Принцип действия электроусилителя руля: Электроусилитель руля – Электроусилитель руля — Википедия

Содержание

Электроусилитель руля — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 марта 2016; проверки требуют 9 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 марта 2016; проверки требуют 9 правок. ЭУР легкового автомобиля

Электрический усилитель руля (ЭУР) — электромеханическая система автомобиля, предназначенная для снижения управляющего усилия, прикладываемого к рулевому колесу. Другие названия Электромеханический усилитель руля (ЭМУР), Электрический усилитель рулевого управления (ЭУРУ)

ЭУР состоит из следующих основных элементов:

  • Рулевой вал с торсионным валом
  • Электродвигатель
  • Электронный блок управления (ЭБУ)
  • Датчик крутящего момента (бесконтактный)
  • Датчик положения ротора

Принцип действия электроусилителя руля:

Электроусилитель устанавливается на рулевой вал автомобиля, части которого соединены между собой торсионным валом, с установленным датчиком величины крутящего момента. При вращении руля происходит скручивание торсионного вала, регистрируемое датчиком момента.

На основании полученных с датчика момента данных, а также данных с датчиков скорости и оборотов коленвала, электронный блок управления вычисляет необходимое компенсационное усилие и подает команду на электродвигатель усилителя.

1-й вариант:
Электродвигатель и редуктор расположены на рулевой колонке, полный момент выходит уже с вала рулевого колеса.

2-й вариант:
Редуктор установлен на самой рейке, что позволяет не перегружать рулевой вал и его сочленения.

Достоинствами ЭУР в сравнении с гидравлическим усилителем руля (ГУР) являются:

  • Простота конструкции и обслуживания. ГУР в отличие от ЭУР требует постоянного контроля уровня жидкости, обслуживания насоса.
  • Компактность механизма. ЭУР устанавливается на рулевой вал и не требует дополнительного места под капотом автомобиля.
  • Экономичность. Электродвигатель ЭУР включается только при вращении руля, в то время как насос ГУР работает постоянно, создавая дополнительную нагрузку на двигатель тем самым увеличивая расход топлива.
  • Простота настройки. Только изменяя программу ЭБУ возможно добиться различных режимов работы при различных обстоятельствах, как например, уменьшение компенсационного усилия при увеличении скорости автомобиля. В случае ГУР для этого потребуются дополнительные активные элементы в конструкции.

Недостатки ЭУР в сравнении с ГУР:

  • Малая (меньшая) мощность, обусловленная мощностью электрогенератора. ЭУР устанавливается только на лёгкие автомобили, недостаточная мощность не позволит использовать его на тяжелых внедорожниках или грузовиках, не опасаясь за нагрузку на бортовую сеть автомобиля и электродвигатель усилителя. В то же время, ЭУР потребляет сравнительно высокий ток от бортовой сети, создавая значительную нагрузку: так, например, ЭУР показанного выше Suzuki Wagon R может потреблять до 30 Ампер от бортовой сети, что составляет 40% мощности генератора (указанный ток — максимальный, на стоящей неподвижно машине, при езде меньше, а после 60 км/час ЭУР отключается вовсе, во избежание чрезмерной управляемости).
  • При тяжёлом режиме работы, например, при длительном движении по раскисшей грунтовой дороге электродвигатель ЭУР перегревается. Для предовращения его отказа блок управления начинает ограничивать максимальный ток, соответственно руль «затяжеляется», и в конечном итоге отключается совсем. Для восстановления нормальной работы необходимо остановить автомобиль на некоторое время, с целью охлаждения обмоток электродвигателя, после чего работоспособность восстановится.

Недостатки, свойственные как ЭУР, так и ГУР, в сравнении с рулевым управлением без усилителя:

  • Возникновение опасности при движении в случае отказа обоих типов усиления руля (реакция водителя может быть недостаточной для своевременного обнаружения отказа системы усиления руля, если это произойдёт в момент поворота транспортного средства).

принцип работы, устройство и ошибки

Как же работает электроусилителя руля автомобиля? Принцип работы электроусилителя заключается в электрическом приводе, который дает дополнительное усилие при повороте руля. При помощи этого конструктивного элемента, Вам не приходиться выворачивать руль обеими руками. Датчик измеряет крутящий момент и передает в блок управления усилителем. В зависимости от угла поворота, этот блок рассчитывает мощность, которую нужно предать в двигатель усилителя. Сам датчик расположен в подрулевом переключателе. Для обратной связи еще один датчик расположен на роторе двигателя, он так же передает информацию о частоте вращения в блок управления.

