Популярные автомобильные журналы и сайты

Электронный усилитель

Наконец, специалисты изобрели электронный усилитель в качестве еще одного варианта устройства. Управление передними колесами он осуществляет посредством электродвигателя. При необходимости такое устройство реально:

интегрировать в колонку руля;
установить сверху рулевой рейки.

Жидкость в данном усилителе отсутствует – соответственно, никакой протечки быть не может. Гидроцилиндр также отсутствует. Конструкция рейки, которая функционирует с устройством, оказывается попроще – все это повышает надежность усилителя, делает его эксплуатационный срок долговечнее.

Несомненный плюс связан также с экономией топлива. Кроме того, электронный усилитель обеспечивает управление дополнительным функционалом. Речь идет, к примеру, об электрической парковке, когда водителю вообще ничего не нужно делать, чтобы припарковаться – система все выполняет самостоятельно.

С другой стороны управляющий механизм является довольно сложным по технологии. Вот почему ремонтировать его при поломке довольно сложно. Обычно даже для диагностики неисправности необходимо особенное оборудование, которое, увы, имеется не на каждой станции обслуживания.

Специалисты делают акцент именно на этом виде рулевого усилителя, признавая за ним будущее. Впрочем, совершенству нет предела, а потому вполне возможно, что изобретут более модернизированное устройство для усиления рулевого управления (поскольку надежность электронного усилителя пока что не может называться стопроцентной).

Полезное: Замена главной пары на примере Toyota

Принцип действия гидроусилителя руля (ГУР)

Гидроусилитель руля (ГУР) предполагает использование жидкости (масла) в качестве объекта, создающего давление на стенки поршня. При запуске двигателя включается насос. Посредством ременной передачи вращательный момент от двигателя передается на крыльчатку насоса, который начинает качать масло из бачка (резервуара масла) и гонит его по системе (замкнутая система: бачок, насос, распределитель, гидроцилиндр, бачок), создавая в ней избыточное давление. В момент, когда водитель поворачивает руль, распределитель направляет рабочую жидкость под давлением в ту или иную камеру гидроцилиндра, его поршень смещается и толкает рулевые тяги – облегчается управление и колеса поворачиваются. Распределитель повторно вступает в работу, когда водитель поворачивает рулевое колесо в обратном направлении. Благодаря этому устройству жидкость подается в другую камеру гидроцилиндра и поршень дополняет создаваемое усилие на рулевые тяги.

Гидравлический рулевой механизм соединен посредством зубчатой передачи с рулевой рейкой и трансформирует вращательный момент в поступательное движение, в случае отказа гидроусилителя (ГУР) самостоятельно, без помощи гидроцилиндра, передает его на рулевые тяги. Водитель обязательно почувствует момент, когда изменилось необходимое усилие на рулевое колесо, главное вовремя среагировать. Поэтому одно из особенностей гидроусилителя руля (ГУР) это постоянный контроль и своевременное обслуживание механизма и его комплектующих.

Преимущества:

высокий потенциал мощность (завидный показатель для грузовиков и внедорожников);
относительно низкое по себестоимости производство и обслуживание.

Недостатки:

постоянная работа насоса (при движении автомобиля по прямой, насос работает на перегон масла по замкнутому кругу, т.к. избыточное давление может быть востребовано в любой момент);
отбирает мощность двигателя, даже если предусматривается движение по прямой;
подвержен перебоям в работе из-за перепада температур;
вероятность отказа при работе в критических положениях;
не зарекомендовал себя на высоких скоростях;
жидкость приходиться время от времени менять.

Возможные неисправности:

износ насоса (допускаются ремонт и замена деталей);
неисправность редуктора гидроусилителя;
неисправность распределителя (может появляться дисфункция работы клапана, износ золотника);
износ валов и подшипников;
не герметичность системы (шланги, сальники) или малый уровень жидкости, завоздушенность системы.

