Система активного рулевого управления afs: устройство и принцип работы

Опубликовано: 22 Окт 2021Рубрика: Системы и схемыАвтор: editor

Преимущества ЭУР перед ГУР и ЭГУР

Водители автомобилей, на которых установлен гидро- и электро-гидроусилитель, вынуждены мириться с их многочисленными недостатками, а именно:

держать колеса в крайнем положении можно не более пяти секунд, иначе происходит перегрев масла в системе и выход ГУР из строя;.
необходимость в периодическом обслуживании (нужно контролировать уровень масла, менять его, следить за состоянием приводов, шлангов и насоса);.
на работу ГУР расходуется часть мощности двигателя автомобиля;.
устройство работает в одном режиме, независимо от условий движения;.
снижение информативности руля на высоких скоростях (частично этот недостаток устранен за счет применения рулевой рейки с переменным передаточным отношением).

Достоинствами электроусилителя руля являются надежность, экономичность и компактность. Его принцип действия основан на работе электромотора, поэтому и устройство намного проще. Электроусилитель руля приводится в действие не от силового агрегата автомобиля, к тому же работает только при работе рулем, благодаря этому экономится от 0,4 до 0,8 литра горючего в зависимости от стиля езды и дорожных условий. Электроусилитель руля не требует обслуживания, однако, в случае поломки неисправные узлы меняются целиком, поэтому стоимость ремонта значительно возрастает.

Пожалуй, самым главным преимуществом электроусилителя руля, можно считать возможность изменять вспомогательное усилие в зависимости от условий передвижения автомобиля, благодаря чему, достигается более острое управление на высоких скоростях, и более легкое на малых. Кроме того, одна и та же модель может применяться на различных машинах, а все, что потребуется – изменить настройки электронного блока управления.

Классификация усилителей рулевого управления

Гидравлический усилитель руля (ГУР)

Это один из наиболее распространенных типов, применяемый с 50-х годов прошлого века. Состоит из насоса, гидроцилиндра, бачка с запасом гидравлической жидкости (также называют маслом ГУР) и распределителя, соединенных между собой трубками. Насос, соединенный приводом с двигателем, создает необходимое давление в системе. Гидроцилиндр преобразует давление жидкости в перемещение поршня и штока, тем самым облегчает вращение колес.

Гидравлический усилитель нравится опытным водителям по той причине, что обеспечивает информативное и точное управление. При выходе из строя, руль будет сложно вращать, но все же доехать до сервиса можно.

на насос уходит часть энергии двигателя, что приводит к увеличению расхода топлива;
есть вероятность протечек системы.

При нарушении герметичности системы жидкость постепенно уходит. Если это вовремя не заметить, то из строя может выйти дорогостоящий узел. Когда вы заметите снижения уровня жидкости в бачке ГУР, необходимо немедленно связаться с технической службой ГК FAVORIT MOTIRS. Квалифицированные мастера в короткие сроки устранят неисправность.

Электрический усилитель руля (ЭУР)

Такая система компактна, не так уж дорога, требует минимальных настроек. Вероятность выхода из строя, по сравнению с гидравлической, мала. Чаще всего причина неисправности состоит в окислении контактов или неисправности датчика. Бывают случаи, когда причиной дефекта становятся сбои в работе блоков управления или скачки напряжения бортовой сети. В этом случае на панели приборов загорится сигнал неисправности, и нужно оперативно связаться с технической службой ГК FAVORIT MOTORS.

Электрогидравлический усилитель руля (ЭГУР)

Замкнутая система состоит из тех же элементов, что и классический гидравлический усилитель руля: насос, гидроцилиндр, распределитель, бачок с запасом жидкости ГУР. Основное отличие в том, что насос вращает дополнительный электродвигатель, получающий питание от генератора. Такая система работает не постоянно, а только в момент вращения колеса, что снижает расход топлива. Вероятность утечки жидкости ГУР и выхода из строя электрических блоков, разумеется, есть, но и преимущества налицо: энергоэффективность, сочетающаяся с информативностью и точностью управления.

