Реечные рулевые системы бывают разными. Механическая применяется редко. Гидравлическая на данный момент самая распространенная. Электрическая набирает все большую популярность. У каждой из двух последних свои плюсы и минусы, их сравнение будет представлено ниже. Кроме того, на некоторых машинах применяется конструкция с электрогидравлическим усилителем. Его разработка — это довольно неплохая попытка объединить преимущества обеих систем, попутно избавившись от их наиболее существенных недостатков.
На рисунке представлена общая схема реечной системы управления с ЭУР. Условные обозначения: 1 — усилитель; 2 — рулевой кардан; 3 — рейка.
ЭУР Opel Corsa. Условные обозначения: 1 — электромотор; 2 — червячная передача; 3 — колесо червяка; 4 — муфта скользящая; 5 — потенциометр; 6 — защитный кожух; 7 — вал руля; 8 — подключение датчика на рулевом валу для измерения крутящего момента; 9 — подключение электромотора.
Принципиальная конструкция усилителя
Электрический усилитель руля (сокращенно — ЭУР; иногда его называют электромеханическим — ЭМУР) включает в себя:
- Рулевой вал. Соединяет руль с рейкой.
- Торсионный вал. Представляет собой следящее устройство. Встраивается в разрез рулевого вала.
- Бесщеточный электромотор. Служит для создания компенсирующего усилия, которое помогает водителю в управлении автомобилем.
- Электронный блок управления (сокращенно ЭБУ, другое название — контроллер). Принимает информацию от датчиков и выдает управляющие команды.
- Бесконтактный датчик для измерения величины крутящего момента (КМ). Его элементы монтируются на разных концах торсиона. Принцип работы — различный (оптический, магнитный и т. п.). Это основной датчик системы, он измеряет искривление торсиона и отправляет импульс в ЭБУ.
- Датчик, определяющий, на какой угол повернут руль.
- Датчик положения ротора электромотора, дает возможность ЭБУ точно регулировать работу двигателя, чтобы стабилизировать усиление.
- Датчики скорости, ABS и угла наклона машины. Данными элементами оборудованы более совершенные конструкции реек с ЭУР.
ЭУР подключен к бортовой системе автомобиля. Когда шофер вращает руль, то для работы электромотора ЭУР может потребоваться ток силой до 50А. Чтобы не разряжать АКБ на стоянке, при заглушенном ДВС его работа невозможна либо сильно ограничена, за чем следит контроллер (ЭБУ). Последний включается при повороте ключа зажигания и сразу же начинает тестировать систему на наличие ошибок.
Если есть какая-нибудь неполадка, то на панели приборов загорается вот такая пиктограмма (см. рис.). При отсутствии ошибок ЭУР начинает полноценно работать.
Порядок работы ЭУР
Для изменения направления движения машины водитель поворачивает «баранку». Одновременно торсион искривляется пропорционально усилию, которое к ней приложено. Датчик КМ фиксирует изменение состояния торсиона и отправляет в ЭБУ сигнал соответствующей мощности. Контроллер анализирует входящие сигналы от этого и других датчиков. Приборы сообщают о том, на какой угол повернут руль, с какой скоростью едет авто, какие обороты развивает мотор. По полученной информации ЭБУ рассчитывает значение вспомогательного усилия и его направление. После этого он посылает на моторчик усилителя электрический ток необходимой величины и полярности, после чего тот включается в нужном направлении с заданным числом оборотов и через сервопривод «помогает» поворачивать передние колеса.
Зависимость компенсирующего усилия на рейке от показаний спидометра
На малых и средних скоростях ЭБУ работает в штатном режиме. Если же скорость авто заметно возрастает, то ухудшается сцепление колес с дорогой. Чтобы управление машиной оставалось безопасным, компенсирующее усилие приходится уменьшать. Эта забота находится в ведении контроллера, который получает сведения о скорости авто через отдельный вход. Чем выше скорость, тем меньше дополнительное воздействие на рейку. Эта зависимость сложная, для каждой модели авто ее рассчитывают индивидуально.
Внешний вид рулевой рейки с ЭУР показан на фото.
Варианты исполнения ЭУР
ЭУР может иметь три варианта исполнения, которые представлены на рисунке: слева — для небольших автомобилей; в центре — для легковых машин среднего класса; справа — для внедорожников, микроавтобусов и минивэнов.
Условные обозначения: 1 — колонка рулевая; 2 — усилитель с червячной передачей и ЭБУ; 3 — промежуточный вал; 4 — рулевая рейка; 5 — торсион; 6 — ЭБУ; 7 — электромотор с сервоприводом «винт — шариковая гайка — рейка».
В качестве примера можно рассмотреть ЭУР ZF Servolectric. На компактных и субкомпактных легковых авто ЭУР не обязан создавать значительное усилие, поэтому применяется червячная передача, принципиально не отличающаяся от той, что на ГУР. Основное отличие заключается лишь в точке приложения усилия из-за другого расположения привода. Как следствие, сервопривод с электромотором получается компактным и вместе с датчиками монтируется под рулевой колонкой.
Такое расположение хорошо тем, что на систему не влияют высокие подкапотные температуры. Она защищена от грязи и пыли, а потому работает более надежно. С другой стороны, соединение рейки с валом руля надо делать прочнее, чем в других случаях, да и рулевой механизм не помешает поставить усиленный, потому что КМ возрастает еще до воздействия на шток рейки.
Схема реечной системы управления с ЭУР, имеющим две шестерни (для автомобилей среднего класса). Условные обозначения: 1 – датчик КМ; 2 – ЭБУ; 3 – электродвигатель; 4 – шестерня ЭУР (сервопривод); 5 – шток рейки; 6 – датчик измерения угла поворота «баранки»; 7 – торсионный вал; 8 – шестерня основной пары.
