Электроусилитель руля (ЭУР). Как работает

Главная
Подвеска автомобиля
…

Электроусилитель руля или попросту ЭУР приходит на смену своему распространенному оппоненту, а именно гидроусилителю (ГУР). Этому способствует развитие техники, развитие электроники, а также установке усовершенствованных систем помощи водителю (например — автоматическая парковка). Также электрический собрат позволяет немного экономить топливо. Сейчас существует как минимум 4 основных конструкции такого типа. НО! Многие производителя не спешат переходить с «гидро» на «электро». Но почему? Так ли идеален, как работает – устроен ЭУР, как его нужно эксплуатировать, чтобы не угробить. Про это сегодня и поговорим с вами, как обычно будет и видео версия. Так что читаем смотрим …

Для начала небольшое определение.

ЭУР (электроусилитель руля) – электромеханическая система, которая позволяет снизить управляющее усилие, которое прикладывается к рулевому колесу.

В самом начале мне хочется сказать, что эта статья не будет про сравнение ГУР и ЭУР такая статья у меня уже есть (хотя некоторые моменты все же будут проскакивать).

Про ЭГУР

Еще одна полезная информация и опять же в начале статьи, многие путают электрический усилитель с так называемым ЭГУР — электрическим гидроусилителем руля. Но это крайне не правильно. ЭГУР – это просто усовершенствованный гидравлический усилитель единственное отличие в том что – обычный ГУР использует ременную передачу от коленчатого вала двигателя, которая раскручивает насос для накачки давления в системе, то есть механическая передача. ЭГУР не имеет такой передачи, он вообще никак ни связан с коленвалом, он имеет просто электрический двигатель сверху, который питается от бортовой системы и нагоняет давление.

По сути ремень и механический насос, заменили проводами и электрическим насосом, отсюда и приставка «Э» — электрический.

Устройство

Электрогидравлический тип усилителя рулевого управления состоит из нескольких компонентов. Все эти устройства выполняют свою задачу. Накачивающий агрегат, он состоит из двух частей.

Первая часть системы рулевого усилителя – это насос гидравлический рулевого управления, он подкачивает жидкость в нужный момент. Второе устройство – это электрический мотор, он заставляет качать насос. Третий элемент системы усилителя руля – это трубопровод, по которому течет жидкость. В некоторых системах рулевого усилителя устанавливается специальный блок электронного управления.
Вторым компонентом системы является узел гидравлического управления системой. Считается исполнительным органом системы, который напрямую прикреплен к рулевому механизму.
Третьим агрегатом считается система электронного управления. Эта система распознает скорость машины и прилагает нужные усилия к рулевому колесу.
Четвертым агрегатом считается электронный блок управления рулевого усилителя. Он распознает все сигналы датчиков и отправляет нужные команды системе электронного управления.

Следует отметить, что к исполнительным органам рулевого механизма относится не только узел гидравлического управления, сюда еще входят другие компоненты, такие как: специальный клапан, который открывается и закрывается по сигналам приборов, и электродвигатель насоса, который управляет скоростью вращения рулевого вала.

Как работает электроусилитель руля

Здесь нет ни масла, ни какой либо другой жидкости, по сути это обычная рулевая рейка (без усилителя вообще) к которой устанавливают на тот или иной вал электрический двигатель, который выполняет роль усилителя. Различают конструкции:

Когда устанавливается на рулевой вал, то есть ставится в салоне автомобиля и усиливает водительский вал, прямо от руля
Когда двигатель устанавливается на вал рейки и усиливает именно ее

Основные части (саму рейку и рулевой вал я брать не буду, про них итак все понятно)

Электродвигатель. Современный бесщеточный
Сервопривод. Также различается по видам, про это чуть ниже
Датчик крутящего момента. Основной датчик системы, обычно устанавливается на торсион, который помещается в разрез рулевого вала. На концах торсиона располагается две различных части датчика. Он может быть как оптический, так и магнитный.
Датчик поворота руля
Блок управления
ОПЦИОНАЛЬНО – может устанавливаться датчик скорости вращения руля

Когда поворачивается рулевое колесо, начинает закручиваться торсион, чем больше крутим руль, тем больше он закручивается. По величине изменения частей положения датчика оценивается проложенное усилие.

