Электрогидравлический усилитель рулевого управления

Впервые в автомобилях усилитель рулевого управления появился в 30-ых годах прошлого века. Первоначально это были простые пневматические усилители, помогавшие водителю справиться с управлением тяжелым карьерным самосвалом. Постепенно пневматику сменила гидравлика, и в 50-ых годах в Европе и Америке стали выпускаться первые легковые автомобили, оснащенные гидроусилителем руля. И уже совсем недавно в обиходе появился электроусилитель рулевого механизма, который постепенно стал вытеснять гидравлику.

Трудности выбора

Отношение автомобилистов к этим системам неоднозначное. Одним нравится современный электроусилитель (ЭУР), для других предпочтительнее классический гидроусилителя (ГУР). Каждая система имеет свои преимущества и недостатки.

Что же выбрать?

Исходя из чисто логического подхода, можно подумать, что новое инженерное решение, в данном случае ЭУР, должно быть лучше прежнего. Оно должно учитывать недостатки системы предыдущего управления и исправлять их. Однако, лучшее, как говорится, враг хорошего. И не факт, что старая система, ГУР, плоха сама по себе. Да и не стоит забывать инертность мышления человека, который уже привык к управлению автомобилем, выработал свой стиль и не желает что-либо менять.

Что такое гидроусилитель рулевого колеса (ГУР)?

Гидроусилитель появился первым и существенно упростил управление автомобилем, при этом его главная задача была не только снять силовую нагрузку с рук водителя, одной из задач, которые поставили перед собой конструкторы была — безопасность. После повреждения переднего колеса на скорости при наличии ГУРа водитель не терял управления над автомобилем, к тому же меньше ощущал вибрации, которые поступали от колес во время езды по неровностям.

Как работает ГУР?

Гидроусилитель руля представляет собой набор узлов, среди которых: система масляных магистралей высокого и низкого давления, масляный насос при помощи которого происходит циркуляция жидкости гидроусилителя в бачок, в котором находится жидкость ГУР, а также рулевая рейка и наконечники. Во время поворота руля в системе гидроусилителя происходит ряд событий, о которых вы даже не догадываетесь. Вы, водитель, поворачивая руль, задаете направление, после чего специальная жидкость (синтетическое или полусинтетическое масло почти такое как в АКПП) под высоким давлением нагнетается насосом через распределитель. Тем самым образуя силу, которая воздействуя на гидроцилиндр и поршень, смещает механизмы рулевой рейки в ту сторону, которую вам необходимо. После этого жидкость ГУР по системе обратной подачи снова возвращается в бачок ГУР.

Электрический усилитель руля

Электроусилитель рулевого управления (в обиходе называемый элетроусилителем руля) — это конструктивный элемент в рулевом управлении автомобиля, который создает дополнительное усилие во время поворота рулевого колеса при помощи электрического привода. В современном автомобилестроении происходит постепенная замена гидроусилителя руля электроусилителем рулевого управления.

Основное преимущество электроусилителя руля по сравнению с гидроусилителем складывается из нескольких факторов:

• удобное регулирование характеристик управления;
• высокая информативность управления;
• надежность из-за отсутствия гидравлической системы;
• экономия топлива из-за экономного расходования энергии.

Принципиальная схема

Имеется две схемы электроусилителя руля: усилие электродвигателя поступает на вал рулевого механизма, либо оно может передаваться на рейку рулевого колеса.

Электромеханический усилитель- это наиболее совершенная конструкция, с точки зрения инженерного решения. Имеется две конструкции этого усилителя: с двумя шестернями или с параллельным приводом.

Электромеханический усилитель состоит из следующих составных частей:

• система управления;
• электродвигатель;
• механическая передача.

Электроусилитель руля (схема)

Электромеханический усилитель c двумя шестернями

Электроусилитель руля объединяется с рулевым механизмом в едином блоке. В усилителе устанавливается обычно асинхронный электродвигатель. Передача крутящего момента от электродвигателя на рейку рулевого механизма обеспечивается механической передачей.

Одна шестерня служит для передачи крутящего момента к рейке рулевого механизма собственно от рулевого колеса, а еще одна – от электродвигателя усилителя. На рейке имеется два участка специальных зубьев. Один из них и является приводом усилителя.

Электрический усилитель руля c параллельным приводом

В таком электроусилителе усилие от электродвигателя переходит на рулевой механизм при помощи ременной передачи, а также установлен специальный шариковинтовой механизм.