Устройство электроусилителя руля.Электроусилитель руля появился в середине девяностых годов. На момент 2016 года он стоит на половине всех машин, на планете. Столь большая популярность обусловлена рядом его характеристик и почти отсутствием недостатков. Его преимущества по сравнению с гидроусилителем заключаются в:

  • компактности;
  • точечной регулировки характеристик;
  • предоставляемом объеме информации работе;
  • надежности и экономичности;
  • малой шумности.

К минусу можно отнести лишь его мощность, именно поэтому на тяжелом транспорте до сих пор ставят только ГУР.

На первый взгляд такая мудреная система ни к чему, но это обеспечивает расчет усилия на электромотор во всем диапазоне поворота руля. Это усилие зависит от таких параметров как:

  1. Величина момента на руле.
  2. Скорость с которой едет автомобиль.
  3. Оборот двигателя.
  4. Угловая скорость поворота руля.

В то время, как в ГУР дает примерно одинаковое усилие на весь диапазон.

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.

Устройство и принцип работы ЭУР

Как же работает электроусилитель руля с точки зрения безопасности? Устроен электроусилитель рулевого управления гораздо проще, нежели ГУР. У него нет никаких расходных материалов в виде жидкостей. Отсутствуют множество подвижных соединений и уплотнений (критические места для поломки). Именно поэтому сейчас идет массовый отказ от стареньких гидроусилителей. Даже отечественные производители ВАЗ перешли на эту технологию.

Технические характеристики электроусилителя:

  • напряжения питания (номинальное) – 12 В;
  • максимальный компенсирующий момент – 35 Нм;
  • максимальный ток потребления – 50 А;
  • ток потребления (усилие на рулевом колесе приложено, выходной вал усилителя заблокирован) – не более 15 А.

Его появление помогло автопроизводителям реализовать ряд новых функций, таких как:

  • повышение курсовой устойчивости;
  • автоматическая парковка;
  • соблюдение рядности движения.

Основные режимы работы усилителя руля

Электроусилитель руля.Как можно догадаться усилитель руля работает не все время. А лишь при повороте колес и не на высоких скоростях. Однако колеса поворачиваются при различных условиях. Соответственно и работа выполняемая двигателем разниться от условий. Современные блоки управления умеют определять в каком режиме двигается автомобиль и подстраивать крутящий момент двигателя под них.

Режим парковки

При парковке скорость автомобиля небольшая или отсутствует вообще, а углы поворота, на которые выворачиваем руль, большие. Информация, передающаяся с датчика угла поворота, поступает на блок управления и если скорость минимальна, а углы поворота и крутящий момент большие, то включается режим парковки. В нем максимальная нагрузка ложиться электроусилитель. Тем самым обеспечивается, так называемый “легкий руль”.

Режим езды по городу

Городская езда обусловлена постоянными остановками, поворотами и перестроениями. Здесь движение происходит со скоростью 40-60 км\ч. В результате происходят усилия в среднем диапазоне, блок обрабатывает информацию о скорости и угле поворота и дает сигнал на электродвигатель.

Режим езды на трассе

Особенность данной езды является высокие скорости и небольшой угол поворота при перестроении. Соответственно принимается решение о небольшом усилии двигателя или полном его отсутствии.

Ведь если вовремя не убрать помощь, автомобиль при малейшем повороте руля, даже на маленький угол резко свернет, что приведет к аварии.

Удержание среднего положения колес

Блок управления зачастую выполняет функцию удержания среднего положения колес. Это нужно в условиях разного давления в шинах, вся информация обрабатывается и проводится коррекция. Так же при повороте руля в движении к окружной силе добавляется тяговая, которая действует на колеса и изменяет их положение. Блок управления учитывает это и регулирует положение.

Поломка электроусилителя

Блок электроусилителя руля.При поломке срабатывает сигнал ошибки, лампочка, которая оповещает водителя что, что-то не так. Это может быть сигнал о неисправности или предупреждение систем защиты. При долгом удержании руля в крайних положениях, нагревается обмотка, и защита отключает электроусилитель, во избежание поломки. Этим грешат водители любящие парковаться в неположенном месте и выворачивать руль в крайнее положение, дабы их авто не смогли эвакуировать.

Так же частой причиной отказа служит выход из строя датчика скорости. Тут поможет лишь полная замена его на новый.

В некоторых случаях стоит выполнить калибровку электроусилителя руля:

  • развал-схождение;
  • переход на новые диски;
  • замена запчастей ЭУР либо самого ЭУР.

Настройка позволит выровнять руль в нулевом положении, без отклонений в стороны.

Итог

В итоге мы виде, что электроусилитель руля приходит на замену гидроусилителю. Если сначала электрический усилитель ставили только на малолитражках, то теперь они добрались до внедорожников и спорткаров. Большегрузная техника пока остается на гидроусилителе, но и тут ставят комбинированные варианты из двух усилителей. Да, маломощность мешает полностью вытеснить гидроусилитель, но все его преимущества перевешивают пару недостатков.