Данная система предназначена для упрощения управления автомобилем за счёт снижения приложенных усилий водителем при вождении. Также устройство помогает улучшить маневренность транспортного средства. Также система должна поглощать все удары во время передвижения транспорта, которые направляются к рулевому колесу.

Все рулевые усилители должны соответствовать следующим требованиям:

возможность управления машиной в случае выхода из строя механизма;
не мешать стабилизации управляемого колеса;
способствовать следящему действию;
не растрачивать много мощности двигателя для нормального функционирования.

Схема активного рулевого управления автомобиля

Учитывая непростую конструкцию механизма активного рулевого управления, а так же поняв, за что отвечают определенные детали, следует рассмотреть смеху механизма.

На фото представлена схема активного рулевого управления автомобиля

датчик угла поворота руля;
вал рулевого колеса;
шестерня вала;
датчик момента на рулевом колесе;
электронный блок управления;
электродвигатель;
зубчатая рейка;
шестерня усилителя.

Можно сказать, что это основные детали системы активного рулевого управления. Помимо перечисленных элементов, так же к механизму относят бачек для рабочей жидкости, аварийный фиксатор, соединительные шланги, редуктор и клапан системы.

Режимы работы

Теперь по поводу режимов работы. Дело в том, что при разных условиях движения необходимо создание конкретного усилия. Также некоторые из режимов направлены на повышение комфортабельности.

Основными из режимов работы ЭУР можно отметить:

Парковка;
Движение на высокой скорости;
Подруливание;
Возврат колес в среднее положение.

Парковка автомобиля отличается надобностью поворота колес на большие углы, при этом с минимальной скоростью движения, а то и вовсе стоя на месте. Поэтому усилие на руле при парковке – значительное. Чтобы компенсировать ЭУР начинает работать в условиях создания максимального усилия.

А вот при движении на высокой скорости для обеспечения хорошей информативности, чтобы водитель не потерял чувства дороги, при маневрах ЭУР практически не задействуется или же создает малые усилия.

Интересным является режим подруливания. Условия движения авто могут быть самыми разными – дорога со скосом в одну сторону, воздействие сторонних факторов (боковой ветер, разное давление в колесах). Все они приводят к тому, что авто «уводит» в какую-либо из сторон. Режим же подруливания обеспечивает прямолинейное движение авто, причем делает ЭУР это без какого-либо участия со стороны водителя.

Существует и режим возврата колес в среднее положение, когда снижается усилие на рулевом колесе. Это происходит при завершении поворота, когда водитель «отпускает руль», блок управления по средствам датчиков рассчитывает необходимый момент и возвращает колеса в среднее положение за счет электроусилителя.

Описанные режимы работы в ЭУР включаются автоматически (благодаря информации от дополнительных датчиков). Но этот усилитель также позволяет водителю устанавливать свои определенные режимы – «Спорт», «Норма», «Комфорт».

Разница между режимами сводится к изменению реакции ЭУР на условия движения. К примеру, в режиме «Спорт» обеспечивается большая информативность (руль более «тяжелый»), а при «Комфорте» создает больше усилия, обеспечивая удобство управления авто. «Норма» же является средним положением, при котором, на малых скоростях ЭУР работает по максимуму, а на высоких – создает минимальное усилие.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ В ГОРОДСКОМ РЕЖИМЕ

Когда водитель большую часть времени ездит в городе, будет удобнее, если после поворота руль самостоятельно будет возвращаться в прямое положение. Так называемый активный возврат колес значительно упрощает вождение при интенсивном маневрировании. Если же предстоит длительное движение по прямой, то здесь поможет функция стабилизации. Она может автоматически поддерживать колеса в прямом положении – это актуально при неправильном развале-схождении колес или боковом ветре.

Нередко в электрических усилителях, специально созданных для переднеприводных автомобилей, предусмотрена программа, которая компенсирует увод машины, если были установлены приводные валы разной длины. В современных машинах электрика вовсе работает независимо от водителя – сама подруливает и возвращает колеса, помогает правильно парковаться.

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 момента появления являлся достаточно популярным, но сейчас он используется значительно реже. Конструктивное исполнение этого типа усилителя очень интересно: сочленение «колонка-рулевой механизм» здесь осталось без изменений (так же, как и на авто без усилителя).

