Контроль, испытание и совершенствование рулевого управления автомобиля

Настоящая работа посвящена теме «Контроль, испытание и совершенствование рулевого управления автомобиля».

Актуальность данной темы обусловлена тем, что техническое состояние рулевого управления автомобиля непосредственно влияет на безопасность движения. Поэтому к его состоянию предъявляются повышенные требования. Чувствительность к управлению рабочей системы рулевого управления должна позволять квалифицированному оператору уверенно вести машину по заданной траектории при выполнении всех операций, для которых предназначена данная машина. Машины с максимальной расчетной скоростью заднего хода, превышающей 20 км/ч, должны иметь аналогичные показатели в части усилий на рулевом колесе, эффективности и продолжительности работы системы рулевого управления при движении передним и задним ходом. Для контроля следует проводить специальные расчеты. Испытания при движении задним ходом не проводят.

Объект исследования — системы рулевого управления автомобилей.

Предмет исследования — роль метрологических измерений в автомобильном хозяйстве.

Цель исследования — выявление основных метрологических характеристик рулевого управления автомобилей и методы диагностирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

— рассмотрение систем рулевого управления автомобиля и ее устройства;

— анализ метрологических испытаний рулевого управления автомобилей;

— обзор методик диагностирования автомобильных систем.

Дипломная работа состоит из трех глав.

В первой главе дипломной работы показано устройство рулевого управления, ее назначение и виды. Во второй главе дана характеристика метрологическим испытаниям рулевого управления различных автомобилей.

Третья глава посвящена анализу техники выполнения испытаний рулевого управления автомобиля. Приведены методы и принципы измерения характеристик рулевого механизма.

Теоретической и методологической основой исследования являются статьи, публикации в прессе, монографии, статистические данные, интернет-ресурсы.

Глава 1. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ И ЕГО УСТРОЙСТВО

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевое управление служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля. Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей — рулевого механизма и рулевого привода. В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая передача, которая определяет тип рулевого механизма.

В рулевой привод входят рулевая сошка, рулевые тяги, рычаги маятниковый и поворотных цапф, а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

Поскольку орган управления — рулевое колесо — постоянно находится в руках водителя, оно на современных автомобилях выполняет также информационную функцию — по усилиям, вибрациям на рулевом колесе происходит передача водителю информации о состоянии дорожного покрытия, нагруженности контакта колес с дорогой.

Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать ощущаемую водителем связь между углом поворота рулевого колеса и направлением движения автомобиля, обладать высокой надежностью. Усилия, необходимые для управления, не должны приводить к повышенной утомляемости водителя и в тоже время должны информировать его о состоянии контакта управляемых колес с дорогой (обеспечивать «чувство дороги»). От рулевого управления зависит минимальный радиус поворота автомобиля на ограниченных площадях. Конструкция рулевого управления не должна передавать ударные нагрузки от неровностей дороги на руки водителя.

Рулевое управление (рис. 1) современных автомобилей с поворотными колесами включает в себя следующие элементы:

рулевое колесо с рулевым валом (рулевой колонкой);

рулевой механизм;

рулевой привод (может содержать усилитель и (или) амортизаторы).

Рулевое колесо находится в кабине водителя и расположено под таким углом к вертикали, который обеспечивает наиболее удобный охват его обода руками водителя. Чем больше диаметр рулевого колеса, тем при прочих равных условиях меньше усилия на ободе рулевого колеса, но при этом уменьшается возможность быстрого поворота руля при выполнении резких маневров. Диаметр рулевого колеса современных легковых автомобилей лежит в пределах 380−425 мм, тяжелых грузовых и автобусов — 440−550 мм, наименьшие диаметры имеют рулевые колеса спортивных автомобилей.

Рулевой механизм представляет собой механический редуктор, его основная задача — увеличение приложенного к рулевому колесу усилия водителя, необходимого для поворота управляемых колес. Рулевые управления без рулевых механизмов, когда водитель непосредственно поворачивает управляемое колесо, сохранились лишь на очень легких транспортных средствах, например на мотоциклах. Рулевой механизм имеет достаточно большое передаточное число, поэтому для поворота управляемых колес на максимальный угол 30−45° необходимо сделать несколько оборотов рулевого колеса.

Рис. 1. Рулевое управление с гидроусилителем: 1 — рулевая сошка; 2 — продольная рулевая тяга; 3 — рулевой механизм; 4 — всасывающий шланг; 5 — сливной шланг; 6 — бачок; 7 — правая боковая рулевая тяга; 8 — правый маятниковый рычаг; 9 — поперечная рулевая тяга; 10 — входной вал рулевого механизма; 11 — нижний карданный шарнир; 12 — карданный вал; 13 — верхний карданный шарнир; 14 — вал рулевой колонки; 15 — рулевое колесо; 16 — левый маятниковый рычаг; 17, 21 — наконечники левой боковой тяги; 18 — хомут регулировочной трубки; 19 — левый рычаг рулевой трапеции; 20 — чехол шарнира; 22 — шарнир; 23 — нагнетательный шланг; 24 — насос гидроусилителя Рулевой вал соединяет рулевое колесо с рулевым механизмом и часто выполняется шарнирным, что позволяет более рационально компоновать элементы рулевого управления, а для грузовых автомобилей применять откидывающуюся кабину.

