Электронное управление рулевыми системами автомобилей

Система активного рулевого управления ( Active Front Steering, AFS ) предназначена для:

изменения передаточного отношения рулевого механизма в зависимости от скорости движения;

корректирования угла поворота передних колес при прохождении поворотов и торможении на скользком покрытии.

Система AFS является совместной разработкой фирм Bosch и ZF . В настоящее время система устанавливается на большинство моделей автомобилей BMW в качестве опции и является фирменным атрибутом данной марки .

Р улевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении.

Рулевое управление современного автомобиля имеет следующее устройство :

рулевое колесо с рулевой колонкой , рулевой механизм , рулевой привод.

Схема рулевого управления

рулевое колесо , рулевая колонка , карданный вал , датчик крутящего момента на рулевом колесе , электроусилитель руля , рулевой механизм , рулевая тяга , наконечник рулевой тяги с шаровым шарниром

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 — 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 .

Этот раздел сайта посвящен электронным системам рулевого управления . А именно, описание, устройство и принцип работы систем. Подробно изложено функционирования раз личных систем. Их ТО диагностирование и возможности ремонта.

Системы рулевого управления с усилителем находят широкое применение. Однако без применения электроники усилители, как правило, имеют постоянный коэффициент усиления, что негативно сказывается на слишком больших и слишком малых скоростях движения автомобиля: на малой скорости требуются большие усилия на рулевом колесе, а на большой скорости — малые. Разработки с целью повышения эффективности рулевого управления базируются на прогрессе в области электронной техники и имеют два направления: 1) управление, реагирующее на скорость движения автомобиля; 2) управление, реагирующее на частоту вращения коленчатого вала двигателя. В 1-м случае коэффициент усиления изменяется в соответствии со скоростью автомобиля, во 2-м — с частотой вращения коленчатого вала двигателя. В обоих случаях цель изменения состоит в том, чтобы делать более легким управление на низкой скорости и менее чувствительным — на высокой. ..

Гидроусилителем рулевого управления (обиходное название – гидроусилитель руля ) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля , в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью гидравлического привода. Гидроусилитель руля является самым распространенным видом усилителя рулевого управления.

Простейший гидроусилитель руля имеет привод гидронасоса от коленчатого вала двигателя. У такого усилителя производительность прямо пропорциональна частоте вращения колнечатого вала двигателя, что противоречит реальным потребностям рулевого управления (при максимальной скорости движения требуется минимальный коэффициент усиления, и наоборот).

Источник статьи: http://awtoel.narod.ru/indexRul.html

Устройство и принцип работы электроусилителя рулевого управления

Электроусилитель рулевого управления (ЭУР), как и любой другой усилитель, призван уменьшить усилие, прилагаемое водителем при воздействии на рулевое колесо, тем самым повышая уровень комфорта и легкость управления автомобилем. Дополнительное усилие создается за счет электрического привода. Отсутствие гидравлических элементов в системе повышает ее надежность и создает дополнительные возможности для реализации таких функций, как автоматическая парковка. В настоящей статье разберем, какие еще особенности есть у ЭУР, узнаем его устройство и принцип работы.

Функции и назначение

Аббревиатура EPS (Electric Power Steering) переводится как “электрический усилитель руля”, который является альтернативой гидроусилителю. Главное предназначение ЭУР – снижение усилия, прилагаемого водителем на рулевое колесо в процессе управления автомобилем.

К основным преимуществам электроусилителя в сравнении с гидроусилителем можно отнести:

высокую надежность за счет отсутствия гидравлики: исключается вероятность появления утечек и других неисправностей, характерных для ГУР;
более высокую точность и удобство регулирования рулевого управления;
экономию топлива за счет того, что электроусилитель работает только во время поворота руля.

Разновидностью ЭУР является система адаптивного электроусилителя, работающая совместно с системой курсовой устойчивости. Она дает важные преимущества с точки зрения безопасности: корректирует углы поворота колес, повышая устойчивость автомобиля, а также компенсирует недостаточную или избыточную поворачиваемость автомобиля.