Виды и их особенности

Как отмечено, в устройстве ЭУР применяются одни и те же составные элементы, но с разной компоновкой. Все применяемые электрические усилители рулевого управления можно разделить на:

Встроенные в рулевую колонку;
Монтируемые на рулевой механизм;

Особенность первого типа заключается в том, что все составные части объединены в единую конструкцию, устанавливаемую на рулевой колонке. В таком механизме используется червячная силовая передача, воздействующая на вал рулевой колонки (червяк соединен с ротором электродвигателя, а шестерня, с которой он находится в зацеплении – на валу колонки, после торсиона). Такой тип ЭУР является самым дешевым и его можно встретить на автомобилях бюджетного сегмента.

ЭУР встроенный в рулевую колонку

Что касается усилителей, устанавливаемых на рулевой механизм, то у этих типов конструкция раздельная – датчики установлены на колонке, блок управления располагается где-то в салоне, а двигатель с редуктором расположен на рулевом механизме.

Причем существует несколько типов ЭУР с такой компоновкой:

С червячным редуктором;
Двухвальный;
Шарико-винтовой;

С червячным редуктором

Если рассмотреть общую концепцию ЭУР, установленного на рулевой колонке, и раздельного усилителя с червячным редуктором, то разница между ними сводится лишь к тому, что у второго варианта исполнительное устройство располагается возле рулевого механизма, хотя в нем все также используется червяк с шестерней (установленной на валу рулевой колонки).

Червячный редуктор ЭУР

Двухвальный ЭУР

Двухвальный тип ЭУР с момента появления являлся достаточно популярным, но сейчас он используется значительно реже. Конструктивное исполнение этого типа усилителя очень интересно: сочленение «колонка-рулевой механизм» здесь осталось без изменений (так же, как и на авто без усилителя).

Двухвальный ЭУР от компании ZF

То есть, на конце вала колонки установлена шестерня, которая имеет постоянное зацепление с рейкой. Но в рулевой механизм с другой стороны корпуса монтируется исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя, на валу которого тоже установлена шестерня, тоже взаимодействующая с рейкой. Для этого на рейку приходится наносить дополнительный зубчатый сектор.

Схема работы двухвального ЭУР

Работает такой механизм очень просто: водитель, как и на авто без усилителя, посредством шестерни перемещает рейку. В то же время блок управления включает в работу электродвигатель, который благодаря зубчатому зацеплению помогает ее перемещать.

Шарико-винтовой усилитель

Последний тип – шарико-винтовой. В этом ЭУР усилие также передается на рулевую рейку, а не валы колонки. Но делается это при помощи шарико-винтовой гайки. Для передачи усилия используются шарики, движущиеся по винтовой канавке, проделанной на рейке.

Шарико-винтовой ЭУР с ременной передачей

Принцип работы электроусилителя руля этого типа сводится к тому, что усилие, создаваемое электродвигателем, передается на гайку, установленную на рейку (посредством ременной передачи) или же напрямую, когда электромотор встроен в рулевую рейку. В результате гайка начинает вращаться, при этом она из-за конструкции корпуса не может смещаться в продольном направлении. Поэтому вращение гайки приводит к перемещению самой рейки, тем самым и создается дополнительное усилие на рулевом механизме.

ЭУР с шарико-винтовой передачей и встроенным электромотором

В каждом из указанных типов есть определенные достоинства и недостатки, которые сказываются на их распространенности на авто. К примеру, устройство, монтируемое на рулевую колонку отличается дешевизной, но при этом информативность работы у него невысокая. Что касается шарико-винтового ЭУР, то он считается лучшим по информативности, но очень сложный в обслуживании и дорогостоящий.

Виды и их особенности

Встроенные в рулевую колонку;
Монтируемые на рулевой механизм;

ЭУР встроенный в рулевую колонку

Причем существует несколько типов ЭУР с такой компоновкой:

С червячным редуктором;
Двухвальный;
Шарико-винтовой;

С червячным редуктором

Червячный редуктор ЭУР

Двухвальный ЭУР

Двухвальный ЭУР от компании ZF

Схема работы двухвального ЭУР

Шарико-винтовой усилитель

Шарико-винтовой ЭУР с ременной передачей

ЭУР с шарико-винтовой передачей и встроенным электромотором

Принципы работы ГУР

Гидроусилитель основан на простом принципе: гидравлический насос, приводимый в движение двигателем автомобиля, поддерживает давление гидравлической жидкости. Это позволяет механизму рулевого управления направлять шины при повороте руля.

