Современные системы усилителя руля

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.

Что лучше — ГУР, ЭУР или ЭГУР? — журнал За рулем

31 января 2017 года

Удовольствие от вождения конкретного автомобиля сложно описать словами, но можно попытаться объяснить его конструктивными особенностями. Если говорить об информативности рулевого управления, то кроме архитектуры шасси автомобиля в целом важную роль играет тип его усилителя.

Неинформативный, или «ватный», руль, его плохой самовозврат, слабая обратная связь с дорогой и так далее — все эти моменты зависят в первую очередь от конструкции рулевой системы. Основополагающую роль здесь играют потери на трение и паразитный момент инерции.

рулевое управление

При выборе типа усилителя рулевого управления лучше ориентироваться именно на ездовые ощущения. Гидравлические и электрические системы имеют серьезные конструктивные отличия и свои слабые и сильные стороны.

Материалы по теме

Эталонная система — гидравлический рулевой редуктор. Это механизм так называемого типа «винт — шариковая гайка». Зачастую его применяют на грузовом транспорте и автобусах, но раньше его также ставили и на дорогие седаны, например на Mercedes-Benz с кузовным индексом W124. Механизм отличается минимальным внутренним трением и дополнен гидравлическим усилителем. При повороте руля вращается входной вал редуктора с винтовыми канавками. Такие же сделаны и на внутренней части закрепленной на нем гайки. Вращение вала вызывает ее осевое перемещение. Внешняя часть гайки соединена зубьями с выходным валом редуктора. Таким образом, ее осевое перемещение вновь преобразуется во вращательное. Трение в паре «входной вал — гайка» снижено за счет циркуляции шариков в канавках. По сути, это подшипниковый узел.

Увы, с массовым приходом привычных рулевых реек внутренние трения неизбежно возросли, а с появлением электрических усилителей (электродвигателей) добавились еще и паразитные моменты инерции. С тех пор инженеры с переменным успехом пытаются привить современным механизмам ту эталонную информативность, присущую легковым рулевым редукторам.

Классический гидравлический усилитель руля (ГУР)

Даже в обычной механической рулевой рейке без усилителя есть приличное внутреннее трение. Больше всего потерь, как ни странно, в зубчатой паре «входной вал — рейка». Свое трение есть также в опорной втулке и сухаре. В случае рейки с гидравлическим усилителем сюда добавляются и сальники.

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.

Как самостоятельно проверить ЭУР

Чтобы понять, что сломалось в усилителе, нужно провести его диагностику. Не у каждого автовладельца есть диагностический сканер, некоторым нравится самостоятельно ремонтировать автомобиль. В этом случае можно самому определить неисправность электроусилителя при помощи скрепки. Этот вариант подойдет для автомобилей Калина и Приора.

Метод «Скрепки»

Разбираем защитный чехол рулевой колонки, добираемся до блока управления усилителя. Находим колодку черного цвета с шестью проводами. Необходимо замкнуть между собой 7 и 6 контакты – «массу» и «К-линию». Если смотреть на колодку со стороны проводов, то отсчет идет справа на лево, сверху вниз. На нужен коричневый провод – контакт номер 7 и пустое гнездо, не задействованное – номер 6 по счету.

Выключаем зажигание, вставляем в контакты скрепку, смотрим, чтобы она не замкнула остальные провода. Включаем зажигание, считаем количество миганий контрольной лампы на приборной панели. Один длинный сигнал, а затем несколько коротких, именно их нужно считать. Смотрим расшифровку кодов неисправности электроусилителя Калины:

1. Один короткий – система исправная;
2. Два – Нет сигналов от датчика оборотов двигателя;
3. Три – Неисправен датчик момента;
4. Четыре – Поломка электродвигателя;
5. Пять – Нет сигнала от датчика положение рулевого вала;
6. Шесть – Неисправен датчик положения ротора;
7. Семь – Низкое напряжение бортовой сети;
8. Восемь – Блок управления ЭУР;
9. Девять – Датчик скорости автомобиля.

На практике этот метод не всегда может показывать реальные поломки. В этом методе блок управления проверяет сам себя, а его проверять нужно под нагрузкой. Были случаи, когда он выдавал ложные ошибки, а неисправность скрывалась в ЭБУ электроусилителя.

Электрогидроусилитель руля: схема и принцип работы

В современных автомобилях есть такое устройство, как электрогидроусилитель руля. Как понятно из названия, он нужен, чтобы облегчить усилия, прилагаемые к рулю во время движения. Говоря простым языком, он нужен для того, чтобы рулевое колесо легче крутилось. Все водители, которые учились водить на машинах, сделанных в СССР знают о том, как трудно на этих машинах крутился руль. Поэтому это приспособление очень повышает комфорт во время движения.

Устройство

Электрогидравлический тип усилителя рулевого управления состоит из нескольких компонентов. Все эти устройства выполняют свою задачу. Накачивающий агрегат, он состоит из двух частей.

