Электроусилитель рулевого управления

Электроусилитель рулевого управления автомобиля (ЭУР) предназначен для того, чтобы снизить необходимый уровень усилий, прилагаемых к рулевому колесу для осуществления управления автомобилем. Использование данного устройства значительно облегчает управление машиной, водителю не нужно прилагать существенных усилий для осуществления маневра. Электроусилитель руля используется как на легковых, так и на микроавтобусах и грузовых автомобилях.

Конструктивные особенности рассматриваемого усилителя обуславливают ряд преимуществ его использования. Он отличается удобством и простотой регулирования характеристик рулевого управления (прилагаемого усилия, чувствительности и т.д.). Отсутствие гидравлических частей обуславливает надежность системы, так как исключается вероятность появления протечек, разгерметизации и других неполадок, характерных для ГУРа. Использование электронных элементов, отличающихся высокой точностью, обеспечивает высокую информативность рулевого управления, в котором применяется данный вид усилителя.

Элетроусилитель рулевого управления может иметь один из двух вариантов компоновки:

1. регулирующее усилие передается на вал рулевого колеса. Этот вариант применяется для автомобилей малого и среднего класса;
2. усилие прилагается непосредственно на рулевую рейку автомобиля. Такое построение электронного усилителя рулевого управления имеет место, как правило, в автомобилях большого класса, а также микроавтобусах.

При обоих вариантах построения в электроусилителе рулевого управления можно выделить следующие основные элементы:

• входные датчики. Они осуществляют съем информации относительно угла поворота рулевого колеса, а также его крутящий момент;
• электронный блок управления. Он обеспечивает сбор информации от датчиков, входящих в состав системы, и формирование электрических сигналов управления. Также данный блок использует в работе и информацию датчиков коленвала и датчиков ABS автомобиля, которые поступают в блок из устройств управления соответствующими системами;
• исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства используется электродвигатель. Как правило, в системе применяются асинхронные двигатели.

Принцип работы рассматриваемого усилителя рулевого управления следующий: при повороте рулевого колеса усилие передается посредством торсиона на рулевой механизм автомобиля. Имеющийся датчик крутящего момента передает полученное значение в электронный блок управления для дальнейшей обработки. В ЭБУ также поступает информация от датчика угла поворота рулевого колеса автомобиля, датчиков скорости (ABS) и датчика коленчатого вала. Полученные данные обрабатываются блоком управления, и на их основе, с применением сложного алгоритма расчета формируется управляющий сигнал нужной полярности величины (сила тока), который передается на исполнительное устройство. От него крутящий момент нужной величины передается на вал рулевого колеса либо на рулевую рейку (в зависимости от того, какая конструкция используется в электроусилителе рулевого управления).

Электроусилитель рулевого управления может работать в нескольких режимах:

• поворот автомобиля. Особенностью данного режима является то, что усилия, необходимые для поворота колес формируются путем поворота рулевого колеса и работой исполнительного элемента системы (электродвигателя);
• поворот на малой скорости. При работе в этом режиме система управления вырабатывает сигналы, в соответствии с которыми электродвигатель формирует крутящий момент максимальной величины. За счет этого обеспечивается возможность приложения минимальных усилий для управления автомобилем. С этим режимом работы электроусилителя связано понятие «легкий руль»;
• поворот автомобиля на высокой скорости.

Требования к системе рулевого управления

Система рулевого управления преобразует соз­даваемые водителем вращательные движения рулевого колеса в изменение угла поворота управляемых колес автомобиля. Конструкция и схема системы призваны обеспечить удобное и безопасное рулевое управление автомобиля во всех ситуациях и на всех скоростях. Вся си­стема рулевого управления, от рулевого колеса и до управляемых колес, должна в этих целях обладать следующими свойствами.

Передача инициируемых водителем руля­щих движений на рулевом колесе без люфта особенно важна при движении по прямой. Это гарантирует безопасное, неутомительное для водителя управление автомобилем, пре­жде всего на средних и высоких скоростях.

Поэтому рулевой механизм должен быть очень жестким. Это необходимо для обеспе­чения точной управляемости и преодоления отклонения от заданного угла поворота ру­левого колеса под действием изменяющихся возвратных сил, возникающих, например, при изменении бокового ускорения.

