Электрическое рулевое управление автомобиля

Устройство электроусилителя руля

Усилители рулевого управления, в случае с легковыми автомобилями, повышают комфортабельность вождения, на грузовиках же без них и вовсе не обойтись, поскольку управлять авто без такого оборудования очень затруднительно. Изначально на машинах использовался усилитель гидравлического типа (ГУР), в котором основную работу выполняла жидкость, находящаяся под давлением.

ГУР получил достаточно широкое распространение и до сих пор используется как на легковушках, так и на специализированной технике. Но у этого типа усилителя рулевого управления появился конкурент, причем достаточно серьезный — электрический усилитель (аббр. ЭУР, ЭУРУ).

Этот тип уже завоевал достаточно широкую популярность и его устанавливают на свои модели многие автопроизводители. Есть тенденция, что на определенных классах автомобилей ЭУР полностью вытесняет ГУР. Поэтому следует подробно рассмотреть устройство электроусилителя руля, конструктивные особенности, виды, положительные и отрицательные стороны.

Основная задача ЭУР та же, что и у гидроусилителя – создание дополнительного усилия на рулевом механизме для облегчения управления авто. Причем работа усилителя не должна влиять на «обратную связь», чтобы водитель постоянно «чувствовал» дорогу.

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.

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.

Режимы работы

Теперь по поводу режимов работы. Дело в том, что при разных условиях движения необходимо создание конкретного усилия. Также некоторые из режимов направлены на повышение комфортабельности.

Основными из режимов работы ЭУР можно отметить:

• Парковка;
• Движение на высокой скорости;
• Подруливание;
• Возврат колес в среднее положение.

Парковка автомобиля отличается надобностью поворота колес на большие углы, при этом с минимальной скоростью движения, а то и вовсе стоя на месте. Поэтому усилие на руле при парковке – значительное. Чтобы компенсировать ЭУР начинает работать в условиях создания максимального усилия.

А вот при движении на высокой скорости для обеспечения хорошей информативности, чтобы водитель не потерял чувства дороги, при маневрах ЭУР практически не задействуется или же создает малые усилия.

Интересным является режим подруливания. Условия движения авто могут быть самыми разными – дорога со скосом в одну сторону, воздействие сторонних факторов (боковой ветер, разное давление в колесах). Все они приводят к тому, что авто «уводит» в какую-либо из сторон. Режим же подруливания обеспечивает прямолинейное движение авто, причем делает ЭУР это без какого-либо участия со стороны водителя.

Существует и режим возврата колес в среднее положение, когда снижается усилие на рулевом колесе. Это происходит при завершении поворота, когда водитель «отпускает руль», блок управления по средствам датчиков рассчитывает необходимый момент и возвращает колеса в среднее положение за счет электроусилителя.

Описанные режимы работы в ЭУР включаются автоматически (благодаря информации от дополнительных датчиков). Но этот усилитель также позволяет водителю устанавливать свои определенные режимы – «Спорт», «Норма», «Комфорт».

Разница между режимами сводится к изменению реакции ЭУР на условия движения. К примеру, в режиме «Спорт» обеспечивается большая информативность (руль более «тяжелый»), а при «Комфорте» создает больше усилия, обеспечивая удобство управления авто. «Норма» же является средним положением, при котором, на малых скоростях ЭУР работает по максимуму, а на высоких – создает минимальное усилие.

Достоинства и недостатки

Как и в любом устройстве, у электроусилителя руля есть свои положительные и отрицательные стороны. К достоинствам ЭУР относятся:

• Повышение экономичности авто. ЭУР «не забирает» мощность силовой установки, а также включается в работу только при поворотах руля;
• Простота конструкции и меньшая металлоемкость;
• Компактность;
• Нет надобности в техническом обслуживании;
• Бесшумность;
• Возможность установки режима работы.

Благодаря этим преимуществам ЭУР и получил широкое распространение. Но и негативные стороны у усилителя руля этого типа тоже существенны. Из основных недостатков у него отмечается:

• Меньшая информативность (по сравнению с ГУР);
• Возможность сбоев в работе электронной части, что приводит к некорректной работе;
• Все составные части практически не ремонтопригодны, а стоимость ремонта тех узлов, которые все же ему поддаются – очень высокая;
• Невысокая мощность исполнительного механизма, из-за чего нет возможности применять ЭУР на ряде авто (внедорожниках, микроавтобусах, грузовиках);
• Вероятность отключения ЭУР при перегреве электродвигателя (случается при движении в тяжелых условиях, когда усилитель работает непрерывно).

