Усилитель руля для чего нужен

Механический усилитель руля

Сегодня часто возникают споры о преимуществах и недостатках разных видов усилителей рулевого управления — гидравлических (в т.ч. электрогидравлических) и электрических. Между тем, исторически существовал и третий тип — механический усилитель руля, приводившийся в действие непосредственно от вращаемого ремнём шкива, без посредства гидравлической жидкости или электричества. И нет, речь идёт вовсе не о рулевом колесе большого диаметра )) Что он из себя представлял, как работал и почему мы о нём больше не слышим — в этой статье.

В справочном порядке отмечу, что также существует ещё один тип усилителей руля — пневматические; они в основном применялись на грузовиках и троллейбусах с пневматическими тормозами.

Хотя у нас фирма Studebaker известна в первую очередь как производитель грузовиков, на самом деле основной продукции этой компании были легковушки, а армейские грузовики, вроде поставлявшейся по ленд-лизу модели US6— по сути побочным бизнесом. Именно на легковых автомобилях Studebaker 1953 модельного года и был использован механический усилитель руля, разработанный инженером Биллом Барнесом и изготовленный Warner Gear Company. Журнал Popular Science назвал его конструкцию «изумительно изобретательной» и прочил ему большое будущее. Но, обо всём по порядку…

Усилитель был установлен на входном валу рулевого редуктора фирмы Ross типа «червяк — кривошип» с двумя шипами на роликах. Сам его механизм был чрезвычайно компактен — около 15 сантиметров в длину и столько же в диаметре — и весил всего лишь около 10 кг; правда, в это компактное пространстве было втиснуто множество изготовленных с высокой точностью деталей, что и обуславливало отношение к нему в те годы как к чуду точной механики. Его приводной вал получал вращение от коленчатого вала двигателя через пару приводных шкивов и соединяющий их ремень.

Механизм усилителя состоял из шестерёнчатого редуктора и двух многодисковых сцеплений. Ведущие диски каждого из сцеплений своими наружными выступами находились в постоянном зацеплении с кольцевыми шестернями, которые при заведённом двигателе через промежуточные цилиндрические шестерни (2) с общим передаточным числом 4:1 постоянно приводились во вращение от вала усилителя (1): верхняя (более близкая к рулевому колесу) кольцевая шестерня постоянно вращалась справа налево (против часовой стрелки), а нижняя — слева направо (по часовой стрелке). Ведомые же диски обоих сцеплений находились в постоянном зацеплении с зубчатой муфтой, связанной с валом рулевого редуктора. В результате сжатием и разжатием сцеплений можно было управлять тем, в каком направлении усилитель «помогал» водителю поворачивать руль за счёт передачи усилия с одной из шестерён на рулевой редуктор.

Вал усилителя бы связан с валом рулевой колонки через подпружиненную муфту (3), благодаря чему его поворот немного запаздывал относительно поворота рулевого колеса — небольшой конструктивный люфт уходил на сжатие кольцевой возвратной пружины муфты. На валу редуктора имелись спиральные канавки (4), в которых находились шарики, при помощи которых вал мог взаимодействовать с нажимной пластиной, управлявшей работой обоих сцеплений:

— При повороте рулевого колеса вправо шарики начинали смещаться в своих канавках вниз и толкали нажимную плиту сцепления в том же направлении. При этом нажимная плита сжимала диски нижнего сцепления и включала его, обеспечивая передачу усилия с вращающейся слева направо нижней кольцевой шестерни на вал рулевого редуктора.
— Соответственно, при повороте рулевого колеса влево происходило обратное: шарики толкали нажимную плиту вверх, она сжимала диски верхнего сцепления и на вал рулевого редуктора подавалось усилие с вращающейся справа налево верхней кольцевой шестерни.

При полностью сжатом сцеплении усилитель компенсировал 75% от необходимого для поворота управляемых колёс усилия. Как только водитель прекращал создавать усилие на руле, кольцевая пружина муфты возвращала её в исходное положение, сцепления разжимались и механизм усилителя разобщался с рулевым редуктором.

