Система кермування, кермове керування — сукупність елементів для спрямування руху транспортного засобу в бажаному напрямку за допомогою кермового колеса (кермування). Його механізми перетворюють положення (кут повороту) керма на пропорційну зміну положення коліс чи аналогічних елементів керування рухом (лиж, ковзанів, котків).

Деякі види транспортних засобів використовують замість системи кермування бортовий поворот — передачу обертального моменту тільки на один борт. Така система застосовується на транспортних засобах з гусеничним рушієм, на будівельних міні-навантажувачах, а також зрідка на колісній бронетехніці.

Історія

Пристрої для повороту застосовувалися ще на упряжних транспортних засобах (кінних і волячих возах, екіпажах). Для полегшення повертання повозу в потрібну сторону передній насад (міст) робили рухомим (коловоріт на насаді), з'єднуючи його з рамою шворнем. До переднього насаду кріпився дишель (у центрі) чи голоблі (по краях), які запряжка коней повертала в тій чи інший бік, а дишель (голоблі) повертав насад з передньою віссю.

Проте, система з рухомим переднім насадом на шворні мала ту незручність, що колеса знаходилися на однаковій відстані від шворня і їхня площина була завжди перпендикулярна осі, у той час як при повороті зовнішнє колесо проходить дугу більшого радіусу, ніж внутрішнє. Це приводило до того, що колеса на поворотах ковзали своїми шинами по дорозі. Окрім того, кузов спирався на три точки (два задні колеса й один передній шворінь) і тому був нестійким, а передок через застосування центрального шворня мусили робити високим . У 1817 році німецький каретник Георг Ланкеншпергер винайшов систему в'язей, що розв'язувала цю проблему. Запатентований цей механізм був його англійським агентом Рудольфом Аккерманом у 1818 році, тому часто йменується кермовою трапецією Аккермана. Можливо, ідея виникла ще раніше: на роль першовідкривача може претендувати Еразм Дарвін, що запропонував таке вдосконалення екіпажів у 1758 роціErasmus Darwin's Improved Design for Steering Carriages by Desmond King-Hele , 2002, The Royal Society, London. Accessed April 2008..

Вісь задніх коліс була жорстко закріплена, тому центр кола повороту знаходився на лінії, проведеній від задньої осі. Необхідно було добитися, що внутрішнє колесо відхилялося при повороті на більший кут, ніж зовнішнє, для чого були застосовані два шворні ближче до маточин. Хоча ця схема була складнішою порівняно з одношворневою, вона покращила керованість екіпажем, оскільки впливи від нерівностей дорожнього покриття вже не докладалися до довгого плеча важеля осі та зменшилося поздовжнє переміщення керованих коліс. В'язі утворюють не паралелограм, а трапецію: довжина кермової поперечної тяги менша, ніж довжина осі, таким чином, важелі поворотних кулаків мають зворотне сходження. Це забезпечує більший кут відхилення внутрішнього колеса при повороті, повертаються тільки поворотні кулаки на шворнях, сама ж передня вісь (балка) залишається нерухомою. Якщо кермова тяга встановлюється перед передньою віссю, вона робиться довшою за неї, отже, зворотне сходження зберігається. Ця система підвищила сталість екіпажа, оскільки спереду кузов спирався вже на два шворні. Дишель кріпився до екіпажа у двох точках: кінцем до поперечної тяги, і до осі-балки. Поворот дишля викликав переміщення його заднього кінця в протилежний бік, зміщення тяги і поворот кулаків з маточинами коліс. Від кінних екіпажів кермова трапеція перейшла і до перших автомобілів. Проте, на триколісному Benz Patent-Motorwagen 1886 року, що вважається першим в світі автомобілем, кермова трапеція була відсутня: вертикальна колонка з корбою з'єднувалася поздовжньою тягою з велосипедною вилкою, у якій було укріплене єдине переднє колесо.