Кроме того, шарнирный рулевой вал повышает травмобезопасность рулевого колеса при авариях, уменьшая перемещение рулевого колеса внутрь салона и возможность травмирования грудной клетки водителя.

С этой же целью в рулевой вал иногда встраивают сминаемые элементы, а рулевое колесо покрывают относительно мягким материалом, не дающем при разрушении острых осколков.

Рулевой привод представляет собой систему тяг и шарниров, связывающих рулевой механизм с управляемыми колесами. Поскольку рулевой механизм закреплен на несущей системе автомобиля, а управляемые колеса при движении перемещаются на подвеске вверх и вниз относительно несущей системы, рулевой привод обязан обеспечить необходимый угол поворота колес независимо от вертикальных перемещений подвески (согласованность кинематики рулевого привода и подвески). В связи с этим конструкция рулевого привода, а именно количество и расположение рулевых тяг и шарниров, зависит от типа применяемой подвески автомобиля. Наиболее сложным рулевой привод имеют автомобили с несколькими управляемыми мостами.

Для дополнительного уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяют усилители рулевого управления. Первоначально усилители применялись лишь на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах, в настоящее время используются и на легковых.

Для смягчения рывков и ударов, которые передаются на рулевое колесо при движении по неровной дороге, в рулевой привод иногда встраивают гасящие элементы — амортизаторы рулевого управления. Конструкция указанных амортизаторов принципиально не отличается от конструкции амортизаторов подвески.

К рулевому механизму предъявляются следующие требования:

оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем;

незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);

возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом положении;

незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;

высокая надежность.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы (рис.2).

Рис. 2. Реечный рулевой механизм без гидроусилителя: 1 — чехол; 2 — вкладыш; 3 — пружина; 4 — шаровой палец; 5 — шаровой шарнир; 6 — упор; 7 — рулевая рейка; 8 — шестерня.

Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.

Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулевого механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, трансмиссии и других агрегатов автомобиля. Реечное рулевое управление обладает высокой жесткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.

Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колес. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми (с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН) автомобилями с независимой подвеской управляемых колес.

Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк—ролик» (рис.3).

Ранее такие механизмы применялись и на легковых автомобилях с независимой подвеской (например, семейство ВАЗ-2105, -2107), но в настоящее время их практически вытеснили реечные рулевые механизмы.

Рис. 3. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя: 1 — ролик; 2 — червяк.

Механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и поворот управляемых колес.

В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес, но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода — добавляется дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный механизм требует регулировки и дорог в изготовлении. Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов является механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-зубчатый сектор» (рис.4).

Рис. 4. Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-зубчатый сектор» без гидроусилителя (а): 1 — картер; 2 — винт с шариковой гайкой; 3 — вал-сектор; 4 — пробка заливного отверстия; 5 — регулировочные прокладки; 6 — вал; 7 — уплотнитель рулевого вала; 8 — сошка; 9 — крышка; 10 — уплотнитель вала-сектора; 11 — наружное кольцо подшипника вала-сектора; 12 — стопорное кольцо; 13 — уплотнительное кольцо; 14 — боковая крышка; 15 — пробка; со встроенным гидроусилителем (б): 1 — регулировочная

При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения в паре винт-гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке. Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше червячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хорошо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.

Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механизмов, например «червяк-боковой сектор», «винт-кривошип», «винт-гайка-шатун-рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регулировки и низкого КПД практически не применяются.

Рулевой привод должен обеспечивать оптимальное соотношение углов поворота разных управляемых колес, не вызывать поворотов колес при работе подвески, иметь высокую надежность.

Наиболее распространен механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг, рулевых шарниров и, иногда, промежуточных (маятниковых) рычагов.

Поскольку рулевой шарнир должен, как правило, работать в нескольких плоскостях он делается сферическим (шаровым). Такой шарнир состоит из корпуса с вкладышами и шарового пальца с надетым на него эластичным защитным чехлом (рис.5).

метрологический рулевой управление автомобиль Рис. 5. Шарнир рулевого привода с шаровым пальцем

Вкладыши выполняются из материала с антифрикционными свойствами. Чехол предотвращает попадание грязи и воды внутрь шарнира.

Рулевой привод многоосных автомобилей с несколькими передними управляемыми осями принципиально не отличается от привода автомобиля с одной управляемой осью, но имеет большее количество тяг, шарниров и рычагов.

Если на управляемые колеса приходится большой вес, то управление затрудняется из-за необходимости прикладывать к рулевому колесу значительные усилия. Это предопределило применение усилителей рулевого управления.

Если первоначально по указанным причинам усилители применялись на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах с высокими нагрузками на управляемые колеса, то в последние десятилетия усилители стали более широко применяться также и на легковых автомобилях, в том числе малого класса, поскольку позволяют использовать рулевые механизмы с меньшими передаточными числами и обеспечивать точность и быстродействие управления на высоких скоростях движения (меньше необходимые углы поворота рулевого колеса). Возрастающие при этом усилия, необходимые для маневрирования с большими углами поворота колес (например, парковка), компенсируются действием усилителя. Кроме того, наличие усилителя снижает общую физическую нагрузку на водителя, в ряде случаев позволяет гасить удары от дорожных неровностей, усилитель обеспечивает возможность удержания автомобиля на дороге при повреждении шин или подвески. Но усилитель может оказать и отрицательное влияние на рулевое управление, например из-за низкого быстродействия (запаздывание включения при резких поворотах руля), потери водителем «чувства дороги», снижении точности управления при слишком облегченном повороте рулевого колеса, колебаниях управляемых колес, спровоцированных усилителями.