Преимущества устройства

Надежность.
Возможность реализации автоматического управления автомобилем.
Простота обслуживания и бесшумная работа.
Экологическая и технологичность безопасность.
Возможность управления транспортным средством в случае выхода системы из строя.
Обеспечение легкости и плавности рулевого управления.
Обеспечение соответствия между углами поворота управляемых колес и руля.
Обеспечение пропорциональности между силами сопротивления повороту колес и усилием на рулевом колесе.

Устройство ЭУР

Конструктивно ЭУР состоит из следующих элементов:

электродвигатель (электромотор);
механическая передача (редуктор);
система управления.

Электрический двигатель

Именно электромотор, который, как правило, представлен асинхронным электродвигателем, приводит в движение электроусилитель руля. При этом существует несколько схем установки электродвигателя:

Электрический двигатель передает усилие на вал рулевого колеса.
Электрический мотор передает усилие на рулевую рейку.

В первом варианте конструкции электроусилитель встроен в рулевую колонку, и электрический двигатель осуществляет передачу крутящего момента на вал рулевого колеса посредством механической передачи.

Варианты установки электродвигателя

Наиболее востребованным считается второй вариант, который называют электромеханическим усилителем рулевого управления (ЭМУР). Варианты его конструкции могут быть представлены в виде усилителя руля с двумя шестернями или усилителя руля с параллельным приводом.

В ЭУР с двумя шестернями передача крутящего момента осуществляется от рулевого колеса на рейку рулевого механизма одной шестерней; на другую шестерню момент передается при помощи электрического мотора.

В ЭУР с параллельным приводом электромотор передает усилие на рейку рулевого механизма за счет ременной передачи или передачи винт-шариковая гайка.

Система управления

Система управления ЭУР состоит из:

входных датчиков;
электронного блока управления;
исполнительного устройства.

датчик угла поворота рулевого колеса;
датчик крутящего момента на рулевом колесе.

Помимо этих элементов система управления ЭУР использует информацию, поступающую от блока управления ABS (колесные датчики скорости) и от блока управления двигателем (датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя).

ЭБУ обрабатывает сигналы датчиков, на основании которых дает команду начать работу исполнительному устройству, в роли которого как раз является электрический двигатель усилителя.

Принцип работы электроусилителя руля

Принцип работы электроусилителя руля следующий: при повороте водителем рулевого колеса происходит скручивание торсионного вала. Эту информацию блоку управления передает датчик крутящего момента. ЭБУ обрабатывает данные, соотносит их с показаниями других датчиков и вычисляет усилие, которое необходимо приложить, чтобы помочь водителю повернуть колеса. Электрический двигатель получает команду и воздействует на вал рулевой колонки либо на рулевую рейку.

Различают следующие режимы работы электроусилителя:

поворот автомобиля в обычном режиме;
поворот машины на большой скорости;
поворот машины на малой скорости;
возврат колес в среднее положение;
поддержание колес в среднем положении.

Преимущества и недостатки электроусилителя руля

К основным преимуществам ЭУР относятся:

экономия топлива – электрический мотор исключает необходимость отбора части мощности у двигателя;
надежность за счет отсутствия гидравлической системы;
обеспечение лучшей связи водителя с дорогой;
компактность и простота обслуживания;
удобство регулирования характеристик рулевого управления;
возможность реализации автоматического управления.

К минусам устройства относятся:

невозможность использования устройства на тяжелых грузовиках из-за его малой мощности;
недостаточная влагозащищенность;
высокая стоимость.

Неисправность EPS

Если на панели приборов загорелась контрольная лампа (значок, на котором находится руль с восклицательным знаком), то это говорит о неисправности EPS. Появление ошибки говорит о том, что электроусилитель не проходит самодиагностику при включении зажигания. Причиной неисправности могут быть множество факторов, например выход из строя какого-нибудь из датчиков, входящих в систему управления EPS. Хотя управлять автомобилем можно и без электроусилителя, но делать этого не стоит. Лучше обратится к специалистам.

Источник статьи: http://techautoport.ru/hodovaya-chast/rulevoe-upravlenie/elektrousilitel.html

Электроусилитель рулевого управления: устройство, принцип работы

Рассмотрим принцип работы электроусилителя рулевого управления, устройство, схему, плюсы и минусы, а так же основные неисправности. В конце статьи смотрите видео – принцип работы электроусилителя.

