Человек вынужден прилагать мышечные усилия, преодолевая сопротивление колёс при повороте автомобиля. Существует необходимость в применении вспомогательного устройства. Его изобретение стало важным техническим достижением, повлиявшим на дальнейшее развитие автомобильной промышленности.
В 1920-1930-е годы усилители руля попробовали устанавливать на тяжелые самосвалы, бронеавтомобили. Сначала устройства были пневматическими (использовали давление воздуха). Низкая точность таких приспособлений (при возросшей массе и новых скоростных характеристиках техники) открыла дорогу применению специальных усилителей гидравлического типа, уже прошедших испытания в судоходстве. Массовая установка гидроусилителей автомобильного руля началась в Америке в 1940-е годы, охватила послевоенную Европу. (В СССР многие серийные легковые автомобили выпускались без усилителя руля.)
Рубеж 20-21 веков ознаменовал начало эпохи внедрения электроусилителей руля.
По данным статистики, около 10% российских водителей отдают предпочтение автомобилю, не оснащённому усилителем руля. Для некоторых из них актуален денежный вопрос (либо это владельцы небольших машин).
Кто-то любит непосредственное ощущение дороги, особенно при больших скоростях, отмечают повышенную информативность на сложных покрытиях (лёд, мокрый асфальт). Есть автомобилисты, которым нравится прилагать усилия. Чаще всего это вопрос навыка и привычки.
Преимущества вождения с усилителем руля
- усилитель забирает львиную долю нагрузки на себя;
- нет необходимости в большом количестве оборотов руля, он не вырывается из рук;
- смягчается ощущение неровностей дороги;
- машиной легче управлять, маневренность возрастает; без усилий удаются сложные повороты;
- становится более удобным руление на малых скоростях;
- стабилизируется траектория движения;
- при проколе передней шины легче удержать автомобиль;
- водитель меньше напрягается, не устаёт;
- особенно актуально, если водитель — женщина;
- повышается износостойкость рулевого механизма, продлевается срок его службы.
Всё это обеспечивает максимально безопасное и комфортное вождение (при условии исправного техсостояния машины).
Потенциальная опасность возникает только при внештатной ситуации – внезапном отказе (поломке) системы усилителя руля при повороте во время движения. В этом случае реакция, знания и опыт водителя приобретают решающее значение. О проблемах могут сигнализировать посторонние шумы, вибрации, резкие толчки, проворот руля, трудное или слишком легкое его поворачивание.
По статистике четверть российских водителей предпочитает гидроусилитель, а половина – электроусилитель руля (и показатели смещаются в пользу ЭУР). Достоинства каждого из этих механизмов определяется их конструктивными особенностями.
В современных автомобилях используются электроусилители, гидроусилители и электрогидроусилители руля.
ЭУР: что это такое в автомобиле (электромеханический усилитель рулевого управления, ЭМУР, ЭУРУ)
Эур что это такое в автомобиле? Работает как электрический мотор. Воздействует на рулевое управление посредством электрического привода.
Датчики анализируют положение руля. Показания сообщаются электронному блоку управления, где их обрабатывает специальная компьютерная система. Отсюда руководящие сигналы передаются помещенному в рулевое устройство электрическому мотору. Он преобразует электрическую энергию в механическую, облегчая вождение.
Что такое ГУР в автомобиле (гидравлический усилитель руля)
Это устройство работает по типу насоса. Влияние на механизм управления рулём производится давлением жидкости (масла).
При включении двигателя вращающийся приводной ремень вводит в действие гидравлический насос. Поддерживается постоянная подача масла из бачка в систему.
Когда водитель крутит руль, специальный механизм (золотник) движется, реагируя на это вращение, и перекрывает канал слива масла обратно в бачок. Жидкость через распределитель (клапан) поступает в силовой гидроцилиндр.
Он преобразует давление жидкости в давление поршня, который производит силовое воздействие на рулевое управление. При завершении поворота и прямолинейном движении открываются все каналы, масло уходит обратно в бачок и продолжает вхолостую циркулировать по системе посредством соединительных шлангов.
