчатый участок с переменным шагом
Технически такая рейка отличается от обычной только зубчатым участком да валом-шестерней. Плюс на системах с ЭУР ставят более мощный электромотор.
Рейка с переменным шагом не считается отдельным типом. Ее можно ставить на любую систему: механическую, гидравлическую и т. п.
Как это работает
На больших скоростях движение, в основном, прямолинейное, поэтому руль поворачивается на небольшие углы. В результате приводная шестерня находится в зеленой зоне (см. рис.), где зубья сделаны с малым шагом. Управляемые колеса не особо чувствительны к незначительным эволюциям руля, машина не рыскает, можно ехать спокойно.
Как работает зубчатый участок с переменным шагом
Если же «баранка» поворачивается на угол больше заданного, что бывает, как правило, на малых скоростях, то шестерня заходит в синюю зону. В ней зубья сделаны с большим шагом и такой же чувствительностью к движениям рулевого колеса. То есть, в синей зоне один и тот же поворот руля приводит к бóльшему повороту колес, по сравнению с обычной рейкой. Это значит, что во время парковки водителю не надо 3-4 раза крутить «баранку», чтобы «перекинуть» ее из одного крайнего положения в другое.
Более наглядное объяснение дает рассмотрение работы рейки с переменным шагом на примере Golf 2009.
Работа рейки с переменным шагом на примере Golf 2009
Зеленая зона показывает участок на рейке с малым шагом, а также тот факт, что на большой скорости руль поворачивается приблизительно на 60о в одну или другую сторону. На малой скорости для того, чтобы поставить колеса в крайнее положение, надо повернуть руль на угол 360о (синяя зона). Для «перекидки» колес из одного крайнего положения в другое следует повернуть руль на 2 * 360о = 720о. То есть, надо сделать два полных оборота.
Система с обычной рейкой выделена желтым цветом. От центрального положения до крайнего надо повернуть «баранку» на 540о. Для перекидки из одного крайнего в другое придется сделать 2 * 540о = 1080о, это уже три полных оборота. Разница, как говорится, налицо. Таким образом, применение рейки с переменным шагом зубьев на больших скоростях за счет малой чувствительности руля обеспечивает устойчивость автомобиля на дороге. А на малых, за счет большой чувствительности — комфортное управление, т.к. надо меньше «крутить» руль, по сравнению с обычной рейкой.