Схема ГУР

Самой популярной системой ГУР является реечная передача мощности. При вращении руля внутренний поворотный клапан направляет поток жидкости в соответствующий конец силового цилиндра. Разница в давлении на любой стороне этого цилиндра помогает перемещать стойку, тем самым облегчая рулевое управление. Затем регулирующий клапан возвращает избыточную жидкость в основной резервуар.

В состоянии покоя давление, создаваемое насосом ГУР, достигает 11-14 килограмм на квадратный сантиметр. При повороте колес давление возрастает до 35-40.

Плюсы:

Ремонт вполне можно провести самостоятельно.
Относительно невысокая стоимость составляющих.

Минусы:

ГУР потребляет много энергии, больше, чем автомобильный кондиционер.
Насос всегда использует энергию двигателя, независимо от того, вращаете вы руль или нет.
Сложность гидравлического рулевого управления делает его более подверженным поломкам.
Шланги и ремни нуждаются в замене. Уплотнения в поршнях и насосе со временем будут стареть и протекать.

Устройство гидроусилителя руля

Система гидроусилителя устроена так, что даже если она полностью даст сбой, автомобилем все равно можно будет спокойно управлять. Такой механизм применяется практически на любых типах рулевого управления. Самое распространенное применение получили реечные системы.

В таком случае гур состоит из следующих элементов:

Бачка (похож на расширительный бачок системы охлаждения или тормозов);
Насоса гидроусилителя;
Распределителя ГУР;
Гидроцилиндра;
Соединительных шлангов высокого и низкого давления.

Бачок ГУР

Бачок это резервуар, с которого масло всасывается насосом для функционирования механизма. В емкости имеется фильтр. Он нужен, чтобы удалять из рабочей жидкости стружку и другие твердые частички, которые могут препятствовать работе некоторых элементов механизма.

Чтобы уровень масла не понижался до критического значения (или еще ниже), в конструкции бачка имеется отверстие для щупа. Рабочая жидкость гидроусилителя имеет масляную основу. Благодаря этому помимо необходимого давления в магистрали все элементы механизма смазываются.

Иногда бачок изготавливается из прозрачного прочного пластика. В таком случае щуп не нужен, а на стенке бачка будет нанесена шкала с максимальным и минимальным уровнем масла. Некоторые механизмы для определения точного уровня требуют непродолжительной работы системы (или нескольких поворотов руля вправо/влево).

Щуп, или в случае его отсутствия сам бачок, часто имеют двойную шкалу. На одной части указываются показатели для холодного мотора, а на второй – для прогретого.

Насос гидроусилителя

Функция насоса – обеспечивать постоянную циркуляцию масла в магистрали и создавать напор для перемещения поршня в механизме. В большинстве случаев производители оснащают автомобили лопастной модификацией насосов. Они крепятся на блоке цилиндров. На шкив устройства надевается ремень ГРМ или отдельный ремень привода насоса. Как только мотор начинает работать, крыльчатка насоса также начинает вращаться.

Давление в системе создается благодаря оборотам мотора. Чем большим будет их число, тем большее давление создается в гидроусилителе. Чтобы в системе не создавалось чрезмерное давление, насос оснащается клапаном сброса.

Существует две модификации насосов ГУР:

Регулируемый. Такая модификация поддерживает стабильное давление в магистрали благодаря изменению рабочего объема устройства;
Нерегулируемый. Такие модификации оснащаются редукционным клапаном, который поддерживает стабильное давление в магистрали.

Более современные насосы оснащаются электронным датчиком давления, который посылает на ЭБУ сигнал об открытии клапана при повышенном давлении.

Распределитель ГУР

Распределитель могут устанавливать либо на вал руля, либо на привод рулевого механизма. Он направляет рабочую жидкость в нужную полость гидроцилиндра.