Усилитель значительно облегчает работу водителя. При его наличии водитель прикладывает к рулевому колесу усилие в 2 — 3 раза меньшее, чем без усилителя, когда, например, для поворота грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов требуется усилие до 400 Н и более. Это весьма существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии на управление автомобилем до 50% приходится на рулевое управление.

Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия.

К рулевым усилителям предъявляют требования, в соответствии с которыми они должны обеспечивать:

кинематическое следящее действие (по перемещению), т. е. соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляемых колес;

силовое следящее действие (по силе сопротивления повороту), т. е. пропорциональность между усилием на рулевом колесе и силами сопротивления повороту управляемых колес;

возможность управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;

действие только в случаях, когда усилие на рулевом колесе превышает 25ч100 Н;

минимальное время срабатывания;

минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес автомобиля;

Современные рулевые усилители имеют конструкцию, свободную отданных недостатков. Усилители, применяемые на современных автомобилях, по принципу своего действия могут быть адаптивными и неадаптивными, а по типу привода — гидравлическими, пневматическими и электрическими. Адаптивные усилители могут изменять коэффициент усиления в зависимости от скорости автомобиля. У автомобиля с таким усилителем при маневрировании на стоянке усилие, необходимое для поворота рулевого колеса, значительно ниже, чем у неадаптивных, а по мере увеличения скорости движения автомобиля усилие поворота увеличивается. Неадаптивный усилитель состоит из трех основных частей:

источника энергии;

силового элемента, создающего дополнительное усилие при работе рулевого управления;

управляющего элемента, отвечающего за включение и выключение силового элемента.

Адаптивный усилитель, кроме перечисленных частей, имеет датчик скорости автомобиля, электронный блок управления и исполнительное устройство (обычно электрогидравлическое), которое воздействует на управляющий элемент.

Большинство современных автомобилей с усилителем имеют гидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидравлический насос, приводимый от двигателя автомобиля (источник энергии), создает давление в гидравлическом цилиндре (силовой элемент) (рис.6). Наиболее распространены гидроусилители, в которых силовой и распределительный элементы объединены с рулевым механизмом в одном корпусе (гидроруль).

Рис. 6. Система гидроусилителя рулевого управления: 1 — насос гидроусилителя рулевого управления; 2 — прокладка; 3 — болт; 4 — шланг высокого давления; 5 — подводящий шланг; 6 — пробка бачка с указателем уровня жидкости; 7 — бачок; 8 — винтовой хомут; 9 — рулевой механизм; 10 — шланг низкого давления

На некоторых автомобилях (многоосные, тяжелые грузовые) гидроцилиндр устанавливают в непосредственной близости от управляемого колеса для снижения нагрузок на рулевой привод. Иногда с целью унификации конструкции рулевого механизма для автомобилей с усилителями и без них золотниковое распределительное устройство также располагается на тягах рулевого привода.

Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель, в котором гидравлический насос соединен с электродвигателем, питающимся от бортовой электросети автомобиля. Конструктивно электродвигатель и гидронасос (рис.7) объединены в силовой блок (Powerpack).

Рис. 7. Электрогидравлический рулевой усилитель Преимущества такой схемы: компактность, возможность функционирования при неработающем двигателе (источник энергии — АКБ автомобиля); включение гидронасоса только в необходимые моменты (экономия энергии), возможность применения электронных схем регулирования в цепях электродвигателя.

В последние годы на легковых автомобилях стали применяться электрические усилители рулевого управления, в которых функции силового элемента выполняет электродвигатель, а управляющего элемента — электронный блок. Основные преимущества данного усилителя: удобство регулирования характеристик, повышение надежности (отсутствие гидравлики), экономное расходование энергии. Возможны следующие варианты компоновки электроусилителя (рис. 8. а, б, в):

усилие электродвигателя передается на вал рулевого колеса;

усилие электродвигателя передается на вал шестерни реечного рулевого механизма;

электродвигатель воздействует через винтовую гайку на рейку рулевого механизма.

Рис. 8. Электрические усилители рулевого управления: а — с воздействием на рулевой вал; б — с воздействием на шестерню рулевого механизма; в — с воздействием на рейку рулевого механизма Электроусилитель с воздействием на вал рулевого колеса может быть установлен без серьезных переделок на автомобили при условии, что прочность деталей рулевого управления окажется достаточной.

Пока электроусилители применяются лишь на легких автомобилях, поскольку существующие бортовые источники электроэнергии не могут обеспечить работу электродвигателя высокой мощности. Но в случае перехода на более высокое напряжение бортовой сети (например, 42 В) можно ожидать расширения сферы применения электроусилителей.

