Усилители руля — эксперт ЗР выбирает лучший
На заре истории автомобиля никаких усилителей рулевого управления не было. Поэтому для поворота управляемых колес относительно тяжелых экипажей применяли рулевой механизм с большим передаточным отношением. Рулевое колесо могло делать от упора до упора пять и более оборотов. И, как учит теория и подтверждает практика, поворачивать на месте всегда труднее, чем в движении. Инженерные умы решили эту проблему в начале прошлого века, вначале запатентовав, а позже и освоив промышленное производство гидравлических усилителей руля (ГУР).
Как устроен ГУР
Гидравлический усилитель рулевого управления воцарился на автомобилях век назад и до сих пор не хочет сдавать позиций. Причем гидравлический усилитель сочетается как с современными реечными рулевыми механизмами, так и с более классическим рулевым редуктором с рулевой трапецией.
В случае с реечной конструкцией гидроусилитель рулевого управления встроен в рулевой механизм. Запас рабочей жидкости ГУР находится в бачке, расположенном в моторном отсеке. Для контроля уровня жидкости на полупрозрачном корпусе бачка нанесены метки MIN и MAX.
Насос гидроусилителя закреплен на кронштейне блока цилиндров двигателя. Шкив насоса приводится во вращение поликлиновым ремнем от шкива коленчатого вала двигателя.
Рабочая жидкость из бачка забирается насосом и подается под высоким давлением к распределительному устройству (распределителю), расположенному в верхней части картера рулевого механизма и механически соединенному с валом рулевого управления. На зубчатой рейке рулевого механизма закреплен поршень гидроцилиндра. При повороте рулевого колеса распределительное устройство соединяет одну из камер гидроцилиндра с нагнетательной магистралью насоса, а другую камеру — со сливной магистралью. При этом поршень гидроцилиндра из-за разности давлений рабочей жидкости перемещает рейку влево или вправо и, через рулевые тяги и рычаги поворотных кулаков, поворачивает управляемые колеса автомобиля. При отказе гидравлического усилителя возможность управления автомобилем сохраняется, но при этом увеличивается усилие на рулевом колесе.
Иногда применяется система с переменным усилением в зависимости от скорости автомобиля. На малой скорости система обеспечивает максимальное усиление для облегчения поворотов и маневрирования при парковке. На высокой скорости усиление рулевого управления уменьшается для повышения курсовой устойчивости автомобиля. Эффект достигается за счет изменения расхода жидкости через насос. Электронный блок системы рулевого управления получает сигналы: о скорости автомобиля — от блока системы управления двигателем; об угле поворота рулевого колеса (для расчета угловой скорости рулевого колеса) — от датчика, расположенного в нижней части вала рулевого управления. Обработав сигналы, блок выдает управляющий сигнал на электромагнитный игольчатый клапан насоса, который регулирует расход рабочей жидкости через насос. То есть — обратите внимание — даже старый добрый ГУР уже пытаются комплектовать электронными системами, которые влияют на усилие, развиваемое таким помощником.
Плюсы ГУРа:
- отработанная конструкция;
- надежность;
- высокая мощность (именно поэтому им комплектуют грузовики);
- ремонт отдельных элементов относительно дешев;
- простая и понятная для водителя характеристика мощности – многие водители считают его более комфортным.
Недостатки ГУРа:
- непрерывно отбирает мощность двигателя, вне зависимости от потребностей водителя. В результате средний расход топлива выше, чем у аналогичного авто с электроусилителем;
- нуждается в обслуживании (замена жидкости и приводного ремня);
- загромождает моторный отсек и усложняет обслуживание автомобиля;
- чувствителен к повороту руля до упора (пиковая нагрузка на узел).
Как устроен ЭУР
Применение электрического усилителя стало возможным относительно недавно в результате развития автомобильной электроники. С появлением быстрых, емких и энергоэффективных счетно-решающих устройств стало возможно сделать так, чтобы электродвигатель помогал нам вращать баранку. Причем электродвигатель этот может иметь разные конструкции, что определяет тип передачи мощности к рулевому механизму.
На многих автомобилях используют обыкновенные электродвигатели постоянного тока, которые через обратимый червячный редуктор поворачивают рулевой вал.
Такой усилитель включает в себя электродвигатель, блок управления, торсион, датчик крутящего момента и червячную передачу, связанную с валом рулевого управления. По углу закручивания торсиона датчик определяет величину крутящего момента на валу рулевой колонки и подает соответствующий сигнал блоку управления электроусилителя. Блок управления, в свою очередь, подает соответствующий сигнал на электродвигатель, регулируя направление его вращения и мощность. При изменении мощности электродвигателя изменяется дополнительное усилие на валу рулевой колонки.
Степень усиления зависит от скорости автомобиля, крутящего момента на рулевом колесе и от угла его поворота. При увеличении скорости автомобиля момент, создаваемый электроусилителем, уменьшается. Электроусилитель работает только при работающем двигателе. Электродвигатель усилителя потребляет энергию только при повороте рулевого колеса. В случае выхода из строя электроусилителя автомобиль полностью сохраняет управляемость, при этом рулевое колесо становится несколько «тяжелее», чем на автомобиле без электроусилителя, поскольку появляется дополнительная нагрузка в виде свободно вращающегося ротора электродвигателя.
На некоторых отечественных автомобилях устанавливают электродвигатели электроусилителя руля с так называемым прямым приводом. Это когда ось электродвигателя представляет собой часть рулевого вала. Само собой, двигатель приходится использовать гораздо более мощный, да еще и с высокой точностью позиционирования вала по углу поворота. Зато конструкция механической части предельно проста.
Электроусилитель этого типа имеет некоторые конструктивные особенности. Например, электроусилитель может отключаться:
- при снижении напряжения бортовой сети;
- при низких оборотах холостого хода двигателя;
- при отсутствии сигнала с датчика скорости автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Плюсы ЭУРа:
- экономия энергии (работают только «по требованию»);
- простота компоновки и меньшая масса;
- идеальная совместимость со всеми современными системами, начиная от автопарковки и кончая системой удержания полосы;
- система полностью необслуживаемая, что снижает затраты на ТО;
- ремонт системы предельно прост – модульная замена.
Недостатки ЭУРа:
- усилие на руле кажется слишком искусственным, что не нравится искушенным водителям;
- существуют схемы, где электроусилитель руля установлен в самом низу, на рулевом механизме и подвергается действию соленой и грязной воды с наших дорог;
- сложная схема электрического управления усилителем снижает надежность узла в целом.
Заключение
Конечно, будущее – за электрическими усилителями рулевого управления. Ведь уже сейчас некоторые современные опции способны работать только в паре с электроусилителем руля. К примеру, система автоматической парковки или система удержания автомобиля в полосе движения. Ну а со временем, когда у автомобилей появится беспилотный режим движения, гидроусилители окончательно канут в Лету.
30140
56