Содержание статьи:

Что такое электроусилитель
Устройство механизма
Схема
Принцип работы
Плюсы и минусы
Основные неисправности
Цена ремонта и деталей
Видео

Электроусилитель рулевого управления автомобиля (электроусилитель руля) — предназначен для минимизации усилий водителя во время поворота руля. Тем самым увеличивая комфорт и безопасность. Основной плюс это полное отсутствие гидравлических элементов и механизмов в системе, что так же повышает безопасность автомобиля. Благодаря электронике, за счет которой работает усилитель, инженеры смогли реализовать множество дополнительных функций, которые нельзя установить на гидравлический усилитель.

Что такое электроусилитель руля

Электроусилитель — это высокотехнологичный узел, который исключает гидравлику и работает полностью на основе электроники. Если сравнивать гидравлику и электронику, то последний стремительно набирает популярности, как среди водителей, так и производителей. Основной плюс это стоимость производства, которая на порядок меньше, чем гидравлический, к тому же практически не требует внимания.

Большая часть управления приходится на датчики и электронику, которые следят за действиями водителя, анализируют полученные данные и передают сигналы на исполнительные механизмы для поворота колес. Среди частых поломок, скорей носят характер дефекта, изъяны в управлении, изнашиваемость деталей и прочее. Между тем, производитель учитывает всевозможные недочеты и по мере возможности, устраняет их. Если говорить в общем, о качестве и комфорте, то основой плюс – отсутствие передачи вибрации и ударов на руль.

Как устроен электроусилитель руля автомобиля

Если с основным назначением электроусилителя руля понятно, то вот принцип строения вовсе отличается от классического гидроусилителя. На сегодня устройство ЭУР (электроусилитель) во многом зависит от производителя автомобиля, но специалисты выделяют классический вариант, устройство которого не меняется. В стандартный набор входит электродвигатель на рулевой колонке, передача механическая (шестеренчатая), а так же система управления на базе электронного блока. Каждая из перечисленных деталей выполняет свою важную роль.

Например, электродвигатель (электромотор), как правило, это асинхронный двигатель, приводит в действие усилитель руля. Хотя и здесь выделяют несколько схем и принципов установки такого электродвигателя. Первый вариант, когда электродвигатель передает усилие непосредственно на вал руля. Механизм устанавливается на рулевую колонку, посредством механической передачи (шестеренок или червячной передачи), усилие передается от двигателя к рулевому колесу. Как показывает практика, такой вариант устройства электроусилителя отживает свое и менее востребован.

Второй вариант установки, когда электромотор передает усилие на саму рулевую рейку. Можно сказать это более практичный вариант устройства электроусилителя и более востребованный (распространенный) среди современных автомобилей. Существует два основных подвида, когда передача усилия ведется через две шестерни или за счет параллельного привода. С параллельным приводом усилие электродвигателя передается непосредственно на рулевую рейку всего механизма, за счет ремня или винт-шариковой передачи. Если же ЭУР на основе двух шестеренок, то передача усилия идет на рулевую рейку от руля за счет одно шестерни. Что касается второй шестерни, то на нее усилие передается с помощью электродвигателя.

Не менее важным элементом электроусилителя считается редуктор. По виду это механическая передача, состоящая с шестеренки и червячного элемента. В зависимости от устройства электроусилителя и самой модели автомобиля, данное соединение может менять форму, а так же само устройство. Основой задачей считают преобразования усилия поворота руля на рулевую рейку или же от руля на электродвигатель. Соединены детали между собой, как правило, под углом в 90 градусов.

Последняя и самая незаменимая деталь электроусилителя руля – электронный блок управления. Можно сказать, что это сердце всего механизма, так как именно он получает сигналы, обрабатывает их и решается дальнейшие действия других механизмов системы. По структуре строения – набор микросхем, логический блок, предохранители и прочие элементы, отвечающие за работу электронной платы.