Распределитель состоит из:

Торсиона – стержня, который работает на скручивание. Один его край вставляется в полость вала распределителя, а другой закреплен внутри золотника.
Вала – полого цилиндрического элемента. В нем имеются каналы для движения масла. Он соединяется с карданным валом механизма рулевого управления;
Золотника, соединенного с валом ГУРа. С другого конца он соединяется шестеренкой с рулевым механизмом.

Существуют осевая и роторная модификация распределителей. Во втором случае золотник зацепляет зубья рулевой рейки благодаря вращению вокруг оси вала.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Сам гидравлический цилиндр это механизм, на который оказывается давление рабочей жидкости. Он и перемещает рулевую рейку в соответствующем направлении, что облегчает работу водителю при выполнении маневров.

Внутри гидроцилиндра имеется поршень с закрепленным на нем штоком. Когда водитель начинает поворачивать руль, в полости гидроцилиндра создается избыточное давление (показатель около 100-150 бар), благодаря чему поршень начинает перемещаться, толкая шток в соответствующем направлении.

От насоса к распределителю и гидроцилиндру жидкость идет через шланг высокого давления. Нередко вместо них для большей надежности используется металлическая трубка. Во время холостой циркуляции (бачок-распределитель-бачок) масло движется через шланг низкого давления.

Как устроен ЭУР

Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.

В состав входят такие элементы:

исполнительный сервопривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, который нужен из-за достаточно высоких оборотов вала электрического мотора;
блока управления, имеющего входы от датчиков, внешних устройств и выходы на силовой двигатель;
датчиков, вырабатывающих сигналы направления поворота руля, усилия на рулевом валу и скорости его вращения.

Питание ЭУР получает от бортовой сети автомобиля, при отключении электроники из-за неисправности рулевой механизм продолжает работать, но уже без усиления.

Принцип работы

В исходном состоянии электродвигатель не работает, энергия не потребляется. Блок управления следит за сигналами датчиков и в случае обнаружения действий со стороны водителя начинает управлять электродвигателем.

Чем сильнее закручен торсионный датчик момента на рулевой колонке, тем большее усилие создаётся со стороны сервопривода, что компенсирует отдачу от рулевой трапеции на руки водителя. Отслеживается направление поворота, скорость действий водителя и угол отклонения управляемых колёс.

В режиме парковки, когда скорость мала, усиление должно быть максимальным, руль можно вращать с большой скоростью на значительные углы, не встречая сопротивления.

Однако с ростом скорости руль должен тяжелеть, с одной стороны предупреждая водителя о недопустимости резких движений, а с другой – обеспечивая важную обратную связь по усилию, позволяющую контролировать сцепление колёс с дорогой.

ЭУР должен отслеживать возврат колёс в нейтральное положение, не всегда возможный при большом трении в механизмах. Причём эта функция работает не постоянно, в парковочных режимах возврат и переменное усиление не требуются.

Наоборот, при взаимодействии с системой стабилизации энергичный самовозврат необходим для курсовой стабилизации автомобиля, даже если водитель потерял управление. Выполняются и упреждающие действия, подобные тому, как опытный водитель выводит машину из заносов и сносов.

При автономном управлении ЭУР становится исполнительным механизмом для функции отслеживания разметки, автоматического объезда препятствий и адаптивного круиз-контроля в поворотах. Через него могут передаваться предупреждающие сигналы в виде толчков и вибраций.

Типы конструкции

Сервопривод ЭУР может встраиваться в рулевую колонку или непосредственно в рулевой механизм. Первое решение используется на лёгких бюджетных автомобилях, а второе на более массивных или спортивных.

Непосредственная связь с рулевой рейкой обеспечивается отдельной винтовой, червячной или шестерёнчатой передачей, отдельно от пары шестерня-рейка рулевого вала.

Таким образом можно передавать значительное усилие и делать это максимально точно. Но и цена устройства возрастает.

Схема

Электросхема ЭУР включает в себя блок управления, разъём с фазовыми контактами электродвигателя, два разъёма датчиков момента и положения, кабель питания, соединённый с основным монтажным блоком автомобиля, интерфейсный разъём для связи с контроллерами прочих систем и приборной панели.