Двухвальный ЭУР от компании ZF

То есть, на конце вала колонки установлена шестерня, которая имеет постоянное зацепление с рейкой. Но в рулевой механизм с другой стороны корпуса монтируется исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя, на валу которого тоже установлена шестерня, тоже взаимодействующая с рейкой. Для этого на рейку приходится наносить дополнительный зубчатый сектор.

Схема работы двухвального ЭУР

Работает такой механизм очень просто: водитель, как и на авто без усилителя, посредством шестерни перемещает рейку. В то же время блок управления включает в работу электродвигатель, который благодаря зубчатому зацеплению помогает ее перемещать.

Шарико-винтовой усилитель

Последний тип – шарико-винтовой. В этом ЭУР усилие также передается на рулевую рейку, а не валы колонки. Но делается это при помощи шарико-винтовой гайки. Для передачи усилия используются шарики, движущиеся по винтовой канавке, проделанной на рейке.

Шарико-винтовой ЭУР с ременной передачей

Принцип работы электроусилителя руля этого типа сводится к тому, что усилие, создаваемое электродвигателем, передается на гайку, установленную на рейку (посредством ременной передачи) или же напрямую, когда электромотор встроен в рулевую рейку. В результате гайка начинает вращаться, при этом она из-за конструкции корпуса не может смещаться в продольном направлении. Поэтому вращение гайки приводит к перемещению самой рейки, тем самым и создается дополнительное усилие на рулевом механизме.

ЭУР с шарико-винтовой передачей и встроенным электромотором

В каждом из указанных типов есть определенные достоинства и недостатки, которые сказываются на их распространенности на авто. К примеру, устройство, монтируемое на рулевую колонку отличается дешевизной, но при этом информативность работы у него невысокая. Что касается шарико-винтового ЭУР, то он считается лучшим по информативности, но очень сложный в обслуживании и дорогостоящий.

Плюсы и минусы ГУР

Гидравлика считается более мощной, при этом ремонт обходится немного дешевле. Благодаря данному усилителю водитель натуральным образом ощущает руль и взаимодействие с дорожным покрытием, за счет этого происходит контроль ситуации.

Вообще, принято считать, что ГУР подходит для рулевого управления легковых и грузовых автомобилей. Однако, без каких-либо нареканий ГУР справляется с работой на тягачах и большегрузах. Условия работы никак не сказываются на этом усилителе. То есть без проблем можно эксплуатировать даже в холодное время года. Единственным внушительным недостатком является – скоропостижный износ шлангов и патрубков, но, и плюс в том, что меняются они достаточно быстро.

Минус серьезный ГУР является менее отзывчивым, так как в его основе лежит механический принцип.

Это интересно: Что лучше — личное авто или общественный транспорт?

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.

Принцип действия электроусилителя руля (ЭУР)

Электроусилитель (ЭУР) предполагает использование электродвижущей силы (от электродвигателя, входящего в устройство) для оказания дополнительного воздействия на шестерню рулевой колоны, которая передает и трансформирует вращательное движение в поступательное. В действительности устройство электроусилителя руля (ЭУР) намного проще, нежели устройство гидроусилителя. Особенность и преимущество данного механизма это отсутствие шлангов, сальников позволяет снизить риски поломки, утечки или отказов.

Электроусилитель (ЭУР) состоит из силового агрегата (электрической машины синхронного типа), управляющего контролера (позволяющего настроить индивидуальные параметры работы) и два датчика (момента и скорости)

Важно отметить, что в электронном блоке управления электроусилителя (ЭУР) существует программа стабилизации среднего положения колес

Электроусилители бывают двух типов:

Встраиваемые непосредственно на рулевую колонку.
Встраиваемые на рулевую рейку (принципиально не особо важно, во втором случае не нагромождается рулевая колонка).

Преимущества над гидравлическим аналогом:

простота и быстрота установки;
энергосберегающая система руль с электрическим усилителем (ЭУР) работает не постоянно, а только во время вращения;
компактность;
возможность настройки компенсационного усилия для «обратной связи с дорогой»;
жидкость отсутствует в системе, значит нет давления влияющего на износ;
хорошо ведет себя на любых скоростях автомобиля и в любых режимах работы.

