Введение

Тип рулевого управления в транспортных средствах и судах (кораблях и лодках). Рулевые колеса в сухопутных транспортных средствах.

Рулевое колесо (также называемое рулем, ручным колесом или просто колесом) – это тип рулевого управления в транспортных средствах. Рулевые колеса используются в большинстве современных наземных транспортных средств, включая все автомобили массового производства, автобусы, легкие и тяжелые грузовики, а также тракторы. Рулевое колесо – это часть системы рулевого управления, которой управляет водитель; остальная часть системы реагирует на действия водителя. Это может осуществляться посредством прямого механического контакта, как в рулевых механизмах с рециркуляцией шариков или реечными, с или без помощи гидравлического усилителя руля (HPS), или, как в некоторых современных серийных автомобилях, с помощью компьютерно-управляемых двигателей, известных как электроусилитель руля.

История

В начале XVIII века появилось большое количество морских судов, использующих штурвал, но историки точно не знают, когда именно этот способ управления был впервые применен. Первые автомобили управлялись с помощью рычага, но в 1894 году Альфред Вашерон принял участие в гонке Париж — Руан на модели Panhard 4 л.с., которую он оснастил рулевым колесом. Считается, что это одно из самых ранних применений данного принципа. С 1898 года автомобили Panhard et Levassor комплектовались рулевыми колесами в стандартной комплектации. Чарльз Роллс представил первый автомобиль в Великобритании с рулевым колесом, импортировав 6-сильный Panhard из Франции в 1898 году. Артур Константин Кребс заменил рычаг управления на наклонный руль в автомобиле Panhard, который он спроектировал для гонки Париж — Амстердам — Париж 1898 года, проходившей с 7 по 13 июля 1898 года. В 1898 году Томас Б. Джеффри и его сын Чарльз Т. Джеффри разработали два передовых экспериментальных автомобиля с передним расположением двигателя и рулевым колесом, установленным слева. Однако, этот ранний автопроизводитель выбрал более "традиционную" схему с задним расположением двигателя и управлением рычагом для своего первого серийного выпуска Rambler в 1902 году. К 1904 году все Rambler были оснащены рулевыми колесами. В течение десятилетия рулевое колесо полностью вытеснило рычаг управления в автомобилях. По настоянию Томаса Б. Джеффри, посадочное место водителя также было перенесено на левую сторону автомобиля в ходе производства Rambler 1903 года. Большинство других автопроизводителей начали предлагать автомобили с левым рулем в 1910 году. Вскоре после этого большинство автомобилей в США перешли на левостороннее управление.

Пассажирские автомобили

Рулевые колеса для легковых автомобилей обычно имеют круглую форму и крепятся к рулевому валу через ступицу, соединенную с внешним кольцом рулевого колеса одной или несколькими спицами (односпицевые рули – довольно редкое исключение). Другие типы транспортных средств могут использовать круглую форму, форму бабочки или другую конструкцию. В странах с левосторонним движением рулевое колесо обычно расположено справа (праворульное управление или RHD), и наоборот – в странах с правосторонним движением (леворульное управление или LHD). Помимо управления автомобилем, на рулевом колесе обычно располагается кнопка звукового сигнала. В современных автомобилях на рулевом колесе могут быть установлены дополнительные элементы управления, такие как круиз-контроль, аудиосистема и управление телефоном, а также лепестки переключения передач, чтобы водителю не приходилось отрывать руки от руля. Ранее рулевые колеса были жесткими и устанавливались на нескладные рулевые колонки. Это повышало риск травмирования водителя при серьезном столкновении. Первая складная рулевая колонка была изобретена в 1934 году, но не получила коммерческого успеха. К 1956 году компания Ford представила руль безопасности, установленный выше рулевой колонки со спицами, которые могли изгибаться, однако сама колонка оставалась жесткой. В 1968 году в США были введены правила (FMVSS Standard No. 204), касающиеся допустимого смещения рулевого колеса назад при аварии. Для соответствия этому стандарту требовалось использование складных рулевых колонок. До этого изобретения Citroën DS оснащался изогнутым и смещенным от центра односпицевым рулем, предназначенным для отклонения водителя от рулевой колонки в случае столкновения. Усилитель руля облегчает управление автомобилем. Современные усилители руля почти повсеместно используют гидравлическую систему, хотя электрические системы постепенно заменяют эту технологию. Ранее использовались механические усилители руля, например, на автомобилях Studebaker 1953 года выпуска. Однако гидравлические системы оказались более распространенными. Хотя другие способы управления легковыми автомобилями были результатом экспериментов, например, система управления "запястьем" концепт-кара Mercury Park Lane 1965 года, управляемая двумя кольцами, ни одна из них не получила такого же успеха, как традиционное большое рулевое колесо. Правила, установленные Министерством транспорта США для легковых автомобилей, требовали блокировки вращения рулевого колеса (или блокировки трансмиссии в положении "парковка") для предотвращения угона транспортных средств; в большинстве автомобилей это достигается при извлечении ключа зажигания из замка зажигания. См. блокировка рулевого управления.

