Техническое устройство электроусилителя руля

Содержание

Техническое устройство электроусилителя руля

Усилитель рулевого управления необходим для того, чтобы водителю было легче вращать рулевое колесо во время движения. Электроусилитель руля компенсирует приложенные усилия, создавая дополнительный момент, что дает возможно вращать руль, стоя на месте.

Несмотря на то что в большинстве нынешних машин стоит гидравлический усилитель, чем дальше шагает автомобилестроение, тем чаще на машине можно встретить электроусилитель рулевого управления.

В сравнении с гидравлическим, устройство электрического имеет такие преимущества:

  • Простота регулировки: все делается с помощью компьютера.
  • Руль более информативен для водителя.
  • Отсутствует гидравлика как таковая, что обеспечивает высокую надежность.
  • На вращение руля затрачивается меньше энергии автомобиля, расходуется меньше топлива.

Электрический усилитель руля имеет еще одно важное преимущество перед гидравлической системой – возможность создания разных систем безопасности: курсовой устойчивости, автоматическое рулевое управление, помощник движения по полосе и др.

Теперь разберем подробнее принцип работы электроусилителя руля.

Устройство механизма

ЭУР может иметь устройство с разными вариантами компоновки:

  1. В механизме присутствует рулевая рейка, которая воспринимает усилие.
  2. Электродвигатель передает усилие на вал руля.

Наиболее часто в автомобилях применяется ЭУР с наличием рейки. Встречается конструкция механизма с параллельным приводом, в котором есть две шестерни. Классическая конструкция рейки включает в себя электрический двигатель, механическую передачу и бортовой компьютер, который управляет всем этим. Устройство технически объединяет механическую часть с электрической в едином блоке. Принцип работы электроусилителя руля основывается на работе асинхронного электрического двигателя.

Принцип работы

Внутри блока механическая передача необходима для передачи того усилия, который создает ЭУР к рейке рулевого механизма. Внутри же электрического составляющего одна шестерня передает усилие от механизма к колесу, а другая от электромотора усилителя. Устройство здесь таково, что рейка имеет специальные выступы и зубья, которые потом приводят в движение колеса машины. Если же в вашей машине используется ЭУР с параллельным приводом, что также бывает нередко, то здесь вращательный момент передается с помощью ремня и винтового механизма. Здесь все немного сложнее с технической точки зрения, но не менее надежно.

Помимо всего этого, важно отметить, что здесь присутствуют еще и электронные датчики. Устройство электроники основано на работе двух датчиков: угла поворота руля и датчике крутящего момента на валу рулевого колеса. Электроусилитель руля, помимо этого, так же использует информацию от системы АБС и от бортового компьютера. Обработав полученную информацию, система анализирует происходящее и определяет, каким способом воздействовать на руль.

Режимы работы усилителя

ЭУР может осуществлять свою работу в таких режимах:

  • Вращение рулевого колеса в обычных условиях.
  • Движение на малой скорости.
  • Подруливание на больших скоростях.
  • Поддержание руля в ровном положении.

Основываясь на данных, полученных от датчиков и вспомогательных систем, усилитель решает, насколько увеличивать крутящий момент на валу рулевой рейки. Крутящий момент передается через специальный торсион к механизму. Количество этого момента меряется, основываясь на показания датчиков, о которых мы говорили выше.

Бортовой компьютер подает к рулю определенное количество крутящего момент, так как в разной ситуации его требуется разное количество. В зависимости от необходимости, электродвигатель увеличивает или уменьшает силу тока, что отражается на усилии, прилагаемом к рулю. Из этого следует, что поворот колес осуществляется за счет суммарного усилия электродвигателя и мышечной силы человека.

Когда водитель паркуется и ему нужно повернуть колеса на месте, то электродвигатель увеличивает силу тока, увеличивая крутящий момент. Максимальный крутящий момент соответствует легкости вращения рулевого колеса. Такой режим называется обычным. Если же машина едет очень быстро и водителю необходимо лишь перестраиваться из полосы в полосу, подруливать по ходу движения, то здесь устройство не увеличивает крутящий момент, и водитель практически вручную вращает руль. Минимальное усилие электромотора на большой скорости крайне необходимо для обеспечения безопасности движения. Слишком чувствительный руль может привести к вылету в кювет.

