Принцип работы и устройство электроусилителя рулевого управления в автомобиле

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.

Принцип действия гидроусилителя руля (ГУР)

Гидроусилитель руля (ГУР) предполагает использование жидкости (масла) в качестве объекта, создающего давление на стенки поршня. При запуске двигателя включается насос. Посредством ременной передачи вращательный момент от двигателя передается на крыльчатку насоса, который начинает качать масло из бачка (резервуара масла) и гонит его по системе (замкнутая система: бачок, насос, распределитель, гидроцилиндр, бачок), создавая в ней избыточное давление. В момент, когда водитель поворачивает руль, распределитель направляет рабочую жидкость под давлением в ту или иную камеру гидроцилиндра, его поршень смещается и толкает рулевые тяги – облегчается управление и колеса поворачиваются. Распределитель повторно вступает в работу, когда водитель поворачивает рулевое колесо в обратном направлении. Благодаря этому устройству жидкость подается в другую камеру гидроцилиндра и поршень дополняет создаваемое усилие на рулевые тяги.

Гидравлический рулевой механизм соединен посредством зубчатой передачи с рулевой рейкой и трансформирует вращательный момент в поступательное движение, в случае отказа гидроусилителя (ГУР) самостоятельно, без помощи гидроцилиндра, передает его на рулевые тяги. Водитель обязательно почувствует момент, когда изменилось необходимое усилие на рулевое колесо, главное вовремя среагировать. Поэтому одно из особенностей гидроусилителя руля (ГУР) это постоянный контроль и своевременное обслуживание механизма и его комплектующих.

Преимущества:

• высокий потенциал мощность (завидный показатель для грузовиков и внедорожников);
• относительно низкое по себестоимости производство и обслуживание.

Недостатки:

• постоянная работа насоса (при движении автомобиля по прямой, насос работает на перегон масла по замкнутому кругу, т.к. избыточное давление может быть востребовано в любой момент);
• отбирает мощность двигателя, даже если предусматривается движение по прямой;
• подвержен перебоям в работе из-за перепада температур;
• вероятность отказа при работе в критических положениях;
• не зарекомендовал себя на высоких скоростях;
• жидкость приходиться время от времени менять.

Возможные неисправности:

• износ насоса (допускаются ремонт и замена деталей);
• неисправность редуктора гидроусилителя;
• неисправность распределителя (может появляться дисфункция работы клапана, износ золотника);
• износ валов и подшипников;
• не герметичность системы (шланги, сальники) или малый уровень жидкости, завоздушенность системы.

Схемы рулевого управления

Существует 3 схемы установки электроусилителя. В независимости от схемы общая конструкция электромеханического усилителя состоит из электродвигателя, механической передачи, двух датчиков и двух шестерней или параллельного привода.

1. ЭУР устанавливается на рулевую колонку. Это самый компактный вариант, при котором для поворота руля не требуется больших усилий. Сам электромотор и механическая передача помещаются под рулевым колесом. Огромным плюсом является нахождение в салоне, а не под капотом, тут устройство защищено от пыли и грязи, а это в свою очередь продлевает срок службы. Так же в случае выхода из строя устройства, Вам будет легко разобраться в принципе установки и поменять его своими руками, что сэкономит деньги. Данный вид крепления усилителя используют преимущественно на малом классе авто.
2. Установка на рулевую рейку. Так устанавливают усилитель преимущественно на микроавтобусы и внедорожники. Здесь требуется уже больше усилия, которое передается через шестерню. Ведь чем больше автомобиль, тем больше он весит и тем большее усилие нужно для поворота.
3. Устанавка на шариковинтовой механизм, где через ременную передачу усилие от электродвигателя передается на рейку. Данный способ обеспечивает наибольшее усилие электродвигателя при повороте. Так устанавливают электроусилитель руля на тягачи и автобусы.

Какой бы не был механизм установки электроусилителя руля, бывают сбои в блоке управление, при выходе из строя, он не блокирует поворот руля. И автомобиль можно спокойно отогнать в сервис, где его поменяют или отрегулируют.