ГЛАВА 2. КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЯ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Техническое состояние рулевого управления автомобиля непосредственно влияет на безопасность движения. Поэтому к его состоянию предъявляются повышенные требования, которые содержатся в ГОСТ Р 51 709−2001 и в руководящих документах РД200 РСФСР 15−0150−81, РД 37.009.010−85 и РД200 РСФСР 0086−79. Требования к рулевому управлению содержатся также в технологической документации на ремонт и техническое обслуживание автомобилей и в инструкциях по эксплуатации конкретных моделей автомобилей. В результате длительной эксплуатации без необходимых регулировок люфт рулевого колеса возрастает.

Числовым показателем ГОСТа, нормирующим работу элементов рулевого механизма, является суммарный люфт рулевого колеса, который при испытаниях не должен превышать следующие допустимые значения [12,15,16]:

для легковых автомобилей и созданных на базе их агрегатов грузовых автомобилей и автобусов — 10^о;

автобусов — 20^о;

грузовых автомобилей — 25^о.

Суммарный люфт рулевого управления автомобилей может быть измерен несколькими приборами. Наиболее распространенными являются электронный измеритель люфта модели К-526, механический люфтомер модели К-524, прибор модели К-402 и др.

Испытания автомобилей, оборудованных усилителем рулевого привода, проводят при работающем двигателе. Номенклатура соответствующего испытательного оборудования разнообразна. Одной из них является установка К-465М.

Автомобиль считается выдержавшим испытание, если полученные значения суммарного люфта не превышают допустимых значений.

При подготовке АТС к этапу проверки необходимо провести очередное обслуживание узлов и деталей рулевого механизма, проверить уровень рабочей жидкости и натяжение приводного ремня насоса в системе усилителя рулевого управления, проверить затяжку и фиксацию резьбовых соединений деталей и узлов, состояние пыльников и защитных кожухов.

Управляющий элемент рабочей системы рулевого управления должен быть для оператора органом рулевого управления при любых обстоятельствах.

Чувствительность к управлению рабочей системы рулевого управления должна позволять квалифицированному оператору уверенно вести машину по заданной траектории при выполнении всех операций, для которых предназначена данная машина. Машины с максимальной расчетной скоростью заднего хода, превышающей 20 км/ч, должны иметь аналогичные показатели в части усилий на рулевом колесе, эффективности и продолжительности работы системы рулевого управления при движении передним и задним ходом. Для контроля следует проводить специальные расчеты. Испытания при движении задним ходом не проводят.

Гидравлические контуры систем рулевого управления, при их наличии, должны включать в себя следующие элементы и иметь следующие характеристики:

a) устройства для контроля и регулировки давления, необходимые для предотвращения возникновения избыточных давлений в гидросистеме;

b) гибкие рукава, фитинги и трубопроводы с разрывным давлением, не менее чем в четыре раза превышающим наибольшее предельное давление, установленное устройствами для регулировки давления энергетического источника (источников) рабочей и аварийной систем рулевого управления;

c) разводку трубопроводов, позволяющую избежать чрезмерных изгибов, скручивания, трения и защемления установленных рукавов.

Надежность системы рулевого управления должна быть обеспечена правильным выбором ее элементов, их конструкцией и компоновкой, удобной для проверки и технического обслуживания.

Компоновка элементов и кинематическая схема системы рулевого управления должны сводить к минимуму последствия воздействия, вызываемые работой других систем машины. Изгиб или смещение элементов подвески, боковые наклоны машины, качение осей и отклонения от курса, связанные с возникновением крутящих моментов от действия привода и тормозов, относятся к тем факторам, которые должны быть минимизированы путем выбора соответствующего расположения и соответствующей геометрии элементов системы рулевого управления.

Последствия воздействия внешних сил при эксплуатации машины в условиях, для которых она предназначена, не должны в значительной степени влиять на ее управляемость.

Указанные системы должны быть отделены (независимы) от других силовых устройств и контуров. Если это невозможно, то системы рулевого управления с усилителем и с силовым приводом должны иметь преимущество по сравнению с другими системами или контурами, исключая аварийную систему рулевого управления и аварийную тормозную систему, эффективность которой должна соответствовать требованиям ИСО 3450.

Если от рабочего энергетического источника системы рулевого управления снабжаются другие системы (потребители), то любой отказ этих систем (потребителей) необходимо рассматривать как отказ рабочего энергетического источника системы рулевого управления.

Для машин, оснащенных аварийной системой рулевого управления, желательно, чтобы эта система была независима от других силовых устройств и контуров. Если это невозможно, то устройства и контуры аварийной системы рулевого управления должны иметь преимущество по сравнению с другими системами или контурами, исключая резервную тормозную систему, эффективность которой должна соответствовать требованиям ИСО 3450.

Руководство для оператора машин с аварийной системой рулевого управления должно содержать следующую информацию:

a) указание о том, что машина оборудована аварийной системой рулевого управления;

b) пределы возможностей аварийной системы рулевого управления;

c) методы полевых испытаний для проверки работоспособности аварийной системы рулевого управления.

Эргономические требования

Машина должна поворачиваться в направлении, соответствующем направлению перемещения управляющего элемента системы рулевого управления, т. е. вращение рулевого колеса по часовой стрелке должно вызывать поворот машины вправо, вращение против часовой стрелки — влево.