Также на шлицы рулевого вала выше муфты был надет стальной диск с наружной резьбой, которая при повороте руля взаимодействовала с ответной резьбой в корпусе усилителя, перемещая диск вдоль рулевого вала вперёд-назад. При этом имеющиеся на диске стопоры взаимодействовали с имеющимися на корпусе ограничителями и ограничивали число оборотов рулевого колеса между крайними положениями четырьмя.

При поломке усилителя (например, обрыве приводного ремня) или остановке двигателя срабатывал храповой механизм на приводном валу, что восстанавливало прямую механическую связь между рулевым валом и валом рулевого редуктора, позволяя водителю управлять автомобилем как на обычной машине без усилителя руля.

По отзывам тех лет (сводящимся, впрочем, к единственной по сути полурекламной статье в вышеупомянутом журнале), с точки зрения водителя работа механического усилителя ровным счётом ничем не отличалась от обычного гидравлического.

— По одним данным, была выпущена только опытная партия усилителей, которая поступила на испытания и не выдержала их, после чего о них забыли.
— По другим, механические усилители руля пошли в серию и даже устанавливались на самые первые товарные автомобили модели 1953 года (иногда называется количество проданных с ними машин: 40 штук), но по ним имелось такое количество нареканий со стороны покупателей, что фирма поспешила от них отказаться.
— Наконец, третья версия гласит, что по мере развёртывания производства выяснилось, что на самом деле такой усилитель намного сложнее и дороже в изготовлении, чем гидравлический, что и предопределило его судьбу.

В качестве недостатков также называется очень высокая шумность устройства, которую не удалось устранить в процессе его доработки, и низкая надёжность, а по слухам, ходившим на фирме в те годы, усилитель даже оказался потенциально небезопасен в использовании из-за возможности заклинивания одного из сцеплений, что привело бы к тому, что машина потеряла управление. Всей правды мы скорее всего уже никогда не узнаем за давностью лет.

В Интернете опубликован текст, который обычно представляется как выдержка из письма, полученного в июле 1979 года от Эрла Хэйли ( Earle Haley), в начале пятидесятых работавшего в отделе обслуживания фирмы «Студебекер», в ответ на запрос о механическом усилителе и его судьбе. Оно гласит (в моём переводе с английского, в квадратных скобках мои пояснения):

Аутентичность текста письма проверить невозможно.

Так или иначе, но на всех, или как минимум — практически всех, серийных «Студебекерах» модели 1953 года с усилителем руля этот усилитель был обычным гидравлическим. Причём в 1953 и 1954 годах использовался усилитель интегрированного типа фирмы Saginaw, а с 1955 — разработанный фирмой Bendix усилитель с установленным на рулевой трапеции отдельным силовым цилиндром (а-ля «Чайка» и ГАЗ-66), что позволило унифицировать рулевые механизмы на машинах с усилителем и без усилителя:

Хотя описание механического усилителя и правда имелось в руководствах по эксплуатации и ремонту автомобиля — что говорит о том, что если он и не пошёл в серию, то во всяком случае был к этому очень и очень близок.

Как видите — у американцев тоже далеко не все опытные разработки добирались до серии, а если и добирались — то отнюдь не всегда оказывались коммерчески успешными…

Источник

Электроусилитель или гидроусилитель, что лучше – сравним два типа усилителя и выберем лучшего

Прежде чем разбираться, что лучше ГУР или ЭУР, предлагаю «пробежаться» по основным достоинствам и недостаткам обоих систем. Затем сравним и выберем лучшего из них. Хочется сразу отметить, что на определенный тип машины нужно ставить свой усилитель, не важно, как он хорош. Это зависит не от прихотей автопроизводителей, а от особенностей автомобиля. Это тоже нужно учитывать в сравнении двух усилителей руля.

