Рулевое управление автомобиля состоит из трех основных узлов. Это рулевая колонка, механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное, и тяги, передающие усилие на поворотные устройства колес. В легковых автомобилях наиболее распространенным механизмом преобразования является шестерня/рейка, а винт/гайка и шарнир с рециркулирующими шариками чаще встречаются на тяжелых машинах и внедорожниках.
Для повышения точности и скорости управления автомобилем передаточное отношение рулевого механизма должно быть достаточно большим. Но такой руль крутить тяжело. С уменьшением передаточного отношения требуемое усилие также уменьшается, но возрастает количество оборотов руля, необходимое для совершения маневра. Поэтому высокое передаточное отношение стараются сохранить, а в схему рулевого управления вводят дополнительное устройство — рулевой усилитель (power steering или power-assisted steering), облегчающий вращение рулевого колеса.
Еще совсем недавно рулевой усилитель можно было встретить лишь на больших и дорогих автомобилях. Со временем это устройство стало появляться на машинах более низких классов, а сегодня им оснащаются даже совсем маленькие автомобили, например, Mitsubishi Minica, Nissan Micra, Subaru Vivio и многие другие, в первую очередь японские.
Ставят его теперь и на машины со спортивным нравом, такие как Mazda MX-5, Fiat barchetta или Alpha Spider, рулевые механизмы которых имеют высокое передаточное отношение, позволяющее уменьшить полное число оборотов руля (например, до 2,2 у Alpha). Без усилителя руль на таком автомобиле на маленькой скорости да еще при широкой резине , крутить было бы очень трудно.
Правильно сконструированный рулевой усилитель обладает нелинейной характеристикой. Наиболее сильно его действие проявляется при малой частоте вращения колес, например, при парковке. С увеличением скорости автомобиля действие усилителя ослабевает, что дает водителю возможность лучше контролировать поведение автомобиля.
На большинстве легковых машин сегодня используются гидравлические усилители. Они отличаются по конструкции, но принцип действия у всех один и тот же. Рулевая колонка состоит как бы из двух частей, упруго соединенных друг с другом. При вращении рулевого колеса происходит угловое смещение входного вала колонки относительно выходного. В результате открывается соответствующий клапан гидроцилиндра, жидкость под давлением сдвигает его поршень в нужную сторону. Поршень перемещает рулевые тяги, тем самым устраняя возникшее смещение.
Идея простая, но для ее практического воплощения требуется довольно много дополнительного оборудования: бачок для жидкости, насос для создания давления, гидроцилиндр двустороннего действия и соответствующие трубопроводы. Весит все это 12-15 кг. Насос приводится в действие от двигателя ремнем и потребляет мощность постоянно, вне зависимости от того, работает усилитель или нет. Насос и его привод делают более шумной работу двигателя, кроме того, гидравлическая система со временем может дать течь. Да и получение требуемой нелинейной характеристики гидроусилителя тоже дается не очень просто.
Многие из этих проблем удалось решить в новой модели Rover Group — небольшом 2-местном спортивном родстере MG F ("Автопилот" #14), на котором применен непривычный для легкового автомобиля рулевой усилитель EPAS (Electrical Power-Assisted Steering) — с электрическим приводом.
Рулевая колонка MG F разрезана на 2 части, соединенные торсионом, чтобы сохранить управление при отказе усилителя. Угловые смещения входного и выходного валов колонки отслеживаются потенциометром, напряжение с которого подается на вход микропроцессора. Туда же с датчиков АБС поступает информация о частоте вращения двигателя и колес автомобиля. В памяти микропроцессора заложены экспериментально полученные данные о том, какое дополнительное усилие должен обеспечить усилитель в зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости автомобиля. По командам микропроцессора электродвигатель постоянного тока через червячную передачу доворачивает выходной вал рулевой колонки.
Преимуществами EPAS являются меньший (около 7 кг) вес, меньший объем, занимаемый системой в подкапотном пространстве, отсутствие шума при работе и меньшая мощность, отбираемая от двигателя. По заявлению выпускающей EPAS японской фирмы NSK, экономия топлива по сравнению с автомобилями, оснащенными гидравлическим усилителем, составляет 2-5%.
Михаил Васильев