Неравномерность перемещения управляющего элемента системы рулевого управления, производимого для получения заданного угла поворота колес 30°, между правым и левым поворотами не должна превышать 25%. Этот показатель может быть проверен расчетом. Для систем рулевого управления с поворотными кулаками и трапецией этот угол относится к колесам, расположенным с внутренней стороны поворота.

Если для продолжения изменения угла поворота необходимо продолжение перемещения управляющего элемента системы рулевого управления, желательно выполнить большее перемещение управляющего элемента в положении прямолинейного движения, что достигается обычно применением червячного рулевого механизма с переменным передаточным числом.

Технические требования

Машина должна быть оснащена устройством предупредительной сигнализации, оповещающим об отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления. Это устройство должно обеспечивать звуковую или визуальную сигнализацию и должно срабатывать при отказе рабочего энергетического источника. Однако аварийный энергетический источник или устройство предупредительной сигнализации не устанавливают, если аварийная управляемость машины соответствует требованиям и не зависит от продолжительности и числа включений системы рулевого управления; при этом значительное увеличение усилия управления или значительное увеличение перемещения рулевого колеса при повороте на данный угол дает оператору сигнал об отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления.

Устройство предупредительной сигнализации аварийной системы рулевого управления должно действовать также и при движении машины задним ходом, если максимальная расчетная скорость заднего хода превышает 20 км/ч.

Аварийная система рулевого управления для систем с силовым приводом

Машины, оборудованные системой рулевого управления с силовым приводом, должны иметь аварийный энергетический источник аварийной системы рулевого управления. Машина должна быть оснащена устройством предупредительной сигнализации, оповещающим об отказе рабочего энергетического источника системы рулевого управления. Это устройство должно обеспечивать звуковую или визуальную сигнализацию и должно срабатывать при отказе рабочего энергетического источника.

Данная аварийная система рулевого управления должна действовать также и при движении машины задним ходом, если максимальная расчетная скорость заднего хода превышает 20 км/ч.

Испытательные коридоры

Размеры испытательного коридора, указанные на рисунке 9, определяют в зависимости от диаметра окружности поворота по следу колес, колесной базы, ширины машины по шинам и типа машины.

Рис. 9. Испытательный коридор

Указанные на рисунке 9 размеры являются минимальными и должны обеспечивать соответствующий испытательный коридор для самых маленьких машин.

Колесной базой многоосной машины при установлении размеров испытательного коридора по рисунку 9 является расстояние между осями первого переднего и последнего заднего мостов.

Возможно использование испытательных коридоров, зеркально-симметричных по отношению к изображенным на рисунке 9.

На машины, которые могут быть укомплектованы шинами различных типоразмеров, при испытаниях должны быть установлены шины из числа рекомендованных изготовителем, имеющие наименьшую ширину протектора.

Требования к испытуемым машинам

Самоходные скреперы и землевозы должны быть подвергнуты испытаниям при максимальном указанном изготовителем значении максимальной полной массы машины с грузом и расчетном распределении ее по осям, включая виды оборудования наибольших масс, рекомендуемых изготовителем для одновременного монтажа, массу оператора (75 кг) и топлива при полной заправке бака.

Колесные погрузчики, колесные тракторы, экскаваторы, экскаваторы-погрузчики и автогрейдеры должны быть подвергнуты испытаниям при максимальном указанном изготовителем значении массы машины без груза, включая массу наиболее тяжелых видов оборудования и рабочих органов, рекомендуемых изготовителем для одновременного монтажа и создающих наибольшую нагрузку на управляемый мост (мосты), массу оператора (75 кг) и топлива при полной заправке бака.

Все параметры элементов машины, влияющие на ее управляемость, а именно: размеры шин и давление воздуха в шинах, давление и расход рабочей жидкости, момент включения устройства предупредительной сигнализации и т. д., — должны соответствовать указаниям изготовителя.

Испытания систем рулевого управления

Испытания, проводимые со всеми системами рулевого управления

Все системы рулевого управления должны выдерживать без нарушения функционирования усилие 900 Н, приложенное к командному органу рулевого управления в направлении его перемещения.

Испытания рабочей системы рулевого управления

Эффективность системы рулевого управления должна быть достаточной для того, чтобы при движении машины с максимальной скоростью переднего хода следы ее колес не выходили за границы прямого испытательного коридора длиной 100 м и шириной, в 1,25 раза превышающей максимальную наружную ширину колеи. Допускается корректировать направление движения машины с помощью системы рулевого управления.

Машины с задними управляемыми колесами должны быть испытаны при движении со скоростью (8 2) км/ч по круговой траектории диаметром, соответствующим приблизительно половине значения наибольшего угла поворота. При освобождении управляющего элемента системы рулевого управления угол поворота не должен увеличиваться.

Система рулевого управления должна обеспечивать удержание колес машины в границах испытательного коридора, указанного на рисунке 1, проложенного в соответствии с разделом 7. Машины должны двигаться передним ходом с установившейся скоростью (16 2) км/ч начиная от момента, когда оси передних колес войдут в коридор, до момента, когда оси передних колес достигнут конца коридора. При этом регистрируют усилие рулевого управления, которое не должно превышать 115 Н. Допускается провести нескольких пробных заездов, чтобы позволить оператору отработать навык плавного, постепенного приложения мускульного усилия к командному органу рулевого управления.