Гидроусилитель

Основные преимущества:

Недостатки

Надежность. В любой системе, чем больше компонентов или узлов, тем больше вероятность выхода их из строя. Назвать гидроусилитель лучшим в этом плане нельзя. Постоянно нужно следить за уровнем жидкость, целостностью шланг и трубок, которые работают под давлением. Насос ГУР тоже не является крепким элементом в этой цепочке, кроме повреждения его подвижных частей, внутри корпуса есть несколько клапанов, ответственных за работоспособность всей системы.

Экономия. Если разобрать принцип работы гидроусилителя руля, он «крадёт» до 10% мощности двигателя автомобиля. Насос жестко связан ремнем с мотором, поэтому часть энергии вращения коленвала передается не на колеса, а на его шкив.

Ограничения в эксплуатации. Не рекомендуется удерживать руль в крайних положения продолжительное время. Это приведет к критическому повышению давления в системе и её поломке.

В автомобилях низкой ценовой категории, с целью удешевления машины, из системы удаляются некоторые элементы, отвечающие за реализацию определенных функций. Например, отключение усилителя руля на больших скоростях или оборотах двигателя. Это приводит к потере связи водителя с колесами при повышении скорости авто. Это негативно сказывается на безопасности вождения.

Электрический усилитель

Плюсы

Минусы

Более дорогой ремонт. В большинстве случаев электродвигатель электроусилителя не ремонтируют, он требует замены. Это касается редукторов и датчиков. Цены их выше, чем у гидравлического собрата.

Небольшая мощность. Его не устанавливают на грузовые машины по причине низкой производительности. Его наличие – это удел легковых авто с небольшой снаряженной массой.

Цена. Комплект электрического усилителя руля стоит дороже, чем производство гидроусилителя. Поэтому стоимость машины будет выше.

Какой лучше выбрать простому водителю

Если вы приглядываетесь к покупке легкового автомобиля, то рекомендуется выбрать электроусилитель. Он более надежен и не требует постоянного внимания. О нем большинство водителей вспоминает только в случае его поломки, а ломается он реже, чем гидроусилитель.

Электрический усилитель экономит топливо, повышает безопасность во время движения авто с большой скоростью. Современные системы могут напрямую участвовать в управлении машиной, помогая водителю избежать ДТП. Например, удержание в полосе, автоматическая парковка, подруливание в критической ситуации.

При выходе из строя электроусилителя, человек сможет беспрепятственно крутить руль. В случае с ГУР, давление в системе будет препятствовать этому. Нужно отключать насос от мотора и удалять жидкость из усилителя для облегчения вращения рулевого колеса.

С другой стороны, устанавливать на тяжелые авто электрический усилитель не целесообразно, он не справиться со своей задачей. Поэтому, для легковых авто лучше выбирать электроусилитель, пусть это будет дороже, но преимуществ у него больше. Для внедорожников или грузовиков – гидроусилитель.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Источник

Электроусилитель рулевого управления: устройство, принцип работы

Рассмотрим принцип работы электроусилителя рулевого управления, устройство, схему, плюсы и минусы, а так же основные неисправности. В конце статьи смотрите видео – принцип работы электроусилителя. Рассмотрим принцип работы электроусилителя рулевого управления, устройство, схему, плюсы и минусы, а так же основные неисправности. В конце статьи смотрите видео – принцип работы электроусилителя.

Электроусилитель рулевого управления автомобиля (электроусилитель руля) — предназначен для минимизации усилий водителя во время поворота руля. Тем самым увеличивая комфорт и безопасность. Основной плюс это полное отсутствие гидравлических элементов и механизмов в системе, что так же повышает безопасность автомобиля. Благодаря электронике, за счет которой работает усилитель, инженеры смогли реализовать множество дополнительных функций, которые нельзя установить на гидравлический усилитель.

