Сейчас сложно представить автомобиль, у которого баранка крутится с трудом, как это было в прежние времена. Водитель управляет современным авто легким движением рук, поскольку поворачивать колеса помогает специальный усилитель, приводимый в действие гидравликой (ГУР) либо электродвигателем (ЭУР). Потенциальному автолюбителю важно понять, что лучше - электро- или гидроусилитель руля, дабы выбрать подходящий тип привода при покупке машины.
Принцип работы ГУР и ЭУР
Гидравлический усилитель вращения рулевой колонки появился еще в прошлом столетии и поначалу устанавливался на грузовики. В 80-е годы он перекочевал на легковые авто, где верой и правдой служит по сей день. На данный момент гидравликой оснащается примерно 60% новых машин . Электроусилители были внедрены позже и стали массово применяться после 2000 года, постепенно завоевывая автомобильный рынок.
Чтобы увидеть разницу одного усилителя руля от другого, нужно рассмотреть принцип действия обоих механизмов. ГУР - это достаточно сложный узел, состоящий из нескольких отдельных элементов:
- насос, связанный ременной передачей с коленчатым валом двигателя;
- расширительный бачок для гидравлической жидкости;
- поршень, установленный в рулевой рейке;
- гидро-распределитель, задающий направление движения поршню.
Перечисленные элементы соединены металлическими трубками с циркулирующей жидкостью. Ее задача – в нужный момент передать создаваемое насосом давление поршню, толкающему вал рейки и таким способом помогающему поворачивать колеса машины. В целом ГУР работает так:
- После запуска двигателя насос, вращаемый коленвалом, накачивает давление в системе. Пока вы не трогаете баранку, излишек давления сбрасывается в расширительный бачок.
- При попытке повернуть руль распределитель, установленный на его валу, открывает нужную магистраль и направляет жидкость в одну из камер, находящуюся с правой или левой стороны от поршня.
- Под давлением поршень перемещается и толкает вал рулевой рейки одновременно с тягой, присоединенной к поворотному кулаку переднего колеса.
- Если баранку повернуть в другую сторону, распределитель перекроет первую магистраль и откроет вторую, давление возникнет в другой камере и поршень двинется в обратном направлении.
Чем резче и сильнее вы вращаете рулевое колесо, тем большее давление передается в одну из камер и возрастает усилие, прилагаемое к повороту колес. Система реагирует только на поворот основного вала, а при движении по прямой либо стоянке с запущенным двигателем она продолжает работать, но на рейку не действует.
Отличие электрического усилителя руля от ГУР заключается в перемещении вала рейки электродвигателем, управляемым отдельным электронным блоком (ЭБУ). Алгоритм работы такой:
- После запуска двигателя на блок управления подается напряжение, но ЭУР остается в бездействии.
- Малейший поворот баранки улавливает специальный датчик, передающий импульс ЭБУ.
- По сигналу датчика контроллер дает команду электродвигателю вращать рулевой вал в ту или иную сторону посредством шестеренчатой передачи.
Скорость вращения вала электродвигателя и мощность усиления определяется с помощью второго торсионного датчика, скручивающегося при резком повороте руля.
Плюсы и минусы разных усилителей
Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:
- более низкая себестоимость производства, влияющая на конечную цену новой машины;
- от гидроусилителя можно получить большую мощность, позволяющую применять его в грузовиках и микроавтобусах любой грузоподъемности;
- надежная конструкция, проверенная годами эксплуатации.
Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания . Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.
Прочие минусы не столь существенны:
- Насос усилителя работает постоянно, пока включен двигатель. Это увеличивает расход топлива.
- Чтобы давление масла в магистралях не превысило критическую отметку, нельзя дольше 5 сек удерживать баранку, повернутую до крайнего положения.
- На бюджетных моделях машин руль, усиливаемый ГУР, становится «пустым» на высокой скорости.
В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:
- электродвигатель и блок управления с датчиком не нуждается в осмотрах и обслуживании;
- габариты узла гораздо меньше, отчего в малолитражках он вмещается за приборной панелью;
- система не потребляет электроэнергию без нужды, а значит, не расходует лишнее топливо;
- руль можно держать в любом положении сколь угодно долго.
Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.
Слабая сторона электрического усилителя - высокая цена . А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.
Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.
Какой усилитель выбрать?
Практика показывает, что оба привода достаточно надежны в эксплуатации, хотя сторонники электрических усилителей утверждают обратное. Даже в бюджетных авто гидравлика служит без проблем 100-150 тыс. км, а в случае какой-нибудь поломки она ремонтируется на любом автосервисе. Неисправности ЭУР чаще приводят к замене механизма, поскольку в большинстве автомобилей узел не подлежит восстановлению.
С другой стороны, электропривод не препятствует езде после выхода из строя, как это делает ГУР, который можно «обезвредить» только отключением насоса.
Поэтому, выбирая гидроусилитель или электроусилитель руля, руководствуйтесь соображениями целесообразности. Например, машину эконом-класса лучше покупать с гидравлическим усилителем, а бизнес- и премиум-класс – с электрическим.