Испытания аварийной системы рулевого управления

Для оценки функционирования аварийной системы рулевого управления проверяют устройства предупредительной сигнализации.

Подача мощности от двигателя к рабочей системе рулевого управления должна быть прекращена, поскольку мощность двигателя используется для вождения машины по испытательным коридорам.

Эффективность аварийной системы рулевого управления должна быть достаточной, чтобы при движении машины со скоростью (16 2) км/ч следы ее колес не выходили за границы прямого испытательного коридора длиной 100 м и шириной, в 1,25 раза превышающей ширину машины по шинам. Допускается корректировать направление движения машины с помощью системы рулевого управления.

В начале любого заезда при испытаниях аварийной системы рулевого управления энергетический уровень аварийного энергетического источника системы рулевого управления не должен превышать энергетический уровень рабочего источника (нормальный уровень) в момент срабатывания устройства предупредительной сигнализации, оповещающего об отказе рабочего энергетического источника.

Аварийная система рулевого управления должна обеспечивать достаточное исполнительное усилие и продолжительность работы для выполнения требований при безостановочном прохождении машиной испытательного коридора согласно рисунку 9 со скоростью (8 ± 2) км/ч с момента входа осей передних колес в коридор до момента достижения осями передних колес конца коридора.

Система аварийного рулевого управления должна обеспечивать достаточное исполнительное усилие и скорость поворота для выполнения требований при безостановочном прохождении машиной испытательного коридора согласно рисунку 9 со скоростью (16 2) км/ч с момента входа осей передних колес в коридор до момента достижения осями передних колес конца коридора.

Во время испытаний регистрируют усилие рулевого управления, которое не должно превышать 350 Н. Допускается провести несколько пробных заездов, чтобы позволить оператору отработать навык плавного, постепенного приложения мускульного усилия к управляющему элементу системы рулевого управления.

Испытание на быстродействие аварийной системы рулевого управления по данному пункту проводят при выполнении машиной маневра в испытательном коридоре, показанном на рисунке 10, со скоростью (16 2) км/ч. Маневр выполняют в противоположную сторону по сравнению с изображенным на рисунке 10, если был применен испытательный коридор, зеркально-симметричный по отношению к изображенному на рисунке 9. Испытание начинают при нормальном энергетическом уровне аварийной системы рулевого управления. Поворот начинают в точке А. В начальный момент воздействия на командный орган рулевого управления должно срабатывать устройство для нанесения отметок на опорную поверхность, размещенное под передним мостом машины, и одновременно оператор имитирует отказ рабочего энергетического источника (источников) системы рулевого управления. Машина должна выполнить поворот на 90°, при этом следы колес должны остаться в установленных границах.

А — расстояние, в 1,1 раза превышающее диаметр окружности поворота по следу колес, или 14 м в зависимости оттого, какой из размеров больше; В — расстояние, в 1,75 раза превышающее диаметр окружности поворота по следу колес, или 22 м в зависимости от того, какой из размеров больше; С — расстояние, в два раза превышающее максимальную колесную базу, или 15 м в зависимости от того, какой из размеров меньше; D — расстояние, в 2,5 раза превышающее максимальную ширину по шинам; Е — расстояние, в 1,25 раза превышающее максимальную ширину по шинам.

Рисунок 10 — Быстродействие аварийной системы рулевого управления, А — расстояние, в 1,1 раза превышающее диаметр окружности поворота по следу колес, или 14 м в зависимости от того, какой из размеров больше.

Глава3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА АВТОМОБИЛЕЙ

3.1 Требования к испытательному оборудованию и погрешности измерений

Погрешности показаний измерительной системы не должны превышать значений, указанных в таблице 1, для соответствующих диапазонов измерений.

Таблица 1

Датчики для измерения различных параметров должны быть установлены в соответствии с инструкциями их использования и обеспечивать требуемую точность измерений.

Страховочные приспособления, предотвращающие опрокидывание АТС при испытаниях, должны быть оснащены элементами, защищающими от повреждений внешние панели и детали АТС.

Для определения поперечной статической устойчивости АТС используют стенд (стенд-опрокидыватель), имеющий платформу, размеры которой позволяют разместить автомобиль, прицеп или седельный автопоезд.

Опорная поверхность платформы стенда должна поворачиваться вокруг оси, параллельной продольной оси АТС, на угол не менее 60° относительно горизонтальной плоскости. Платформа должна быть оснащена страховочными приспособлениями в виде цепей или тросов и упорами, которые должны предотвращать скольжение шин АТС в поперечном направлении.

АТС при дорожных испытаниях не должны сбивать вертикальные элементы разметок полос движения.

3.2 Условия проведения испытаний

Техническое состояние АТС, их агрегатов и узлов должно соответствовать техническим условиям или другой технической документации предприятия-изготовителя, утвержденной в установленном порядке.

Седельные тягачи испытывают в составе автопоезда, при этом прицепной состав испытывают со штатными тягачами.

Допускается проведение испытаний прицепов на статическую устойчивость без тягача.

При проведении испытаний должны соблюдаться требования руководства по эксплуатации.

Износ шин АТС перед испытаниями должен быть равномерным и не должен превышать 40% полной высоты протектора.