1. Первая часть системы рулевого усилителя – это насос гидравлический рулевого управления, он подкачивает жидкость в нужный момент. Второе устройство – это электрический мотор, он заставляет качать насос. Третий элемент системы усилителя руля – это трубопровод, по которому течет жидкость. В некоторых системах рулевого усилителя устанавливается специальный блок электронного управления.
2. Вторым компонентом системы является узел гидравлического управления системой. Считается исполнительным органом системы, который напрямую прикреплен к рулевому механизму.
3. Третьим агрегатом считается система электронного управления. Эта система распознает скорость машины и прилагает нужные усилия к рулевому колесу.
4. Четвертым агрегатом считается электронный блок управления рулевого усилителя. Он распознает все сигналы датчиков и отправляет нужные команды системе электронного управления.

Принцип действия

Электрогидравлический тип усилителя рулевого управления устроен так, что во время движения он работает в различных режимах. В то время, когда машина движется прямо, гидравлическая система обеспечивает циркуляцию жидкости в трубопроводе. Это нужно для, чтобы жидкость была нужной температуры и нужного химического состава.

В тот момент, когда водитель начинает поворачивать, в этой системе происходит следующее.

• Во-первых, закручивается торсион, который открывает каналы для поступления жидкости в них.
• Во-вторых, жидкость перетекает в открывшуюся часть, а из закрывшейся части перетекает обратно в распределительный бачок.
• В-третьих, во время поступления жидкости поршень перемещает рулевую рейку.
• В-четвертых, за счет вышеперечисленных действий в системе появляется дополнительное усилие, которое способствует повороту колес.

Главная особенность этого типа усилителя заключается в том, что он работает даже тогда, когда машина стоит на месте или с выключенным зажиганием. Дело в том, что усилие создается специальным насосом. Отличие работы системы во время движения и когда автомобиль стоит на месте заключается лишь в том, что насосу приходится прилагать большие усилия, чтобы облегчить усилия, которые приложит водитель, чтобы провернуть руль.

Ремонт

Несмотря на всю простоту схемы и конструкции, здесь часто в негодность приходит насос. Поэтому многие пытаются произвести ремонт своими силами, найдя схемы в Интернете. На самом деле в устройстве насоса все сложнее, чем кажется на первый взгляд после просмотра схемы.

1. Во-первых, для того чтобы ремонтировать насос, нужно сначала произвести диагностику и точно определить, что сломан именно он.
2. После этого следует снять старый и купить новый насос.
3. Чтобы снять старый насос, потребуется подробно изучить эту схему. На схеме подробно сказано о том, как и где откручиваются все болты, которые крепят насос. По этой же схеме можно поставить новый насос. Грамотно заменить насос с первого раза возможно только после изучения схемы.

Вся беда самостоятельного ремонта заключается в том, что человек, который пытается сделать этот насос, покупает новую часть механизма, которая нередко стоит примерно большую часть от нового насоса, а после ее установки механизм может не работать. Дело в том, что производитель новой части редко думает о том, точно ли она подойдет в то устройство, из-за чего и происходит окончательная поломка.

Резюме

Каждый водитель, который хотя бы раз ездил на машине с усилителем руля, уже не захочет садиться в машину без него. Как говорится, к хорошему быстро привыкаешь, и поэтому сегодня невозможно представить себе автомобиль без усилителя руля. Сегодня существует несколько разновидностей усилителей руля, которые имеют свои достоинства и недостатки. Все они отличаются только принципом привода усилителя. Схемы у них похожи и принцип работы тоже.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

• бачок для рабочей жидкости;
• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

• регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
• постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Схематичное устройство распределителя

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом.  Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.

Состав и взаимодействие узлов системы

Схема устройства содержит электронный набор компонентов, электромеханику в виде привода насоса и гидравлику, непосредственно исполняющую команды:

• набор датчиков, в который входят устройства, сигнализирующие о начале поворота руля, угле отклонения от нейтрального положения, скорости автомобиля и частоте вращения вала двигателя;
• модуль электронного управления, по имеющейся программе считывающий показания датчика и формирующий управляющие силовые токи;
• насосная часть, в которой мощность электромотора преобразуется в давление и скорость циркуляции рабочей жидкости;
• исполнительный гидроцилиндр с поршнем, оказывающим усиливающее давление на рейку рулевого механизма.

В некоторых системах электродвигатель может отсутствовать, тогда насос с приводом механического типа работает на регулирующий электромагнитный клапан. В то время, как распределяющий золотник основного клапана с приводом от торсиона рулевой колонки переключает силовое давление на одну из сторон поршня гидроцилиндра, электромагнитный регулятор перераспределяет часть потока на противоположную сторону. Часть давления компенсируется, и усилие на руле повышается. Работа клапана обеспечивается электронным блоком, вырабатывающим сигнал по примерно тому же алгоритму, что и для управления электродвигателем насоса. Такая система менее совершенна с точки зрения точности управления и экономичности, но позволяет задействовать большую мощность за счёт прямого привода насоса от двигателя автомобиля.