Эффективность и надёжность

Использование гидроусилителя руля вынуждает автомобиль терять часть мощности – она идёт на привод насоса, который может иметь достаточно большие потребности. Поэтому применение ГУР неизбежно приводит к ухудшению динамических параметров и к существенному повышению расхода топлива при прочих сопоставимых параметрах. При этом даже при постоянном движении по прямой ситуация нисколько не улучшается – насос работает постоянно, перемещая масло по трубкам высокого и низкого давления.

Каждому автомобилисту стоит знать о том, что гидроусилитель не может длительное время выдерживать работу в предельных режимах – при удерживании руля в крайнем положении в течение 10–15 секунд насос перегреется, в результате чего узел полностью отключится. Чтобы повторно запустить его, нужно заглушить автомобиль, подождать несколько минут и вновь завести, аккуратно переводя руль из крайнего положения в нулевую точку.

Электроусилители считаются более экономичными – они не отбирают мощность мотора напрямую, а лишь создают дополнительную нагрузку на генератор. Кроме того, электроусилитель работает только при повороте колёс, а при движении по прямолинейной траектории мотор остаётся полностью отключённым – он не ухудшает динамические характеристики машины и не создаёт дополнительных . Также при повороте руля в крайнее положение нагрев возникнет исключительно при очень быстром последовательном вращении руля в разные стороны, что можно сделать только специально.

Однако отключение электроусилителей нельзя назвать редкостью -в основном это происходит при движении по бездорожью или по дорогам, засыпанным вязким рыхлым снегом. Через некоторое время узел подаст сигнал тревоги, после чего его производительность будет ограничена и водитель увидит предупреждение, а если движение будет происходить в подобных условиях и дальше, усилитель отключится до полного остывания мотора.

Как это работает?

Гидроусилитель руля (ГУР)

Что такое гидроусилитель руля? Это — система, состоящая из трубопроводов высокого и низкого давления, в которых благодаря насосу циркулирует специальная жидкость. Для жидкости ГУР предусмотрен бачок, соединенный с насосом. Когда вы поворачиваете руль в системе гидроусилителя происходит целый ряд реакций. Жидкость подается в рулевой механизм через распределитель под высоким давлением. Нагнетаясь в гидроцилиндр, она создает давление на поршень, под воздействием которого тот смещается, снижая степень усилия прилагаемого водителем при повороте рулевого колеса. Во время движения по прямой траектории жидкость ГУР стекает из рулевого механизма в бачок системы.

Электроусилитель — это набор механизмов, среди которых главная роль отведена электромотору, кроме того в состав ЭУР входит электронный блок управления (ЭБУ), а также два датчика (датчик угла поворота и датчик крутящего момента). По сравнению с гидроусилителем, ЭУР устанавливается непосредственно на саму рулевую рейку или колонку, при этом передача крутящего момента осуществляется посредством торсионного вала, встроенного в систему рулевого управления. В то время как ГУР меняет усилие прилагаемое к рулю при помощи давления и жидкости, которая циркулирует в системе, электроусилитель осуществляет все при помощи тока. При повороте руля крутящее усилие передается рулевому механизму по торсионному валу. Датчик крутящего момента ЭУР «понимает» это действие и сообщает о нем в ЭБУ. Электронный блок анализирует полученные данные и определяет, сколько именно тока необходимо «дать» электромотору, чтобы вращение руля было легким и приятным. Следует отметить, что расчет усилия происходит в зависимости от скорости, с которой движется автомобиль, а также угла поворота руля. Когда водитель крутит рулем на месте во время парковки или других маневрах, привод электроусилителя нагружен максимально, поскольку необходимо обеспечить легкое вращение рулевого колеса в сложных условиях. Когда авто движется на высоких скоростях управление рулем становится более острым, так как электроусилитель значительно уменьшает силу крутящего момента, то есть меньше помогает водителю.

Теперь когда мы разобрались в принципах работы предлагаю выяснить, что лучше: ГУР или ЭУР, учитывая плюсы и минусы каждой из систем.