Электрогидроусилитель руля (гибридный, электрогидравлический усилитель руля, ЭГУР)
Возник как модернизированная версия гидроусилителя. Работает от специального генератора (а не от двигателя автомобиля) и отключается при движении машины по прямолинейной траектории.
Специальные датчики считывают скорость поворота руля. Сигналы подаются на блок управления и сообщаются электрическому мотору, приводящему в движение гидравлический насос.
Сравнительная характеристика
Недостатки электроусилителя руля и преимущества гидроусилителя:
- Существует чувствительность ЭУР к плохой (раскисшей, ухабистой) дороге и влаге (в частности, при плохой погоде – когда снег, дождь, лужи). В таких случаях есть опасность перегрева и отключения, а также перегорания.
- ГУР лучше сглаживает толчки при неровностях дороги и наезде на бордюр.
- ЭУР не выдаёт мгновенную реакцию в случае быстрого поворота колёс в другую сторону. А если резко перекрутить руль, система вообще может отключиться.
- Для ГУР есть больше возможностей самостоятельного ремонта.
- В случае с ЭУР не исключается вероятность сбоя электроники (правда, этим грешат преимущественно старые и дешёвые модели; другая причина – несоблюдение правил эксплуатации).
- Производство ГУР менее затратно; их цена ниже, чем у ЭУР.
- ЭУР имеет ограничение по установке на тяжелые грузовики и внедорожники (из-за недостатка мощности).
Преимущества электроусилителя руля
- Лёгкость руления при ЭУР («одним пальцем»). Отличная маневренность при парковке, быстрая адаптация к перемене скоростей.
- Настройки параметров ЭУР при различных режимах работы. (Стабилизация при боковом ветре, автопарковка)
- Широта температурного диапазона для ЭУР. Жидкость в ГУР под влиянием температур и перегрузок может замёрзнуть, закипеть.
- Простота конструкции и обслуживания ЭУР. Надо лишь следить за состоянием подшипников. Техническое обслуживание ГУР более трудоёмкое. Необходим регулярный осмотр на предмет целостности, отслеживание герметичности гидравлических трубок, проверка натяжения приводного ремня, уровня масла. Есть правила по замене масла и фильтра.
- Компактные размеры ЭУР.
- Экономичность ЭУР (меньше расход топлива, выше КПД).
- Эксплуатация машины после отключения неисправного ЭУР. Для ГУР это нежелательно (разрушается рулевое управление; могут возникнуть другие поломки).
- Возможность при ЭУР долго удерживать руль в крайнем положении. На автомобилях с ГУР промедление более 5-ти секунд грозит серьёзной поломкой.
- Экологичность ЭУР. Машины с ГУР дают больше вредных выбросов; отслужившие свой срок ГУР сложнее в утилизации.
- Серьёзные перспективы прогресса ЭУР.
Выбираем между гидро- и электроусилителем руля
Итог
Некоторые несовершенства ГУР устранены в моделях с ЭГУР: произошло увеличение КПД, появилась возможность задавать нужные параметры, осуществилась замена приводного ремня на электродвигатель. Но будущее всё-таки за электромеханическими усилителями руля. Это общемировая тенденция, потому что их преимущества очевидны.
Мода на оснащение автомобилей различной электроникой не обошла стороной и рулевое управление.
Таким образом появился ЭРУ, который во многом обгоняет гидроусилитель по уровню безопасности, точности в управлении, бюджетности и удобству.
Принцип работы
Вся система включает в себя следящий привод, электродвижок, датчики момента и угла поворота руля, блок управления. В качестве опции может устанавливаться и датчик скорости поворота руля. В зависимости от конкретного типа авто, строение следящего привода может быть разным, но об этом расскажем чуть позже. Электродвигатель устанавливается современный, бесщеточный. Датчик момента являет собой базу всей системы. В рулевой вал монтируется торсион. Компоненты датчика ставятся на концах вала. Принцип его действия также может быть разнообразным.
