Пристрій електропідсилювача керма

Підсилювачі рульового управління, у випадку з легковими автомобілями, підвищують комфортабельність водіння, на вантажівках же без них і зовсім не обійтися, оскільки керувати авто без такого обладнання дуже важко. Спочатку на машинах використовувався підсилювач гідравлічного типу (ГУР), в якому основну роботу виконувала рідина, що знаходиться під тиском.

ГУР отримав досить широке поширення і до сих пір використовується як на легковиках, так і на спеціалізованій техніці. Але у цього типу підсилювача рульового управління з'явився конкурент, причому досить серйозний - електричний підсилювач (аббр. ЕУР, ЕУРУ).

Цей тип вже завоював досить широку популярність і його встановлюють на свої моделі багато автовиробників. Є тенденція, що на певних класах автомобілів ЕУР повністю витісняє ГУР. Тому слід докладно розглянути пристрій електропідсилювача керма, конструктивні особливості, види, позитивні і негативні сторони.

Основне завдання ЕУР та ж, що і у гідропідсилювача - створення додаткового зусилля на рульовому механізмі для полегшення управління авто. Причому робота підсилювача не повинна впливати на «зворотний зв'язок», щоб водій постійно «відчував» дорогу.

Основні складові частини. Принцип роботи ЕУР

Спочатку розглянемо принцип роботи електропідсилювача, оскільки у всіх існуючих видів він ідентичний. Також в конструкції використовуються одні й ті ж складові частини, але компоновка їх може бути різною.

Отже, складається електропідсилювач з:

• Виконавчого механізму;
• Блоку управління;
• Стежать датчиків.

Ці складові частини присутні в будь-яких типах ЕУР. Також деякі види додатково можуть використовувати інформацію і з інших датчиків - швидкості руху і оборотів колінчастого вала.

Виконавчий механізм

Виконавчий механізм створює зусилля, тим самим забезпечуючи полегшення управління авто. Складається він з електродвигуна і силовий передачі. Що стосується мотора, то в конструкції ЕУР застосовується асинхронний або синхронний ел. двигун безконтактного типу, що забезпечує високу надійність вузла.

У ЕУР використовується кілька типів силових передач (в залежності від типу) - черв'ячні, шестерні або ж кулько-гвинтові. Нерідко силові передачі виконавчого механізму називають сервоприводом.

Блок керування

Блок управління «завідує» роботою виконавчого механізму. Саме він подає електричний струм (строго визначених параметрів) на електродвигун, забезпечуючи включення його в роботу. Подаючи імпульси на виконавчий механізм, блок управління орієнтується на показники датчиків, що використовуються в конструкції ЕУР.

Цих датчиків - декілька, кожен збирає певну інформацію і передає її на блок управління. Основним серед них є датчик крутного моменту (його ще називають датчик зусилля), що визначає, яке зусилля на кермо доклав водій. Також в конструкції використовується датчик кута повороту керма. Опціонально ЕУР також може використовувати інформацію про швидкість руху авто і оборотах силової установки.

Датчик крутного моменту на кермовому колесі

Вимірювання зусилля на кермі здійснюється завдяки торсіонних, що встановлюється в вал рульової колонки. Вал в свою чергу складається з двох: вхідного і вихідного, з'єднаними між собою торсионом. При прикладанні зусилля він скручується (чим більше сил докласти, тим сильніше кут скручування) і вали зміщуються відносно один одного.

Цей кут і «вловлює» датчик, після чого передає отриману інформацію на блок управління. На основі цих даних блок обчислює який імпульс необхідно подати на виконавчий механізм. Від цього датчика безпосередньо залежить, яке зусилля буде компенсувати підсилювач.

Варто відзначити, що сам торсіон жорстко пов'язаний з валами рульової колонки і скручуватися він може тільки на певний кут, тому навіть при відмові ЕУР управління авто зберігається.

Датчик кута повороту визначає в який бік водій почав обертати кермо, і завдяки інформації від нього блок управління встановлює полярність струму, що подається на електродвигун. Нерідко датчики кута повороту і крутного моменту об'єднані в одну конструкцію. Знаходяться вони обидва на рульовій колонці.