Еще одно измерение происходит датчиком поворота руля, он «видит» насколько отклонился руль. Оба эти показания отправляются в блок управления ЭУРА, а он уже взаимодействует с блоком ЭБУ автомобиля. Также ЭБУ получает такие важные параметры:

Скорость автомобиля, от датчиков ABS
Обороты двигателя от датчика двигателя

После этого, на основании всех данных ЭБУ рассчитывает необходимое усилие (помощь) на руле, и подает на электродвигатель питание нужной полярности и величины. Собственно электрический двигатель начинает вращать либо вал руля, либо перемещать вал самой рейки.

Основные составные части. Принцип работы ЭУР

Сначала рассмотрим принцип работы электроусилителя, поскольку у всех существующих видов он идентичен. Также в конструкции используются одни и те же составные части, но компоновка их может быть разной.

Итак, состоит электроусилитель из:

Исполнительного механизма;
Блока управления;
Следящих датчиков.

Эти составные части присутствуют в любых типах ЭУР. Также некоторые виды дополнительно могут использовать информацию и из других датчиков – скорости движения и оборотов коленчатого вала.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм создает усилие, тем самым обеспечивая облегчение управления авто. Состоит он из электродвигателя и силовой передачи. Что касается мотора, то в конструкции ЭУР применяется асинхронный либо синхронный эл. двигатель бесконтактного типа, что обеспечивает высокую надежность узлу.

В ЭУР используется несколько типов силовых передач (в зависимости от типа) – червячные, шестеренчатые или же шарико-винтовые. Нередко силовые передачи исполнительного механизма называют сервоприводом.

Блок управления

Блок управления «заведует» работой исполнительного механизма. Именно он подает электрический ток (строго определенных параметров) на электродвигатель, обеспечивая включение его в работу. Подавая импульсы на исполнительный механизм, блок управления ориентируется на показания датчиков, используемых в конструкции ЭУР.

Датчики

Этих датчиков – несколько, каждый собирает определенную информацию и передает ее на блок управления. Основным среди них является датчик крутящего момента (его ещё называют датчик усилия), определяющего, какое усилие на руль приложил водитель. Также в конструкции используется датчик угла поворота руля. Опционально ЭУР также может использовать информацию о скорости движения авто и оборотах силовой установки.

Датчик крутящего момента на рулевом колесе

Измерение усилия на руле осуществляется благодаря торсиону, устанавливаемому в вал рулевой колонки. Вал в свою очередь состоит из двух: входного и выходного, соединёнными между собой торсионом. При прикладывании усилия он скручивается (чем больше сил приложить, тем сильнее угол скручивания) и валы смещаются относительно друг друга.

Этот угол и «улавливает» датчик, после чего передает полученную информацию на блок управления. На основе этих данных блок вычисляет какой импульс необходимо подать на исполнительный механизм. От этого датчика напрямую зависит, какое усилие будет компенсировать усилитель.

Стоит отметить, что сам торсион жестко связан с валами рулевой колонки и скручиваться он может только на определенный угол, поэтому даже при отказе ЭУР управление авто сохраняется.

Датчик угла поворота определяет в какую сторону водитель начал вращать руль, и благодаря информации от него блок управления устанавливает полярность тока, подаваемого на электродвигатель. Нередко датчики угла поворота и крутящего момента объединены в одну конструкцию. Располагаются они оба на рулевой колонке.

Пример устройства ЭУР с датчиком крутящего момента

Стоит отметить, что также есть и датчик обратной связи, установленный на электродвигателе, благодаря которому блок управления контролирует работу исполнительного механизма.

Задействование для работы ЭУР других датчиков – скорости движения и параметров работы мотора, дает возможность подстроить усилитель под конкретные условия движения.