Владельцы отечественных авто отмечают случаи, когда электрический усилитель из-за сбоев электроники пытался «рулить» вместо водителя, хотя подобные моменты крайне редки. Тем не менее, ЭУР постоянно совершенствуется и вытесняет гидравлику с рынка благодаря более удачной и простой конструкции.
Как известно, электроусилитель руля, или ЭУР (как называют это устройство коротко), значительно уменьшает усилие, оказываемое на руки водителя. Это устройство является, по сути, незаменимым средством, которое уже более нескольких лет устанавливается на современных автомобилях. Раньше о таком устройстве и помыслить было невозможно, а инженеры, заботясь об удобстве водителя транспортного средства, могли лишь увеличить передаточное отношение привода и диаметр руля. В этой статье мы рассмотрим не только достоинства и преимущества ЭУР, но и то, как заменить такое устройство в случае его износа.
Чтобы отремонтировать ЭУР автомобиля, следует грамотно провести . Для начала нужно будет снять руль и всё соответствующее оборудование, которое мешает добраться до электроусилителя.
Типы рулевых механизмов
Для начала узнаем о типах рулевого устройства, применяемых сегодня для установки на автомобили нынешнего поколения. Их насчитывается всего три. Первый вид известен нам по рулевой конструкции классических советских автомобилей Жигули и Волга. Сам механизм носит незамысловатое название - «червячок» или «ролик». Действие этого механизма основано на том принципе, когда речь идёт об использовании червячной шестерёнчатой пары. Само по себе устройство этого типа довольно простое, и вся работа связана с глобоидальным червяком, который устанавливается на конец рулевого вала. Именно этот самый червячок и вращает рулевую сошку, которая, в свою очередь, тянет в разные стороны рулевые тяги. Вот так - ничего сложного.
На картинке выше представлена схема упрощённого рулевого механизма, называемого «червяком». Посмотрите: цифрой 2 отмечен сам червячок, а цифрой 1 - ролик.
Сегодня «червяк» уже не так популярен и можно с уверенностью сказать, что его вытеснил другой рулевой механизм, называемый «винтовым». Это уже более , подразумевающая использование таких механизмов, как винт, гайка и рейка.
Принцип работы такого механизма можно представить себе следующим образом: на конце рулевого вала устанавливается винт, который выталкивает вдоль своей оси поршень-рейку. В свою очередь, рейка начинает вращать рулевое колесо. По сути, тот же самый принцип действия, как и у «червяка», но намного сложнее.
С ростом популярности переднеприводных автомобилей на сцену стало выходить другое гениальное изобретение инженерной мысли - реечный механизм руля. В последнее время этот механизм вытеснил, можно сказать, полностью два вышеописанных рулевых устройства, так как не только идеально подходит для переднеприводных автомобилей, но и обеспечивает неописуемую лёгкость и рулевого колеса.
Если быть точными, то сегодня подавляющее большинство механизмов на легковых автомобилях - реечные. Что же касается грузовых машин, внедорожников с полным приводом и других транспортных средств, то они по-прежнему довольствуются упрощёнными винто-гаечными механизмами.
ГУР - устройство, которое обеспечивает лёгкость управления в недостаточной степени
ГУР - это усилитель рулевого механизма, его ещё называют интегральным. Гидроусилители такого типа подразумевают использование рабочей жидкости, а если быть точными, трансмиссионного масла, заливаемого в КПП.
Основан на отслеживании усилий на рулевом колесе и строгой дозировке поворачиваемости. В качестве следящего устройства в ГУР используется чаще всего торсион, который устанавливается в специальный разрез рулевого вала.
Когда автомобиль едет по ровной дороге, то практически никаких усилий на руле нет, но и торсион бывает не подключённым, а масло сливается обратно в бачок. Но стоит водителю повернуть руль, как колёса начинают оказывать сопротивление. Именно в этот момент и закручивается торсион тем сильнее, чем больше оказываются усилия. Масло начинает поступать в исполнительное устройство через специальные каналы, которые открывает золотник.
На видео - принцип работы ГУР:
Если взять, к примеру, механизм типа «винт-гайка», то в таком случае давление масла подаётся или за поршень, или до него, тем самым оказывая неоценимую помощь механизму, вращающемуся вдоль рулевого вала. Что касается реечного механизма, то здесь масло подаётся непосредственно в корпус рейки, подталкивая её в правую или в левую сторону. Когда же рулевое колесо поворачивается до упора, срабатывают предохранительные клапаны, которые возвращают давление масла на мести, тем самым сохраняя детали механизма от износа и повреждений.
Несмотря на значительное облегчение работы рук водителя, имеет и свои недостатки. В частности, многие автомобилисты жалуются на отсутствие реактивного усилия на баранке. Другими словами, ГУР слишком активно помогает водителю, тем самым оказывая медвежью услугу. Водитель уже не чувствует своего автомобиля и задача конструкторов в таком случае связана бывает с тем, чтобы настроить ходовую часть соответственно. Но это, оказывается, не так просто сделать.