ЭУР – электроусилитель руля: устройство и принцип работы

Гидравлический усилитель в свое время был настоящим прорывом в автомобилестроении, поскольку именно он дал возможность управлять машиной легко и с комфортом. Долгие годы ГУР был единственным типом усилителя, но сравнительно недавно в новые модели автомобилей начали устанавливать электроусилитель руля, ЭУР. Благодаря ему удалось наконец-то избавиться от гидравлической системы, которая была слабым местом в рулевом управлении и требовала регулярного обслуживания.

Что такое ЭУР и для чего он нужен?

ЭУР

Несмотря на совершенно другую конструкцию и принцип работы, назначение ЭУР не изменилось — он умножает усилие, прикладываемое водителем к рулю, фактически, перенимая на себя большую часть работы, требуемой для поворота колёс автомобиля. Это, так сказать, основная его функция, которая ничем не отличается от назначения ГУР.

Однако электрическая система дает дополнительные возможности, которыми предыдущее поколение усилителей похвастать не могло. Например, возможность настройки, что дает более точное и четкое управление в любом режиме.

Кроме того, поскольку электроусилитель может напрямую управляться электронным блоком управления (ЭБУ) автомобиля, он прекрасно работает в паре с системой курсовой устойчивости, «подруливая» при некорректно выполненных поворотах и страхуя водителя.

Если на автомобиль установлена система автоматической парковки, в нём будет и ЭУР, который точно и вовремя выполняет все команды ЭБУ. К стати EPS (Electric Power Steering) — это иностранная аббревиатура, которая означает тоже что и ЭУР.

Устройство электроусилителя руля

Схема устройства ЭУР

По сути, ЭУР – это электродвигатель, который включается в нужный момент и создает в механизме рулевого управления дополнительное усилие. Но, как и вся современная техника, устройство ЭУР постепенно «обросло» дополнительными элементами, которые помогают быстрей и точней реагировать на действия водителя.

Сам ЭУР состоит из нескольких компонентов.

  1. Основная часть – асинхронный электродвигатель.
  2. Блок управления (связан с ЭБУ автомобиля).
  3. Датчики положения рулевого колеса (поворота руля) и крутящего момента. Первый ставится на руль и показывает, на какой угол он отклонился. Второй устанавливается на торсион на стыке рулевого вала и рейки. Он показывает усилие, приложенное к рулю. Иногда ставится еще и датчик скорости поворота руля.
  4. Передаточный механизм (сервопривод), конструкция которого зависит от того, где именно в системе рулевого управления установлен электроусилитель руля.

Виды ЭУР

Как и всё в конструкции автомобиля, ЭУР эволюционировал, и теперь есть несколько его разновидностей, каждая из которых нашла свое применение в различных типах автомобилей. И если основной его принцип остался неизменным, некоторые детали серьезно влияют на качество и удобство работы. За местом установки различают 3 основных вида.

  1. Электроусилитель руля, встроенный в рулевую колонку.
  2. Двухвальный ЭУР, встроенный в рулевую рейку.
  3. ЭУР с винт-шариковым соединением.

Эти виды отличает схема подключения электромотора и тип привода, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим их все.

Электроусилитель, встроенный в рулевую колонку с червячной передачей

Устройство ЭУР встроенного в рулевую колонку с червячной передачей

Самый простой и дешевый тип электроусилителя. Мотор и червячный редуктор крепятся непосредственно на рулевую колонку и управляют ею. При этом остальные элементы рулевого управления (в частности, рейка) не меняются. Такое исполнение удобно тем, что электромотор располагается в салоне автомобиля, а значит, его легко демонтировать, обслуживать, и при этом он меньше страдает от холода и влаги. К тому же, простая конструкция рулевой рейки упрощает и удешевляет ремонт. Однако такая система не справляется с большими нагрузками, поэтому ставится на автомобили малого класса. На видео, ниже, наглядно показан принцип работы такого электроусилителя.

Электроусилитель, встроенный в рулевую рейку

ЭУР встроенный в рулевую рейку: 1 – датчик момента на рулевом колесе; 2 – ведущая шестерня 1; 3 – ведущая шестерня 2; 4 – электродвигатель усилителя; 5 – электронный блок усилителя; 6 – датчик угла поворота рулевого колеса; 7 – торсион вала рулевого управления

Более сложная в обслуживании конструкция, которая используется в автомобилях среднего класса. Как понятно из названия, электромотор устанавливается в рулевую рейку на стыке между ней и промежуточным валом. Здесь используется уже шестерня, которая передает усилие на саму рейку.

