Электроусилитель рулевого управления (ЭУР), как и любой другой усилитель, призван уменьшить усилие, прилагаемое водителем при воздействии на рулевое колесо, тем самым повышая уровень комфорта и легкость управления автомобилем. Дополнительное усилие создается за счет электрического привода. Отсутствие гидравлических элементов в системе повышает ее надежность и создает дополнительные возможности для реализации таких функций, как автоматическая парковка. В настоящей статье разберем, какие еще особенности есть у ЭУР, узнаем его устройство и принцип работы.
Функции и назначение
Общий вид ЭУР
Аббревиатура EPS (Electric Power Steering) переводится как “электрический усилитель руля”, который является альтернативой гидроусилителю. Главное предназначение ЭУР – снижение усилия, прилагаемого водителем на рулевое колесо в процессе управления автомобилем.
К основным преимуществам электроусилителя в сравнении с гидроусилителем можно отнести:
- высокую надежность за счет отсутствия гидравлики: исключается вероятность появления утечек и других неисправностей, характерных для ГУР;
- более высокую точность и удобство регулирования рулевого управления;
- экономию топлива за счет того, что электроусилитель работает только во время поворота руля.
Разновидностью ЭУР является система адаптивного электроусилителя, работающая совместно с системой курсовой устойчивости. Она дает важные преимущества с точки зрения безопасности: корректирует углы поворота колес, повышая устойчивость автомобиля, а также компенсирует недостаточную или избыточную поворачиваемость автомобиля.
Способы поворота
Маневрирование поворотом управляемых колес — наиболее распространенный способ поворота автотранспортных средств. Рулевое управление с поворачиваемыми колесами достаточно полно удовлетворяет требованиям к рулевому управлению. Во всех случаях, когда это допустимо, число пар управляемых колес стремятся выбрать наименьшим. Это упрощает конструкцию рулевого управления, повышает устойчивость движения.
Однако, если число пар управляемых колес меньше, чем п-1, где п — общее число осей автомобиля, то при повороте неизбежно боковое скольжение неуправляемых колес. Расположение управляемых колес при таком способе поворота зависит от типа и назначения транспортного средства (рис. 1).
Рис. 1. Расположение управляемых колес: НП — направление поворота
Качение колес без бокового скольжения для двухосного автомобиля обеспечивается при передних управляемых колесах. Поворот автомобиля (рис. 1, а) происходит относительно т. О — центра поворота автомобиля, расположенного в точке пересечения оси задних колес и осей обоих управляемых колес. Управляемые колеса при этом повёрнуты на различные углы, и угол поворота внутреннего колеса Θв больше угла поворота наружного колеса Θн, Θв>Θн. Требуемое соотношение между углами зависит от расстояния между осями поворотных цапф В и колесной базы автомобиля L и определяется зависимостью ctg Θн= ctg Θв+B/L.
Показателем поворачиваемости автомобиля считают минимальный радиус поворота Rmin, равный Rmin = L/sinΘнmax. Для большинства автомобилей значение Θнmax составляет (30… 35)° и минимальный радиус приблизительно в два раза больше базы автомобиля. Предельный угол поворота управляемых колес может быть увеличен для автомобилей высокой проходимости до 45°.
Для улучшения поворачиваемости управляемыми могут как передние, так и задние колеса (рис. 1, б). Для такой схемы минимальный радиус поворота равен Rmin = L/(2sinΘнmax), т.е. при одинаковых базах радиус поворота может быть уменьшен в два раза.
Поворот трехосных автомобилей с передними управляемыми колесами (рис. 1, в) отличается тем, что качение колес среднего и заднего мостов без бокового скольжения невозможно. Поэтому колеса осей тележки стремятся расположить как можно ближе друг к другу, для этого сделать по возможности меньшими расстояния L и l. Для таких автомобилей дополнительным критерием поворачиваемости является «габаритный коридор» Вг — ширина полосы, за которую не выходит автомобиль при повороте.
Маневрирование при помощи поворота осей (рис. 2, а) или тележек (рис. 2, б), применяется в тех случаях, когда сделать колеса поворотными трудно по компоновочным соображениям из-за их ширины (пневмокатки, широкопрофильные колеса). Боковое скольжение колес по дороге с таким способом поворота неизбежно.