Слабое трение в рулевом механизме по­зволяет водителю получать через реактивные силы тактильную обратную связь, дающую информацию о коэффициенте сцепления между дорогой и шинами. Слабое трение также помогает колесам выровняться для движения по прямой. В системах рулевого управления с мускульной энергией слабое трение обеспечивает небольшие движущие силы. В системах рулевого управления с усилителем оно повышает эффективность управления.

Кинематические параметры рулевого управления и конструкция управляемой оси автомобиля должны быть такими, чтобы во­дитель мог чувствовать величину сцепления между шинами и дорогой.

Требования к рулевому управлению

Требованиями к функционированию системы рулевого управления являются:

Легкое, безопасное рулевое управление автомобилем. Сюда, к примеру, относится тенденция рулевого управления автоматиче­ски возвращаться в положение прямолиней­ного движения при отпускании руля.

Максимально возможное демпфирование колебаний, передаваемых от колес автомо­биля на рулевое колесо при движении по не­ровным дорогам. Но этот процесс не должен приводить к потере обратной связи в рулевом управлении.

Для обеспечения чистого качения колес и, соответственно, предотвращения их из­быточного износа вся рулевая кинематика должна удовлетворять условию Аккермана. Это означает, что оси управляемых колес должны пересекаться в одной точке с осью задних колес (рис. «Условие Аккермана» ).

Достаточно жесткая схема всех компонен­тов рулевого механизма означает, что даже малые инициируемые водителем рулевые движения преобразуются в изменение на­правления управляемых колес, обеспечивая безопасную и точную управляемость авто­мобиля.

Угол поворота рулевого колеса от упора до упора по соображениям комфорта дол­жен быть как можно меньше при парковке и движении с небольшой скоростью. Однако на средних и высоких скоростях рулевое управ­ление не должно быть столь чувствительным.

Требования законодательства, предъявляемые к системам рулевого управления автомобилей

Требования законодательства, предъявляе­мые к системам рулевого управления автомо­билей, описаны в международных правилах ECE-R79. К этим требованиям, наряду с базовыми функциональными требованиями, относятся максимально допустимые управ­ляющие силы для исправной и неисправной систем рулевого управления. Эти требования регламентируют прежде всего поведение ав­томобиля и рулевого управления при въезде на круг и выезде с круга. Для автомобилей всех категорий: после отпускания рулевого колеса при движении автомобиля по окруж­ности на скорости 10 км/ч, радиус поворота автомобиля должен увеличиться или как ми­нимум остаться тем же.

Для автомобилей категории М1 (легко­вые автомобили с числом посадочных мест до 8): когда автомобиль в тангенциальном направлении выезжает из круга с радиусом 50 м на скорости 50 км/ч, в системе рулевого управления не должно возникать никаких не­обычных вибраций. В автомобилях категорий М2, М3, N1, N2 и N3 это поведение должно демонстрироваться на скорости 40 км/ч или, если это значение не достигается, то на мак­симальной скорости.

Это поведение также предписывается в случае неисправности у автомобилей с гидро- или электроусилителем рулевого управления. У автомобилей категории М1 это должно быть возможно в случае отказа сер­вопривода рулевого управления для въезда со скоростью 10 км/ч в течение 4 секунд в круг радиусом 20 м. Управляющее усилие на рулевом колесе не должно превышать 30 даН (табл. «Нормы рабочих усилий в системе рулевого управления» ).

Виды и принцип работы

Выделяют три основных вида РУ: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным является первый. У него достаточно простая конструкция и высокий КПД. Реечный механизм базируется на рулевой рейке с шестерней. Последняя размещается на валу и постоянно находится в связке с рейкой. При вращении рулевого колеса рейка с помощью шестеренки перемещается в горизонтальном положении влево или вправо. Одновременно с этим двигаются и тяги, которые передают усилия на колеса авто. Плюсами данного механизма являются простая конструкция, надежность и низкая стоимость. В качестве недостатков устройства называют чувствительность к любым неровностям на дороге.

Червячный механизм самый старый среди всех. Его можно встретить на классических представителях АвтоВАЗа, а также на некоторых внедорожниках. В паре с данным механизмом, как правило, устанавливается зависимая подвеска. Конструктивная особенность этого устройства – наличие червячного ролика, который заменил собой шестерню, а также картера и рулевой сошки. Сам «червяк» расположен в нижней части рулевого вала и находится с постоянном сцеплении роликом. Благодаря подобной конструкции вал поворачивается, передавая усилия на колеса машины. С таким механизмом транспортное средство становится более маневренным, оно может повернуть колеса на больший угол, а также на руль не передаются дорожные неровности. Однако данную конструкцию очень дорого обслуживать ввиду ее сложности.