Другие конструкции

Сиденье водителя, а следовательно и рулевое колесо, расположено по центру в некоторых высокопроизводительных спортивных автомобилях, таких как McLaren F1, и в большинстве болидов Формулы-1. Поскольку водители могут держать руки на руле в течение многих часов, конструкция рулевого колеса разрабатывается с учетом эргономики. Однако, наиболее важным является то, чтобы водитель мог эффективно передавать крутящий момент на рулевое управление; это особенно важно в автомобилях без усилителя руля или в редких случаях его отказа. Типичное рулевое колесо круглой формы состоит из стального или магниевого обода с пластиковой или резиновой накладкой. Некоторые водители приобретают виниловые или текстильные чехлы на руль для улучшения сцепления или комфорта, либо просто в качестве декоративного элемента. Еще одним приспособлением, облегчающим управление, является броди-ручка. Аналогичным устройством в авиации является штурвал. Суда, не управляемые с помощью кормового руля, направляются с помощью штурвала, который, возможно, и послужил источником вдохновения для создания рулевого колеса. Рулевое колесо превосходит другие интерфейсы управления и сохранилось благодаря тому, что вождение требует точной обратной связи, которую обеспечивает только большой интерфейс. Ранние автомобили Формулы-1 использовали рулевые колеса, взятые непосредственно от серийных автомобилей. Обычно они изготавливались из дерева (что требовало использования водительских перчаток), и при отсутствии ограничений по габаритам, их диаметр старались сделать максимально большим, чтобы уменьшить усилие, необходимое для поворота. По мере того, как автомобили становились все ниже и кабины уже в 1960-х и 1970-х годах, рулевые колеса уменьшались в размере, чтобы соответствовать более компактному пространству.

Спайки в рулевом колесе

Количество спиц руля постоянно менялось. У большинства ранних автомобилей было рулевое колесо с четырьмя спицами. Руль типа "банджо" предлагался как опция для ранних автомобилей. Он появился до изобретения усилителя руля. Проволочные спицы служили амортизатором между руками водителя и неровностями дороги. Большинство таких рулей имели 3 или 4 спицы, каждая из которых состояла из четырех или пяти проволок, отсюда и название "банджо".

Колесо наклона

Первоначальное регулируемое рулевое колесо было разработано Эдвардом Джеймсом Лобделлом в начале 1900-х годов. 7-позиционное регулируемое рулевое колесо было представлено подразделением Saginaw компании General Motors в 1963 году для всех подразделений легковых автомобилей, за исключением Chevrolet, которое получило его в 1964 году. Это рулевое колесо также поставлялось другим американским автопроизводителям (кроме Ford). Изначально являясь роскошной опцией для автомобилей, функция регулировки позволяет изменять положение рулевого колеса, перемещая его вверх и вниз по дуге. Регулируемые рулевые колеса используют шарнирное соединение с храповым механизмом, расположенное в рулевой колонке непосредственно под рулевым колесом. Отключая храповой фиксатор, можно регулировать колесо вверх или вниз, в то время как рулевая колонка остается неподвижной ниже соединения. В некоторых конструкциях точка поворота смещена немного вперед по колонке, что обеспечивает значительный вертикальный ход руля при небольшом наклоне, в то время как в других конструкциях точка поворота расположена почти в центре рулевого колеса, что позволяет регулировать угол наклона руля практически без изменения его высоты.

Регулируемая рулевая колонка

Напротив, регулируемая рулевая колонка позволяет изменять высоту рулевого колеса с незначительной, но полезной регулировкой наклона. Большинство таких систем используют компрессионные замки или электродвигатели вместо храповых механизмов; последние могут запоминать положение для конкретного водителя или перемещаться вверх и вперед для облегчения посадки и выхода.