Во время поворота руля происходит закручивание торсионного вала. И чем больше усиление, тем сильнее затягивается торсион. Вся эта информация передается через датчик крутящего момента в блок управления. Последний считывает и анализирует данные, сравнивает их с данными других датчиков и рассчитывает усилие, которое нужно приложить, дабы помочь водителю развернуть колеса. Электродвигатель получает команду и начинает действовать либо на рулевую рейку, либо на вал рулевой колонки.
Строение конструкции
Вариантов строения электроусилителя много, поэтому для наглядности рассмотрим продукцию лидера в этом производстве, в лице компании ZF - электроусилитель марки Servolectric. ЭУР подбирается и «ставится» с учетом конкретного типа автомобиля. На миниатюрных легковушках электроусилитель ставится на рулевой вал, среди авто второго класса передача вспомогательного усиления происходит через установленную шестерню, а в случае с легкими коммерческими автомобилями и внедорожниками отмечается использование параллельноосевой конструкции.
Так как легковым автомобилям большое воздействие от ЭУРа не требуется, следящий привод и электродвижок на такие машины устанавливаются настолько миниатюрные, что все оборудование без проблем помещается под рулем в самом салоне авто. Вместе с этим, там же размещаются и все датчики. Такое расположение очень удачно даже потому, что вся конструкция качественно оберегается от воздействия высоких температур и загрязнения.
Среднеразмерные авто оснащаются электроусилителем с парой шестерней. Через одну из них на рейку поступает усиление от руля, а через вторую дополнительное усиление от электрического мотора.
Дабы создать большее усиление, используется параллельноосевая конструкция. Здесь, для придания линейного движения ролевой рейке задействуется зубчатоременчатый привод и специальный механизм.
Вне зависимости от того, какой принцип конструкции использовался, в случае неисправности водитель сможет и дальше безопасно перемещаться на своем автомобиле, благодаря присутствию прямого механического контакта между колесом и рулем.
Возможности и сильные стороны
Основная сильная сторона электроусилитея в сравнении с ГУРом заключается в надежности и экономичности первого. Такая конструкция не отнимает энергию у двигателя, и только это позволяет экономить на топливе порядка 0,4-0,8 литров на каждые 100 км (конкретный показатель зависит от режима движения). Как следствие, падает количество вредных выбросов, от 10 до 20 г/км.
Электроусилитель подключается только в моменты поворота руля, во время прямого движения энергии он не потребляет. Конструкция ЭУРа компактнее и занимает гораздо меньше места по сравнению с гидроусилителем, а также он не требует обслуживания.
Работа ЭУР происходит тише и стоимость его намного ниже, но в то же время в случае его поломки ремонтные работы обойдутся дороже. Высокая стоимость обусловлена тем, что в случае неисправности недееспособные узлы нужно менять целиком.
ЭУР можно настраивать в зависимости от вида ТС и конкретных условий движения. Водитель с помощью кнопки на панели имеет возможность отключить устройство от датчика скорости, что обеспечит «легкость» руля и, как следствие, комфортное передвижение в условиях города.
Одну и туже модель ЭУРа можно с помощью программы настроить под разные модели авто. Электроусилитель имеет возможность возвращать руль в «ноль», а также автоматически удерживать колеса в среднем положении (например, в случае разного давления в шинах).
Сообщение ЭУР с другими электронными системами в транспортном средстве позволяет использовать первый:
- В качестве вспомогательного «инструмента» при парковке.
- Для удержания транспортного средства на полосе движения.
- Для стабилизации авто, например, в случаях резкого объезда неожиданно появившегося препятствия.
В прошлом для управления машиной требовалась физическая сила, теперь же помочь в этом может электроусилитель руля. Но многие автомобилисты не знают о том, как он устроен, а также как произвести простой ремонт в случае поломки. Все, что нужно знать об ЭУР, вы найдете в статье.
[ Скрыть ]
Описание ЭУР
ЭУР использует небольшой электродвигатель. Он создает дополнительное усилие на рулевом валу при повороте. Благодаря этому, удалось уменьшить размеры рулевых колес в автомобилях. Первыми такую новинку оценили по достоинству водители грузовиков, сегодня она есть на почти любом легковом автомобиле.