Основной недостаток этого вида ЭУР в том, что он размещается на рейке, а значит, больше страдает от внешних факторов. И хоть устройство имеет защитный кожух, оно всё равно постепенно портится от влаги и перепадов температуры. А расположение в подкапотном пространстве усложняет демонтаж и ремонт.

Сложная конструкция, в которой электромотор ставится на рейку не со стороны рулевой колонки, а с противоположного конца. Для управления используются две шестерни: одна соединяется с промежуточным валом и вращается непосредственно от усилия, которое прикладывает водитель. Вторая шестерня установлена с другой стороны рейки и управляется электромотором. Такая сдвоенная конструкция сильно поднимает стоимость покупки или ремонта рулевой рейки. С другой стороны, за счет своих особенностей надежность этого механизма довольно высокая.

ЭУР с винт-шариковой гайкой

Устройство ЭУР с винт-шариковой гайкой

Это самый новый и самый удачный вариант электроусилителя. Прежде всего, в нём используется другая конструкция мотора, у которой практически нет инерции при остановке или в начале работы. И нет червячной передачи, которая отбирала на себя часть усилия электродвигателя. Благодаря этим изменениям точность и информативность руля достигают максимальных показателей.

Работа ЭУР с винт-шариковой гайкой

Для управления используется шариковая гайка, соединенная непосредственно с электромотором. При работе мотор вращает гайку в одну или другую сторону, а она, в свою очередь, перемещает рулевую рейку, как показано на анимации выше.

Принцип работы ЭУР

Теперь, когда основные разновидности ЭУР понятны, можно говорить о том, как работает это устройство. На видео, выше, наглядно показан принцип действия разных видов электроусилителей руля.

Если говорить в общем, принцип работы заключается в том, чтобы включить в нужное время электромотор, «докрутить» руль до нужного угла поворота, а затем вернуть его в среднее положение, когда маневр завершен. Однако такое объяснение не слишком раскрывает общую картину. Что же происходит, когда водитель начинает поворот?

  1. Первыми включаются датчики. Основной – это датчик крутящего момента, который встроен в торсионный вал. Чем дальше водитель поворачивает руль, тем на больший угол поворачивается торсион. Плюс к этому есть и датчик угла поворота руля, а также датчик скорости поворота руля. Данные с них уходят в электронный блок управления ЭУР.
  2. Информация с блока управления ЭУР уходит в ЭБУ автомобиля. Там она соотносится с данными датчиков АБС (информация о скорости автомобиля) и режимом работы двигателя (эту информацию передает датчик оборотов коленвала).
  3. Затем команда от ЭБУ снова поступает на блок управления электроусилителем руля. Мотор включается и поворачивает рулевую колонку или рулевую рейку. А затем он же возвращает колёса в среднее положение.

Режим работы электроусилителя зависит от того, с какой скоростью движется машина (малой, средней или большой), а также от того, требуется ли возврат и поддержание колес в среднем положении. Благодаря электронике он всегда работает в оптимальном режиме.

Преимущества и недостатки ЭУР

Нет ничего идеального, и к ЭУР это тоже относится. Есть у этой системы и плюсы, и минусы, которые нужно учитывать при выборе автомобиля

Преимущества ЭУР:

  1. Основной плюс – простота конструкции и отсутствие сложной гидравлики. Не нужно беспокоиться о тормозном цилиндре, прокладках, замене жидкости. Для обслуживания понадобится разве что смазка механического привода.
  2. Меньше поломок, ведь чем проще система, тем меньше в ней отказов. Особенно хорошо это видно на тех ЭУР, которые размещены на рулевой колонке.
  3. Экономия топлива. Дотошные европейские эксперты посчитали, что если не использовать привод от двигателя автомобиля, это позволит снизить расход топлива. ЭУР включается только когда выполняется поворот.
  4. Возможность настройки, программирования или отключения усилителя. Это позволяет лучше контролировать автомобиль и настроить обратную связь «под себя».
  5. Приятный бонус – бесшумная работа. Если узел исправен, он вообще никак не звучит.
  6. И, как ни странно, цена ЭУР ниже, чем цена ГУР.

Недостатки ЭУР:

  1. Большинство минусов связано с ремонтом ЭУР. И в первую очередь это стоимость такой услуги. Зачастую электродвигатель при неисправности меняют полностью, то же относится и к датчикам. А цена ремонта или замены рулевой рейки с интегрированным ЭУР – вообще печаль-беда.
  2. Высокая информативность доступна только в дорогих современных моделях усилителя.
    Могут выйти из строя или засбоить датчики, после чего электроусилитель перестает адекватно работать.
  3. И, наконец, малопонятная система дает простор для махинаций мастеров на СТО.