В общем, электроусилитель руля является достойным конкурентом ГУР, и используется он все чаще, хотя вряд ли когда-то сможет полностью его заменить.

Источник статьи: http://autoleek.ru/hodovaja-chast/rulevoe-upravlenie/ustrojstvo-elektrousilitelya-rulya.html

Что такое электроусилитель руля

С 2000-х годов автопроизводители активно применяют электрический усилитель руля. Он стал неплохой альтернативой ГУРу. Электроусилитель руля начали ставить на многие бюджетные модели, в которых до этого времени усилитель не предлагался даже за доплату. Но почему половина машин до сих пор идет с ГУРом? Все не так однозначно, и увы, ЭУР не лишен недостатков. Но обо всем по порядку.

Функции и назначение

Что такое ЭУР? Это механизм рулевого управления, призванный снизить усилия, прилагаемые водителем для поворота руля. Главным элементом в системе является электродвигатель – именно он создает дополнительное усиление.

Электрический усилитель рулевого управления может иметь ряд дополнительных функций:

• менять степень усиления руля в зависимости от скорости;
• исправлять неверные действия водителя (на случай, если он заснул за рулем);
• самостоятельно парковать автомобиль (эта функция появилась только недавно и используется на дорогих авто).

Устройство

Электроусилитель включает 3 основных элемента:

• электрический двигатель;
• редуктор;
• систему управления.

Рассмотрим устройство электроусилителя руля подробнее.

Электродвигатель

В зависимости от конструкции ЭУР, он служит для передачи усилий на:

1. Рулевой вал. Электродвигатель встроен в рулевую колонку и передает усилия на вал через редуктор.
2. Рейку. Это электромеханический усилитель – наиболее распространенный тип на бюджетных автомобилях. Система может быть реализована с параллельным приводом, либо с двумя шестернями. В первом случае электродвигатель отдает крутящий момент на рейку через ременную или винтовую передачу. Во втором момент поступает через шестерню.

Система управления

Работа электроусилителя рулевого управления невозможна без датчиков и блоков управления. Вне зависимости от конструкции, в ЭУР задействуется датчик угла поворота руля и датчик крутящего момента на руле.

Также в работе учувствует блок АБС, который дает информацию от датчиков скорости колес и ЭБУ ДВС, предоставляющий данные о частоте вращения коленвала.

Как работает электроусилитель рулевого управления?

Когда мы вращаем руль, одновременно двигается его вал. Это замечает датчик, который посылает соответствующий сигнал на блок управления ЭУР. Последний, обработав также информацию от других датчиков (АБС и ДПКВ), определяет нужное усилие для поворота колес, генерируемое электромотором. Каждый раз это усилие меняется, в зависимости от дорожных условий и скорости движения. Таким образом, принцип работы электроусилителя основан на считывании информации с разных датчиков и обработке их сигнала ЭБУ.

Есть несколько режимов работы электроусилителя рулевого управления:

• поворот колес в обычном режиме;
• управление на высокой или низкой скорости;
• вращение руля на месте;
• возврат колес в изначальное положение;
• поддерживание руля в «нулевом» положении.

Поэтому мы замечаем большую разницу в поведении руля – при парковке он вращается одним пальцем, когда как на скорости для его вращения нужно приложить усилия. Так организован принцип работы каждого электроусилителя рулевого управления.

Электрогидравлический усилитель

Пару слов про ЭГУР. Такой тип усилителей не менее распространен на авто. Это гибридная система, состоящая из:

• электронного блока;
• электродвигателя;
• шестеренчатого насоса.

Отличие ЭГУР от гидроусилителя заключается в электродвигателе. За счет него работает шестеренчатый насос, создавая давление жидкости. В этой системе также нет приводного ремня – все контролируется электроникой. Те же датчики, тот же блок управления. Принцип работы ЭГУР идентичен ЭУР – дополнительным звеном здесь выступает только насос и бачок. Ввиду большей стоимости, такая система применяется не на всех авто – больше это касается машин класса С и выше.

Достоинства и недостатки ЭУР

Среди преимуществ электроусилителя руля можно отметить следующее:

1. Машина с ЭУР расходует меньше топлива, чем аналогичная с ГУРом. Принцип работы электроусилителя руля организован так, что система выключается в «нулевом» положении. К тому же, электроусилитель не связан ремнем со шкивом коленвала. Разница в расходе примерно литр на 100 километров (в городской черте).
2. Возможность установки дополнительных функций (та же автоматическая парковка).
3. Простая конструкция и компактность. Здесь нет ремня, насоса, жидкости, которую нужно гонять по трубкам под давлением. Отсюда выходит второй плюс – электроусилитель рулевого управления не нуждается в обслуживании.