Ремонт

Несмотря на всю простоту схемы и конструкции, здесь часто в негодность приходит насос. Поэтому многие пытаются произвести ремонт своими силами, найдя схемы в Интернете. На самом деле в устройстве насоса все сложнее, чем кажется на первый взгляд после просмотра схемы.

1. Во-первых, для того чтобы ремонтировать насос, нужно сначала произвести диагностику и точно определить, что сломан именно он.
2. После этого следует снять старый и купить новый насос.
3. Чтобы снять старый насос, потребуется подробно изучить эту схему. На схеме подробно сказано о том, как и где откручиваются все болты, которые крепят насос. По этой же схеме можно поставить новый насос. Грамотно заменить насос с первого раза возможно только после изучения схемы.

Вся беда самостоятельного ремонта заключается в том, что человек, который пытается сделать этот насос, покупает новую часть механизма, которая нередко стоит примерно большую часть от нового насоса, а после ее установки механизм может не работать. Дело в том, что производитель новой части редко думает о том, точно ли она подойдет в то устройство, из-за чего и происходит окончательная поломка.

Профилактические меры

Профилактика и правильная эксплуатация в данном случае системы гидроусилителя зачастую позволяет значительно продлить срок эксплуатации механизма. Гидроусилитель — достаточно надежная и неприхотливая запчасть, и при правильной эксплуатации она может прослужить около 100…200 тысяч километров пробега. Однако для того чтобы продлить срок эксплуатации гидроусилителя необходимо следовать простым правилам, среди которых:

Следить за уровнем жидкости гидроусилителя. Этот фактор напрямую влияет на нормальную работу насоса. При необходимости ее нужно подливать до нужного уровня. Причем желательно пользоваться той же жидкостью, что была залита до этого, смешивать их крайне нежелательно, а жидкости, относящиеся к разным классам и вовсе недопустимо!
Менять жидкость ГУР по регламенту. Точную информацию к конкретному автомобилю вы найдете в мануале. Однако для большинства современных легковых автомобилей, оборудованных гидроусилителем руля, этот промежуток составляет около 80…100 тысяч километров пробега. Можно выполнять замену жидкости на регламентном ТО, близком по пробегу.
Использовать рекомендуемую жидкость. Как указывалось выше, в настоящее время существует большое их разнообразие, однако только автопроизводитель точно указывает в руководстве по обслуживанию, какой тип смазывающего материала необходимо использовать для конкретной машины.
Правильно эксплуатируйте ГУР. В частности, нельзя длительное время держать руль в крайних положениях. Максимально допустимое время — 5…10 секунд (зависит от конкретного автомобиля). Вывернутые колеса заставляют насос работать «на износ», что значительно сокращает его общий ресурс.
Проверять состояние пыльников рулевой рейки

Это очень важное требование, поскольку попадание в систему пыли и грязи способствует износу элементов как рейки в целом, так и гидроусилителя в частности. Кроме этого, при износе уплотнений возможно подтекание масла

На стоянке машина должна стоять с выровненными колесами. Как указывалось выше, это требование вызвано тем, чтобы не создавать чрезмерную нагрузку на насос гидроусилителя руля.
В мороз не сразу крутить рулем после запуска двигателя. Вместо этого, особенно после длительной стоянке (например, утром), дать системе гидроусилителя руля прогреться вместе с двигателем, и лишь потом уже можно крутить рулевое колесо.
Не ездить с неработающим ГУР. Так можно «убить» все рулевое управление в долгосрочной перспективе. До автосервиса или гаража, конечно, доехать можно, но постоянно ездить нельзя.
Своевременная диагностика. При выявлении малейших подозрений на появление неисправности гидроусилителя (появление гула во время поворота или просто во время езды, «потяжеление» руля) необходимо как можно быстрее выполнить диагностику с тем, чтобы, во-первых, уменьшить износ деталей, а во-вторых, сэкономить на возможном предстоящем ремонте.

Следование перечисленным выше нехитрым правилам позволит автовладельцу не только значительно повысить ресурс гидроусилителя избежав неисправности, но и сэкономить на возможных ремонтах.

Источник

Краткие итоги

И всё-таки, какой усилитель лучше?

Ваш автомобиль не первый и вы имеете достаточный опыт управления — мы уважаем ваше мнение о различных типах усилителей руля и не будем его опровергать.

Вы собираетесь купить свой первый автомобиль? Машину с классическим гидроусилителем сейчас можно найти только на вторичном рынке. Рекомендуем приобрести недорогую модель с ЭГУР. Он, правда, требует контроля масла в бачке, но при любых поломках стоимость ремонта будет вполне приемлемой.

Предпочитающим беззаботное перемещение из точки А в точку Б, следует выбрать авто с ЭУР, встроенным в рулевую колонку. Такому усилителю нужен минимум забот и финансовых затрат.

Покупая престижный автомобиль со всеми «наворотами» в системах безопасности и управления, или уже имея такой, следует помнить одно — дорогими машинами дорого владеть.

Одним словом, думайте сами, решайте сами.