Электрический усилитель рулю с параллельным приводом

При этой схеме усиление может передаваться как на рейку рулевого колеса, так и на вал управления рулевым механизмом. Принципиального значения для управления автомобилем во время движения это не имеет. Обе схемы зарекомендовали себя одинаково надежными.

Блок управления

Управление электроусилителем включает несколько элементов:

• входные датчики;
• блок управления;
• исполняющее устройство.

К входным датчикам относят датчики крутящего момента и датчик, определяющий угол поворота на рулевом колесе. Система электронного управления электроусилителем использует информацию, которая поступает от блока ABS (датчик скорости) и блока управления двигателем (датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя).

Электронный блок управления служит для обработки сигналов датчиков. Соответствующая программа вырабатывает сигналы управления и отсылает их исполнительному устройству – электродвигателю усилителя.

Электроусилитель руля призван обеспечить управление автомобилем в таких режимах:

• при повороте автомобиля;
• при повороте автомобиля на малых скоростях;
• при повороте автомобиля на больших скоростях;
• активное возвращение колес в среднее положение;
• поддержание колес в среднем положении.

Как это работает

Электрический усилитель руля:

Управление автомобилем происходит с помощью поворотов рулевого колеса. От рулевого колеса крутящий момент передается посредством торсиона на рулевой механизм. При этом происходит замер закрутки торсиона специальным датчиком крутящего момента, а также замеряется угол поворота рулевого колеса. Для этого используется отдельный датчик. Информация от обоих датчиков, а также дополнительная информация о скорости движения автомобиля, показатель частоты вращения коленчатого вала, передаются электронному блоку управления.

Имеющаяся в блоке программа рассчитывает нужный крутящий момент электродвигателя усилителя и, изменяя величину силы тока, поддерживает работу электродвигателя в нужном режиме. От электродвигателя крутящий момент передается на рулевой механизм и затем, рулевыми тягами, на ведущие колеса.

Поворот колес, таким образом, происходит за счет объединения усилий электродвигателя усилителя и рулевого колеса.

Поворот на небольших скоростях, обычно при парковке, характерен большим углом поворота рулевого колеса. Электронной системой управления обеспечивается крутящий момент максимальной работы электродвигателя (называемый еще «легкий руль»).

На высоких скоростях электронная система обеспечивает наименьший уровень крутящего момента («тяжелый руль»).

Для активного возврата колес в среднее положение система управления увеличивает возникающее во время поворота реактивное усилие. Если возникает необходимость поддержать среднее положения колес, например, при движении во время бокового ветра, или разности давления в шинах, система управления корректирует среднее положение управляемых колес.

Неисправности ЭУР

ЭУР – надежный элемент, но может выйти из строя, что сразу влияет на безопасность. Поэтому, если случилась поломка, ее необходимо быстро устранить. ЭУР может отключиться незаметно для водителя, такое случается, когда вывод данной ошибки на дисплей не предусмотрен.

Проведение несложного теста поможет определить в каком состоянии находится ЭУР:

• Выключите двигатель и сделайте поворот рулем;
• Включите двигатель и повторите вращение руля.

Необходимо просто сравнить эти два действия. Когда руль в обоих случаях поворачивается с большим трудом, понадобится диагностика ЭУР.

Бывает, что ЭУР прекращает работать вместе со спидометром. Здесь, вероятнее всего, проблемы с датчиком скорости, работающим со спидометром и усилителем. Неисправным может оказаться сам датчик, который необходимо будет заменить или проводка.

Ремонт ЭУР понадобится в случае перепада напряжения. Электроусилитель отключается из-за нехватки напряжения, для защиты от повышенного напряжения предусмотрен предохранитель. Отключение ЭУР может быть связано с аккумулятором, генератором или проводкой, все эти элементы должны проходить регулярный технический осмотр.

Гидравлический усилитель рулевого механизма

Схема гидравлического усилителя руля

Механизм гидроусилителя на легковом автомобиле выполнен вместе с рулевым механизмом. Такой усилитель называется интегральным. Рабочей жидкостью в гидроусилителе иномарок является масло ATF, такое же, как в автоматической коробке передач. Отечественные автомобили используют масло марки Р.

Аксиально-поршневой или роторный насос приводится в работу с помощью ремня от коленчатого вала. Он забирает масло из бачка и нагнетает под давлением в 50-100 атмосфер в золотниковый распределитель. При этом задача распределителя в отслеживании усилий на руле и строго дозированной помощи по управлению колесами.

Для этого используется следящее устройство. В этой роли чаще всего выступает торсион, который встроен в рулевой вал. Если машина едет по прямой или стоит, то усилий на рулевой вал никаких не прилагается, торсион не закручивается и, соответственно, дозирующие каналы в распределителе остаются перекрытыми. Масло при этом сливается в бачок.