Преимущества ГУР

1. Гидроусилитель рулевого управления имеет более громоздкие габариты, однако плюс в его относительно невысокой стоимости и менее затратном производстве. Это в свою очередь так или иначе сказывается на стоимости транспортного средства.
2. Потенциал мощности. ГУРы сегодня устанавливают преимущественно на автомобили бюджетного класса, а также грузовые микроавтобусы и большие внедорожники. В случае с внедорожниками и микроавтобусами применение гидроуслителя руля можно объяснить тем, что эта система более мощная и способна выдержать большие нагрузки. Это, по сути, главное преимущество ГУР.
3. Вышеупомянутая невысокая стоимость.

Недостатки ГУР

Что до недостатков, то их у гидроусилителя намного больше по сравнению с ЭУР:

1. В автомобиле с ГУР не рекомендуется держать руль в крайнем положении дольше пяти секунд, так как это может привести к перегреву масла в системе и выхода гидроусилителя руля из строя.
2. ГУР требует регулярного обслуживания, не реже чем раз в два года. Владелец автомобиля с такой системой постоянно обязан производить замену жидкости в системе, контролировать ее уровень, проверять привод, шланги и насос на предмет подтеканий и трещин.
3. Третий недостаток — прямая зависимость от работы двигателя. Когда насос включается в работу, он так или иначе отбирает часть мощности у двигателя, а во время движения на высокой скорости по трассе это можно считать пустой тратой мощности, так как в данном случае ГУР практически не нужен.
4. В гидроусилителе нельзя настроить режимы работы в зависимости от скорости движения и условий.
5. Гидроусилитель хорошо выполняет свою работу на малых и средних скоростях, однако на высоких скоростях управление теряет «остроту» и водителю сложно выполнить резкий короткий маневр. Проще говоря, ГУР дольше реагирует из-за применения в нем дополнительных узлов, увеличивающих время отклика.

Основные режимы

Электроусилитель руля имеет два основных режима. Они характеризуются скоростью движения автомобиля. В первом режиме при движении на малой скорости, например, во время парковки, когда необходима большая маневренность и руль приходится выворачивать до крайних положений то влево, то вправо, ЭУР прикладывает максимальное усилие к рулевому механизму, обеспечивая «легких руль». В этом режиме вращать рулевое колесо можно одним пальцем.

Напротив, при движении на больших скоростях руль становится «жестким», создавая эффект возврата колес в среднее положение. Это сделано в целях повышения безопасности движения.

Также есть режимы удержания автомобиля на дороге при сильном боковом ветре, при движении на колесах, имеющую разную степень накачки. Эти режимы достигаются благодаря специальным настройкам блока управления. На автомобилях бизнес и премиум класса наличие ЭУР позволяет реализовать опцию автоматической парковки.

Плюсы и минусы использования ЭУР

Перечисленные выше преимущества позволяют электроусилителям захватывать всё больший сегмент рынка. Причём как в бюджетных секторах, так и среди спорткаров, премиума и даже лёгких внедорожников. Но недостатки пока сохраняются.

Малая мощность не позволяет ставить ЭУР на тяжёлую технику, грузовики и внедорожники. Последние также требовательны к влагозащищённости аппаратуры, что у электроники пока не на высоте.

Обслуживания ЭУР не требует вплоть до выхода из строя, но ремонт его возможен только квалифицированным персоналом. Считывание ошибок производится через диагностический сканер, но их устранение затруднено для самостоятельного исполнения. Это сложное электромеханическое устройство, нуждающееся в соответствующем подходе и наличии специализированного оборудования.