Сама система состоит из нескольких основных элементов:
- электромотор бесщеточного типа;
- датчики угла поворота руля;
- крутящий момент;
- управляющий блок;
- сервопривод.
Именно они являются основными элементами, которые входят в электроусилитель руля. Но сама конструкция несколько шире и о ней будет рассказано ниже, сразу после функций, а также плюсов и минусов системы.
Функции, плюсы и минусы
Конкурентом данной системы является гидроусилитель и электрогидроусилитель. Разница между ЭУР и ГУР: если ЭУР поломался — ничего страшного не произойдет, но вот при поломке ГУР нужно снять ремень, а в некоторыx авто это невозможно сделать. Но если проеxать без масла, насос придется заменить.
ГУР и ЭУР они имеют явные минусы. Так, нельзя держать колеса в крайнем положении больше 5 секунд, иначе перегрев. А еще требуется периодическое обслуживание. Ну, и наконец на высоких скоростях информативность руля снижается.
А вот электромеханический усилитель, он же ЭУР и ЭМУР, обладает такими плюсами, как:
- надежность;
- экономичность;
- компактность;
- изменение усилия в зависимости от условий движения.
Основным минусом является то, что он практически не поддается замене отдельных узлов. При их полном выходе из строя, придется менять всю систему, а это достаточно дорого.
Что касается функций, то она, по сути, одна – облегчить управление автомобилем, взяв на себя часть необходимого усилия. С таким устройством автомобиль становится значительно более послушным даже в сложных условиях. Подробнее об устройстве вы узнаете в видео ниже (автор ролика — Продажа авто АВТОСАЛОН Первый Видео АвтоРынок).
Конструкция и принцип работы
На машинах разного типа электроусилитель рулевого управления может устанавливаться в различных местах.
Так, на небольших автомобилях, которым не требуется особо сильного воздействия, система ставится непосредственно в рулевую колонку. Устройство размещается прямо в салоне под колесом управления, там же и все датчики. Такое положение защищает электрический усилитель руля от грязи и других воздействий.
На машинах среднего класса система располагается на рулевой рейке. Усилие же передается через шестерню. Такая система несколько менее надежна, но широко распространена.
Внедорожники и микроавтобусы же требуют установки системы на параллельноосевой конструкции. При этом передача усилия от электродвигателя осуществляется при помощи зубчатоременной передачи, а также механизма из винта и гайки на циркулирующих шариках. При этом ремнем вращается гайка, та передает усилие шарики, от которых оно переходит рулевой рейке.
Основной принцип работы электроусилителя руля – передача дополнительного воздействия с целью облегчения управления автомобилем.
Основные неисправности и способы их устранения своими руками
Какой бы ни была конструкция в вашем случае, даже если система выходит из строя, вы сохраняете управления. Ведь сохраняется прямая связь между рулевым валом и рейкой. Это обязательно требование безопасности. Поэтому, даже если поломка произойдет посреди движения, это не грозит вам неминуемой аварией.
Но все же, если не работает электроусилитель руля, то это серьезная проблема. Ведь управление автомобилем сразу же станет намного более сложным для вас. Основные неисправности приведем на примере отечественного автомобиля Лада Калина.
О проблеме вам будет сигнализировать желтый значок на панели приборов, изображающий руль с восклицательным знаком. Но его наличие не означает, что вы не можете ехать, просто управлять придется без участия электроусилителя.
Причина может крыться в самом ЭУР. В этом случае, при зажигании система не проходит через автоконтроль и отключается, чтобы не мешать водителю. Как уже говорилось выше, заменять отдельные узлы практически невозможно и лучше не копаться в устройстве самому. Если ваш автомобиль на гарантии, обратитесь к производителю за заменой ЭУР. В любом случае, ремонт электроусилителя руля будет дорогим, ведь может потребовать ремонт рулевой рейки и другие работы.