Заключение

Несмотря на все недостатки, схема ЭУР продолжает совершенствоваться. Последние модели ушли далеко вперед от первых попыток заменить гидравлику электроприводом. А учитывая, что система автопилота, автоматической парковки, удержания в полосе и т.д. требует именно электроусилителя, можно рассчитывать на то, что в ближайшем будущем появятся новые, более надежные и доступные конструкции.

☰Устройство, разновидности и принцип рыботы электроусилителя руля

Поведение руля — возврат в нейтральное положение, отклик, информативность — зависит от конструкции и состояния системы рулевого управления, а также типа усилителя руля.

Сегодня популярны два типа усилителей — гидравлические и электрические, у которых примерно одинаковое количество поклонников.

Электроусилитель руля — это электромеханическая система, которая состоит из:

  • электродвигателя — синхронный или асинхронный;
  • программируемого блока управления (ЭБУ) — Собирает показания датчиков и рассчитывает нужное усилие;
  • датчика крутящего момента — оценивает величину крутящего момента на руле. Устанавливается на концах торсиона в рулевом валу. Бывает оптический, магниторезистивный, индуктивный;
  • датчика угла поворота руля;
  • датчика механической передачи.

Как работает электроусилитель

Чем сильнее водитель поворачивает руль, тем больше закручивается торсион. Показатель приложенного усилия считывается датчиком крутящего момента. Одновременно датчик угла поворота руля считывает степень отклонения рулевого колеса относительно нейтрального положения, а датчик скорости передает показания о скорости автомобиля. Эти данные поступают в электронный блок управления, который рассчитывает усилие на руле и передает на электродвигатель ток нужной силы.

Например, вам нужно выехать с парковочного места. Скорость авто при этом нулевая, вы интенсивно и на большой угол поворачиваете руль — ЭБУ считывает показания датчиков и подает в электродвигатель ток большей силы, чтобы преодолеть сопротивление от дороги и помочь вам вывернуть колеса припаркованного автомобиля.

Электроусилитель руля: преимущества и недостатки

Недостатки электроусилителей обуславливаются их конструкцией и местом расположения. Электроусилитель может быть интегрирован в рулевую колонку или встроен в рулевую рейку.

Колонка с EPS — самая дешевая вариация, устанавливается на бюджетных легковых автомобилях. Основные недостатки связаны с конструкцией узла: вращающийся ротор определенной массы невозможно остановить мгновенно — появляется паразитный момент инерции. Плюс, червячная передача повышает потери на трение. В результате руль становится неинформативным, а сопротивление возрастает, и убрать эти недостатки невозможно. Поэтому водители, пересевшие с автомобилей с ГУР на авто с ЭУР в рулевой колонке, не в восторге от электроусилителя. Механическая рейка — одновременно преимущество и недостаток: с одной стороны, конструкция сухой рейки максимально простая. С другой, сухая рейка может корродировать до предела, не подавая признаков неисправностей. Ремонт рейки с ЭУР включает диагностику, устранение неисправностей в механической и/или электронной части. В некоторых случаях рационально купить рулевую рейку с EPS.

Рулевая колонка ЭУР

Рулевая колонка с электроусилителем

Электроусилитель, интегрированный в рейку:

  • С червячным приводом. Электромотор расположен рядом с зубчатым сектором рейки и приводит в движение червячную передачу. У этих электроусилителей такие же недостатки, как и у встроенных в рулевую колонку, — потери на инерцию и трение. Так как узел интегрирован с рейкой, ремонтировать его сложно и дорого.
  • С двойным (параллельным) приводом. Электромотор расположен на противоположном конце от рулевого вала. Один привод — стандартный зубчатый сектор, как в любой рейке. Во втором приводе винтом выступает резьба на штоке — вращение от электромотора передается через червячную передачу. В этом случае присутствуют удвоенные потери на трение из-за второго зубчатого сектора, поэтому ремонтировать такой ЭУР сложнее и дороже.
  • Вал-муфта. Самая удачная конструкция электроусилителя. Вал рейки проходит непосредственно через электродвигатель, объединенный с рулевым механизмом. Вместо червячной передачи в приводе применяется шариковый подшипник — шарики передают вращение. Благодаря особой конструкции электродвигателя потери на трение и инерцию в таком ЭУР минимальны, а информативность и усилие на руле оптимальны.

ЭУР с параллельным приводом и червячной передачей

Электроусилитель с параллельным приводом и червячной передачей

ЭУР с параллельным приводом вал-муфта

Электроусилитель с параллельным приводом вал-муфта

Несмотря на сложность узла и существующие недостатки, почти половина современных автомобилей оснащены электроусилителями.