Эксплуатация в городском режиме

Когда водитель большую часть времени ездит в городе, будет удобнее, если после поворота руль самостоятельно будет возвращаться в прямое положение. Так называемый активный возврат колес значительно упрощает вождение при интенсивном маневрировании. Если же предстоит длительное движение по прямой, то здесь поможет функция стабилизации. Она может автоматически поддерживать колеса в прямом положении – это актуально при неправильном развале-схождении колес или боковом ветре.

Нередко в электрических усилителях, специально созданных для переднеприводных автомобилей, предусмотрена программа, которая компенсирует увод машины, если были установлены приводные валы разной длины. В современных машинах электрика вовсе работает независимо от водителя – сама подруливает и возвращает колеса, помогает правильно парковаться.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Типы рулевого механизма

Недостатки рулевого усилителя

Гидроусилитель руля — ГУР

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги, как здесь, располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок.

Роторный или аксиально-поршневой насос, приводимый ремнем от коленчатого вала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в золотниковый распределитель. Задача распределителя — отслеживать усилие на руле и строго дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство — чаще всего это торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Электроусилитель руля — ЭУР

  • независимость работы усилителя от оборотов двигателя автомобиля
  • информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля)
  • независимость работы усилителя руля от температурных перепадов
  • экономичность
  • надежность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей)
  • не требует обслуживания (замены, доливки рабочей жидкости)
  • на порядок выше симметричность руля (отсутствие разницы вращающего усилия в левом и правом вращениях руля)

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя намного выше КПД гидронасоса.

Электроусилитель руля, схема и устройство

Я мою машину 2 раза в год! Рассказывает автоблогер Алексей Симонов: На машину нужно просто читать далее>>>

Электроусилитель руля — основные преимущества

[box type=»download»] По сравнению с гидро усилителем электрический усилитель не имеет насоса, шлангов и какой либо жидкости, за уровнем которой нужно было бы следить. Такой усилитель издает намного меньше шума и занимает на порядок меньше места в подкапотном пространстве.[/box] При работе электро усилителя затраты энергии немного ниже, потому что он включается в работу только когда в этом есть надобность. А гидрач постоянно прокачивает жидкость. Собственно за счет меньшего жнергопотребления такой привод рулевого управления позволяет уменьшить расход топлива (в среднем на 200 грамм на сто километров).

Состав усилителя с электрическим приводом:

1 — руль, 2 — рулевая колонка, 3 — карданный вал, 4 — электродвигатель, 5 — механизм руля, 6 — блок управления, 7 — датчик крутящего момента

Принцип действия электро усилителя рулевого управления

Как уже было сказано, электрический усилитель работает не всегда, он вступает в работу только при повороте руля водителем. Двигатель усилителя руля выдает крутящий момент который зависит от крутящего момента на рулевом механизме. Этот момент измеряется датчиком крутящего момента, который передает данные в блок управления усилителем.

Так же блок управления рассчитывает необходимую мощность включения двигателя усилителя в зависимости от угла поворота рулевого колеса. Угол поворота измеряется датчиком, который встроен в подрулевой переключатель. На роторе самого двигателя тоже установлен датчик, измеряющий его частоту вращения для получения обратной связи в блок управления. То есть чтобы блок «видел» с нужной ли скоростью крутится мотор электроусилителя, нет ли ошибочно медленного или слишком быстрого вращения.

[box type=»download»] В отличие от гидроусилителя, который дает примерно одинаковое усилие во всем диапазоне вращения руля, блок управления электрическим усилителем принимает во внимание множество параметров, по которым рассчитывает нужное усилие на электромоторе. Это усилие зависит от величины момента на руле, от скорости автомобиля, от оборотов двигателя, от угла и скорости поворота рулевого колеса.[/box]

Усилие от двигателя усилителя передается на рейку через приводную шестерню и червячную передачу. Рейка перемещается при помощи двух усилий: непосредственно от руля, приводимого в движение водителем и от двигателя усилителя, управляемого блоком управления.

Режим парковки

[box type=»info»] Парковка это своеобразный режим движения. В этом режиме скорость машины мала, а колеса обычно поворачиваются на сравнительно большие углы.[/box]

Датчик крутящего момента передает информацию о наличии большого крутящего момента на руле. Так же в блок поступают данные об угле поворота руля. И если угол поворота и крутящий момент большие, а скорость автомобиля стремится к нулю, то блок управления определяет это как режим парковки и дает команду на максимальное усиление движения руля. При этом обязательно учитывается частота вращения коленвала.