Поворот складыванием звеньев ТТМ (рис. 2, в) обеспечивает повышенную маневренность и может использоваться для специальных или длиннобазных машин. Угол складывания может достигать 90°.
Бортовый способ поворота (рис. 2, г) производится отключением от ДВС, при помощи фрикционов Ф1 , Ф2, приводов колес одного из бортов машины и торможении отключенного привода с помощью тормозных механизмов Т1 или Т2. Таким образом, поворот осуществляется практически на месте.
Рис. 2. Способы поворота колесных машин
Это наименее рациональный способ поворота, но при его использовании удается существенно упростить конструкцию машины. Способ больше всего подходит для короткобазных машин. На мягком грунте поворот сопровождается деформацией и сдвигом грунта, что ещё больше увеличивает сопротивление движению.
Преимущества устройства
- Надежность.
- Возможность реализации автоматического управления автомобилем.
- Простота обслуживания и бесшумная работа.
- Экологическая и технологичность безопасность.
- Возможность управления транспортным средством в случае выхода системы из строя.
- Обеспечение легкости и плавности рулевого управления.
- Обеспечение соответствия между углами поворота управляемых колес и руля.
- Обеспечение пропорциональности между силами сопротивления повороту колес и усилием на рулевом колесе.
Усилитель рулевого управления автомобилей Лада Веста
На автомобили всех без исключения комплектаций линейки Лада Веста устанавливается электроусилитель рулевого управления. Если быть точнее, то электромеханический, поскольку внутри узла используются передаточные механизмы. Сам электроусилитель – разработка Nissan, поэтому в качестве детали можно не сомневаться. Но, как и любой механизм, ЭУР имеет свойство ломаться. И если узел отказался работать, то вероятнее всего причиной поломки является электрика (сгоревший электромотор, оборванная проводка, вышедшее из строя реле или сгоревший предохранитель). Механические же повреждения практически исключены и если и возможны, то только после серьёзных дорожно-транспортных происшествий, в результате которых повреждён рулевой механизм.
Устройство ЭУР
Устройство ЭУР
Конструктивно ЭУР состоит из следующих элементов:
- электродвигатель (электромотор);
- механическая передача (редуктор);
- система управления.
Электрический двигатель
Именно электромотор, который, как правило, представлен асинхронным электродвигателем, приводит в движение электроусилитель руля. При этом существует несколько схем установки электродвигателя:
- Электрический двигатель передает усилие на вал рулевого колеса.
- Электрический мотор передает усилие на рулевую рейку.
В первом варианте конструкции электроусилитель встроен в рулевую колонку, и электрический двигатель осуществляет передачу крутящего момента на вал рулевого колеса посредством механической передачи.
Варианты установки электродвигателя
Наиболее востребованным считается второй вариант, который называют электромеханическим усилителем рулевого управления (ЭМУР). Варианты его конструкции могут быть представлены в виде усилителя руля с двумя шестернями или усилителя руля с параллельным приводом.
В ЭУР с двумя шестернями передача крутящего момента осуществляется от рулевого колеса на рейку рулевого механизма одной шестерней; на другую шестерню момент передается при помощи электрического мотора.
В ЭУР с параллельным приводом электромотор передает усилие на рейку рулевого механизма за счет ременной передачи или передачи винт-шариковая гайка.
Система управления
Устройство рулевого управления с ЭУР
Система управления ЭУР состоит из:
- входных датчиков;
- электронного блока управления;
- исполнительного устройства.
Входные датчики:
- датчик угла поворота рулевого колеса;
- датчик крутящего момента на рулевом колесе.
Помимо этих элементов система управления ЭУР использует информацию, поступающую от блока управления ABS (колесные датчики скорости) и от блока управления двигателем (датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя).
ЭБУ обрабатывает сигналы датчиков, на основании которых дает команду начать работу исполнительному устройству, в роли которого как раз является электрический двигатель усилителя.