Входными сигналами выступают:

датчик скорости автомобиля;
датчик направления поворота руля;
тензометрический датчик момента на рулевой колонке;
датчик скорости вращения рулевого вала там, где эта информация используется;
двунаправленный сигнал диагностики;
сигнал тахометра;

Выход блока работает непосредственно на фазовые обмотки двигателя, обычно асинхронного. Питание поступает по двум контактам, от замка зажигания и от клеммы аккумулятора, через установленный в монтажном блоке мощный предохранитель.

Отдельная стабилизированная цепь питания датчиков формируется в блоке управления.

Как это работает?

Гидроусилитель руля (ГУР)

Что такое гидроусилитель руля? Это — система, состоящая из трубопроводов высокого и низкого давления, в которых благодаря насосу циркулирует специальная жидкость. Для жидкости ГУР предусмотрен бачок, соединенный с насосом. Когда вы поворачиваете руль в системе гидроусилителя происходит целый ряд реакций. Жидкость подается в рулевой механизм через распределитель под высоким давлением. Нагнетаясь в гидроцилиндр, она создает давление на поршень, под воздействием которого тот смещается, снижая степень усилия прилагаемого водителем при повороте рулевого колеса. Во время движения по прямой траектории жидкость ГУР стекает из рулевого механизма в бачок системы.

Электроусилитель — это набор механизмов, среди которых главная роль отведена электромотору, кроме того в состав ЭУР входит электронный блок управления (ЭБУ), а также два датчика (датчик угла поворота и датчик крутящего момента). По сравнению с гидроусилителем, ЭУР устанавливается непосредственно на саму рулевую рейку или колонку, при этом передача крутящего момента осуществляется посредством торсионного вала, встроенного в систему рулевого управления. В то время как ГУР меняет усилие прилагаемое к рулю при помощи давления и жидкости, которая циркулирует в системе, электроусилитель осуществляет все при помощи тока. При повороте руля крутящее усилие передается рулевому механизму по торсионному валу. Датчик крутящего момента ЭУР «понимает» это действие и сообщает о нем в ЭБУ. Электронный блок анализирует полученные данные и определяет, сколько именно тока необходимо «дать» электромотору, чтобы вращение руля было легким и приятным. Следует отметить, что расчет усилия происходит в зависимости от скорости, с которой движется автомобиль, а также угла поворота руля. Когда водитель крутит рулем на месте во время парковки или других маневрах, привод электроусилителя нагружен максимально, поскольку необходимо обеспечить легкое вращение рулевого колеса в сложных условиях. Когда авто движется на высоких скоростях управление рулем становится более острым, так как электроусилитель значительно уменьшает силу крутящего момента, то есть меньше помогает водителю.

Теперь когда мы разобрались в принципах работы предлагаю выяснить, что лучше: ГУР или ЭУР, учитывая плюсы и минусы каждой из систем.

Преимущества ГУР

Гидроусилитель рулевого управления имеет более громоздкие габариты, однако плюс в его относительно невысокой стоимости и менее затратном производстве. Это в свою очередь так или иначе сказывается на стоимости транспортного средства.
Потенциал мощности. ГУРы сегодня устанавливают преимущественно на автомобили бюджетного класса, а также грузовые микроавтобусы и большие внедорожники. В случае с внедорожниками и микроавтобусами применение гидроуслителя руля можно объяснить тем, что эта система более мощная и способна выдержать большие нагрузки. Это, по сути, главное преимущество ГУР.
Вышеупомянутая невысокая стоимость.

Недостатки ГУР

Что до недостатков, то их у гидроусилителя намного больше по сравнению с ЭУР:

В автомобиле с ГУР не рекомендуется держать руль в крайнем положении дольше пяти секунд, так как это может привести к перегреву масла в системе и выхода гидроусилителя руля из строя.
ГУР требует регулярного обслуживания, не реже чем раз в два года. Владелец автомобиля с такой системой постоянно обязан производить замену жидкости в системе, контролировать ее уровень, проверять привод, шланги и насос на предмет подтеканий и трещин.
Третий недостаток — прямая зависимость от работы двигателя. Когда насос включается в работу, он так или иначе отбирает часть мощности у двигателя, а во время движения на высокой скорости по трассе это можно считать пустой тратой мощности, так как в данном случае ГУР практически не нужен.
В гидроусилителе нельзя настроить режимы работы в зависимости от скорости движения и условий.
Гидроусилитель хорошо выполняет свою работу на малых и средних скоростях, однако на высоких скоростях управление теряет «остроту» и водителю сложно выполнить резкий короткий маневр. Проще говоря, ГУР дольше реагирует из-за применения в нем дополнительных узлов, увеличивающих время отклика.