Зная конструкцию, можно понять принцип работы электроусилителя руля. Имеющиеся в конструкции датчики постоянно следят за положением рулевой колонки. В случае поворота они регистрируют изменения и передают информацию на блок управления. Тот в свою очередь высчитывает параметры электрического тока и подает их на электродвигатель. При включении в работу посредством сервопривода эл. мотор создает усилие на рулевом механизме. В общем, все достаточно просто. Но здесь стоит упомянуть, что под разные условия существуют свои режимы работы ЭУР, но о них ниже.

Основные типы конструкции ЭУРА

Решил перенести устройство немного ниже, потому как здесь действительно есть что рассказать. Стоит отметить, что электрический двигатель на валу зачастую имеет паразитный момент инерции. Ротор электрического двигателя не может остановиться – мгновенно, потому как имеет свою массу, ему нужно адаптироваться, чтобы пойти в другую сторону, вот вам и инерция. В движении это проявляется дополнительным усилием, когда водитель решает резко сменить направление вращения руля. Поэтому конструкций ЭУРА сейчас достаточно много, около 4 типов, инженеры стремятся уйти от этих паразитных инерций:

Встроенный в рулевой вал (колонку). Если рассматривать саму рейку, то это обычная рулевая рейка, без каких-либо изменений. Сам двигатель находится в салоне и располагается на валу встроенным в рулевую колонку, это самая дешевая конструкция из всех электрических типов. Поэтому он так массово устанавливается на бюджетные модели автомобилей, в том числе на многие ВАЗ. Из положительных моментов не только цена, и простая конструкция рейки, но еще и то, что электрическая часть находится в салоне, а значит она менее подвержена температурным перепадам и влаги (снегу) из под колес, то есть живучесть увеличена. Минусами можно назвать то, что система снабжается червячным соединением, из-за этого возрастают потери на трение, информативность руля падает. ТО есть инерция + трение, настроить датчики невозможно! Это «бросается в глаза», особенно тех водителей, которые пересели с ГУРА.

Червячное соединение, встроенное в саму рулевую рейку. Это второй тип по простоте и цене конструкции. Как становится понятно, здесь используется червячное соединение (а это значит опять паразитные потери на трение) и электродвигатель который установлен в корпус самой рейки, то есть находится в подкапотном пространстве. Отличить можно по расширенному корпусу. Отрицательными моментами можно назвать еще то что все части находятся во внешней среде и по сути подвержены коррозии, радом влага, пыль, грязь снег и прочее. Также такая компоновка увеличивает цену ремонта и уменьшает удобство по эксплуатации. То есть вот так вот просто не подлезешь и не снимешь, нужно снимать всю рейку целиком. По управляемости она похожа на первый тип, то есть сравнить с ГУРОМ опять же сложно.

ЭУР с червячным приводом встроенный в рейку, но двухвальный. В свое время был очень популярен на ТОЙОТАХ, ЛЕКСУСАХ и некоторых немцах, например на ПАССАТЕ B Это технически сложная рейка, которая стоит очень не мало, также ее ремонт остаточно сложный и дорогой. Электромотор находится на противоположном конце от рулевого входного вала. Самая лейка имеет два отлива под опорные сухари. Что мы имеем – две зубчатые пары по краям рейки, одна идет от водительского вала (банально передает момент водитель, когда крутит руль), вторая идет от электрического двигателя, которую он толкает по средствам червячного механизма. ОЧЕНЬ СПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, потому как две «червяных пары», которые еще сильнее получают паразитные потери на трение, что пагубно влияет на информативность руля. Плюсами можно назвать только то что стуки у такой рейки могут очень долго не проявляться, потому как здесь есть две полноценных опоры с сухарями.