Винтовое рулевое управление соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как правило, таким механизмом комплектуются грузовые машины, автобусы и легковушки повышенного класса. Принцип работы «винта» практически такой же, что и у «червяка». Износ такого устройства минимальный, а детали ломаются крайне редко.

К рулевому управлению предъявляют следующие требования:

1. Обеспечение высокой маневренности, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях.
2. Легкость управления, оцениваемая усилием, прилагаемым к рулевому колесу.
3. Высокая степень надежности действия, поскольку выход рулевого управления из строя в большинстве случаев заканчивается аварией или катастрофой.
4. Правильная кинематика поворота, при которой колеса всех осей автомобиля катятся по концентрическим окружностям (невыполнение этого требования приводит к скольжению шин по дороге, интенсивному их изнашиванию, излишним расходам мощности двигателя и топлива).
5. Умеренное ощущение толчков на рулевом колесе при езде по плохим дорогам, что снижает безопасность движения.
6. Точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная крутизна поворота.
7. Отсутствие в рулевом управлении больших зазоров, приводящих к плохому держанию автомобилем дороги, к его вилянию.

Рулевое управление машины с передними управляемыми колесами состоит из переднего моста, трапеции управления, рулевого привода и рулевого механизма (рисунок а). Передние колеса устанавливают на цапфах 13, соединенных с передней осью шкворнями. Все это образует передний мост.

На цапфах закреплены рычаги 11, связанные шарнирно с поперечными тягами 12, Рычаги 11 и поперечные тяги 12 с передней осью 14 составляют трапецию управления, предназначенную для поворота колес.

Тяги 22 соединены с рулевой сошкой 15, сидящей на валу 10 с закрепленным на нем зубчатым сектором 8. Рулевая сошка и вал 10 образуют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам.

Зубчатый сектор 8 находится в зацеплении с поршнем-рейкой 7, укрепленной на винте 6 гидроусилителя, и образует рулевой механизм. Действие рулевого механизма облегчается гидравлическим усилителем. Усилие к рулевому механизму передается от рулевого колеса 2, сидящего на валу 4, через карданную передачу 5 на винт 6.

В рулевых механизмах применяют передачи типа червяк ролик, червяк — сектор, червяк — червячная шестерня и др. Передачи первого типа наиболее распространены в рулевых механизмах тракторов и грузовых автомобилей.

На отечественных автомобилях принято левое (по ходу) рулевое управление, обеспечивающее лучший обзор. У тракторов рулевое управление расположено справа, благодаря чему создаются условия для лучшего наблюдения за работой агрегата и более точного его вождения при выполнении ряда технологических операций (пахота, косьба и т. д.).

С целью облегчения управления трактором или автомобилем применяют усилители рулевого управления преимущественно гидравлического типа (в тракторах К-701, Т-150К, МТЗ-80, ЛТЗ-55, в автомобиле ЗИЛ-130).

Управляемые (направляющие) колеса трактора (автомобиля) должны быть установлены правильно, чтобы износы шин и затраты мощности на качение были наименьшими, устойчивость — хорошей, а управление — легким. Установка управляемых (передних) колес характеризуется их развалом в вертикальной плоскости и схождением в горизонтальной, а также наклоном шкворней поворотных цапф в продольной и поперечной плоскостях.

Развал колес (рисунок б) определяется установкой цапф колес с наклоном их шипов вниз. Это позволяет уменьшить нагрузки на внешний подшипник и улучшить управляемость. Угол развала колес различных машин а < 2°.

Схождение колес (рисунок г) находят по разнице размеров А и Б между серединами колес впереди и сзади, если смотреть на них сверху. Схождение колес обеспечивает правильное параллельное качение их при наличии развала и зазоров в шкворнях, рулевых тягах и подшипниках колес. В руководстве по каждой машине указывают требуемые размеры А и Б, которые проверяют специальными приспособлениями и регулируют, изменяя длину поперечной тяги рулевого управления. Схождение колес находится в пределах 2…12 мм.