На этом все плюсы заканчиваются. Недостатков здесь, увы, больше:

1. Ограниченное применение. Электромотор не располагает большой мощностью, поэтому его можно встретить только на легковых автомобилях. Чтобы электроусилитель нормально работал на джипах и авто побольше, нужен очень большой, дорогой и мощный генератор.
2. Плохая обратная связь. Многие водители, пересаживаясь с гидроусилителя, замечают разницу в поведении авто. Часто теряется связь с колесами. Управлять таким автомобилем не так комфортно, как с гидроусилителем.
3. Риск перегрева. Это возможно при движении на грунтовой дороге или в колее, когда постоянно нужно подруливать. Благо, инженеры предусмотрели это, и в случае перегрева ЭУР просто отключится. Но если датчики сработали не вовремя, что часто бывает на старых автомобилях – электромотор на помойку.
4. Ненадежность и не ремонтопригодность. Казалось бы, система проста, как 5 копеек. Но слабым ее местом как раз является электромотор. Его легко убить, а ремонту он практически не подлежит. То же самое касается системы управления. Любой датчик или тот же блок управления в большинстве случаев не удается отремонтировать.
5. Сложная диагностика. Проверить работу ЭУР самому нельзя – нужна только профессиональная диагностика. К тому же, проблема может проявляться только периодически – например, на влажную погоду или на большой скорости. Понять суть такого поведения электроусилителя может только опытный мастер.

Частые неисправности электроусилителя

О неисправности можно узнать по поведению машины. Будет слышен стук при вращении руля, иногда руль может закусывать или периодически пропадать усиление. Бывают и коварные симптомы – внезапно машина просто уходит с дороги. Пропадает напряжение бортовой сети, увеличиваются обороты двигателя. И конечно же, при любой проблеме с ЭУР будет гореть желтая лампа (нет, не «Check Engine» – иконка руля, как на фото ниже).

Что может выходить из строя в ЭУР:

1. Электромотор. Ломается, даже если не было перегрева и больших нагрузок – просто от времени. С пробегом, изнашиваются опорные втулки, изнашиваются графитовые щетки. В худших случаях диагностируют межвитковое замыкание якоря.
2. Червячный привод. Слабое место – червячная шестерня, в которой стираются зубья.
3. Поворотные датчики и шлейфы. Если начались проблемы в электронике, это будет сразу заметно по поведению авто. Электронный блок получает не всю информацию от датчиков, либо вовсе ложные значения, из-за чего неправильно управляет моторчиком.
4. Внутренние втулки. Последние выходят из строя частично, отчего слышен гул при вращении руля (прям как у неисправного насоса гидроусилителя). Можно заметить вибрацию при повороте. Иногда руль закусывает, что очень опасно на дороге. Заметив такую неисправность, не нужно медлить с ремонтом.
5. Подшипники выходят из строя из-за попадания влаги внутрь. Руль тоже начинает подвывать и вибрировать.
6. Блок управления. Часто сгорает какая-либо дорожка на старых автомобилях. Нет связи с датчиком – нет нормальной работы. Бывает, что внутрь блока попадает вода по разным причинам и плата окисляется. Решить проблему можно – заменить блок или отремонтировать старый, смотря как сильно он поврежден.

Подводим итоги

ЭУР – высокотехнологичное устройство, призванное облегчить жизнь водителю. ЭУР не требует замены ремня, масел и других манипуляций. До определенного времени. Внезапно электроусилитель дает о себе знать. Хорошо, если просто пропало усиление, а не закусил руль или машина сама ушла в сторону. Неисправность имеет разный характер, и чтобы разобраться, нужна тщательная диагностика.

Но как мы отметили ранее, производить манипуляции с оживлением ЭУР самому крайне сложно. Недостаточно иметь дорогое оборудование – чтобы грамотно отремонтировать электроусилитель, нужно иметь и инструменты, и знания, и опыт. От нас, водителей, требуется лишь одно – вовремя заметить неисправность. Часто бывает, что при своевременном обращении в сервис удается дешево устранить поломку, на раннем этапе. Прислушивайтесь к своему автомобилю и выбирайте проверенных мастеров!

Источник статьи: http://mashinapro.ru/1923-chto-takoe-elektrousilitel-rulya.html