Недостатки электроусилителя руля (ЭУР):

мощность электроусилителя (ЭУР) зависит от мощности электрогенератора, как правило, уступает по мощности гидроусилителю;
конструкция не исключает возможность перегрева (при движении по бездорожью);
не все заводы изготовители предусматривают ремонт и обслуживание электроусилителя (ЭУР), обычно производится замена узла в сборе (из соображений безопасности);
высокая стоимость агрегата.

Возможные неисправности:

датчика положения ротора;
электронного блока управления;
датчика момента;
перегрев электромотора.

Электроусилитель руля: преимущества

Данный тип усилителя основан на том, что усилие создает электрический привод. При этом следует отметить полное отсутствие гидравлики, что повышает общую надежность и срок службы системы. Благодаря ЭУРу можно реализовать функции автопилота, автоматической парковки и т.д.

В целом, установка электроусилителя руля позволяет получить более высокую точность и остроту рулевого управления.

Также ЭУР более экономичен и срабатывает только в момент, когда водитель прилагает усилие на руле. Это значит, что двигателю не нужно постоянно приводить в действие насос для прокачки гидравлической жидкости. В результате меньше расход топлива и минимизированы потери мощности двигателя.

Также современные типы ЭУР позволяют реализовать функции адаптивного электроусилителя руля. Такой усилитель тесно взаимодействует с другими системами (например, система курсовой устойчивости).

Это позволяет:

значительно повысить безопасность;
выполнять коррекцию угла поворота колес;
улучшить общую устойчивость авто.

Электроусилитель не нуждается в дополнительном обслуживании, работает практически бесшумно. В случае поломки усилителя в полной мере сохраняется возможность управлять автомобилем. Также усилие на руле опционально может быть изменено в соответствии со скоростью движения и дорожными условиями. В результате улучшается обратная связь.

ГУР или ЭУР: преимущества и недостатки усилителей рулевого управления

Конструкция системы AFS объединяет планетарный редуктор и систему управления.

Планетарный редуктор служит для изменения скорости вращения рулевого вала. Он устанавливается на рулевом валу. Планетарный редуктор включает солнечную шестерню, блок сателлитов и коронную (эпициклическую) шестерню. На входе рулевой вал соединен с солнечной шестерней, на выходе – с блоком сателлитов.

Эпициклическая шестерня имеет возможность вращения. При неподвижной шестерне передаточное число планетарного редуктора равно единице и рулевой вал передает вращение напрямую. Вращение эпициклической шестерни в одну или другую сторону позволяет увеличить или уменьшить передаточное число планетарной передачи, чем достигается изменение передаточного отношения рулевого механизма. Вращение шестерни обеспечивает электродвигатель, соединенный с ее внешней стороной посредством червячной передачи.

Для реализации функций системы активного рулевого управления создана система управления. Электронная система управления включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства.

Входные датчики предназначены для измерения параметров работы системы и преобразования их в электрические сигналы. Система AFS в своей работе использует датчики положения электродвигателя, суммарного угла поворота, угла поворота рулевого колеса, датчики системы динамической стабилизации (скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и вертикального ускорения). Датчик суммарного угла поворота рулевого механизма может не устанавливаться, в этом случае угол рассчитывается виртуально на основании сигналов других датчиков.

Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков, обрабатывает их и в соответствии с заложенным алгоритмом формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. Электронный блок управления имеет соединение и осуществляет взаимодействие с другими системами автомобиля: Servotronic, динамической стабилизации DSC, управления двигателем, доступа в автомобиль.

В роли исполнительного механизма системы AFS выступает электродвигатель. Он обеспечивает вращение эпициклической шестерни планетарного редуктора. Электродвигатель оборудован аварийным электромагнитным фиксатором, блокирующим червячную передачу. В исходном положении передача заблокирована. При подаче тока на электродвигатель, срабатывает электромагнит, и фиксатор, преодолевая усилие пружины, освобождает ротор электродвигателя. При возникновении неисправности в системе AFS, прекращается подача тока на электродвигатель, фиксатор блокирует червячную передачу.

