РУЛЕВАЯ ТРАПЕЦИЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМИ УГЛАМИ ПОВОРОТА УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС
STEERING TRAPEZOID WITH VARIABLE ANGLES OF CONTROLLED WHEEL TURN

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым управлениям колесных транспортных средств.
Известен управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес, содержащий управляемые колеса, установленные на поворотных кулаках, шарнирно установленных посредством шкворней на балке и соединенных посредством двух поворотных рычагов и шарниров с разрезной поперечной тягой, которая выполнена с возможностью изменения ее длины, датчики вертикальной нагрузки, давления воздуха в шинах и положения управляемых колес, а также контроллер, входы которого соединены с соответствующими датчиками, а выход - с распределительным устройством, соединяющим по сигналу контроллера источник энергии (насос) с соответствующим объемом внутри силового цилиндра (Патент РФ №2259296, МПК В62D 17/00 от 27.08.2005 г.).
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не учитывает изменение соотношения углов поворота управляемых колес при различных скоростях прохождения автомобилем поворотов различных радиусов, а также при изменении боковых сил в пятне контакта шин с дорогой. Известно, что на автомобилях, управляемые колеса которых установлены с схождением вследствие увода шин в пятне их контакта с дорогой, возникают боковые силы, порождающие моменты, которые стремятся повернуть вокруг осей шкворней колеса в направлениях, соответствующих расхождению последних. В результате передачи этих моментов через поворотные кулаки и рычаги рулевой трапеции на шарниры возникают силы, действующие на концы поперечной тяги вдоль ее оси в противоположных направлениях.
Значения этих сил зависят от многих факторов, в частности и от коэффициента сопротивления боковому уводу колес передней оси и от скорости прохождения автомобилем поворота с учетом коэффициента сцепления колеса с грунтом.
Следовательно, для обеспечения оптимального режима качения управляемых колес углы их поворота должны корректироваться в зависимости от изменения сил, действующих на концы поперечной тяги вдоль ее оси.
Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей рулевой трапеции с изменяемыми углами установки управляемых колес.
Технический результат достигается тем, что рулевая трапеция с изменяемыми углами поворота управляемых колес, содержащая управляемые колеса, установленные на поворотных кулаках, шарнирно установленных посредством шкворней на балке и соединенных посредством двух поворотных рычагов и шарниров с разрезной поперечной тягой, которая выполнена с возможностью изменения ее длины силовым цилиндром, при этом она дополнительно снабжена двумя гидрораспределительными устройствами золотникового типа, установленными в разрезе поперечной тяги и состоящими из корпусов, имеющих кинематическую связь с одним концом разрезной тяги, и золотников, кинематически связанных со вторым концом разрезной тяги. Золотники, в свою очередь, с одной стороны упираются в корпуса, а с другой подпружинены. Перемещение двухпозиционных золотников осуществляется за счет увеличения сил при повороте управляемых колес, действующих вдоль поперечной тяги. Между золотниками и корпусами имеются полости, при создании давления в которых обеспечивается требуемая жесткость рулевого привода, в частности поперечной рулевой тяги, при прямолинейном движении автомобиля. В свою очередь поперечная разрезная тяга выполнена с возможностью изменения своей длины за счет двух силовых цилиндров, в отличие от прототипа установленных в ее разрезе и состоящих из поршней, кинематически связанных с одним концом разрезной тяги, и корпусов, кинематически связанных с другим концом разрезной тяги.
Отличительным признаком является то, что рулевая трапеция с изменяемыми углами поворота управляемых колес, содержащая управляемые колеса, установленные на поворотных кулаках, шарнирно установленных посредством шкворней на балке и соединенных посредством двух поворотных рычагов и шарниров с разрезной поперечной тягой, которая выполнена с возможностью изменения ее длины силовым цилиндром, при этом она дополнительно снабжена двумя гидрораспределительными устройствами золотникового типа, установленными в разрезе поперечной тяги и состоящими из корпусов, имеющих кинематическую связь с одним концом разрезной тяги, и золотников, кинематически связанных со вторым концом разрезной тяги. Золотники, в свою очередь, с одной стороны упираются в корпуса, а с другой подпружинены. Перемещение двухпозиционных золотников осуществляется за счет увеличения сил при повороте управляемых колес, действующих вдоль поперечной тяги. Между золотниками и корпусами имеются полости, при создании давления в которых обеспечивается требуемая жесткость рулевого привода, в частности поперечной рулевой тяги, при прямолинейном движении автомобиля. В свою очередь, поперечная разрезная тяга выполнена с возможностью изменения своей длины за счет двух силовых цилиндров в отличие от прототипа, установленных в ее разрезе и состоящих из поршней, кинематически связанных с одним концом разрезной тяги, и корпусов, кинематически связанных с другим концом разрезной тяги.