Перед испытаниями АТС нагружают до полной массы, заявленной предприятием-изготовителем.

Масса балласта, имитирующего людей, должна соответствовать следующим значениям:

— водитель и единица обслуживающего персонала в грузовом автомобиле и автобусе — (75 ± 1) кг;

— водитель легкового автомобиля, пассажир легкового автомобиля и автобуса — (68 ± 1) кг. Масса балласта, имитирующего людей, для АТС, разработанных по заказу Минобороны России, должна соответствовать значениям, указанным в нормативной документации.

В качестве балласта, имитирующего людей, рекомендуется применять объемные манекены.

Платформы грузовых автомобилей и прицепов нагружают балластом в соответствии с их грузоподъемностью таким образом, чтобы высота центра массы балласта над платформой соответствовала высоте центра масс при равномерном распределении по платформе груза плотностью (0,80 ± 0,05) т/м³. Для полноприводных грузовых автомобилей центр массы балласта должен располагаться на высоте середины бортов платформы с учетом надставных бортов.

Специализированные АТС испытывают при высоте центра массы балласта, исходя из плотности груза, для перевозки которого предназначено данное специализированное АТС, подтвержденной документацией предприятия-изготовителя.

В качестве балласта для цистерн допускается использовать воду.

Участок дороги, на котором проводят испытания, должен быть горизонтальным, сухим, ровным, чистым, с асфальтобетонным покрытием.

Под сухим покрытием понимают асфальтобетонное покрытие с коэффициентом сцепления 0,75 ± 0,05.

Максимально допустимый уклон в любом направлении — не более 1%. Участок дороги для испытаний «прямая» не должен иметь локальных выступов и впадин, превышающих по высоте и глубине 20 мм, если их площадь превышает 20 см².

Дороги, на которых проводят испытания «пробег», должны быть как с сухим, так и с мокрым покрытием.

Под мокрым покрытием понимают асфальтобетонное покрытие, политое водой, с коэффициентом сцепления 0,3 — 0,6.

Участки испытаний размечают эластичными элементами, ограничивающими ширину коридора движения в зависимости от габаритной ширины АТС по колесам на высоте 150 мм.

Размеры участков и схемы разметки приведены в разделах стандарта, описывающих соответствующие методики.

При испытаниях скорость ветра не должна превышать 5 м/с в любом направлении. Испытания проводят при температуре окружающего воздуха от минус 5 °C до плюс 30 °C.

Состояние атмосферы при проведении дорожных испытаний должно обеспечивать видимость не менее 1000 м.

Перед проведением испытательных заездов проверяют давление воздуха в шинах, прогревают агрегаты и шины АТС пробегом не менее 15 км.

Во время испытаний оформляют протокол, в котором отмечают условия испытаний, выполненные заезды с указанием их особенностей (появление сноса, заноса, курсовых колебаний и их демпфирование, отрыва колес от поверхности дороги, возможные отклонения от условий испытаний, отклонения в работе средств измерений, замечания водителей-испытателей, оператора и контролера, результаты замеров).

3.3 Определение усилия на рулевом колесе

Определение усилия на рулевом колесе

Испытания «усилие на рулевом колесе» предназначены для определения усилий, которые должен прилагать водитель для поворота управляемых колес.

Испытания «усилие на рулевом колесе» проводят на испытательном участке дороги как на неподвижном АТС, так и на движущемся со скоростью 10 км/ч при переходе от прямолинейного движения к движению по окружности радиуса R_п = 12 м или минимального радиуса R_мин, если он больше 12 м, внутри которой находятся проекции всех точек АТС, за исключением внешних зеркал и передних указателей поворота.

Проведение испытаний на неподвижном АТС

При наличии рулевого усилителя испытания проводят с работающим в режиме холостого хода двигателем, при отсутствии усилителя — с неработающим двигателем.

На неподвижном испытуемом АТС медленно поворачивают рулевое колесо из нейтрального положения вправо до упора. Фиксируют положение рулевого колеса и перемещают АТС на 0,4 — 0,6 м вперед или назад, после чего на неподвижном АТС поворачивают рулевое колесо из крайнего правого положения в крайнее левое положение. Фиксируют положение рулевого колеса и проводят следующее перемещение АТС на 0,4 — 0,6 м, после чего на неподвижном АТС возвращают рулевое колесо в нейтральное положение. Максимальное значение угловой скорости поворота рулевого колеса, замеренное по зависимости d_н = f (t), не должно превышать 60°/с. Допускается кратковременная остановка рулевого колеса без снижения усилия на нем.

Производят не менее двух полных поворотов рулевого колеса из одного крайнего положения в другое.

В процессе испытаний непрерывно измеряют и регистрируют:

d_н — угол поворота рулевого колеса, град;

F_н — усилие на рулевом колесе, Н;

t — время поворота рулевого колеса, с.

Результатами испытаний являются средние по всем замерам значения усилий на рулевом колесе при его повороте отдельно влево F_н.л и вправо F_н.п на углы, соответствующие движению по окружности с габаритным радиусом R_п = 12 м или по окружности минимального габаритного радиуса R_min, если он больше 12 м.

Проведение испытаний при движении АТС

АТС разгоняют до скорости (10 ± 2) км/ч, и с этой скоростью оно движется равномерно и прямолинейно.