Помимо перечисленных основных механизмов, так же выделяют датчики поворота руля (влево и вправо), датчики крутящего момента (реактивного усилия). Выделяют еще и защитные механизмы, отвечающие за контроль и минимизацию определенных величин. Например, угол поворота руля – распознавание стиля езды, спортивный или плавный городской. Скорость поворота колес — в зависимости от пожеланий водителя или выбранного режима подвески. Такие элементы отвечают не только за электроусилитель руля, но и управление других деталей автомобиля (подвески, двигателя и трансмиссии). Благодаря использованию электроники в усилителе руля, инженерам удалось соединить ранее отдельные механизмы в одно целое, а посредством электронных блоков управлений – научить их взаимодействовать друг с другом.

Схема электроусилителя руля автомобиля

рулевое колесо;
колонка рулевого механизма;
карданный вал для передачи усилия руля;
электродвигатель усилителя (электромотор);
датчик для определения крутящего момента;
рулевой механизм;
электронный блок управления усилителем.

В зависимости от производителя и модели автомобиля, смеха устройства электроусилителя рулевого управления может отличаться. Как дополнение, могут быть установлены дополнительные датчики, а так же связь с другими системами безопасности и комфорта.

Как работает электроусилитель рулевого управления авто

Принцип работы электроусилителя руля автомобиля чем-то напоминает классический вариант гидроусилителя, но с доработкой в сторону электроники. Все начало стартует с момента поворота рулевого колеса влево или вправо. В этот момент происходит скручивание торсиона (торсионного вала) и с обратной его стороны происходит движение.

В свою очередь, датчики угла поворота руля и датчик крутящего момента считывают информацию и передают её на электронный блок управления. ЭБУ рассчитывает полученную информацию, сравнивает данные с другими датчиками и системами и как результат – рассчитывает усилие для электродвигателя, которое необходимо приложить для облегчения водителю повернуть рулевое колесо.

Электродвигатель усилителя не остается в стороне. Получив команду от блока управления, он начинает воздействовать на рулевой вал или рулевую рейку (зависит от типа электроусилителя). Скорость отработки электромотора усилителя прямо пропорционально зависит от силы тока. Чем больше ток подается на электромотор, тем он быстрей вращает механизм, соответственно, чем меньше ток, тем медленней будет вращаться двигатель. Помимо основного принцип работы механизмов электроусилителя руля, так же выделяют ситуации, в которых механизм будет отрабатывать разные режимы (те или иные детали меняют настройки). Выделяют 5 основных ситуаций:

система поддерживает колеса в среднем, основном положении;
машина поворачивает на малой скорости;
механизм возвращает колеса в среднее положение из крайнего;
машина поворачивает на большой скорости;
иные варианты поворота автомобиля на обычной допустимой скорости.

Именно по этим режимам можно делать выводы о качестве работы электроусилителя, а так же его возможностях, комфорте и безопасности. Отработав всю цепочку, напоследок усилие поворота руля передается на рулевую рейку, рулевые тяги и на ведущие колеса для смены траектории автомобиля.

Положительные и отрицательные моменты электроусилителя руля

Как и любой механизм электроусилитель управления имеет положительные и отрицательные моменты, как по комфорту, так и строению механизма. Для начала рассмотрим минусы механизма:

механизм электроусилителя в большей части применяется на легковых автомобилях, так как мощности недостаточно для грузовых автомобилей (последний год компания Volvo работает над электроусилителем для грузовиков);
высокая стоимость в сравнении с гидравликой;
невысокая влагозащита.

С положительных моментов электроусилителя можно отметить:

значительная экономия топлива, так как нет нагрузки на двигатель;
надежность (отсутствует система гидравлики и вариант вытекания жидкости);
лучшее взаимодействие между водителем и механизмом;
отсутствие передачи вибрации от колес на рулевое колесо;
простота обслуживания и компактность механизмов;
широкий спектр возможностей по регулировке характеристик;
возможность реализации других вспомогательных систем водителю.

Это минимальный список того, что может быть положительного и негативного в электроусилителе рулевого колеса. Основной и самый огромный плюс отличия от гидравлики – возможность реализации дополнительных систем безопасности, например, автопилот, система автоматической парковки, механизм подруливания и удержания автомобиля на полосе, а так же десятки других возможностей.