Отключение ЭУР также может быть вызвано поломкой датчика скорости. Дело в том, что работы усилителя тесно зависит от того, на какой скорости вы движетесь. Чем быстрее машина, тем меньше усилия дает прибор, дабы вы могли лучше сам контролировать руль. Максимальное же давние идет, когда движение осуществляется на небольшой скорости или машина вообще стоит.
Из-за поломки датчика ЭУР будет отключаться автоматически, так как не получает его данных. Для исправления сложившейся ситуации, вам необходимо заменить сам датчик скорости.
Если ЭУР гудит, то это может быть признаком неправильно поставленного картера – корпуса (поддона) двигателя. В этом случае вибрация с него будет идти на усилитель и тот начнет гудеть. А значит, ремонт ЭУР будет заключаться в исправлении положения картера.
Видео «Гидроусилитель или электроусилитель»
В этом видео проводится сравнение преимуществ и недостатков двух основных видов усилителей (автор — АВТОТЕМА ТВ).
Как же работает электроусилителя руля автомобиля? Принцип работы электроусилителя заключается в электрическом приводе, который дает дополнительное усилие при повороте руля. При помощи этого конструктивного элемента, Вам не приходиться выворачивать руль обеими руками. Датчик измеряет крутящий момент и передает в блок управления усилителем. В зависимости от угла поворота, этот блок рассчитывает мощность, которую нужно предать в двигатель усилителя. Сам датчик расположен в подрулевом переключателе. Для обратной связи еще один датчик расположен на роторе двигателя, он так же передает информацию о частоте вращения в блок управления.
Электроусилитель руля появился в середине девяностых годов. На момент 2016 года он стоит на половине всех машин, на планете. Столь большая популярность обусловлена рядом его характеристик и почти отсутствием недостатков. Его преимущества по сравнению с гидроусилителем заключаются в:
- компактности;
- точечной регулировки характеристик;
- предоставляемом объеме информации работе;
- надежности и экономичности;
- малой шумности.
К минусу можно отнести лишь его мощность, именно поэтому на тяжелом транспорте до сих пор ставят только ГУР.
На первый взгляд такая мудреная система ни к чему, но это обеспечивает расчет усилия на электромотор во всем диапазоне поворота руля. Это усилие зависит от таких параметров как:
- Величина момента на руле.
- Скорость с которой едет автомобиль.
- Оборот двигателя.
- Угловая скорость поворота руля.
В то время, как в ГУР дает примерно одинаковое усилие на весь диапазон.
Схемы рулевого управления
Существует 3 схемы установки электроусилителя. В независимости от схемы общая конструкция электромеханического усилителя состоит из электродвигателя, механической передачи, двух датчиков и двух шестерней или параллельного привода.
- ЭУР устанавливается на рулевую колонку. Это самый компактный вариант, при котором для поворота руля не требуется больших усилий. Сам электромотор и механическая передача помещаются под рулевым колесом. Огромным плюсом является нахождение в салоне, а не под капотом, тут устройство защищено от пыли и грязи, а это в свою очередь продлевает срок службы. Так же в случае выхода из строя устройства, Вам будет легко разобраться в принципе установки и поменять его своими руками, что сэкономит деньги. Данный вид крепления усилителя используют преимущественно на малом классе авто.
- Установка на рулевую рейку. Так устанавливают усилитель преимущественно на микроавтобусы и внедорожники. Здесь требуется уже больше усилия, которое передается через шестерню. Ведь чем больше автомобиль, тем больше он весит и тем большее усилие нужно для поворота.
- Устанавка на шариковинтовой механизм, где через ременную передачу усилие от электродвигателя передается на рейку. Данный способ обеспечивает наибольшее усилие электродвигателя при повороте. Так устанавливают электроусилитель руля на тягачи и автобусы.
Какой бы не был механизм установки электроусилителя руля, бывают сбои в блоке управление, при выходе из строя, он не блокирует поворот руля. И автомобиль можно спокойно отогнать в сервис, где его поменяют или отрегулируют.