На фиг.1 предоставлена схема рулевой трапеции с изменяемыми углами поворота управляемых колес, которая содержит управляемые колеса 1, установленные на поворотных кулаках. Поворотные кулаки шарнирно установлены посредством шкворней 2 на балке 3 и соединены посредством двух поворотных рычагов 7 и шарниров с разрезной поперечной тягой 8. Разрезная поперечная тяга выполнена с возможностью изменения своей длины за счет силовых цилиндров 11, 10 двухстороннего действия, поршни которых кинематически связаны с одним концом разрезной тяги 8, а корпуса - с другим. Силовые цилиндры имеют по две полости, связанные трубопроводами с гидрораспределительными устройствами. Полости 12 при создании в них давления служат для обеспечения требуемой жесткости рулевого привода, в частности поперечной рулевой тяги, при прямолинейном движении автомобиля. Гидрораспределительное устройство 14 состоит из корпуса, имеющего кинематическую связь с одним концом разрезной тяги 8, и золотника 15, кинематически связанного со вторым концом разрезной тяги. Золотник, в свою очередь, с одной стороны упирается в корпус, а с другой подпружинен. Между золотником и корпусом имеется полость 16, ее предназначение аналогично предназначению полости 12 гидроцилиндра. Конструкция гидрораспределительного устройства 9 аналогична конструкции гидрораспределительного устройства 14. Усилие пружин 17 на сжатие равно силе, действующей вдоль поперечной тяги при прямолинейном движении. Гидрораспределительные устройства трубопроводами соединены с гидронасосом 4 и емкостью 5 для рабочей жидкости. Для регулировки давления в системе устанавливается перепускной клапан 6.
Рулевая трапеция с изменяемыми углами поворота управляемых колес работает следующим образом.
При прямолинейном движении автомобиля первая пара (гидрораспределительное устройство 14 и силовой цилиндр 11) работает следующим образом: во время движения автомобиля, управляемые колеса которого установлены со схождением вследствие увода шин в пятне контакта их с дорогой, возникают боковые силы, порождающие моменты, которые стремятся повернуть вокруг осей шкворней 2 управляемые колеса 1 в направлениях, соответствующих расхождению последних. В результате передачи этих моментов через поворотные рычаги 7 возникают силы, действующие на концы разрезной тяги 8 вдоль ее оси в противоположных направлениях. Усилие сжатия пружин 17 в гидрораспределительных устройствах равно сумме сил, действующих на концы регулируемой тяги при прямолинейном движении автомобиля. Золотник 15 под действием пружин 17 остается прижатым к корпусу гидрораспределительного устройства. Рабочая жидкость под действием гидронасоса 4, через трубопровод поступает из емкости 5 к гидрораспределительному устройству 14, после чего подводится в полость 12 силового цилиндра 11 и в полость 16 гидрораспределительного устройства 14, тем самым обеспечивается требуемая жесткость рулевого привода, в частности поперечной рулевой тяги при прямолинейном движении автомобиля. Вторая пара (гидрораспределительное устройство 9 и гидроцилиндр 10) работает одновременно с первой аналогично.
В случае, когда поперечная тяга испытывает нагрузку на сжатие (поворот налево и выход из поворота направо), сила, действующая вдоль оси разрезной поперечной тяги от внешнего колеса, увеличивает свое значение по отношению к силе, действующей от внутреннего колеса. За счет этого золотник 15 гидрораспределительного устройства 14, преодолевая усилие пружин 17, перемещается относительно корпуса, вследствие чего жидкость поступает в надпоршневую полость силового цилиндра 11 и отводится в емкость с полости 12. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в надпоршневую полость 13, смещается поршень силового цилиндра относительно корпуса. В результате чего поперечна разрезная тяга получает удлинение до тех пор, пока суммарная сила, действующая на ее концы со стороны управляемых колес, не примет значение такое, каким оно было при прямолинейном движении, и золотник 15 не вернется в исходное положение. Разность углов поворота управляемых колес в этот момент будет оптимальной относительно всех параметров движения автомобиля на повороте. Таким образом, при повороте налево и при выходе из поворота направо тяга получает удлинение за счет первой пары (гидрораспределительное устройство 14 и силовой цилиндр 11), при этом вторая пара (гидрораспределительное устройство 9 и силовой цилиндр 10) работает так же, как и при прямолинейном движении, так как золотники гидрораспределительных устройств имеют возможность перемещаться относительно своих корпусов только в одну сторону.
В случае, когда поперечная тяга испытывает нагрузку на растяжение (поворот направо и выход из поворота налево), смещается относительно корпуса золотник 15 гидрораспределительного устройства 9. Таким образом, при повороте направо и при выходе из поворота налево тяга получает удлинение за счет второй пары (гидрораспределительное устройство 9 и силовой цилиндр 10), при этом первая пара (гидрораспределительное устройство 14 и силовой цилиндр 11) работает так же, как и при прямолинейном движении.
Таким образом, рулевая трапеция с изменяемыми углами поворота управляемых колес обеспечит автоматическую корректировку углов поворота управляемых колес при повороте автомобиля, что повысит его управляемость и уменьшит износ шин. А также в отличие от прототипа более проста в конструкции за счет отказа от электронного контроллера и датчиков.