Системы 4WS: главное — манёвры
Преимущества автомобилей, управлением которых заведуют не только передние, но и задние колеса, в плане маневренности очевидны. Например, система 4WS (4 Wheel Steer — четыре управляемых колеса) обеспечивает полноуправляемой модификации Honda Prelude уменьшенный на 15% (или на 0,8 м) радиус поворота по сравнению с базовой версией этого же автомобиля, у которой управляемыми являются только передние колеса. В Европе автомобилями с полным управлением занимались разные компании, но до широкого внедрения систем 4WS в серийное производство дело обычно не доходило, широкого распространения системы 4WS на легковых автомобилях не получили.
Лишь японские компании наладили мелкосерийный выпуск полноуправляемых автомобилей, но, собственно говоря, только в Японии машины с передними и задними управляемыми колесами по причине чрезвычайного насыщения тамошних городов транспортными средствами и усложнившимися из-за этого условиями маневрирования и парковки и пользуются определенным спросом. А в остальном мире, увы, отношение к автомобилям с системами 4WS пока более чем прохладное. И жаль, ибо полноуправляемые модели доказали свое превосходство над своими базовыми аналогами не только в маневренности, но и в поведении при движении с высокими скоростями. Автомобили 4WS демонстрируют высокую курсовую устойчивость и нейтральный характер прохождения поворотов вместо недостаточной или избыточной поворачиваемости, свойственной этим же моделям, когда они управляются с помощью только передних колес.
Видимо, то, каким образом система 4WS улучшает курсовую устойчивость, нуждается в пояснении. Поэтому посмотрим, как «это» работает.
На картинке: 1 - автомобиль со всеми управляемыми колесами при движении с высокой скоростью; 2 - обычный автомобиль; 3 - автомобиль со всеми управляемыми колесами при маневрировании во время парковок или разворотов на небольшой скорости.
При маневрировании в стесненных условиях, когда машина перемещается с малой скоростью и одновременном вращении руля на значительный угол, задние колеса поворачиваются в сторону, противоположную повороту передних. Но если автомобиль двигается с высокой скоростью и при этом возникает необходимость совершить обгон или объехать неожиданно появившееся на дороге препятствие, то обе пары колес поворачиваются в одну и ту же сторону. Это обеспечивает значительное увеличение мгновенного радиуса поворота (из теории: мгновенный радиус поворота — это центр пересечения перпендикуляров к направлению движения всех колес автомобиля), что приводит к снижению сил инерции, действующих на автомобиль, и, как следствие, повышает его курсовую устойчивость. Автомобиль изменит траекторию движения без особого риска сорваться в занос. Но чтобы автомобиль не слишком уж резко отреагировал на действия водителя, угол, на который «подруливают» задние колеса, обычно ограничивают величиной в 5 градусов.
Самой богатой на полноуправляемые новинки оказалась вторая половина 1980-х, когда о начале производства моделей 4WS объявили Nissan (Skyline), Honda (Prelude), Mazda (626), Mitsubishi (Galant и Sigma) и Toyota (Celica). Наиболее простую по устройству систему 4WS предложила Honda. В ней кинематическая связь между передней и задней рулевыми рейками осуществлялась механическим способом. Перемещением рулевых тяг задних колес заведовал эксцентрик согласующего механизма, заставлявший колеса поворачиваться сначала в одну, а затем — по мере увеличения угла поворота руля — в другую сторону. Система Honda была не только простой, но и недорогой, весила всего 15 кг, однако ее эффективность и точность в работе были далеки от идеала.
Другие японские компании сразу же пошли по более сложному пути, разработав системы 4WS с гидравлическими исполнительными механизмами, управляемыми, в свою очередь, электронным способом. В системе 4WS компании Mazda (см. схему) задние колеса получают информацию о повороте передних колес по рулевому валу (3), но поворачиваются посредством гидроусилителя (5) с помощью специального рулевого механизма, встроенного в заднюю подвеску. Управляет работой гидропривода особый электронный блок (6), получающий информацию от датчиков скорости автомобиля (7), углов поворота передних и задних колес, руля и управляющий блоком клапанов гидросистемы (4).
Слева: электронно-управляемая система 4WS, разработанная компанией Mazda для модели 626: 1 — гидравлический насос; 2 — гидроусилитель механизма поворота передних колес; 3 — передаточный вал к задним колесам; 4 — блок управляющих клапанов гидросистемы; 5 — гидроусилитель механизма поворота задних колес; 6 — электронный блок управления; 7 — датчики скорости; 8 — гидравлический аккумулятор.
Справа: кинематическая схема согласующего механизма поворота задних колес купе Honda Prelude образца 1987 г.: 1 — входной вал и диск с эксцентриком; 2 — планетарная передача с внутренним зацеплением; 3 — шестерня внутреннего зацепления с выходным эксцентриковым валом; 4 — скользящий вкладыш; 5 — направляющая; 6 — рулевые тяги.
Всем хороши были электронно-гидравлические системы образца 1980-х (даже Honda внедрила нечто подобное в 1991 году вместо своей механической системы), но сложность и высокая стоимость, которую они имели, стали серьезными препятствиями, ограничившими на долгие годы широкое распространение легковых автомобилей со всеми управляемыми колесами.
Перспективы? Ну, поскольку нет предела совершенствованию автомобиля, то в отношении систем 4WS прогнозы на будущее выглядят вполне оптимистично. Работы по упрощению конструкции и издержек на изготовление систем 4WS ведутся. Выход из сложившейся ныне тупиковой ситуации видится в замене гидравлики электроприводами. По крайне мере, в таком направлении развиваются тормозные системы, и в этой области успехи уже налицо.
Полное управление давно и прочно «прописалось» на многоосной, крупногабаритной военной технике и автомобилях специального назначения. Из шести осей колесного шасси «Волат» МЗКТ-79191 управляемыми являются три передние и две задние.