Основные составные части. Принцип работы ЭУР

Сначала рассмотрим принцип работы электроусилителя, поскольку у всех существующих видов он идентичен. Также в конструкции используются одни и те же составные части, но компоновка их может быть разной.

Итак, состоит электроусилитель из:

Исполнительного механизма;
Блока управления;
Следящих датчиков.

Эти составные части присутствуют в любых типах ЭУР. Также некоторые виды дополнительно могут использовать информацию и из других датчиков – скорости движения и оборотов коленчатого вала.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм создает усилие, тем самым обеспечивая облегчение управления авто. Состоит он из электродвигателя и силовой передачи. Что касается мотора, то в конструкции ЭУР применяется асинхронный либо синхронный эл. двигатель бесконтактного типа, что обеспечивает высокую надежность узлу.

В ЭУР используется несколько типов силовых передач (в зависимости от типа) – червячные, шестеренчатые или же шарико-винтовые. Нередко силовые передачи исполнительного механизма называют сервоприводом.

Блок управления

Блок управления «заведует» работой исполнительного механизма. Именно он подает электрический ток (строго определенных параметров) на электродвигатель, обеспечивая включение его в работу. Подавая импульсы на исполнительный механизм, блок управления ориентируется на показания датчиков, используемых в конструкции ЭУР.

Датчики

Этих датчиков – несколько, каждый собирает определенную информацию и передает ее на блок управления. Основным среди них является датчик крутящего момента (его ещё называют датчик усилия), определяющего, какое усилие на руль приложил водитель. Также в конструкции используется датчик угла поворота руля. Опционально ЭУР также может использовать информацию о скорости движения авто и оборотах силовой установки.

Датчик крутящего момента на рулевом колесе

Измерение усилия на руле осуществляется благодаря торсиону, устанавливаемому в вал рулевой колонки. Вал в свою очередь состоит из двух: входного и выходного, соединёнными между собой торсионом. При прикладывании усилия он скручивается (чем больше сил приложить, тем сильнее угол скручивания) и валы смещаются относительно друг друга.

Этот угол и «улавливает» датчик, после чего передает полученную информацию на блок управления. На основе этих данных блок вычисляет какой импульс необходимо подать на исполнительный механизм. От этого датчика напрямую зависит, какое усилие будет компенсировать усилитель.

Стоит отметить, что сам торсион жестко связан с валами рулевой колонки и скручиваться он может только на определенный угол, поэтому даже при отказе ЭУР управление авто сохраняется.

Датчик угла поворота определяет в какую сторону водитель начал вращать руль, и благодаря информации от него блок управления устанавливает полярность тока, подаваемого на электродвигатель. Нередко датчики угла поворота и крутящего момента объединены в одну конструкцию. Располагаются они оба на рулевой колонке.

Пример устройства ЭУР с датчиком крутящего момента

Стоит отметить, что также есть и датчик обратной связи, установленный на электродвигателе, благодаря которому блок управления контролирует работу исполнительного механизма.

Задействование для работы ЭУР других датчиков – скорости движения и параметров работы мотора, дает возможность подстроить усилитель под конкретные условия движения.

Зная конструкцию, можно понять принцип работы электроусилителя руля. Имеющиеся в конструкции датчики постоянно следят за положением рулевой колонки. В случае поворота они регистрируют изменения и передают информацию на блок управления. Тот в свою очередь высчитывает параметры электрического тока и подает их на электродвигатель. При включении в работу посредством сервопривода эл. мотор создает усилие на рулевом механизме. В общем, все достаточно просто. Но здесь стоит упомянуть, что под разные условия существуют свои режимы работы ЭУР, но о них ниже.