Владельцы автомобилей с электроусилителем выделяют несколько весомых преимуществ:

  • Экономия топлива. ЭУР начинает работать, только когда водитель поворачивает руль: усилие, приложенное к рулю, а также сопротивление колес при повороте закручивают торсион — это сигнал для усилителя включиться. При нейтральном положении руля электроусилитель не работает, не потребляет энергию и не крадет мощность у двигателя — это позволяет экономить до 1 л топлива на 100 км. 
  • Хороший отклик руля. На высоких скоростях ЭУР работает точно, на низких — плавно. Блок управления получает сведения от нескольких датчиков и рассчитывает усилие на основании этой информации.
  • Возможность настроить дополнительные функции.
  • Компактность.
  • Простая конструкция: нет насоса, бачка, шлангов и трубок, уплотнительных элементов, которые нужно систематически менять.
  • ЭУР не требует обслуживания.

Вместе с развивающимися технологиями совершенствуются и электроусилители: разработчики устраняют проблемы в программной части, ищут оптимальные конструкции, способы расположения и взаимодействия узлов рулевого управления. С другой стороны, гидроусилитель более предсказуемый и привычный для большинства водителей, да и обслуживать ГУР не так уж сложно.

Электроусилитель руля как работает. Но, несмотря на свои качества, ЭУР имеет и ряд минусов. Возможные режимы работы электроусилителя рулевого управления

Усилители рулевого управления, в случае с легковыми автомобилями, повышают комфортабельность вождения, на грузовиках же без них и вовсе не обойтись, поскольку управлять авто без такого оборудования очень затруднительно. Изначально на машинах использовался (ГУР), в котором основную работу выполняла жидкость, находящаяся под давлением.

ГУР получил достаточно широкое распространение и до сих пор используется как на легковушках, так и на специализированной технике. Но у этого типа усилителя рулевого управления появился конкурент, причем достаточно серьезный — электрический усилитель (аббр. ЭУР, ЭУРУ).

Этот тип уже завоевал достаточно широкую популярность и его устанавливают на свои модели многие автопроизводители. Есть тенденция, что на определенных классах автомобилей ЭУР полностью вытесняет ГУР. Поэтому следует подробно рассмотреть устройство электроусилителя руля, конструктивные особенности, виды, положительные и отрицательные стороны.

Основная задача ЭУР та же, что и у гидроусилителя – создание дополнительного усилия на рулевом механизме для облегчения управления авто. Причем работа усилителя не должна влиять на «обратную связь», чтобы водитель постоянно «чувствовал» дорогу.

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.

Виды и их особенности

Как отмечено, в устройстве ЭУР применяются одни и те же составные элементы, но с разной компоновкой. Все применяемые электрические усилители рулевого управления можно разделить на:

  • Встроенные в рулевую колонку;
  • Монтируемые на рулевой механизм;

Особенность первого типа заключается в том, что все составные части объединены в единую конструкцию, устанавливаемую на рулевой колонке. В таком механизме используется червячная силовая передача, воздействующая на вал рулевой колонки (червяк соединен с ротором электродвигателя, а шестерня, с которой он находится в зацеплении – на валу колонки, после торсиона). Такой тип ЭУР является самым дешевым и его можно встретить на автомобилях бюджетного сегмента.


ЭУР встроенный в рулевую колонку

Что касается усилителей, устанавливаемых на рулевой механизм, то у этих типов конструкция раздельная – датчики установлены на колонке, блок управления располагается где-то в салоне, а двигатель с редуктором расположен на рулевом механизме.

Причем существует несколько типов ЭУР с такой компоновкой:

  • С червячным редуктором;
  • Двухвальный;
  • Шарико-винтовой;

С червячным редуктором

Если рассмотреть общую концепцию ЭУР, установленного на рулевой колонке, и раздельного усилителя с червячным редуктором, то разница между ними сводится лишь к тому, что у второго варианта исполнительное устройство располагается возле рулевого механизма, хотя в нем все также используется червяк с шестерней (установленной на валу рулевой колонки).


Червячный редуктор ЭУР

Двухвальный ЭУР

Двухвальный тип ЭУР с момент

Электроусилитель руля: принцип работы

Повальное внедрение электроники во все системы и узлы автомобиля не обошло и рулевое управление. Так появился электроусилитель руля (ЭУР), который существенно превосходит гидроусилитель по удобству и точности управления, безопасности и экономичности.