Основные типы конструкции ЭУРА

Решил перенести устройство немного ниже, потому как здесь действительно есть что рассказать. Стоит отметить, что электрический двигатель на валу зачастую имеет паразитный момент инерции. Ротор электрического двигателя не может остановиться – мгновенно, потому как имеет свою массу, ему нужно адаптироваться, чтобы пойти в другую сторону, вот вам и инерция. В движении это проявляется дополнительным усилием, когда водитель решает резко сменить направление вращения руля. Поэтому конструкций ЭУРА сейчас достаточно много, около 4 типов, инженеры стремятся уйти от этих паразитных инерций:

Встроенный в рулевой вал (колонку). Если рассматривать саму рейку, то это обычная рулевая рейка, без каких-либо изменений. Сам двигатель находится в салоне и располагается на валу встроенным в рулевую колонку, это самая дешевая конструкция из всех электрических типов. Поэтому он так массово устанавливается на бюджетные модели автомобилей, в том числе на многие ВАЗ. Из положительных моментов не только цена, и простая конструкция рейки, но еще и то, что электрическая часть находится в салоне, а значит она менее подвержена температурным перепадам и влаги (снегу) из под колес, то есть живучесть увеличена. Минусами можно назвать то, что система снабжается червячным соединением, из-за этого возрастают потери на трение, информативность руля падает. ТО есть инерция + трение, настроить датчики невозможно! Это «бросается в глаза», особенно тех водителей, которые пересели с ГУРА.

Червячное соединение, встроенное в саму рулевую рейку. Это второй тип по простоте и цене конструкции. Как становится понятно, здесь используется червячное соединение (а это значит опять паразитные потери на трение) и электродвигатель который установлен в корпус самой рейки, то есть находится в подкапотном пространстве. Отличить можно по расширенному корпусу. Отрицательными моментами можно назвать еще то что все части находятся во внешней среде и по сути подвержены коррозии, радом влага, пыль, грязь снег и прочее. Также такая компоновка увеличивает цену ремонта и уменьшает удобство по эксплуатации. То есть вот так вот просто не подлезешь и не снимешь, нужно снимать всю рейку целиком. По управляемости она похожа на первый тип, то есть сравнить с ГУРОМ опять же сложно.

ЭУР с червячным приводом встроенный в рейку, но двухвальный. В свое время был очень популярен на ТОЙОТАХ, ЛЕКСУСАХ и некоторых немцах, например на ПАССАТЕ B Это технически сложная рейка, которая стоит очень не мало, также ее ремонт остаточно сложный и дорогой. Электромотор находится на противоположном конце от рулевого входного вала. Самая лейка имеет два отлива под опорные сухари. Что мы имеем – две зубчатые пары по краям рейки, одна идет от водительского вала (банально передает момент водитель, когда крутит руль), вторая идет от электрического двигателя, которую он толкает по средствам червячного механизма. ОЧЕНЬ СПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, потому как две «червяных пары», которые еще сильнее получают паразитные потери на трение, что пагубно влияет на информативность руля. Плюсами можно назвать только то что стуки у такой рейки могут очень долго не проявляться, потому как здесь есть две полноценных опоры с сухарями.

Электрический усилитель с винт-шариковой гайкой (соединением). Как отмечают эксперты, это самый правильный вид ЭУРА, по информативности и настройкам он приближен к ГУРУ (а иногда даже превосходит его). Электромотор встроен непосредственно в саму рейку, о чем свидетельствует цилиндрический корпус, не похожий на электрических собратьев. Принцип действия здесь немного другой – здесь нет привычного червячного соединения, электродвигатель «крутит» шариковую гайку, которая проходит через сам вал, соответственно перемещая его в ту или иную сторону. ЗДЕСЬ ПРАКТИЧЕСКИ НЕТ паразитных потерь на трение, а также инерции, благодаря иной конструкции ротора. Сейчас это самый востребованный вид ЭУРА, его устанавливают на ЛЕКСУСЫ, ТОЙОТЫ после 2005 годов выпуска, также на новые модели ФОРД и МАЗДА. Большим минусом такой конструкции является его ЦЕНА, она намного больше своих собратьев. Ремонт стоит больших денег из-за расходных материалов, а также из-за сложности конструкции.

Состав электроусилителя и работа его отдельных элементов

Укрупнённо ЭУР можно представить в виде совокупности следующих узлов:

• датчиков поворота руля;
• исполнительного электродвигателя;
• понижающего редуктора;
• электронного блока управления.

Основой усилителя стал электромотор, как и все подобные устройства преобразующий энергию электрического тока в механическое перемещение ротора.