Что такое электроусилитель руля

Электроусилитель — это высокотехнологичный узел, который исключает гидравлику и работает полностью на основе электроники. Если сравнивать гидравлику и электронику, то последний стремительно набирает популярности, как среди водителей, так и производителей. Основной плюс это стоимость производства, которая на порядок меньше, чем гидравлический, к тому же практически не требует внимания.

Большая часть управления приходится на датчики и электронику, которые следят за действиями водителя, анализируют полученные данные и передают сигналы на исполнительные механизмы для поворота колес. Среди частых поломок, скорей носят характер дефекта, изъяны в управлении, изнашиваемость деталей и прочее. Между тем, производитель учитывает всевозможные недочеты и по мере возможности, устраняет их. Если говорить в общем, о качестве и комфорте, то основой плюс – отсутствие передачи вибрации и ударов на руль.

Как устроен электроусилитель руля автомобиля

Если с основным назначением электроусилителя руля понятно, то вот принцип строения вовсе отличается от классического гидроусилителя. На сегодня устройство ЭУР (электроусилитель) во многом зависит от производителя автомобиля, но специалисты выделяют классический вариант, устройство которого не меняется. В стандартный набор входит электродвигатель на рулевой колонке, передача механическая (шестеренчатая), а так же система управления на базе электронного блока. Каждая из перечисленных деталей выполняет свою важную роль.

Например, электродвигатель (электромотор), как правило, это асинхронный двигатель, приводит в действие усилитель руля. Хотя и здесь выделяют несколько схем и принципов установки такого электродвигателя. Первый вариант, когда электродвигатель передает усилие непосредственно на вал руля. Механизм устанавливается на рулевую колонку, посредством механической передачи (шестеренок или червячной передачи), усилие передается от двигателя к рулевому колесу. Как показывает практика, такой вариант устройства электроусилителя отживает свое и менее востребован.

Второй вариант установки, когда электромотор передает усилие на саму рулевую рейку. Можно сказать это более практичный вариант устройства электроусилителя и более востребованный (распространенный) среди современных автомобилей. Существует два основных подвида, когда передача усилия ведется через две шестерни или за счет параллельного привода. С параллельным приводом усилие электродвигателя передается непосредственно на рулевую рейку всего механизма, за счет ремня или винт-шариковой передачи. Если же ЭУР на основе двух шестеренок, то передача усилия идет на рулевую рейку от руля за счет одно шестерни. Что касается второй шестерни, то на нее усилие передается с помощью электродвигателя.

Не менее важным элементом электроусилителя считается редуктор. По виду это механическая передача, состоящая с шестеренки и червячного элемента. В зависимости от устройства электроусилителя и самой модели автомобиля, данное соединение может менять форму, а так же само устройство. Основой задачей считают преобразования усилия поворота руля на рулевую рейку или же от руля на электродвигатель. Соединены детали между собой, как правило, под углом в 90 градусов.

Последняя и самая незаменимая деталь электроусилителя руля – электронный блок управления. Можно сказать, что это сердце всего механизма, так как именно он получает сигналы, обрабатывает их и решается дальнейшие действия других механизмов системы. По структуре строения – набор микросхем, логический блок, предохранители и прочие элементы, отвечающие за работу электронной платы.

Помимо перечисленных основных механизмов, так же выделяют датчики поворота руля (влево и вправо), датчики крутящего момента (реактивного усилия). Выделяют еще и защитные механизмы, отвечающие за контроль и минимизацию определенных величин. Например, угол поворота руля – распознавание стиля езды, спортивный или плавный городской. Скорость поворота колес — в зависимости от пожеланий водителя или выбранного режима подвески. Такие элементы отвечают не только за электроусилитель руля, но и управление других деталей автомобиля (подвески, двигателя и трансмиссии). Благодаря использованию электроники в усилителе руля, инженерам удалось соединить ранее отдельные механизмы в одно целое, а посредством электронных блоков управлений – научить их взаимодействовать друг с другом.

Схема электроусилителя руля автомобиля

В зависимости от производителя и модели автомобиля, смеха устройства электроусилителя рулевого управления может отличаться. Как дополнение, могут быть установлены дополнительные датчики, а так же связь с другими системами безопасности и комфорта.