Блок-схема работы ЭУРБлок-схема работы ЭУРСостав системы ЭУРСостав системы ЭУР

В состав системы входит электродвигатель, сервопривод, датчики крутящего момента и угла поворота руля, блок управления. Опционно может устанавливатья датчик скорости вращения руля. Электродвигатель – современный, бесщеточный. Конструкция сервопривода может быть различной, в зависимости от типа автомобиля (об этом ниже). Датчик крутящего момента – основной датчик системы. В разрез рулевого вала встраивается торсион. Элементы датчика устанавливаются на разных его концах. Принцип его работы может быть различным (например, магнитный или оптический).

Устройство датчика крутящего момента ЭУРУстройство датчика крутящего момента ЭУРБлок управления ЭУРБлок управления ЭУР

При повороте рулевого колеса происходит закручивание торсиона. Чем больше усилие – тем больше закручивается торсион. По величине изменения взаимного положения частей датчика оценивается величина приложенного усилия. Угол поворота руля также измеряется соответствующим датчиком. Кроме этого, блок управления получает данные о скорости автомобиля от системы ABS и об оборотах двигателя от контроллера. На основании этих параметров ЭБУ рассчитывает значение необходимого вспомогательного усилия на руле и подает на электродвигатель питание нужной величины и полярности. Электродвигатель через сервопривод либо вращает рулевой вал, либо перемещает рейку.

Содержание статьи

Конструкция ЭУР

Вариантов конструктивного исполнения узлов ЭУР существует множество. Для примера рассмотрим электроусилители, производимые одним из лидеров рынка компанией ZF под маркой Servolectric. В зависимости от типа автомобиля различаются и применяемые ЭУР. На субкомпактных и компактных легковых автомобилях усилители устанавливаются на рулевую колонку, на автомобилях среднего класса вспомогательное усилие передается на рейку с помощью дополнительной шестерни, а на внедорожниках и легких коммерческих машинах применяется так называемая “параллельноосевая” (paraxial) конструкция.

ЭУР для компактных автомобилейЭУР для компактных автомобилейЭУР на рулевой колонкеЭУР на рулевой колонке

На легких автомобилях большое усилие от ЭУР не требуется, поэтому и электродвигатель, и сервопривод получаются настолько компактными, что легко умещаются под рулем в салоне автомобиля. Заодно там же размещаются и датчики. Таким образом, вся конструкция надежно защищена от пыли, грязи и высоких температур подкапотного пространства, что благоприятно сказывается на надежности.

ЭУР для автомобилей среднего классаЭУР для автомобилей среднего классаПривод ЭУР с двумя шестернямиПривод ЭУР с двумя шестернями

На среднеразмерных автомобилях устанавливается ЭУР с двумя шестернями. Через одну шестерню на рейку передается усилие от руля, а через другую – вспомогательное усилие от электромотора.

Чтобы создать большое дополнительное усилие применяется ЭУР параллельноосевой конструкции. Для преобразования вращательного движения электродвигателя в линейное перемещение рулевой рейки используется зубчатоременной привод и механизм “винт – гайка на циркулирующих шариках”. Гайка, вращаемая зубчатым ремнем, через шарики перемещает ось рейки. Шарики циркулируют по резьбе, возвращаясь через специальный канал в гайке.

ЭУР для внедорожников и минивеновЭУР для внедорожников и минивеновУстройство параллельно осевого приводаУстройство параллельно осевого привода

При любом конструктивном исполнении в случае поломки водитель может продолжать безопасно управлять транспортным средством благодаря наличию механической связи между рулем и управляемыми колесами.

Возможности и премущества ЭУР

Главными преимуществами электроусилителя по сравнению с гидроусилителем являются экономичность и надежность. ЭУР не отбирает мощность у двигателя, что позволяет экономить от 0,4 л до 0,8 л на 100 км в зависимости от режима движения. Это, в свою очередь, снижает выбросы углекислого газа от 10 до 20г/км. ЭУР вступает в работу только при вращении руля, при движении по прямой он не потребляет энергии.
Конструктивно электроусилитель компактнее и легче гидроусилителя и не требует обслуживания. Работа электроусилителя отличается более низким уровнем шума. Стоимость ЭУРа ниже, однако его ремонт обойдется гораздо дороже, потому что при поломке вышедшие из строя узлы меняются целиком.

Электронная “сущность” ЭУР наделяет его широкими возможностями по настройке значения вспомогательного усилия в зависимости от условий движения и типа транспортного средства. Чем выше скорость – тем меньше усилие и “тяжелее” руль. При желании водитель может отключить ЭУР от датчика скорости кнопкой на панели приборов. В этом случае руль постоянно “легкий”, что облегчает вождение в городских условиях. Одна и та же модель электроусилителя может быть легко программно перенастроена для разных моделей автомобилей. ЭУР обладает функциями автовозврата руля в “ноль” и автоматического удержания колес в среднем положении (например, при разном давлении в шинах).

Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет использовать ЭУР для:

  • стабилизации автомобиля, например, при резком объезде неожиданно возникшего препятствия;
  • удержания автомобиля на полосе движения;
  • помощи при парковке.

Для чего нужен ЭУР, и как он работает

Мода на оснащение автомобилей различной электроникой не обошла стороной и рулевое управление. Таким образом появился ЭРУ, который во многом обгоняет гидроусилитель по уровню безопасности, точности в управлении, бюджетности и удобству.

Принцип работы

Вся система включает в себя следящий привод, электродвижок, датчики момента и угла поворота руля, блок управления. В качестве опции может устанавливаться и датчик скорости поворота руля. В зависимости от конкретного типа авто, строение следящего привода может быть разным, но об этом расскажем чуть позже. Электродвигатель устанавливается современный, бесщеточный. Датчик момента являет собой базу всей системы. В рулевой вал монтируется торсион. Компоненты датчика ставятся на концах вала. Принцип его действия также может быть разнообразным.

Во время поворота руля происходит закручивание торсионного вала. И чем больше усиление, тем сильнее затягивается торсион. Вся эта информация передается через датчик крутящего момента в блок управления. Последний считывает и анализирует данные, сравнивает их с данными других датчиков и рассчитывает усилие, которое нужно приложить, дабы помочь водителю развернуть колеса. Электродвигатель получает команду и начинает действовать либо на рулевую рейку, либо на вал рулевой колонки.

Строение конструкции

Вариантов строения электроусилителя много, поэтому для наглядности рассмотрим продукцию лидера в этом производстве, в лице компании ZF — электроусилитель марки Servolectric. ЭУР подбирается и «ставится» с учетом конкретного типа автомобиля. На миниатюрных легковушках электроусилитель ставится на рулевой вал, среди авто второго класса передача вспомогательного усиления происходит через установленную шестерню, а в случае с легкими коммерческими автомобилями и внедорожниками отмечается использование параллельноосевой конструкции.

Так как легковым автомобилям большое воздействие от ЭУРа не требуется, следящий привод и электродвижок на такие машины устанавливаются настолько миниатюрные, что все оборудование без проблем помещается под рулем в самом салоне авто. Вместе с этим, там же размещаются и все датчики. Такое расположение очень удачно даже потому, что вся конструкция качественно оберегается от воздействия высоких температур и загрязнения.

Среднеразмерные авто оснащаются электроусилителем с парой шестерней. Через одну из них на рейку поступает усиление от руля, а через вторую дополнительное усиление от электрического мотора.

Дабы создать большее усиление, используется параллельноосевая конструкция. Здесь, для придания линейного движения ролевой рейке задействуется зубчатоременчатый привод и специальный механизм.

Вне зависимости от того, какой принцип конструкции использовался, в случае неисправности водитель сможет и дальше безопасно перемещаться на своем автомобиле, благодаря присутствию прямого механического контакта между колесом и рулем.

Возможности и сильные стороны

Основная сильная сторона электроусилитея в сравнении с ГУРом заключается в надежности и экономичности первого. Такая конструкция не отнимает энергию у двигателя, и только это позволяет экономить на топливе порядка 0,4-0,8 литров на каждые 100 км (конкретный показатель зависит от режима движения). Как следствие, падает количество вредных выбросов, от 10 до 20 г/км.

Электроусилитель подключается только в моменты поворота руля, во время прямого движения энергии он не потребляет. Конструкция ЭУРа компактнее и занимает гораздо меньше места по сравнению с гидроусилителем, а также он не требует обслуживания.

Работа ЭУР происходит тише и стоимость его намного ниже, но в то же время в случае его поломки ремонтные работы обойдутся дороже. Высокая стоимость обусловлена тем, что в случае неисправности недееспособные узлы нужно менять целиком.

ЭУР можно настраивать в зависимости от вида ТС и конкретных условий движения. Водитель с помощью кнопки на панели имеет возможность отключить устройство от датчика скорости, что обеспечит «легкость» руля и, как следствие, комфортное передвижение в условиях города.

Одну и туже модель ЭУРа можно с помощью программы настроить под разные модели авто. Электроусилитель имеет возможность возвращать руль в «ноль», а также автоматически удерживать колеса в среднем положении (например, в случае разного давления в шинах).

Сообщение ЭУР с другими электронными системами в транспортном средстве позволяет использовать первый:

  • В качестве вспомогательного «инструмента» при парковке.
  • Для удержания транспортного средства на полосе движения.
  • Для стабилизации авто, например, в случаях резкого объезда неожиданно появившегося препятствия.

Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями!

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о