Устройство и принцип работы ЭУР
Как же работает электроусилитель руля с точки зрения безопасности? Устроен электроусилитель рулевого управления гораздо проще, нежели ГУР. У него нет никаких расходных материалов в виде жидкостей. Отсутствуют множество подвижных соединений и уплотнений (критические места для поломки). Именно поэтому сейчас идет массовый отказ от стареньких гидроусилителей. Даже отечественные производители ВАЗ перешли на эту технологию.
Технические характеристики электроусилителя:
- напряжения питания (номинальное) – 12 В;
- максимальный компенсирующий момент – 35 Нм;
- максимальный ток потребления – 50 А;
- ток потребления (усилие на рулевом колесе приложено, выходной вал усилителя заблокирован) – не более 15 А.
Его появление помогло автопроизводителям реализовать ряд новых функций, таких как:
- повышение курсовой устойчивости;
- автоматическая парковка;
- соблюдение рядности движения.
Основные режимы работы усилителя руля
Как можно догадаться усилитель руля работает не все время. А лишь при повороте колес и не на высоких скоростях. Однако колеса поворачиваются при различных условиях. Соответственно и работа выполняемая двигателем разниться от условий. Современные блоки управления умеют определять в каком режиме двигается автомобиль и подстраивать крутящий момент двигателя под них.
Режим парковки
При парковке скорость автомобиля небольшая или отсутствует вообще, а углы поворота, на которые выворачиваем руль, большие. Информация, передающаяся с датчика угла поворота, поступает на блок управления и если скорость минимальна, а углы поворота и крутящий момент большие, то включается режим парковки. В нем максимальная нагрузка ложиться электроусилитель. Тем самым обеспечивается, так называемый “легкий руль”.
Режим езды по городу
Городская езда обусловлена постоянными остановками, поворотами и перестроениями. Здесь движение происходит со скоростью 40-60 км\ч. В результате происходят усилия в среднем диапазоне, блок обрабатывает информацию о скорости и угле поворота и дает сигнал на электродвигатель.
Режим езды на трассе
Особенность данной езды является высокие скорости и небольшой угол поворота при перестроении. Соответственно принимается решение о небольшом усилии двигателя или полном его отсутствии.
Ведь если вовремя не убрать помощь, автомобиль при малейшем повороте руля, даже на маленький угол резко свернет, что приведет к аварии.
Удержание среднего положения колес
Блок управления зачастую выполняет функцию удержания среднего положения колес. Это нужно в условиях разного давления в шинах, вся информация обрабатывается и проводится коррекция. Так же при повороте руля в движении к окружной силе добавляется тяговая, которая действует на колеса и изменяет их положение. Блок управления учитывает это и регулирует положение.
Поломка электроусилителя
При поломке срабатывает сигнал ошибки, лампочка, которая оповещает водителя что, что-то не так. Это может быть сигнал о неисправности или предупреждение систем защиты. При долгом удержании руля в крайних положениях, нагревается обмотка, и защита отключает электроусилитель, во избежание поломки. Этим грешат водители любящие парковаться в неположенном месте и выворачивать руль в крайнее положение, дабы их авто не смогли эвакуировать.
Так же частой причиной отказа служит выход из строя датчика скорости. Тут поможет лишь полная замена его на новый.
В некоторых случаях стоит выполнить калибровку электроусилителя руля:
- развал-схождение;
- переход на новые диски;
- замена запчастей ЭУР либо самого ЭУР.
Настройка позволит выровнять руль в нулевом положении, без отклонений в стороны.
Итог
В итоге мы виде, что электроусилитель руля приходит на замену гидроусилителю. Если сначала электрический усилитель ставили только на малолитражках, то теперь они добрались до внедорожников и спорткаров. Большегрузная техника пока остается на гидроусилителе, но и тут ставят комбинированные варианты из двух усилителей. Да, маломощность мешает полностью вытеснить гидроусилитель, но все его преимущества перевешивают пару недостатков.
Главным преимуществом электрического привода рулевого управления относительно является отсутствие гидравлики, а значит насоса гидроцилиндра, шлангов. Это позволяет уменьшить массу усилителя рулевого управления и объем занимаемый управлением в подкапотном пространстве.