Электродвигатель ЭУР

Электромотор может быть установлен на вал рулевой колонки или непосредственно на рулевую рейку. Асинхронные электродвигатели имеют большую скорость вращение, поэтому их использование требует понижающего редуктора

Снижение скорости вращения при сохранении мощности влечёт увеличение крутящего момента, что в подобных устройствах более важно, чем скорость перемещения рейки. Но и скорость иногда требуется достаточно высокая, что обеспечивается выбором мощности мотора и выходного тока силового драйвера на выходе блока управления

Наилучшим способом будет передача силы именно на рейку, что обеспечивает более высокую точность и эффективное парирование обратных ударов. Исключается промежуточный редуктор в зацеплении ведущей шестерни с зубьями рейки. Шестерня вала разгружается от полного усилия, вводится дополнительное приводное зубчатое колесо на выходном валу редуктора.

Система управления

Управляющий модуль принимает сигналы от датчиков поворота руля и крутящего момента на валу рулевой колонки. После обработки в соответствии с используемым алгоритмом формируется выходной силовой сигнал, прикладываемый к электродвигателю. В процессе расчёта используются также данные от внешних устройств, таких как система стабилизации, датчики скорости и ABS, прочие сенсоры, состав и количество которых определяется сложностью и возможностями компьютеров автомобиля.

Блок представляет собой мощный и быстродействующий компьютер со своей программной памятью, процессором и интерфейсами связи с датчиками, внешними процессорами и драйверами исполнительных устройств, в данном случае – электродвигателем усилителя.

Основные неисправности электроусилителя руля

Неполадки могут быть чисто механическими или электрическими. Блок управления при каждом включении проводит самодиагностику и при обнаружении отказов выдаёт сигнал на включение контрольной лампы, фиксируя один из многочисленных кодов ошибки, который можно считывать диагностическим прибором.

Для снижения вероятности полного отказа многие функции продублированы.

Наиболее частыми причинами неисправности могут стать:

• отказы датчиков ЭУР;
• неполадки силового электродвигателя;
• износ, люфты и подклинивания в системе редуктора и непосредственного привода рулевой рейки из-за ударных нагрузок и вибраций;
• сбои и ошибки в программном обеспечении ЭУР;
• нарушение калибровок датчиков;
• нарушение питания ЭУР, перегорание предохранителя, окисление и механическое разрушение проводки и контактов.

Ремонт ЭУР требует квалифицированного вмешательства и вряд ли возможен своими силами.

Неисправности электроусилителя руля

Смотрите это видео на YouTube

Потребуется электронное оборудование и заводская технологическая документация, вопросы безопасности заставляют производителей максимально ограничивать возможность постороннего доступа.

Преимущества вождения с усилителем руля

• усилитель забирает львиную долю нагрузки на себя;
• нет необходимости в большом количестве оборотов руля, он не вырывается из рук;
• смягчается ощущение неровностей дороги;
• машиной легче управлять, маневренность возрастает; без усилий удаются сложные повороты;
• становится более удобным руление на малых скоростях;
• стабилизируется траектория движения;
• при проколе передней шины легче удержать автомобиль;
• водитель меньше напрягается, не устаёт;
• особенно актуально, если водитель – женщина;
• повышается износостойкость рулевого механизма, продлевается срок его службы.

Всё это обеспечивает максимально безопасное и комфортное вождение (при условии исправного техсостояния машины).

Потенциальная опасность возникает только при внештатной ситуации – внезапном отказе (поломке) системы усилителя руля при повороте во время движения. В этом случае реакция, знания и опыт водителя приобретают решающее значение. О проблемах могут сигнализировать посторонние шумы, вибрации, резкие толчки, проворот руля, трудное или слишком легкое его поворачивание.

По статистике четверть российских водителей предпочитает гидроусилитель, а половина – электроусилитель руля (и показатели смещаются в пользу ЭУР). Достоинства каждого из этих механизмов определяется их конструктивными особенностями.

В современных автомобилях используются электроусилители, гидроусилители и электрогидроусилители руля.