Как работает электроусилитель рулевого управления авто

Принцип работы электроусилителя руля автомобиля чем-то напоминает классический вариант гидроусилителя, но с доработкой в сторону электроники. Все начало стартует с момента поворота рулевого колеса влево или вправо. В этот момент происходит скручивание торсиона (торсионного вала) и с обратной его стороны происходит движение.В свою очередь, датчики угла поворота руля и датчик крутящего момента считывают информацию и передают её на электронный блок управления. ЭБУ рассчитывает полученную информацию, сравнивает данные с другими датчиками и системами и как результат – рассчитывает усилие для электродвигателя, которое необходимо приложить для облегчения водителю повернуть рулевое колесо.

Электродвигатель усилителя не остается в стороне. Получив команду от блока управления, он начинает воздействовать на рулевой вал или рулевую рейку (зависит от типа электроусилителя). Скорость отработки электромотора усилителя прямо пропорционально зависит от силы тока. Чем больше ток подается на электромотор, тем он быстрей вращает механизм, соответственно, чем меньше ток, тем медленней будет вращаться двигатель. Помимо основного принцип работы механизмов электроусилителя руля, так же выделяют ситуации, в которых механизм будет отрабатывать разные режимы (те или иные детали меняют настройки). Выделяют 5 основных ситуаций:

Именно по этим режимам можно делать выводы о качестве работы электроусилителя, а так же его возможностях, комфорте и безопасности. Отработав всю цепочку, напоследок усилие поворота руля передается на рулевую рейку, рулевые тяги и на ведущие колеса для смены траектории автомобиля.

Положительные и отрицательные моменты электроусилителя руля

Как и любой механизм электроусилитель управления имеет положительные и отрицательные моменты, как по комфорту, так и строению механизма. Для начала рассмотрим минусы механизма:

С положительных моментов электроусилителя можно отметить:

Это минимальный список того, что может быть положительного и негативного в электроусилителе рулевого колеса. Основной и самый огромный плюс отличия от гидравлики – возможность реализации дополнительных систем безопасности, например, автопилот, система автоматической парковки, механизм подруливания и удержания автомобиля на полосе, а так же десятки других возможностей.

Частые неисправности электроусилителя

Каким бы не был идеальным механизм электроусилителя, рано или поздно он будет нуждаться в ремонте или замене отдельных деталей. Чтоб понять, чем может огорчить водителя такой механизм, рассмотрим самые основные и частые неисправности механизма. Первым и основным признаком неисправности электроусилителя – появления соответствующего индикатора, в виде руля с восклицательным знаком на панели приборов. Не исключен вариант, когда вместо изображения руля, производитель использует сокращенную надпись «EPS». Это по сути одно и то же, только разница в стандартизации и периоде производства автомобиля.

Как показывается практика и статистика, с технических частей чаще всего выходят датчики, в особенности датчик поворота угла руля и датчик крутящего момента. Так же выйти из строя может электродвигатель, ведь основное управление и постоянное движение осуществляется за его счет. В завершение к неисправностям так же относят электронный диск в современных автомобилях, за счет которого происходит считывание угла поворота руля, а так же резкость и усилие.

Менее всего выходит из строя электронный блок управления, так как в нем устроено параллельное управление. Другими словами в большинстве ЭБУ устроен еще один резервный блок, на случай отказа в работе первого. К тому же такое устройство позволяет равномерно распределить нагрузку в обработке полученной информации. Можно сказать, что чаще всего выходят из строя подвижные механизмы, хотя все эти недочеты производители учитывают и дорабатывают, чтоб улучшить безопасность и комфорт. Современные автомобили в свой набор включают не только классический набор электроусилителя, но и паразитирует на других системах безопасности, используя их датчики и обработанную информацию блоков управления.

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.

Видео-обзор принцип работы электроусилителя руля:

Источник