Известно, что ряд факторов приводит к уводу автомобиля от прямолинейного движения, например разное , разная степень износа протектора, боковой ветер, поперечный уклон дороги. Применение электромеханического усилителя позволяет активно поддерживать возврат управляемых колес в среднее положение. Эта функция называется «активной самоустановкой» колес. Благодаря ее действию водитель лучше чувствует среднее положение рулевого управления, она облегчает также вождение автомобиля по прямой при воздействии на него различных .
Если при движении по прямой на автомобиль действует боковой ветер или поперечное усилие, вызываемое уклоном дорожного полотна, усилитель создает постоянный поддерживающий момент, который освобождает водителя от необходимости создавать реактивные усилия на рулевом колесе.
Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем на примере автомобиля Opel Corsa показано на рисунке:
Рис. Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем:
1 – электроусилитель; 2 – карданный вал рулевого управления; 3 – рейка привода рулевого управления
Электроусилитель может приводить вал рулевого управления на рулевой колонке, шестерню привода рейки или непосредственно саму рейку.
Рис. Электроусилитель рулевого управления на примере автомобиля Opel Corsa:
1 – электродвигатель; 2 – червяк; 3 – червячное колесо; 4 – скользящая муфта; 5 – потенциометр; 6 – кожух; 7 – рулевой вал; 8 – разъем датчика момента на рулевом валу; 9 — разъем питания электродвигателя
Разрез электроусилителя рулевого управления с приводом рулевого управления на рулевой колонке показан на рисунке:
Рис. Разрез электроусилителя рулевого управления:
1 – трехфазный синхронный электродвигатель; 2 – якорь; 3 – обмотка статора; 4 – датчик положения якоря; 5 – червячное колесо; 6 – рулевой вал; 7 – червяк
Электроусилитель через червячную передачу связан с валом рулевого управления. В зависимости от полярности напряжения питания электродвигатель вращается в ту или иную сторону, помогая водителю поворачивать колеса. Крутящий момент величиной силы тока, определяемой блоком управления действующим согласно заложенной в него программе и сигналам, поступающим от соответствующих датчиков.
Вал электродвигателя, при подаче на двигатель напряжения помогает поворачивать вал привода рулевого колеса через червяк и червячное колесо. Для поддержания постоянной обратной связи с дорогой входной и выходной валы электроусилителя соединены друг с другом через торсион. Приложение усилия к рулевому управлению как со стороны водителя, так и со стороны дороги приводит к закручиванию торсиона до 3-х градусов и изменению взаимной ориентации входного и выходного валов. Это служит сигналом для включения в работу электроусилителя. В зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости автомобиля электродвигатель подкручивает выходной вал, снижая усилие. Работает электродвигатель и при обратном ходе, он помогает возвращать колеса автомобиля и рулевое колесо в первоначальное положение. Торсион при поворотах всегда остается немного скрученным, гарантируя тем самым на руле то усилие, которое необходимо водителю, чтобы чувствовать дорогу.
Один из датчиков находится на торсионе, соединяющем половинки разрезанного рулевого вала, и следит за его закручиванием. С ростом усилия на руле сильнее закручивается торсион – больший ток идет на электромотор усилителя, что соответственно увеличивает помощь водителю.
Второй датчик следит за скоростью автомобиля. Чем она меньше, тем эффективнее помощь в повороте рулевого управления и наоборот, а после 75 км/ч усилитель вообще выключается чтобы не создавать дополнительного сопротивления, редуктор и электромотор разъединяются.
Третий датчик контролирует частоту вращения коленчатого вала двигателя и следит, чтобы усилитель работал только одновременно с ним. Это делается в целях экономии электроэнергии, потому что электроусилитель может потреблять до 105 А.
Производитель автомобилей Ауди предлагают систему реечного электроусилителя с двумя шестернями.