Для передачі моменту сили до кермових тяг спочатку використовувалися поздовжні тяги від вертикальної колонки (на найраніших автомобілях нагорі її замість кермового колеса встановлювалася корба з 1-2 ручками), з появою керма з похилою колонкою узвичаюється черв'ячна передача (у Військовій енциклопедії Ситіна 1911—1915 рр. описується кермовий апарат з трапецією Аккермана і черв'ячним механізмом, мало відрізнюваним від вживаного у другій половині XX ст.).

Способи повороту Для повороту колісних транспортних засобів може використовуватися один з чотирьох способів: поворот керованої балки, поворот керованих коліс, поворот зміною кута зчленування піврам, бортовий поворот.

Поворот керованих осей При повороті керованих осей (візків) повертається на одному шворні вся вісь. Такий спосіб є найбільш архаїчним, він вживався на кінних возах і екіпажах.

Поворот керованих коліс

Є звичайним способом повороту на легкових і більшості вантажних автомобілів. Здійснюється зміною кута положення коліс відносно балки. Колеса закріплені на поворотних кулаках, встановлених кінцях балки за допомогою цапф (шворнів). Задні кінці кулаків з'єднані тягою (системою тяг), яка разом з балкою і важелями цапф (поворотними кулаками) утворює кермову трапецію. Кермова трапеція може бути нерозрізною — зі суцільною кермовою тягою, і розрізною — з багатоланковою кермовою тягою, що застосовується на автомобілях з незалежною підвіскою. Завдяки більшому куту повороту внутрішніх керованих коліс порівняно із зовнішніми, уникається їхнє ковзання, а наявність диференціала допомагає уникнути ковзання й некерованих коліс.

Залежно від розташування керованих коліс розрізняють поворот колесами передньої осі, колесами задньої осі та колесами двох осей.

Кермування задніми колесами Деякі види транспортних засобів мають керований задній міст. До них належать, наприклад, вилочні навантажувачі, операторські візки, ранні моделі кар'єрних навантажувачів, триколісний автомобіль Dymaxion інженера Річарда Фуллера, надшвидкісний Thrust SSC.

Задньоколісне кермування схильне до несталості, надмірної повертаємості (зменшенню радіусу повороту). Використовують його на транспортних засобах з малою швидкістю, але підвищеними вимогами до маневрованості у вузьких просторах (наприклад, на складській техніці).

Чотириколісне кермування

Чотириколісне кермування (також відоме як 4WS, від ) — система кермування колесами зразу двох мостів. Застосовується для підвищення реакції кермувальної системи («відчуття керма») на високій швидкості чи зменшення радіусу повороту на низькій. Залежно від способу повертання коліс заднього моста розрізняють активне і пасивне чотириколісне кермування.

Активне чотириколісне кермування При активному чотириколісному кермуванні поворотом керма повертаються чотири колеса. На чотириколісних автомобілях таким чином керованими є всі колеса, на автомобілях з 3-4 осями керованими можуть бути передній і задній мости (наприклад, на зчленованих автобусах), або перший і другий (важкі вантажівки). У більшості систем чотириколісного кермування задні колеса повертаються з допомогою комп'ютера й виконавчого механізму (актуатора) . Як правило, задні колеса не можуть повертатися на такі ж кути, що й передні. У системі можуть бути передбачені відключення керування задніми колесами і функція незалежного повертання передніх і задніх коліс. На низьких швидкостях (напр., при паркуванні) задні колеса повертаються зворотно переднім, зменшуючи радіус повороту, що особливо важливо для великих пікапів, тракторів, автомобілів з причепами і легкових автомобілів з широкою колісною базою, у той час як на великих швидкостях передні і задні колеса повертаються однаково (що забезпечується електронним керуванням), щоб транспортний засіб міг змінити положення з меншим кутом рискання і ефективнішим нарощуванням бічного прискорення, покращуючи поздовжню сталість.