Для чего нужен электро и гидроусилитель руля и что лучше выбрать
Электро- и гидроусилитель руля в автомобиле — устройство, которое нужно для более упрощенного поворота рулевого колеса при выполнении маневров. Его наличие позволяет с большим комфортом управлять машиной. Основным компонентом узла считается золотник, его положение определяет процесс функционирования узлов и элементов системы. Независимо от типа перемещения золотника, которое может быть осевым либо роторным, отличий в принципе действия нет.
Когда рулевое колесо установлено в центральном положении, золотник удерживается посредством центрирующих пружинных элементов. Это обеспечивает возможность свободного перемещения масла по всем компонентам системы. Но при условии, что распределитель находится в правильном положении.
Насосное устройство функционирует в усиленном режиме, перегоняя рабочую жидкость по системе. Этот узел работает всегда, независимо от того, выполняются маневры или нет. Основное предназначение насосного устройства заключается именно в прокачке масла.
Когда водитель поворачивает руль, золотник начинает передвигаться, в результате чего закрывает сливной патрубок. Это приводит к подаче масла в одну из полостей цилиндра, процедура закачки выполняется под воздействием давления.
Одновременно компоненты поршня и шток из-за перемещения жидкости проворачивают колеса и корпус распределительного устройства в ту сторону, куда перемещается золотник. Корпус распределительного устройства может настигнуть золотник только в момент, когда он перестает двигаться, это свидетельствует о выполнении маневра.
Затем золотниковый элемент перемещается в изначальное состояние, открывается патрубок для слива масла.
В зависимости от типа гидравлического усилителя его конструкция может быть разной.
Принцип работы электроусилителя руля
Принцип работы электроусилителя руля следующий: при повороте водителем рулевого колеса происходит скручивание торсионного вала. Эту информацию блоку управления передает датчик крутящего момента. ЭБУ обрабатывает данные, соотносит их с показаниями других датчиков и вычисляет усилие, которое необходимо приложить, чтобы помочь водителю повернуть колеса. Электрический двигатель получает команду и воздействует на вал рулевой колонки либо на рулевую рейку.
Различают следующие режимы работы электроусилителя:
- поворот автомобиля в обычном режиме;
- поворот машины на большой скорости;
- поворот машины на малой скорости;
- возврат колес в среднее положение;
- поддержание колес в среднем положении.
Гидравлический усилитель
Гидравлические усилители, несмотря на свою относительную простоту конструкции, отличаются эффективностью, при этом они надежны и просты в использовании. Такой усилитель включает бачок с гидравлической жидкостью, а также насос с приводом от двигателя, который и отвечает за нагнетание в системе необходимого давления. Принцип действия таких гидравлических усилителей чрезвычайно прост. Используемая помпа обеспечивает давление в системе гидравлики, что путем воздействия на рулевую рейку существенно упрощает вращение руля.
Преимущества гидравлических усилителей:
1. Точное управление.
2. Безопасность при отказе гидроусилителя.
3. Амортизация ударов и полная защита рулевой колонки от повреждения.
4. Упрощение маневрирования на низкой скорости.
Однако и недостатки у таких гидравлических усилителей всё же имеются. Это ненадежность гидравлических трубок, что приводит к протечкам и необходимости ремонта. Также постоянно работающий гидродвигатель усилителя приводит к увеличению расхода топлива.
Преимущества и недостатки электроусилителя руля
К основным преимуществам ЭУР относятся:
- экономия топлива – электрический мотор исключает необходимость отбора части мощности у двигателя;
- надежность за счет отсутствия гидравлической системы;
- обеспечение лучшей связи водителя с дорогой;
- компактность и простота обслуживания;
- удобство регулирования характеристик рулевого управления;
- возможность реализации автоматического управления.
К минусам устройства относятся:
- невозможность использования устройства на тяжелых грузовиках из-за его малой мощности;
- недостаточная влагозащищенность;
- высокая стоимость.