Поперечный в (рисунок б) и продольный у (рисунок в) наклоны шкворня способствуют повышению устойчивости колеса в среднем положении. Угол у, характеризующий поперечный наклон шкворня, составляет у автомобилей 6…8° и определяется соответствующей формой передней оси. Угол у, характеризующий продольный наклон шкворня, изменяется в пределах 0…40 и определяется установкой цапфы передней оси в наклонном положении. Углы наклона шкворней в процессе эксплуатации машин регулировкам не подлежат.

Рулевой механизм

Рулевое управление состоит из различных типов специальных коробок передач, основная задача которых — увеличить усилие, которое водитель прилагает к рулевому колесу, и передать это усиление на главную трансмиссию рулевого управления.

Наиболее распространены реечные механизмы рулевого управления, нашедшие свое применение в рулевом управлении легковых автомобилей.

Принцип действия реечного механизма заключается в передаче крутящего момента через шестерню, установленную на валу рулевого колеса, на рейку. В результате рейка перемещается в разные стороны и в зависимости от направления вращения рулевого колеса через установленные рулевые тяги поворачивает автомобиль в нужном направлении.

Устройство рулевой рейки

Это несложный механизм, который обладает следующими составляющими:

• Руль, который находится в кабине. Используется, чтобы задать автомобилю направление движения.
• Рулевой вал. Это металлический стержень, который оснащен специальными пазами. Они называются шлицами. С их помощью с одной стороны крепится руль, а с другой производится крепление к рулевой колонке.
• При создании рейки используются шестерня и сама рейка. При производстве используется специальный легкий сплав повышенной прочности.
• Рулевая тяга – это металлические стержни, у которых с одной стороны есть резьба, а с другой шарнир с резьбой.
• Рулевой наконечник оснащен шарниром с резьбой.

Это все составляющие рулевой рейки. Правда, еще в него можно отнести демпфер. Это двухсторонний амортизатор. Его цель заключается в снижении вибрации во время движения. Таким образом, удается снизить негативное воздействие на весь механизм. Не на всех машинах он есть, но на внедорожниках его устанавливают по умолчанию. Это связано с тем, что эти машины часто передвигаются по плохим дорогам.

рулевая рейка с гур

Диагностика и техническое обслуживание

Проверка люфта должна проводиться регулярно. При этом водитель может довериться своим ощущениям или воспользоваться возможностями люфтометра. Рекомендуется проверять систему на предмет отсутствия заеданий.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

В процессе технического осмотра, проводимого на транспортном средстве впервые, необходимо оценить состояние гидроусилителя. Если масло в системе не достигает регламентируемого уровня, то его необходимо до него долить до него. Подлежит проверке картер рулевого управления. Проводиться диагностика затяжки клиньев. Чтобы проверить шплинтовку и цапф, следует смазать рулевые тяги.

Второй и последующий технический осмотр включает в себя сложный диагностический комплекс, который сложно реализовать без специализированного оборудования, а также профессиональных навыков. Поэтому, объективным решением будет для этих целей обратиться за помощью в сервисный центр.

Проверка допустимого суммарного люфта

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

Суммарным люфтом автомобиля называется угол рулевого управления, на которое оно отклоняется при повороте руля до момента поворота колёс.

Параметр проверяется люфтометром. Для легковых авто он соответствует 10 градусам, тогда как для грузовиков, его нормативное значение должно быть равным 25 градусам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Работа насоса гидроусилителя

При вращении ротора лопасти, перемешаясь в его пазах, постоянно плотно прижимаются к криволинейной поверхности статора под действием центробежных сил и давления жидкости. Жидкость из корпуса попадает в пространство между лопастями и вытесняется ими в полость нагнетания. За один оборот ротора дважды происходит забор и нагнетание жидкости. Из полости нагнетания через отверстия распределительного диска, калиброванное отверстие и канал в крышке насоса жидкость поступает в нагнетательный шланг (трубопровод) гидроусилителя.На верхней части корпуса насоса укреплен бачок для жидкости (масло), закрытый крышкой, в которой установлен сапун, поддерживающий давление внешней среды внутри бачка. Масло, заливаемое в бачок, проходит через сетчатый фильтр. В магистрали слива масла имеется также сетчатый фильтр и перепускной клапан, который срабатывает в случае засорения фильтра. В крышке насоса установлен перепускной клапан, имеющий отверстия для соединения с полостью нагнетания насоса.При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя разность давлений на торцах перепускного клапана возрастает, так как с увеличением подачи масла в систему гидроусилителя повышается разность давлений в полости нагнетания насоса и в магистрали нагнетания. При чрезмерном увеличении подачи масла в систему гидроусилителя перепускной клапан перемещается вправо, сжимая пружину, и сообщает полость нагнетания с бачком.