Одним словом, инженерам нужно бывает добиться не только информативности рулевого колеса, но и одновременно не сделать руль слишком тугим. Для этого приходится работать с множеством факторов, таких как производительность насоса, параметры золотника, функция торсиона и т. д. Интересно, что даже жёсткость кузова в конкретном случае имеет значение. По такой причине безупречные с этой точки зрения автомобили, наделённые ГУР, сегодня встретить можно очень редко. Хотя многие автопроизводители специально жертвуют информативностью, лишь бы комфорт был на первом месте.
Ещё одной важной задачей, которая ставится перед инженерами, является обеспечить ГУР такими параметрами, что делали бы управление автомобилем на малой скорости лёгким, а вот на большом ходу вращение рулевого колеса становилось бы более упругим и информативным.
Чтобы хоть как-то обеспечить одновременное сочетание информативности руля и комфорта управления, инженеры придумали подключать ГУР не от коленвала, а непосредственно от электрического двигателя. Такими ГУР, к примеру, наделены A-класса.
ЭУР - удачно найденное решение
Электроусилитель руля - это инновационное решение. Как известно, в этом механизме руля не остаётся никакой гидравлики. Специальный датчик установлен бывает на следящем устройстве, и, в зависимости от сигнала, электроника начинает подавать ток нужной полярности на электромотор. Что касается самого электромотора, то он связан с рулевым механизмом посредством червячной передачи.
На видео - принцип работы ЭУР:
Не стоит говорить о том, что электроусилитель имеет массу преимуществ, таких как:
- свобода работы ЭУР, не связанная никак с оборотами ;
- отличная информативность рулевого колеса;
- самонастраивающиеся параметры руля, в зависимости от скорости автомобиля;
- экономичность;
- независимость работы ЭУР от перепадов температур и многое другое.
Ремонт и установка
Как мы и обещали, в этой статье мы узнаем, как проводить ремонт электроусилителя руля, если вдруг тот выйдет из строя. Часто симптомом выхода из строя ЭУР становится характерное потрескивание.
На видео - установка электроусилителя руля:
Другой, не менее - это загорание жёлтого цвета ошибки, представляющее собой картинку восклицательного знака на панели приборов.
Причинами неисправности руля могут выступать следующие параметры:
- выходит из строя датчик скорости;
- неисправность, которая скрывается в самом ЭУР (тем самым при включении зажигания никакого самоконтроля не происходит и устройство автоматически отключается, чтобы не мешать водителю управлять транспортным средством).
Чтобы снять ЭУР с автомобиля, надо будет вооружиться головками на 13 и 21, а также ключом на 8. Снимать этот механизм довольно просто. Для начала нужно , используя специальный ключ-шестигранник. Им демонтируем кнопку сигнала, который на некоторых автомобилях бывает прикручен.
В рулевом колесе некоторых автомобилей, в частности старых моделей, по бокам имеются специальные отверстия. Кроме того, нужно будет разобраться с подушками безопасности. Разбираем рулевой механизм головкой на 13 и ключом на 27.
Если речь идёт преимущественно о советских моделях авто, на которых часто проводится установка электроусилителя руля, то разбирать механизм нужно следующим образом:
Подгонка
Это очень важный этап работы, проводимый в конце. Нужно будет, как это получится, максимально улучшить , чтобы не осталось никаких следов после установки ЭУР.
В частности, следует выровнять рулевое колесо и убрать по возможности все щели и зазоры. Рекомендуется установить светодиод, который будет отвечать за диагностику ЭМУРУ. Кроме того, полезно будет полностью заменить нижний кожух руля, от которого вырезалось столько пластика.
Часто в процессе установки ЭУР начинает скрипеть руль. Чтобы устранить этот ляп, рекомендуется хорошо отрегулировать положение переключателей, размещённых непосредственно под самим рулём.
Блок ЭУР
Если владельцы автомобилей, наделённых ЭУР, не так уж и страшатся выхода из строя этого устройства, ведь управлять рулём можно и без него, то, если электроусилителя руля, это уже проблема.
Чтобы снять блок с автомобиля, понадобится всего-навсего полчаса времени и фигурная отвёртка. Конечно же, нужно освободить рулевое колесо от пластикового кожуха и открутить три болта крепления пластиковой накладки. После проведённой операции перед нами предстанет блок ЭУР:
Отсоединяем все штекеры с проводами, которые извлекаются очень легко. Перед этим делом настоятельно рекомендуется обесточить аккумуляторную батарею.
Всё - теперь откручиваем болты, фиксирующие блок, и снимаем его. В зависимости от осмотра, его либо заменяем, либо ремонтируем.
Надеемся, что эта статья оказалась полезной. ЭУР - это современная система, которая помогает значительно снижать усилие, оказываемое колёсами на руль.
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.