Негативные моменты

Они также есть и в принципе я их перечислил в этой статье, но сейчас немного повторюсь:

• Уступающая информативность руля (гидравлика, пока точнее)
• Электрические сбои в настройках. Может поехать датчик (руля или вала) и например, на стоянке выкручивать колеса в бок, тогда как должен держать прямо. Причем выровнять колеса достаточно сложно.
• Сбои в движении. НА ранних версиях были аварии из-за блокировок или глюков ЭУРА
• Электрическая составляющая. Как правило — не ремонтируется, а зачастую меняется, ПОТОМУ КАК, ОТ ЭТОГО ЗАВИСИТ ВАША БЕЗОПАСНОСТЬ. То есть не стоит «перепаивать» датчик положения руля или вала, ведь вы можете задать неверные параметры в схему. Лучше его поменять. Также меняется и полностью двигатель при выходе из строя, что недешево.
• Не всегда нужен ремонт. Зачастую от большого пробега или от засорения, нужна просто калибровка датчиков, сами вы это не сделаете опять же нужно ехать на СТО. А если оно не чисто на руку, с вас могут взять как за ремонт.

Рулевая рейка с электроусилителем руля – НЕСОМНЕННО БУДУЩЕЕ, однако сейчас еще много сырых типов, которых гидроусилитель руля превосходит по многим параметрам.

Смотрим познавательное видео.

НА этом заканчиваю, думаю мой материал был вам полезен. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

Похожие новости

• Как снять и заменить опорный подшипник. Возможно ли, не снимать …
• Что такое пыльник. Разберем в автомобиле + живые фото
• Вискомуфта. Что это такое и принцип ее работы. Плюс подробное ви…

Как устроен ЭУР

Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.

В состав входят такие элементы:

• исполнительный сервопривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, который нужен из-за достаточно высоких оборотов вала электрического мотора;
• блока управления, имеющего входы от датчиков, внешних устройств и выходы на силовой двигатель;
• датчиков, вырабатывающих сигналы направления поворота руля, усилия на рулевом валу и скорости его вращения.

Питание ЭУР получает от бортовой сети автомобиля, при отключении электроники из-за неисправности рулевой механизм продолжает работать, но уже без усиления.

Принцип работы

В исходном состоянии электродвигатель не работает, энергия не потребляется. Блок управления следит за сигналами датчиков и в случае обнаружения действий со стороны водителя начинает управлять электродвигателем.

Чем сильнее закручен торсионный датчик момента на рулевой колонке, тем большее усилие создаётся со стороны сервопривода, что компенсирует отдачу от рулевой трапеции на руки водителя. Отслеживается направление поворота, скорость действий водителя и угол отклонения управляемых колёс.

В режиме парковки, когда скорость мала, усиление должно быть максимальным, руль можно вращать с большой скоростью на значительные углы, не встречая сопротивления.

Однако с ростом скорости руль должен тяжелеть, с одной стороны предупреждая водителя о недопустимости резких движений, а с другой – обеспечивая важную обратную связь по усилию, позволяющую контролировать сцепление колёс с дорогой.

ЭУР должен отслеживать возврат колёс в нейтральное положение, не всегда возможный при большом трении в механизмах. Причём эта функция работает не постоянно, в парковочных режимах возврат и переменное усиление не требуются.

Наоборот, при взаимодействии с системой стабилизации энергичный самовозврат необходим для курсовой стабилизации автомобиля, даже если водитель потерял управление. Выполняются и упреждающие действия, подобные тому, как опытный водитель выводит машину из заносов и сносов.

При автономном управлении ЭУР становится исполнительным механизмом для функции отслеживания разметки, автоматического объезда препятствий и адаптивного круиз-контроля в поворотах. Через него могут передаваться предупреждающие сигналы в виде толчков и вибраций.

Типы конструкции

Сервопривод ЭУР может встраиваться в рулевую колонку или непосредственно в рулевой механизм. Первое решение используется на лёгких бюджетных автомобилях, а второе на более массивных или спортивных.

Непосредственная связь с рулевой рейкой обеспечивается отдельной винтовой, червячной или шестерёнчатой передачей, отдельно от пары шестерня-рейка рулевого вала.