Приклад пристрою ЕУР з датчиком крутного моменту

Варто відзначити, що також є і датчик зворотного зв'язку, встановлений на електродвигуні, завдяки якому блок управління контролює роботу виконавчого механізму.

Залучення для роботи ЕУР інших датчиків - швидкості руху і параметрів роботи двигуна, дає можливість підлаштувати підсилювач під конкретні умови руху.

Знаючи конструкцію, можна зрозуміти принцип роботи електропідсилювача керма. Наявні в конструкції датчики постійно стежать за положенням рульової колонки. У разі повороту вони реєструють зміни і передають інформацію на блок управління. Той в свою чергу вираховує параметри електричного струму і подає їх на електродвигун. При включенні в роботу за допомогою сервоприводу ел. мотор створює зусилля на рульовому механізмі. Загалом, все досить просто. Але тут варто згадати, що під різні умови існують свої режими роботи ЕУР, але про них нижче.

Види і їх особливості

Як зазначено, в пристрої ЕУР застосовуються одні і ті ж складові елементи, але з різною компоновкою. Всі вживані електричні підсилювачі рульового керування можна розділити на:

• Вбудовані в рульову колонку;
• Монтовані на рульовий механізм;

Особливість першого типу полягає в тому, що всі складові частини об'єднані в єдину конструкцію, що встановлюється на рульовій колонці. В такому механізмі використовується черв'ячна силова передача, що впливає на вал рульової колонки (черв'як з'єднаний з ротором електродвигуна, а шестерня, з якої він знаходиться в зачепленні - на валу колонки, після торсиона). Такий тип ЕУР є найдешевшим і його можна зустріти на автомобілях бюджетного сегмента.

ЕУР вбудований в рульову колонку

Що стосується підсилювачів, що встановлюються на рульовий механізм, то у цих типів конструкція роздільна - датчики встановлені на колонці, блок управління розташовується десь в салоні, а двигун з редуктором розташований на рульовому механізмі.

Причому існує кілька типів ЕУР з такою компоновкою:

• З черв'ячним редуктором;
• двухвальний;
• Кулько-гвинтової;

З черв'ячним редуктором

Якщо розглянути загальну концепцію ЕУР, встановленого на рульовій колонці, і роздільного підсилювача з черв'ячним редуктором, то різниця між ними зводиться лише до того, що у другого варіанта виконавчий пристрій розташовується біля рульового механізму, хоча в ньому все також використовується черв'як з шестернею (встановленої на валу рульової колонки).

Черв'ячний редуктор ЕУР

двухвальний ЕУР

Двухвальний тип ЕУР з моменту появи був досить популярним, але зараз він використовується значно рідше. Конструктивне виконання цього типу підсилювача дуже цікаво: зчленування «колонка-рульовий механізм» тут залишилося без змін (так само, як і на авто без підсилювача).

Двухвальний ЕУР від компанії ZF

Тобто, на кінці вала колонки встановлена ​​шестерня, яка має постійне зачеплення з рейкою. Але в рульовий механізм з іншого боку корпусу монтується виконавчий механізм, що складається з електродвигуна, на валу якого теж встановлена ​​шестерня, теж взаємодіє з рейкою. Для цього на рейку доводиться наносити додатковий зубчастий сектор.

Схема роботи двохвального ЕУР

Працює такий механізм дуже просто: водій, як і на авто без підсилювача, за допомогою шестерні переміщує рейку. У той же час блок управління включає в роботу електродвигун, який завдяки зубчастому зачеплення допомагає її переміщати.

Кулько-гвинтової підсилювач

Останній тип - кулько-гвинтової. У цьому ЕУР зусилля також передається на рульову рейку, а не вали колонки. Але робиться це за допомогою кулько-гвинтової гайки. Для передачі зусилля використовуються кульки, що рухаються по гвинтовій канавці, виконаної на рейці.

Кулько-гвинтової ЕУР з ремінною передачею

Принцип роботи електропідсилювача керма цього типу зводиться до того, що зусилля, що створюється електродвигуном, передається на гайку, встановлену на рейку (за допомогою пасової передачі) або ж безпосередньо, коли електромотор вбудований в рульову рейку. В результаті гайка починає обертатися, при цьому вона через конструкції корпусу не може зміщуватися в поздовжньому напрямку. Тому обертання гайки призводить до переміщення самої рейки, тим самим і створюється додаткове зусилля на рульовому механізмі.