Возникновение неисправностей в системе сопровождается срабатыванием сигнальной лампы на панели приборов. При этом на информационном дисплее появляется сообщение системы самодиагностики.

Гидравлические системы

Бачок с гидроусилителем рулевого управления и насос с приводом от шкива

Гидравлические системы рулевого управления с усилителем работают за счет использования гидравлической системы для умножения силы, прикладываемой к входам рулевого колеса к управляемым (обычно передним) опорным колесам транспортного средства. Гидравлическое давление обычно создается героторным или пластинчато-роторным насосом, приводимым в действие двигателем транспортного средства. Гидравлический цилиндр двустороннего действия прикладывает усилие к рулевому механизму, который, в свою очередь, управляет опорными колесами. Рулевое колесо управляет клапанами для управления потоком в цилиндр. Чем больший крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу и колонке, тем больше жидкости клапаны пропускают к цилиндру, и, следовательно, тем больше силы прикладывается для поворота колес.

Одна конструкция для измерения крутящего момента, прилагаемого к рулевому колесу, имеет датчик крутящего момента — торсион на нижнем конце рулевой колонки. При вращении рулевого колеса вращается рулевая колонка, а также верхний конец торсиона. Поскольку торсионный стержень относительно тонкий и гибкий, а нижний конец обычно сопротивляется вращению, стержень будет скручиваться на величину, пропорциональную приложенному крутящему моменту. Разница в положении противоположных концов торсиона регулирует клапан. Клапан позволяет жидкости течь в цилиндр, что обеспечивает поддержку рулевого управления; чем больше «крутка» торсиона, тем больше сила.

Поскольку гидравлические насосы являются поршневыми, их расход прямо пропорционален скорости двигателя. Это означает, что при высоких оборотах двигателя рулевое управление, естественно, будет работать быстрее, чем при низких оборотах двигателя. Поскольку это было бы нежелательно, ограничительное отверстие и клапан регулирования потока направляют часть выходной мощности насоса обратно в гидравлический резервуар при высоких оборотах двигателя. Клапан сброса давления предотвращает опасное повышение давления, когда поршень гидроцилиндра достигает конца своего хода.

Усилитель рулевого управления устроен таким образом, что в случае отказа усилителя рулевое управление продолжит работу (хотя колесо будет ощущаться тяжелее). Потеря гидроусилителя рулевого управления может существенно повлиять на управляемость автомобиля. В руководстве по эксплуатации каждого транспортного средства содержатся инструкции по проверке уровней жидкости и регулярному обслуживанию системы рулевого управления с гидроусилителем.

Рабочая жидкость, также называемая « гидравлической жидкостью » или «маслом», является средой, через которую передается давление . Обычные рабочие жидкости основаны на минеральном масле .

Некоторые современные системы также включают в себя электронный регулирующий клапан для снижения давления гидравлической подачи при увеличении скорости транспортного средства; это гидроусилитель с регулируемым усилителем.

Усилитель рулевого управления DIRAVI с переменным усилителем

DIRAVI ввела новшество, ставшее общим преимуществом — .

В этой системе рулевого управления с усилителем усилие поворота колес исходит от гидравлической системы высокого давления автомобиля и всегда одинаково, независимо от скорости движения. При повороте рулевого колеса колеса одновременно перемещаются на соответствующий угол с помощью гидроцилиндра. Чтобы создать ощущение искусственного рулевого управления, есть отдельная система с гидравлическим приводом, которая пытается повернуть рулевое колесо обратно в центральное положение. Величина прилагаемого давления пропорциональна скорости движения, поэтому на низких скоростях рулевое управление очень легкое, а на высоких скоростях очень трудно сместиться более чем на небольшое расстояние от центра.

Он был изобретен французской компанией Citroën .

Пока в гидравлической системе автомобиля есть давление, между рулевым колесом и опорными колесами нет механической связи. Эта система была впервые представлена в Citroën SM в 1970 году и была известна как VariPower в Великобритании и SpeedFeel в США.