Таким образом можно передавать значительное усилие и делать это максимально точно. Но и цена устройства возрастает.

Схема

Электросхема ЭУР включает в себя блок управления, разъём с фазовыми контактами электродвигателя, два разъёма датчиков момента и положения, кабель питания, соединённый с основным монтажным блоком автомобиля, интерфейсный разъём для связи с контроллерами прочих систем и приборной панели.

Входными сигналами выступают:

• датчик скорости автомобиля;
• датчик направления поворота руля;
• тензометрический датчик момента на рулевой колонке;
• датчик скорости вращения рулевого вала там, где эта информация используется;
• двунаправленный сигнал диагностики;
• сигнал тахометра;

Выход блока работает непосредственно на фазовые обмотки двигателя, обычно асинхронного. Питание поступает по двум контактам, от замка зажигания и от клеммы аккумулятора, через установленный в монтажном блоке мощный предохранитель.

Отдельная стабилизированная цепь питания датчиков формируется в блоке управления.

Электроусилитель рулевого управления

Схема электроусилителя руля В электроусилителе рулевого управления (ЭУР) дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается за счет электродвигателя.

Устройство и принцип работы электроусилителя руля

К основным элементам электроусилителя относятся:

• электродвигатель;
• торсионный стержень и вал рулевой колонки;
• рулевой механизм (редуктор);
• датчик положения рулевого колеса;
• датчик крутящего момента;
• электронный блок управления.

При повороте водителем рулевого колеса начинает скручиваться торсионный стержень. Датчик крутящего момента измеряет это закручивание, определяет по нему величину момента и передает данную информацию блоку управления. Последний обрабатывает данные с датчиков ЭУР и соотносит их с показаниями других датчиков автомобиля (скорости, оборотов коленчатого вала и т.д.).

Блок управления вычисляет усилие, которое необходимо приложить, чтобы помочь водителю прокрутить руль, и дает соответствующую команду электродвигателю. Последний воздействует на вал рулевой колонки или рулевую рейку, тем самым облегчая вращение руля.

Преимущества и недостатки ЭУР

Рулевая рейка с электроусилителем К основным преимуществам электроусилителя можно отнести:

• топливная экономичность – ЭУР не отбирает мощность у двигателя и включается только при повороте руля;
• надежность, связанная с отсутствием гидравлической системы;
• компактность и простота обслуживания;
• возможность регулировать характеристики и настройки рулевого управления;
• возможность реализации автоматического управления автомобилем.

Несмотря на многочисленные плюсы, ЭУР имеет и некоторые минусы. К ним относятся:

• малая мощность при сохранении минимальных габаритных размеров и стоимости;
• возможность перегрева и временного выхода из строя при неблагоприятных условиях движения;
• дорогостоящий ремонт.

Однако следует заметить, что в конструкции современных автомобилей ЭУР постепенно выходит на первое место, вытесняя ГУР.

Преимущества и недостатки ЭУР

Как и у других механизмов, у электроусилителя рулевого управления стоит выделить плюсы и минусы.

Преимущества:

Простота эксплуатации и конструкции

При обслуживании гидроусилителя важно контролировать уровень масла и производить его замена (доливку). В случае с ЭУР такая проблема отошла в прошлое; Экономичность

В отличие от ГУР, который работает без остановок, электроусилитель активируется только при необходимости (при вращении рулевого колеса). Как следствие, часть нагрузки снимается с мотора; Простота настройки и регулировки. Чтобы скорректировать характеристики ГУР не обойтись без разборки узла и внесения конструктивных измерений. Для ЭУР все проще — хватает замены программы электронного блока; Экономия топлива. Практика эксплуатации показала, что применение электроусилителя снизило объем потребления топлива на 0.5-0.6 литра из расчета на 100 километров пути.

Минусы ЭУР

• Низкая мощность, связанная с меньшей мощью элеткродвигателя;
• Ограниченность применения. Электроусилитель рулевого колеса монтируется только на легких машинах, а для грузового транспорта он не подойдет;
• Слабая отзывчивость руля, объясняемая малым обратным усилием.