ЕУР з кулько-гвинтової передачею і вбудованим електродвигуном

У кожному із зазначених типів є певні переваги і недоліки, які позначаються на їх поширеності на авто. Наприклад, пристрій, що монтується на рульову колонку відрізняється дешевизною, але при цьому інформативність роботи у нього невисока. Що стосується кулько-гвинтового ЕУР, то він вважається кращим за інформативністю, але дуже складний в обслуговуванні і дорогий.

Режими роботи

Тепер з приводу режимів роботи. Справа в тому, що при різних умовах руху необхідно створення конкретного зусилля. Також деякі з режимів спрямовані на підвищення комфортабельності.

Основними з режимів роботи ЕУР можна відзначити:

• парковка;
• Рух на високій швидкості;
• подруливание;
• Повернення коліс в середнє положення.

Паркування автомобіля відрізняється потребою повороту коліс на великі кути, при цьому з мінімальною швидкістю руху, а то і зовсім стоячи на місці. Тому зусилля на кермі при парковці - значне. Щоб компенсувати ЕУР починає працювати в умовах створення максимального зусилля.

А ось при русі на високій швидкості для забезпечення гарної інформативності, щоб водій не втратив почуття дороги, при маневрах ЕУР практично не задіюється або ж створює малі зусилля.

Цікавим є режим подруливания. Умови руху авто можуть бути самими різними - дорога з скосом в одну сторону, вплив сторонніх чинників (бічний вітер, різний тиск в колесах). Всі вони призводять до того, що авто «веде» в будь-яку зі сторін. Режим же подруливания забезпечує прямолінійний рух авто, причому робить ЕУР це без будь-якої участі з боку водія.

Існує і режим повернення коліс у середнє положення, коли знижується зусилля на рульовому колесі. Це відбувається при завершенні повороту, коли водій «відпускає кермо», блок управління за коштами датчиків розраховує необхідний момент і повертає колеса в середнє положення за рахунок електропідсилювача.

Описані режими роботи в ЕУР включаються автоматично (завдяки інформації від додаткових датчиків). Але цей підсилювач також дозволяє водієві встановлювати свої певні режими - «Спорт», «Норма», «Комфорт».

Різниця між режимами зводиться до зміни реакції ЕУР на умови руху. Наприклад, в режимі «Спорт» забезпечується більша інформативність (кермо більш «важкий»), а при "Комфорт" створює більше зусилля, забезпечуючи зручність керування авто. «Норма» ж є середнім становищем, при якому, на малих швидкостях ЕУР працює по максимуму, а на високих - створює мінімальне зусилля.

Гідності й недоліки

Як і в будь-якому пристрої, у електропідсилювача керма є свої позитивні і негативні сторони. До переваг ЕУР відносяться:

• Підвищення економічності авто. ЕУР «не забирає» потужність силової установки, а також включається в роботу тільки при поворотах керма;
• Простота конструкції і менша металоємність;
• компактність;
• Немає потреби в технічному обслуговуванні;
• безшумність;
• Можливість установки режиму роботи.

Завдяки цим перевагам ЕУР і набув широкого поширення. Але і негативні сторони у підсилювача керма цього типу теж істотні. З основних недоліків у нього відзначається:

• Менша інформативність (в порівнянні з ГУР);
• Ризик перешкод у роботі електронної частини, що призводить до некоректної роботи;
• Всі складові частини практично не ремонтопрігодни, а вартість ремонту тих вузлів, які все ж йому піддаються - дуже висока;
• Невисока потужність виконавчого механізму, через що немає можливості застосовувати ЕУР на ряді авто (позашляховиках, мікроавтобусах, вантажівках);
• Імовірність відключення ЕУР при перегріванні електродвигуна (трапляється при русі у важких умовах, коли підсилювач працює безперервно).

Загалом, електропідсилювач керма є гідним конкурентом ГУР, і використовується він все частіше, хоча навряд чи колись зможе повністю його замінити.