На средних авто моторчик усилителя прямо воздействует на шток рулевой рейки. Шестерня вала руля в постоянном зацеплении со штоком, который перемещается вдоль своей оси. Здесь, как правило, применяют систему с двумя шестеренками. Через первую на основной зубчатый участок штока передается усилие от руля, а через вторую на дополнительный участок — от электромотора ЭУР (см. рис. выше). Преимущество данного варианта в том, что при замене электромотора это можно сделать без особых сложностей.
На легкие коммерческие автомобили и внедорожники ставят paraxial — «параллельно осевую» конструкцию. Электромотор с рейкой выполнены как одно целое. В этом случае механизм «винт — гайка на шариках» с приводом на ремне используется для претворения крутящего момента моторчика усилителя в прямолинейное движение штока рейки. Зубчатый ремень поворачивает гайку, а она через шарики передвигает шток рейки. Шарики двигаются по резьбе, в гайку они возвращаются через специальный канал. Это распространенная конструкция, хотя, при возникновении проблем в электромоторе, ремонт нередко бывает довольно трудоемким, если вообще возможным.
Достоинства и недостатки ЭУР
Позитив
ЭУР отличается многочисленными достоинствами, по сравнению с ГУР, из-за чего его популярность постоянно растет:
- Простая конструкция. То же самое можно сказать об эксплуатации и обслуживании.
- Надежность как следствие простоты. Плюс, из-за отсутствия гидросистемы не надо беспокоиться о протечках, выработке деталей, трещинах шлангов, засорении рабочей жидкости и т. д.
- Из-за той же причины (нет гидросистемы) отсутствуют проблемы с эксплуатацией в зимнее время.
- Экономичность. Поскольку усилитель данного типа включается только при поворотах, и мощность у ДВС он не отбирает, в итоге, в зависимости от режима движения, на каждые 100 км экономится от 0,4 л до 0,8 л топлива. Кроме того, нет необходимости лить в систему гидравлическую жидкость (она тоже денег стоит).
- Экологичность. Это следствие предыдущего пункта. У машины с ЭУР выбросы углекислоты снижены от 10 г/км до 20 г/км.
- Коэффициент усиления в обе стороны одинаковый.
- Высокий КПД, по сравнению с насосом ГУР.
- Имеет более компактный механизм.
- Легче, чем ГУР.
- Работает тише.
- Более быстрый ремонт и обслуживание.
- Стоит дешевле.
Помимо перечисленных выше плюсов, ЭУР, за счет наличия электронного БУ, отличается от ГУР большими возможностями. Прежде всего, это касается настроек его работы в зависимости от типа ТС и условий движения. На городских улицах водитель может просто отключить датчик скорости и получить постоянно легкий руль. Кроме того, у ЭУР имеются функции автовозврата руля в «ноль» или удержания среднего положения колес. Последнее имеет большое значение, если давление в передних шинах неодинаковое. Если же интегрировать ЭУР с другими системами, то можно использовать усилитель для помощи во время парковки, удержания машины на заданной полосе или при необходимости объехать неожиданно возникшее препятствие.
Негатив
К сожалению, есть у ЭУР и недостатки. В процессе проектирования новой модели при настройке системы управления возникают определенные трудности. На бортовую сеть машины ложится дополнительная нагрузка. Мощность усилителя небольшая, поэтому для грузовиков и тяжелых внедорожников он не подходит. Т. к. часто в случае повреждения ЭУР приходится менять целиком, то ремонт стоит дороже.
И это еще не все. Можно отметить несколько не столь очевидных минусов, которые, тем не менее, имеют место быть. В реечной системе управления с ЭУР сложнее получить адекватную обратную связь на руль от дорожного покрытия. Когда машина движется, ЭУР постоянно активный, характер его включения в работу прерывистый. Как следствие, возникают экстратоки, из-за чего электромотор сильнее изнашивается.
Бортовая система получает еще один электронный прибор, а дополнительный редуктор на электроприводе ЭУР делает кинематическую схему управления автомобилем более сложной. Эти два фактора повышают вероятность отказов системы и усложняют ее ремонт. (Несмотря на сказанное, в общем конструкция ЭУР все равно проще, чем ГУР. К тому же, перечисление факторов, которые понижают надежность ЭУР, касается, в основном, старых моделей. Для современных автомобилей это не слишком актуально, т. к. производители комплектуют их весьма качественной и долговечной электроникой).
Что лучше, ГУР или ЭУР?
Поскольку позитивные и негативные стороны электрического усилителя рассматривались в сравнении с гидравлическим, то не будем разбираться еще и в плюсах и минусах ГУР. Выводы о том, что лучше, можно сделать следующие.
ЭУР не годится для тяжелых автомобилей, ГУР таких ограничений не имеет. По стилю вождения ЭУР лучше подходит для тех владельцев машин, которые предпочитают спортивную динамику за счет того, что он дает более быстрый отклик. А ГУР лучше для любителей более спокойного передвижения. Он же представляет собой технологию, которая проверена десятилетиями, тогда как ЭУР усовершенствовался и вышел на приличный уровень сравнительно недавно. Зато ЭУР более надежный, а главное, прогрессивный, многие специалисты уверены, что за ним будущее. В эксплуатации ЭУР проще и дешевле, в ремонте — проще, но дороже. Зимой не досаждает.
Каждый из усилителей имеет свои достоинства и недостатки. Выбор, как всегда, делает тот, кто покупает машину. Оба варианта неплохие уже хотя бы потому, что и тот, и другой обеспечивает безопасное и комфортабельное вождение.