Рис. Схема реечного электроусилителя с двумя шестернями:
1 – датчик момента на рулевом колесе; 2 – электронный блок управления; 3 – электродвигатель усилителя; 4 – шестерня усилителя; 5 – рейка; 6 – датчик угла поворота рулевого колеса; 7 – торсион вала рулевого управления; 8 – шестерня рулевого механизма
Усилитель действует на рейку рулевого механизма через шестерню 3, которая установлена параллельно с основной шестерней рулевого механизма 2. Шестерня усилителя 3 приводится от электродвигателя 4. Передаваемый на шестерню 2 рулевого механизма крутящий момент измеряется датчиком момента 1. Величина развиваемого усилителем крутящего момента устанавливается электронным блоком управления 5 в зависимости от момента на рулевом колесе, скорости автомобиля, угла поворота колес, скорости поворота рулевого вала и других вводимых в него данных.
Электродвигатель и редуктор размещены в общем алюминиевом корпусе 2. На конце вала двигателя нарезан червяк 3.
Рис. Червячная передача привода шестерни усилителя:
1 – электродвигатель; 2 – корпус; 3 – червяк; 4 – вал привода; 5 – демпфер
Червячная передача служит для привода шестерни усилителя. Между червячным колесом и шестерней установлен демпфер 5, который исключает резкое нарастание усилия на рейке при включении усилителя. Положение (угол поворота) ротора электродвигателя определяется с помощью датчика поворота 6. Этот датчик расположен под возвратным и скользящим кольцами подушки безопасности. Он установлен на рулевой колонке между подрулевыми переключателями и рулевым колесом. Датчик генерирует сигнал, соответствующий углу поворота рулевого колеса.
Основными деталями датчика угла поворота рулевого колеса являются кодирующий диск с двумя кольцами и фотоэлектрические пары, каждая из которых содержит источник света и фотоэлемент. На кодирующем диске предусмотрены два кольца: внешнее кольцо 1 с шестью фотоэлектрическими парами, которое служит для определения абсолютных значений угла поворота рулевого колеса, и внутреннее кольцо 2 – для определения приращений этого угла. Кольцо приращений разделено на 5 сегментов по 72°. Оно используется в сочетании с одной фотоэлектрической парой. В пределах каждого из сегментов кольцо имеет несколько вырезов. Чередование вырезов в пределах одного сегмента не изменяется, а в отдельных сегментах оно отличается. Благодаря этому осуществляется кодирование сегментов.
Рис. Схема датчика угла поворота рулевого колеса:
1 – внешнее кольцо абсолютных значений; 2 – внутреннее кольцо приращений; 3 – фотоэлектрическая пара.
Датчик угла поворота рулевого колеса позволяет отсчитывать его в пределах до 1044°. Отсчет угла производится путем суммирования числа градусов. При переходе через метку, соответствующую 360°, датчик регистрирует завершение поворота на один полный оборот. Конструкцией рулевого механизма предусмотрена возможность поворота рулевого колеса на 2,76 оборота.
На рулевом колесе установлен датчик момента 3.
Рис. Датчик момента на рулевом колесе:
1 – рулевой вал; 2 – магнитное кольцо; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – вал шестерня; 5 – витой кабель; 6 – торсион
Действие этого датчика основано на магниторезистивном эффекте. На рулевом вале 1 установлено магнитное кольцо 2, которое жестко связано с верхней частью торсиона 6. Чувствительный элемент 3 датчика соединен с валом шестерни рулевого механизма 4 и связан таким образом с нижней частью торсиона. Сигнал снимается с датчика через витой кабель 5. Торсион закручивается точно в соответствии с усилиями, прилагаемыми к рулевому валу. При этом магнитное кольцо 2 перемещается относительно чувствительного элемента 3 датчика. В результате действия магниторезистивного эффекта изменяется сопротивление чувствительного элемента, величина которого определяется блоком управления.
Если системой управления обнаружен дефект датчика, она производит «мягкое» отключение усилителя. При этом усилитель не отключается полностью, а переводится на режим управления по резервному сигналу, который образуется в блоке управления из сигналов угла поворота рулевого вала и частоты вращения ротора двигателя усилителя.