Электрогидроусилитель
Электрогидроусилитель лишен большинства недостатков «чистой» гидравлики. Такие устройства устанавливаются, например, на «Ford Focus» второго поколения. По конструкции электрогидравлический усилитель аналогичен гидравлическому, но только давление в нем создает насос, приводимый не двигателем машины, а собственным электромотором. Его работой руководит электроника. Иногда водитель даже сам может выбрать режим работы. Например, «городской» (руль работает легче) или «движение по трассе» (руль становится «тяжелее», что повышает точность управления на высоких скоростях). Производительность электрогидроусилителя не зависит от оборотов мотора, его мощность теряется только на привод генератора, но масса системы в целом и ее сложность остаются на прежнем уровне. Таким образом, электрогидроусилитель – переходный вариант от гидравлики к электроусилителю.
Неисправность EPS
Пиктограмма неисправности EPS
Если на панели приборов загорелась контрольная лампа (значок, на котором находится руль с восклицательным знаком), то это говорит о неисправности EPS. Появление ошибки говорит о том, что электроусилитель не проходит самодиагностику при включении зажигания. Причиной неисправности могут быть множество факторов, например выход из строя какого-нибудь из датчиков, входящих в систему управления EPS. Хотя управлять автомобилем можно и без электроусилителя, но делать этого не стоит. Лучше обратится к специалистам.
Пневматический усилитель руля
Поскольку в тормозах работал сжатый воздух, решение лежало на поверхности — сделать усилитель пневматическим. Такие устройства были просты и дешевы, но очень шумны. При этом точно спрогнозировать, насколько надо крутить «баранку», чтобы вписаться в поворот, мог только очень опытный водитель. Дело в том, что пневматика работала по принципу «включено-выключено» — если руль повернуть чуть-чуть, усилитель не работал, на больших же углах «баранка» уже не сопротивлялась вращению, а уже сама рвалась из рук и колеса мгновенно выворачивались полностью. А попадись на дороге яма или выбоина, колеса из-за большой упругости воздуха могли повернуть, куда им вздумается.
Стоимость деталей и ремонт электроусилителя
Как уже говорили, электроусилитель не прихотливый, но все же чего стоит ожидать, когда выходит та или иная деталь механизма, во сколько обойдется такой ремонт и сколько приблизительно детали вытянут из кармана. Для начала рассмотрим стоимость деталей электроусилителя, так как в большей части ремонт можно провести самостоятельно.
Казалось бы, что дороже всего должен стоить блок управления, но как показывает практика, только 1% из 100% поломок приходится на ЭБУ, остальные же проблемы случаются с рулевой рейкой, электромотором или другими мелочами. Учитывая состояние дороги и непредсказуемые ситуации, основные удары и вибрация приходится на электродвигатель, да и сама конструкция данного элемента не проста.
Соответственно отсюда и столь высокая стоимость, чем дороже и выше по классу автомобиль, тем дороже стоят детали электроусилителя. Если все же по каким-то причинам нет возможности самостоятельно отремонтировать в домашних условиях, рассмотрим, сколько обойдется подобный ремонт на СТО.
Стоимость ремонта не самая дешевая, но и не столь большая, как для гидроусилителя. Сложней всего будет с электромотором, так как устройство точное и требует практики для ремонта подобных элементов. Что касается электроусилителя в целом, то система не только улучшила комфорт для водителя и безопасность автомобиля в целом, но так же позволила устанавливать множество дополнительных вспомогательных систем. К тому же есть неограниченный полет фантазий, для реализации новых систем, которые в дальнейшем могут вполне заменить водителя или существенно облегчить управление.
Поломки электроусилителя и их симптомы
Сигнализировать о неисправности ЭУР может специальный символ — руль со знаком восклицания. Если этот символ загорелся на приборной панели, значит усилитель не справляется с проведением диагностики собственной системы. Управление машиной при этом возможно продолжать, но лучше всё же срочно направить авто в сервис. Если загорается предупреждающий сигнал (лампочка на панели), следует отключить предохранитель.
Основными неисправностями являются: напряжение ниже нормы; отсутствие сигналов от датчиков скорости; увеличение частоты оборотов двигателя. Неисправными могут быть датчики и кабели, по которым проходит ток. Первые некорректно срабатывают вследствие попадания на них влаги. Ремонт требуется осуществлять немедленно. Также бывает простое изнашивание контактов. Ещё одна вероятная поломка системы — перегорание предохранителя. А в случае ДТП может нарушаться деятельность электромотора.