Таким образом при нулевой скорости и активном рулении на рейку действует максимальное усиление от электродвигателя.

Движение в городе

[box type=»info»] В городском режиме постоянно приходится поворачивать руль, совершая повороты и перестроения.[/box]

Но усилие на руле в такие моменты не превышает средних значений. Так же в блок управления поступает информация об угле поворота руля и скорости автомобиля, близкой к 50-ти километрам в час, в результате блок определяет необходимость в умеренном усилии на рулевое управление и выдает сохраненные в памяти характеристики усилителя для скорости 50 км/час. Так что в городском цикле действуют усилия среднего диапазона.

Движение на трассе

[box type=»download»] В загородном режиме автомобиль движется на высоких скоростях, в рулевое колесо поворачивается обычно на небольшой угол и крутящий момент в рулевом механизме тоже невелик. [/box]

Видя что скорость машины около ста километров в час и поворот руля невелик, блок включает программу управления для характеристик при скорости 100 км/час, устанавливая небольшое усилие на рулевой рейке. То есть при движении на трассе действие электроусилителя практически равно нулю или очень мало.

Активный возврат колес в среднее положение

Когда при движении в повороте водитель снижает усилие на руле, торсион раскручивается. Блок управления по показаниям датчиков видит это и рассчитывает скорость возврата колес в среднее положение в зависимости от величины падения крутящего момента на руле, а так же от угла и скорости поворота руля. Это расчетное значение сравнивается с фактическим усилием возврата а результат сравнения служит основанием для определения крутящего момента, нужного для возврата колес в среднее положение.

Обычно при повороте колес в движении возникают реактивные усилия, которые стремятся вернуть колесо в среднее положение. Но из-за сил трения в рулевом механизме и подвеске они не способны самостоятельно вернуть колеса в исходное положение.

Блок управления учитывает все необходимые данные и обеспечивает возврат управляемых колес в среднее положение при помощи двигателя усилителя.

Коррекция среднего положения колес (подруливание)

Это режим движения по прямой. Просто иногда на автомобиль могут действовать сторонние силы, например боковой ветер. Обычно в таком случае водителю приходится самостоятельно удерживать машину на правильном курсе. В случае с электро усилителем этого делать не нужно, блок управления усилителем все сделает сам.

Усилитель работает в режиме длительной коррекции когда нужно постоянно устранять отклонение автомобиля от прямолинейного курса, например, при неравномерно изношенных шинах.

В случае с боковым ветром его порывы непостоянны, поэтому усилитель работает в режиме кратковременного подруливания. Такое подруливание происходит без участия водителя. Таким образом электроусилитель руля повышает комфортность управления автомобилем.

Устройство гидроусилителя руля (ГУР) и электроусилителя руля (ЭУР)

Типы рулевого механизма

рулевого Недостатки усилителя

Гидроусилитель руля — Исполнительный

рулевой Реечный механизм с гидроусилителем. Если рулевые располагаются тяги по бокам рейки, то поршень размещается корпуса посередине. А если тяги крепятся к центральной рейки части, то поршень выносят вбок.

Насос приводимый, ГУР ремнем от коленвала, засасывает из бачка нагнетает и масло под высоким давлением в 50-100 распределитель в атм. Задача распределителя — отслеживать усилие на дозировано и руле помогать поворачивать управляемые колеса. этого Для используют следящее устройство — чаще торсион всего, встроенный в разрез рулевого вала.

руля Электроусилитель — ЭУР

  • независимость работы усилителя от оборотов информативность
  • двигателя (самонастройка усилителя руля к скорости независимость)
  • автомобиля работы усилителя руля от температуры
  • надежность
  • экономичность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, требует)
  • не жидкостей обслуживания (замены и доливки рабочей выше)
  • жидкости симметричность руля (отсутствие разницы левом в усилия и правом положении)

Усилитель руля энергию потребляет только при вращении руля, в гидроусилителя от отличие, когда рабочая жидкость всегда трубам по гоняется, на что тратится дополнительная энергия. полезного Коэффициент действия электродвигателя выше КПД Электроусилитель.

гидронасоса в зависимости от массы и компоновки автомобиля.

1 — колонка рулевая; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным управления блоком; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой следящее; 5 — механизм устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — механизмом с электропривод винт—шариковая гайка—рейка