Колесо телескопа

Многие британские автомобили, выпущенные до войны, предлагали телескопические рулевые колеса, для регулировки которых требовалось ослабить стопорную гайку, многие из которых использовали Douglas ASW (регулируемое рулевое колесо). В 1949 году Jaguar XK120 представил новое рулевое колесо от Bluemel, которое водитель мог регулировать, просто ослабив втулку вокруг рулевой колонки рукой. Ford Thunderbird 1955–1957 годов имел аналогичную конструкцию с общим ходом регулировки. В 1956 году ход регулировки был ограничен до. В июле 1942 года Бернард Маурер из подразделения Saginaw Steering Gear компании General Motors (ныне Nexteer Automotive) подал заявку на патент на телескопическое рулевое колесо, но GM не стал предлагать собственное телескопическое колесо до появления опционального телескопического колеса на Corvette и Corvair 1965 года, а также опционального колеса с регулировкой наклона и вылета на Cadillac 1965 года. Рулевая колонка GM освобождалась путем поворота фиксирующего кольца, окружающего центральную ступицу, и обеспечивала диапазон регулировки.

Рулевое колесо с отклонением

Впервые представленный на Ford Thunderbird 1961 года и ставший доступным на других моделях Ford в течение 1960-х годов, руль с механизмом Swing-away позволял рулевому колесу смещаться вправо, когда рычаг переключения передач находился в положении "Парковка", облегчая посадку и выход водителя.

Рулевое колесо с отклоном

Введен компанией Ford в 1967 году после внесения изменений в требования Федеральных стандартов безопасности автотранспортных средств. Хотя он являлся заменой откидывающегося рулевого колеса, которое не соответствовало обновленным стандартам безопасности, он обеспечивает ограниченный диапазон движений, но добавляет удобства благодаря автоматической функции возврата в исходное положение по сравнению с предыдущей моделью.

Рулевое колесо с быстродействующим разъемом

Некоторые рулевые колеса могут быть установлены на отсоединяемый ступичный узел, также известный как быстросъемный узел. Руль можно снять без использования инструментов, просто нажав кнопку. Эта система широко используется в гоночных автомобилях с ограниченным пространством, чтобы облегчить водителю посадку и высадку, а также в других автомобилях в качестве противоугонного устройства. Быстросъемные соединители часто специфичны для определенной марки, хотя некоторые из них взаимозаменяемы. Наиболее распространенная схема крепления – 6х70 мм, что означает схему расположения шести болтов по окружности диаметром 70 мм. Другие распространенные схемы расположения болтов – 3х, 5х, 6х74 мм и 6х. Повороты рулевого колеса, совершаемые при неподвижном автомобиле, называются "сухим рулением". Обычно рекомендуется избегать "сухого руления", так как это создает нагрузку на рулевое управление и приводит к преждевременному износу шин.

Кнопки и элементы управления на рулевом колесе

Первой кнопкой, добавленной на рулевое колесо, был выключатель для активации электрического клаксона автомобиля. Традиционно располагавшийся в центре рулевого колеса или на центральной накладке, выключатель клаксона иногда размещали на спицах или активировали с помощью декоративного кольца клаксона, что избавляло от необходимости отводить руку от обода. Электрические соединения осуществляются через контактное кольцо. Дальнейшим развитием стало рулевое колесо Rim Blow, в котором выключатель клаксона был интегрирован в обод рулевого колеса. В 1966 году Ford предложил опцию Highway Pilot Speed Control на своем Thunderbird, с переключателями-качающимися на рулевой накладке. Уникальной особенностью Thunderbird было также легкое торможение и включение стоп-сигналов при непрерывном нажатии на педаль Retard при включенном, но не активированном круиз-контроле. В 1974 году Lincoln добавил два переключателя-качающихся на рулевое колесо для управления различными функциями круиз-контроля на Continental и Continental Mark IV. В 1988 году Pontiac предложил рулевое колесо с 12 кнопками для управления различными аудиофункциями на Trans Am, 6000 STE и Bonneville. В 1990-х годах на рулевых колесах автомобилей стало появляться множество новых кнопок. Дистанционное или альтернативное управление могло включать в себя аудиосистему, телефон и голосовую навигацию. Часто используются колеса прокрутки или кнопки для регулировки громкости, переключения по меню, изменения радиостанций или аудиодорожек. Эти элементы управления могут использовать универсальные интерфейсы, проводные или беспроводные.

Игровые имитации

Игровые контроллеры, выполненные в виде руля и предназначенные для использования в гоночных играх, доступны для аркадных автоматов, персональных компьютеров и консольных игр. Одним из ранних примеров является Telstar Arcade, в которой в 1977 году появился руль для игры Road Race, поставлявшейся в комплекте с устройством. Некоторые современные игровые рули используют технологию обратной связи, чтобы имитировать тактильные ощущения, которые испытывает настоящий водитель при управлении автомобилем, а также оснащены кнопками для расширения возможностей управления.