Если водитель поворачивает автомобиль, колеса в результате сопротивляются, при этом торсион закручивается настолько сильно, насколько большое усилие приложено на руль. Золотник открывает масляные каналы и направляет рабочую жидкость исполнительному устройству. В механизме «винт-шариковая гайка» давление подается за поршень, или перед ним, помогая ему перемещаться по рулевому валу. В реечном механизме происходит подача масла в корпус рейки, в одну из сторон от связанного с рейкой поршня, и подталкивает ее, соответственно, вправо или влево. Если баранка руля повернута до упора, происходит срабатывание предохранительного клапана и сбрасывается давление масла, что предохраняет от повреждения детали механизма.

Обучающее видео о гидроусилителе от TOYOTA:

Почему ЭУР ведет себя непредсказуемо?

Бывает, что электроусилитель руля начинает странно себя вести. Например, двигаясь прямо по ровному участку дороги, ЭУР резко сворачивает в сторону, когда водитель не совершал никаких движений. Такое поведение усилителя руля сопровождается ощутимыми толчками. Возникшая ситуация очень опасна, так как может стать причиной ДТП.

Как только водитель чувствует, что появились проблемы с ЭУР, необходимо срочно ехать на диагностику. Профессиональные СТО используют для проведения диагностики специальные стенды, что значительно упрощает и ускоряет ремонт.

Контроллер MS561 применяется для проверки работоспособности электрических реек, колонок и электрогидравлических насосов усилителей рулевого управления. Прибор может запускать агрегат рулевого управления отдельно от электросистемы авто, определяет и удаляет ошибки блока управления усилителем. Диагностика агрегатов производится как на автомобиле, так и в демонтированном виде.

Преимущества контроллера:

• Быстро проверяет агрегаты;
• Оборудован встроенным блоком питания с силой тока до 100 А;
• Планшет со встроенной диагностической программой (работает с несколькими агрегатами концерна VAG);
• Оснащен OBDII разъемом для подключения любых диагностических сканеров.

Рулевое управление

Чтобы понимать, как работает усилитель руля, необходимо хотя бы в общих чертах представлять особенности рулевого управления. Несмотря на наличие разнообразных узлов с агрегатами, общая схема все равно оказывается несложной. За историю автомобилестроения многое поменялось, однако основные рабочие принципы рулевого управления практически не претерпели изменений, оставшись такими же, какими были в самом начале. Выделяются следующие системы:

• Колонка, которая нужна, чтобы передавать вращательное движение;
• Механизм руля – преобразует вращательные движения в перемещение приводных деталей;
• Привод – связывает рулевую механику с колесами.

Наряду с основными подсистемами маршрутные автомобили, крупнотоннажные грузовики и многие легковые машины обладают рулевым усилителем, описанным выше. Силовое воздействие, создаваемое ним, существенно облегчает движение.

Передвижения рулевого колеса рулевой вал передает на специальный механизм, преобразовывающий крутящий момент в поступательные перемещения. Колеса получают направление необходимого угла поворота посредством приводного аппарата. Здесь и вступает в работу усилитель (один из его видов, который установлен на авто), обеспечивая управлению существенный комфорт, повышая его безопасность. Именно так функционирует рулевое управление в большинстве транспортных средств.

Какая система удобнее

В отличие от гидравлических усилителей, которые реагируют только на частоту вращения двигателя, электрическая система позволяет выполнять калибровку для большего ускорения рулевого двигателя на низких скоростях, и меньшего — на высокой. Таким образом, не возникает проблем с неравномерным давлением. Дело в том, что частота вращения двигателя, которая варьируется в пределах 1200 — 6500 об/мин в типичном автомобиле, влияет на скорость гидравлического насоса. Автомобиль, который движется на низкой скорости и подвергается многочисленным поворотным маневрам (например, на парковке), может потерять давление насоса, затрудняя вращение руля. ЭУР вместо ГУР не будет зависеть от частоты вращения двигателя.

Что лучше электроусилитель или гидроусилитель? Все больше автопроизводителей отдают предпочтение электроусилителям. Экономия топлива является одной из основных причин такого решения. Некоторые производители автозапчастей отмечают, что система электроусилителя руля потребляет на 90% меньше энергии, чем гидроусиление. Это обеспечивает экономию топлива до 4%, сокращая его потребление на 0,2 — 0,3 литра на 100 километров. И именно это для многих автолюбителей становится ключевым фактором в вопросе: что лучше — электроусилитель или гидроусилитель.