Для уменьшения уровня шума при работе насоса и снижения износа его деталей при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя масло, проходя перепускной клапан, принудительно направляется обратно в полость корпуса насоса и в канал всасывания. Для этого имеется коллектор, внутренний канал которого соединен с полостью бачка.Внутри перепускного канала есть седло с установленным в нем предохранительным клапаном, который открывается при достижении давления масла 6,5—7 МПа и перепускает его из нагнетательного канала в бачок.На грузовых автомобилях особо большой грузоподъемности, движение которых без усилителя рулевого привода невозможно, обычно применяют дополнительный, аварийный привод насоса от электродвигателя

Он автоматически включается при аварийной остановке двигателя автомобиля.Техническое состояние механизма рулевого управления оказывает существенное влияние на безопасность движения автомобиля, поэтому правильной эксплуатацией механизма рулевого управления и своевременному регулированию необходимо уделять самое серьезное внимание. Не допускается, к примеру, эксплуатация автомобиля, если свободный ход рулевого колеса превышает 25° В этом случае эксплуатация автомобиля затруднена и износ деталей механизма рулевого управления значителен.Для повышения надежности и упрощения обслуживания элементов механизма рулевого управления конструкция привода предусматривает частичное или даже полное отсутствие регулировок шарнирных узлов рулевого привода

Детали механизма рулевого управления изготовляются с большой точностью и подвергаются термообработке.

Устройство рулевого управления

Рассмотрим устройство рулевого управления колесных машин с управляемыми колесами. Конструктивно рулевое управление состоит из:

• рулевого механизма;
• усилителя;
• рулевого привода.

Компоновка рулевого управления грузового автомобиля с управляемыми колесами первой оси (КамАЗ, МАЗ) показана на рисунке. Использование регулируемых рулевых колонок позволяет менять угол наклона ступенчато, как правило, с шагом 5° в пределах до 40°. Рулевое управление с передними управляемыми колесами применяется у двух- и трехосных автомобилей. Компоновка и конструкция рулевого управления сравнительно просты и принципиально могут быть сведены к схемам, приведенным на рисунке.

На четырехосных автомобилях чаще всего устанавливают рулевое управление с поворотом колес первой и второй осей, первой и четвертой, либо всех осей.

Для многоосных (шестиосных) шасси большой грузоподъемности используют рулевое управление с поворотом колес первых трех осей (в последних схемах для повышения маневренности применяют поворотные колеса самоустанавливающегося типа на шестой оси). При прямолинейном движении автомобиля самоустанавливающиеся колеса, связанные друг с другом приводом, блокируются специальным устройством. При движении в повороте с повышенной кривизной траектории эти колеса разблокируются и свободно поворачиваются в режиме слежения.

Рулевой механизм Active Steering с переменным передаточным отношением

Можно ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Этот вопрос особенно актуален при движении автомобиля на высокой скорости, когда не требуется лишняя острота рулевого управления. Ведь небольшие изменения положения руля могут повлиять на движение автомобиля, что непременно заставит водителя волноваться. Чего не скажешь о парковке автомобиля, здесь все наоборот, хочется не крутить руль туда-сюда на большие углы.

Тут на помощь устанавливается рейка с переменным профилем: в нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.

Червячный

Именно такой тип используется на отечественных «Жигулях», а также на некоторых автобусах и малотоннажных грузовиках. Состоит данный узел из:

• Червяка глобоидного типа с переменным диаметром.
• Рулевого вала, с которым соединяется червяк.
• Ролика.

Вне рулевого механизма расположена сошка. Это специальный рычаг, который связан с тягами привода. По такой же схеме устроен рулевой механизм на ГАЗ-3302.

Среди преимуществ такого узла стоит отметить меньшую чувствительность к ударным нагрузкам. Поэтому данный рулевой механизм, на ВАЗ-2107 устанавливаемый, является практически вечным. Владельцы редко сталкиваются со стуком и вибрациями на руле. Однако такая схема конструкции имеет больше соединений. Поэтому периодически механизм нуждается в регулировке.