Різновид активного чотириколісного кермування — так зване «крабове» кермування. При ньому всі керовані колеса повертаються в одному напрямку і на один кут. Застосовується у випадках, коли автомобілю треба проїхати по прямій, але під кутом до діаметральної площини автомобіля (при переміщенні вантажів штабелером, при зйомці з операторського візка), або для того, щоб уникнути проїзду задніх коліс колією передніх (при обробці ґрунту сільськогосподарською технікою).

Пасивне чотириколісне кермування Багато сучасних автомобілів мають системи з пасивним керуванням задніми колесами. На багатьох транспортних засобах при повороті задні колеса мають схильність злегка вирулювати у зовнішній бік повороту, що зменшує сталість. Для протидії цій тенденції і спрямовання коліс злегка до внутрішньої сторони система пасивного кермування використовує поперечні сили, що виникають при повороті (через геометрію підвіски) та сайлентблоки. Типовими методами для досягнення цього ефекту (так званого «піддатливого недоповороту») є застосування механізму Ватта на ведучій задній осі або використовування сайлентблоків у керуванні сходженням на автомобілях з півнезалежною підвіскою. На автомобілях з незалежною підвіскою це досягається регулюванням гумових сайлентблоків підвіски.

Поворот зміною кута зчленування піврам Поворот зміною кута зчленування піврам (складанням силових ланок) використовується в тих випадках, коли колеса транспортного засобу мають великі розміри, тому їхній поворот утруднений (наприклад, на важких колісних тракторах, одновісних тягачах, дорожній техніці, всюдиходах). Рама такого транспортного засобу складається з двох частин (піврам чи силових ланок), на яких укріплені передній і задній мости. Обидві піврами з'єднуються вертикальним шворнем, відносний їхній поворот здійснюється за допомогою гідравлічних циліндрів кермової системи. Недоліками цього способу є низька точність керування при великих швидкостях, складність розміщення кабіни й обладнання на рухомих піврамах, надмірна складність трансмісії.

Транспортні засоби з кількох рухомо зчленованих ланок, у яких кермування здійснюється традиційним поворотом коліс (зчленовані автобуси і тролейбуси, тягачі з напівпричепами, автопоїзди тощо) можуть розглядатися як машини з пасивним складанням силових ланок.

Бортовий поворот Бортовий поворот (диференціальне кермування) полягає в зміні крутного моменту рушія тільки з одного борту, що здійснюється використовуванням диференціала. Використовується переважно на транспортних засобах з гусеничним рушієм. На колісних машинах вживається вкрай рідко, бо такі повороти супроводжуються сильною деформацією шин, підвищеним їх зношенням. Може використовуватися разом з поворотом керованих коліс (однієї чи обох осей).

Мішані системи На деяких транспортних засобах може використовуватися поєднання двох систем повороту: на деяких навантажувачах диференціальне кермування поєднується з кермуванням поворотом коліс, на автомобілях з напівгусеничним рушієм для коліс використовується кермування поворотом, для гусениць — диференціальне (спрощені варіанти не мали диференціального керування гусеницями).

Кермування автомобілів

Будова системи кермування Система кермування складається з таких елементів: Кермове колесо (кермо) — слугує для передачі крутного моменту системі кермування, а також як спосіб зворотного зв'язку. Кермова колонка — проміжна ланка між кермовим колесом і кермовим механізмом. На неї може кріпитися система безпеки, замок запалювання, важелі увімкнення склоочисників та поворотників. Кермовий механізм — перетворює поворот кермового колеса в рух кермових тяг. Кермові тяги (кермовий привод) — стрижні з наконечниками і важелями, які повертають поворотні кулаки передніх коліс і відхиляють їх на потрібний кут.

Геометрія

Основна мета кермування — забезпечити поворот коліс у потрібному напрямку. Це досягається низкою тяг, важелів, шворнів і зубчастих передач. Одним з фундаментальних положень є так званий кастор — кожне колесо спрямовується розташованою перед ним точкою повороту, це сприяє самоцентруванню системи кермування в напрямку руху.