Передачу в коробке передач выбирают наивысшую, которая обеспечивает устойчивую работу двигателя.

При въезде на испытательный участок поворачивают рулевое колесо с постоянной угловой скоростью поочередно: в одну сторону до крайнего положения, а затем в другую сторону также до крайнего положения.

Для АТС всех категорий без рулевого усилителя или с работающим усилителем скорость поворота рулевого колеса задают такую, чтобы обеспечить переход АТС в течение (4,00 ± 0,25) с от прямолинейного движения к движению по окружности, габаритный радиус которой R_п равен (12,00 ± 0,05) м, или по окружности минимального габаритного радиуса, если R_мин больше 12 м.

Для АТС с неработающим рулевым усилителем скорость поворота рулевого колеса задают такую, чтобы обеспечить переход АТС категорий М₁, М₂, N₁ и N₂ в течение (4,00 ± 0,25) с, а для АТС категорий М₃ и N₃ в течение (6,00 ± 0,25) с от прямолинейного движения к движению по окружности, радиус которой (20,00 ± 0,05) м.

Неисправность усилителя следует имитировать отсоединением гидронасоса или энергопитания электроусилителя.

В процессе испытаний измеряют и регистрируют:

d_н — угол поворота рулевого колеса, град;

F_н — усилие на рулевом колесе, Н;

v — скорость движения, км/ч;

t — время поворота рулевого колеса, с.

Испытания «стабилизация»

Испытания «стабилизация» предназначены для определения параметров, характеризующих самовозврат управляемых колес и рулевого колеса в нейтральное положение.

Проведение испытаний

Оценку показателей стабилизации рулевого управления проводят при равномерном движении АТС внутренним (к центру поворота) управляемым колесом (или колесами) по дуге окружности радиусом 50 м с расположением следа пятна контакта шины в диапазоне полосы движения радиусом от 50 до 51 м со скоростями (50 ± 2) км/ч для АТС категорий М₁, N₁, (40 ± 2) км/ч — для АТС категорий М₂, М₃, N₂, N₃ с последующим уходом АТС с круговой траектории после освобождения обода рулевого колеса от прилагаемых усилий. Скорость поддерживают постоянной до прекращения вращения освобожденного от усилий рулевого колеса, но не более 6 с, после чего испытательный заезд считают законченным. По истечении 6 с регистрируют угол, оставшийся до возврата в нейтральное положение, или фиксируют возврат в нейтральное положение. При повороте рулевого колеса в каждую сторону проводят не менее трех заездов.

В процессе испытаний измеряют и регистрируют по времени угол поворота рулевого колеса d_н.

Результатами испытаний являются:

— средние значения остаточного угла поворота рулевого колеса;

— вывод о наличии или отсутствии колебаний рулевого колеса.

Испытания «опрокидывание на стенде»

Испытания проводят с целью определения показателей поперечной устойчивости против опрокидывания при наклоне платформы стенда до величины, при которой наблюдается отрыв колес одной стороны одиночного АТС или колес одной стороны одного из звеньев седельного автопоезда от опорной поверхности.

Испытания «опрокидывание на стенде» проводят на стенде с опрокидывающей платформой. Испытуемое АТС устанавливают на опорной поверхности платформы таким образом, чтобы его

продольная ось была параллельна оси поворота платформы. Управляемые колеса АТС должны находиться в положении, соответствующем прямолинейному движению. Стояночный тормоз при этом должен быть включен. Для предотвращения скольжения и опрокидывания АТС устанавливают соответствующие приспособления.

Наклон платформы осуществляют с угловой скоростью, не превышающей 0,5°/с, до отрыва одного, а затем всех колес одной стороны одиночного АТС (звена автопоезда) от опорной поверхности. Момент отрыва определяют визуально.

Платформу возвращают в исходное положение.

В процессе испытаний измеряют и регистрируют:

a_j — угол наклона опорной поверхности опрокидывающей платформы относительно горизонтальной опорной поверхности;

jў_пj, jў_зj — углы наклона подрессоренных масс АТС относительно горизонтальной опорной поверхности в зонах переднего и заднего свесов, соответственно, в местах, удобных для установки измерительных приборов (на элементах вторично подрессоренных масс измерения не проводят),

где j — порядковый номер зачетного измерения.

При положении платформы, соответствующем углу опрокидывания АТС, дополнительно измеряют боковые деформации шин каждой из осей АТС.

На записях a = f (t), jў_п = f (t) и jў_з = f (t) делают отметки в моменты отрыва колес одной стороны от платформы.

Допускается ступенчатый подъем платформы с регистрацией углов a и j при остановках платформы через каждые 1° - 2° в области, близкой к отрыву всех колес одной стороны от платформы.

Величины углов крена подрессоренных масс АТС (звена автопоезда) относительно платформы, при которых происходит отрыв колес одной стороны от платформы в зонах переднего j_пj и заднего j_зj свесов, определяют по формулам:

j_пj = jў_пj — a_j, (1)

j_зj = jў_зj — a_j (2)

для каждого j-го зачетного измерения.

Средние значения углов крена подрессоренных масс в центре масс определяют по формуле

(3)

где l₁ — расстояние от переднего сечения, в котором проводят измерение крена, до центра масс АТС;