Частые неисправности электроусилителя

Каким бы не был идеальным механизм электроусилителя, рано или поздно он будет нуждаться в ремонте или замене отдельных деталей. Чтоб понять, чем может огорчить водителя такой механизм, рассмотрим самые основные и частые неисправности механизма. Первым и основным признаком неисправности электроусилителя – появления соответствующего индикатора, в виде руля с восклицательным знаком на панели приборов. Не исключен вариант, когда вместо изображения руля, производитель использует сокращенную надпись «EPS». Это по сути одно и то же, только разница в стандартизации и периоде производства автомобиля.

Как показывается практика и статистика, с технических частей чаще всего выходят датчики, в особенности датчик поворота угла руля и датчик крутящего момента. Так же выйти из строя может электродвигатель, ведь основное управление и постоянное движение осуществляется за его счет. В завершение к неисправностям так же относят электронный диск в современных автомобилях, за счет которого происходит считывание угла поворота руля, а так же резкость и усилие.

Менее всего выходит из строя электронный блок управления, так как в нем устроено параллельное управление. Другими словами в большинстве ЭБУ устроен еще один резервный блок, на случай отказа в работе первого. К тому же такое устройство позволяет равномерно распределить нагрузку в обработке полученной информации. Можно сказать, что чаще всего выходят из строя подвижные механизмы, хотя все эти недочеты производители учитывают и дорабатывают, чтоб улучшить безопасность и комфорт. Современные автомобили в свой набор включают не только классический набор электроусилителя, но и паразитирует на других системах безопасности, используя их датчики и обработанную информацию блоков управления.

Стоимость деталей и ремонт электроусилителя

Как уже говорили, электроусилитель не прихотливый, но все же чего стоит ожидать, когда выходит та или иная деталь механизма, во сколько обойдется такой ремонт и сколько приблизительно детали вытянут из кармана. Для начала рассмотрим стоимость деталей электроусилителя, так как в большей части ремонт можно провести самостоятельно.

Стоимость деталей для электроусилителя руля автомобиля
Наименование	Марка, модель авто	Цена от, руб.	Цена от, грн.
Рулевая рейка	Lexus CT200H, GS300	24100	9512
Электродвигатель	ВАЗ Калина	7500	3000
Блок управления	Nissan X-Trail T31	3450	1359
Рулевая рейка	Toyota RAV-4 2006-2012	16950	6761
Блок управления	Chevrolet Captiva C140	1350	541
Жгут проводки	ВАЗ 1118	1875	750

Казалось бы, что дороже всего должен стоить блок управления, но как показывает практика, только 1% из 100% поломок приходится на ЭБУ, остальные же проблемы случаются с рулевой рейкой, электромотором или другими мелочами. Учитывая состояние дороги и непредсказуемые ситуации, основные удары и вибрация приходится на электродвигатель, да и сама конструкция данного элемента не проста.

Соответственно отсюда и столь высокая стоимость, чем дороже и выше по классу автомобиль, тем дороже стоят детали электроусилителя. Если все же по каким-то причинам нет возможности самостоятельно отремонтировать в домашних условиях, рассмотрим, сколько обойдется подобный ремонт на СТО.

Стоимость ремонта и обслуживания ЭРУ
Наименование	Цена от, руб.	Цена от, грн.
Снятие и установка рулевой рейки	1250-3750	500-1500
Ремонт рулевой рейки	3750-7500	1500-3000
Регулировка рейки (без опускания подрамника)	250-500	100-200
Регулировка рейки (с опусканием подрамника)	500-1250	200-500
Диагностика элементов ЭРУ (двигатель, датчики, шестерни) на стенде	500	200

Стоимость ремонта не самая дешевая, но и не столь большая, как для гидроусилителя. Сложней всего будет с электромотором, так как устройство точное и требует практики для ремонта подобных элементов. Что касается электроусилителя в целом, то система не только улучшила комфорт для водителя и безопасность автомобиля в целом, но так же позволила устанавливать множество дополнительных вспомогательных систем. К тому же есть неограниченный полет фантазий, для реализации новых систем, которые в дальнейшем могут вполне заменить водителя или существенно облегчить управление.

Видео-обзор принцип работы электроусилителя руля:

Источник статьи: http://fastmb.ru/auto_shem/3529-elektrousilitel-rulevogo-upravleniya-ustroystvo-princip-raboty.html