Электрический усилитель с винт-шариковой гайкой (соединением). Как отмечают эксперты, это самый правильный вид ЭУРА, по информативности и настройкам он приближен к ГУРУ (а иногда даже превосходит его). Электромотор встроен непосредственно в саму рейку, о чем свидетельствует цилиндрический корпус, не похожий на электрических собратьев. Принцип действия здесь немного другой – здесь нет привычного червячного соединения, электродвигатель «крутит» шариковую гайку, которая проходит через сам вал, соответственно перемещая его в ту или иную сторону. ЗДЕСЬ ПРАКТИЧЕСКИ НЕТ паразитных потерь на трение, а также инерции, благодаря иной конструкции ротора. Сейчас это самый востребованный вид ЭУРА, его устанавливают на ЛЕКСУСЫ, ТОЙОТЫ после 2005 годов выпуска, также на новые модели ФОРД и МАЗДА. Большим минусом такой конструкции является его ЦЕНА, она намного больше своих собратьев. Ремонт стоит больших денег из-за расходных материалов, а также из-за сложности конструкции.

Положительные моменты и возможности использования

Плюсов электрического усилителя руля достаточно много, как мне кажется, скоро почти все производители перейдут на такой тип, отказавшись полностью от гидравлики. А теперь по пунктам:

Экономичность. Электрический усилитель позволяет экономить от 0,5 до 0,8 литра на 100 км пути. Он не связан с двигателем жестким ремнем, а поэтому не отбирает от него мощность, а потребляет только тогда когда нужно. Например, на холостых оборотах он вообще не работает, тогда как ГУР постоянно связан в коленвалом.
Надежность. Здесь она выше, особенно если электродвигатель располагается в салоне автомобиля. Нет ни шлангов, ни жидкостей, ни прочих частей.
Обслуживание. Оно здесь практически не нужно! Не нужно менять через определенный пробег ATF жидкость в бачке, чтобы восстановить работоспособность.
Тишина работы. Если ГУР нахватавшись воздуха, может гудеть или шуметь, то с ЭУРОМ такое навряд ли случится. ДА и исправный узел работает намного тише.
Стоимость узла. Если брать в целом, особенно первый тип, то она ниже, чем у гидравлического собрата, однако ремонт зачастую намного выше, потому как меняются датчики или элементы целиком.
Программируемая работа. Если ГУР вы не сможете просто отключить, то вот с ЭУРОМ такое может запросто произойти, причем это можно запрограммировать. Например, при низких скоростях нам нужно большое усилие на руле, но при наборе скорости нам не нужно много усилий, по сути руль итак хорошо контролируется. Вот здесь программно может отключаться и электрически усилитель, опять же экономя топливо. ДА и во многих автомобилях есть копка принудительного отключения, это опять же плюс.

Если взять возможности, которые он дает, то они практически безграничны. Уже сейчас работают такие системы как стабилизация автомобиля при резком объезде препятствий, удержание в полосе, помощь при парковке. Нужно отметить, что ЭУР это шаг к автоматически пилотируемым машинам.

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.

Негативные моменты

Они также есть и в принципе я их перечислил в этой статье, но сейчас немного повторюсь:

Уступающая информативность руля (гидравлика, пока точнее)
Электрические сбои в настройках. Может поехать датчик (руля или вала) и например, на стоянке выкручивать колеса в бок, тогда как должен держать прямо. Причем выровнять колеса достаточно сложно.
Сбои в движении. НА ранних версиях были аварии из-за блокировок или глюков ЭУРА
Электрическая составляющая. Как правило — не ремонтируется, а зачастую меняется, ПОТОМУ КАК, ОТ ЭТОГО ЗАВИСИТ ВАША БЕЗОПАСНОСТЬ. То есть не стоит «перепаивать» датчик положения руля или вала, ведь вы можете задать неверные параметры в схему. Лучше его поменять. Также меняется и полностью двигатель при выходе из строя, что недешево.
Не всегда нужен ремонт. Зачастую от большого пробега или от засорения, нужна просто калибровка датчиков, сами вы это не сделаете опять же нужно ехать на СТО. А если оно не чисто на руку, с вас могут взять как за ремонт.

Рулевая рейка с электроусилителем руля – НЕСОМНЕННО БУДУЩЕЕ, однако сейчас еще много сырых типов, которых гидроусилитель руля превосходит по многим параметрам.

Смотрим познавательное видео.

НА этом заканчиваю, думаю мой материал был вам полезен. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.