АДАПТИВНОЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевому управлению транспортных средств.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является рулевое управление транспортного средства дополнительно снабженное редуктором, установленным между рулевым колесом и карданной передачей, и мультипликатором, установленным между карданной передачей и рулевым механизмом. Причем карданная передача состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и двух телескопических карданных валов. Карданные валы в свою очередь связаны с устройством изменения углов между ними. Передаточные отношения редуктора и мультипликатора имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство изменения углов между карданными валами представляет собой установленную на корпусе телескопического карданного вала, который соединен посредством телескопической части и редуктора с рулевым колесом, втулку, связанную с кронштейном крепления рулевого колеса посредством винтовой передачи. (Патент №2090423). Недостатком его является изменение передаточного числа рулевого управления в зависимости от поворота рулевого колеса и невозможность изменения передаточного числа рулевого управления в зависимости от скорости движения.
Известно так же активное рулевое управление автомобилей БМВ (Active Steering), имеющее в качестве редуктора планетарный редуктор, водило которого перемещается электродвигателем через червячную передачу, регулированием оборотов которого достигается управление передаточным числом редуктора (журнал “За рулем”, №10, 2002, «На пути к джойстику» А. Фомин, а также http://zr.ru/articles/41034). Недостатком его является наличие червячной передачи, сложность технологии изготовления, необходимость применения мощного высокомоментного электродвигателя. При этом в конструкцию включен микропроцессорный блок управления активным рулевым управлением, что существенно усложняет конструкцию в целом и увеличивает стоимость.
Целью полезной модели является увеличение возможностей регулирования передаточного числа рулевого управления от скорости движения и упрощение конструкции путем отказа от электродвигателя и системы управления им.
Решение поставленной задачи достигается тем, что рулевое управление дополнительно снабжено редуктором, установленным между рулевым колесом и карданной передачей, и мультипликатором, установленным между карданной передачей и рулевым механизмом. Причем карданная передача состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и двух телескопических карданных валов. Карданные валы в свою очередь связаны с устройством изменения углов между ними. Передаточные отношения редуктора и мультипликатора имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство изменения углов между карданными валами представляет собой гидравлическую систему, состоящую из гидроцилиндра установленного на корпусе телескопического карданного вала, который соединен с корпусом редуктора и гидравлический насос с приводом от трансмиссии (например выходным валом коробки передач). Полезная модель позволяет изменять передаточное отношение рулевого управления в зависимости от скорости движения автомобиля без применения дополнительного электродвигателя и блока управления электрической частью рулевого управления.
Заявляемое рулевое управление с переменным передаточным отношением отличается от прототипа тем, что введено устройство изменения углов между карданными валами, представляющее собой гидравлическую систему, состоящую из гидроцилиндра установленного на корпусе телескопического карданного вала, который соединен с корпусом редуктора и гидравлический насос с приводом от трансмиссии (например выходным валом коробки передач), а редуктор и мультипликатор, установленные до и после карданной передачи соответственно, имеют передаточные отношения, обеспечивающие поворот карданной передачи на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Передаточное отношение рулевого управления изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. С увеличением частоты вращения деталей трансмиссии (например выходного вала коробки передач) подача насоса увеличивается и жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр изменяя угол γ наклона карданных шарниров.
На фиг. 1 показана схема рулевого управления с переменным передаточным отношением, на фиг. 2 схема карданной передачи.
Рулевое управление транспортного средства, состоящее из рулевого колеса, связанного посредством карданной передачи 2, 3, 4, 5 с рулевым механизмом, и рулевого привода, дополнительно снабжено редуктором 8, установленным между рулевым колесом и карданной передачей 2, 3, 4, 5 и мультипликатором 1, установленным между карданной передачей 2, 3, 4, 5 и рулевым механизмом, причем карданная передача 2, 3, 4, 5 состоит из двух карданных шарниров неравных угловых скоростей и одного телескопического карданного вала 5, связанного, в свою очередь, с устройством изменения углов между ними 7, а передаточные отношения редуктора 8 и мультипликатора 1 имеют значения, обеспечивающие поворот карданной передачи 2, 3, 4, 5 на углы ±π/2 при повороте управляемых колес от нейтрального положения до упора в обе стороны. Устройство 7 изменения углов между карданными валами 2, 3, 4, 5 представляет собой установленный на корпусе телескопического карданного вала 5, гидравлический цилиндр соединенный с насосом приводящимся в действие от трансмиссии.
p
1
2
Заявляемое рулевое управление с переменным передаточным отношением работает следующим образом. При повороте рулевого колеса на угол δ редуктор 8 уменьшает δ в Up (передаточное отношение редуктора) раз и карданный вал 5 повернется на угол α=δ/U. При равенстве углов между карданными валами 4 и 3 (γ) и 3 и 2 (γ) углы поворота вала 4 (α) и 2 (φ) будут равны (α=φ). Мультипликатор 1 увеличит угол поворота вала 2 в Uм (передаточное отношение мультипликатора) раз и вал на выходе из мультипликатора 1 повернется на угол φ*Um и будет равен δ.
Так как передаточные отношения рулевого механизма и рулевого привода постоянны от угла поворота рулевого колеса, то в целом передаточное отношение рулевого управления будет постоянным.
1
2
кп
Нарушение равенства углов γ и γ между валами 4,3 и 3,2 перемещением трубчатой части телескопического карданного вала 5 с помощью устройства изменения углов наклона между карданными валами 7 вызовет нарушение равенства углов поворота валов 5 и 2 (α и φ), которое описывается соотношением . При повороте рулевого колеса от нейтрального положения до упора в обе стороны редуктор 8 уменьшает угол поворота вала 3 (α) до значений ±π/2. Так как соотношение  при перемещении трубчатой части карданного вала 5, то в зависимости от разности этих углов вал 2 повернется на величину φ=αU. Мультипликатор 1 увеличит угол поворота вала 2 в Uм раз, сохраняя форму неравномерности. Таким образом, введением переменного передаточного отношения рулевой колонки при постоянных значениях передаточного отношения рулевого механизма и рулевого привода получаем переменное передаточное отношение рулевого управления от скорости движения автомобиля.
В результате применения описанного выше рулевого управления с переменным передаточным отношением удовлетворены два противоположных требования: уменьшение энергетических затрат водителя при движении по прямой при большом значении передаточного отношения рулевого управления и высокая поворотливость из-за его уменьшения при маневрировании с низкими скоростями.