Электроусилитель руля: убийца гидроусилителя?

Ремонт и установка

Как мы и обещали, в этой статье мы узнаем, как проводить ремонт электроусилителя руля, если вдруг тот выйдет из строя. Часто симптомом выхода из строя ЭУР становится характерное потрескивание.

На видео — установка электроусилителя руля:

Другой, не менее распространённый симптом — это загорание жёлтого цвета ошибки, представляющее собой картинку восклицательного знака на панели приборов.

Причинами неисправности руля могут выступать следующие параметры:

• выходит из строя датчик скорости;
• неисправность, которая скрывается в самом ЭУР (тем самым при включении зажигания никакого самоконтроля не происходит и устройство автоматически отключается, чтобы не мешать водителю управлять транспортным средством).

Чтобы снять ЭУР с автомобиля, надо будет вооружиться головками на 13 и 21, а также ключом на 8. Снимать этот механизм довольно просто. Для начала нужно демонтировать руль, используя специальный ключ-шестигранник. Им демонтируем кнопку сигнала, который на некоторых автомобилях бывает прикручен.

В рулевом колесе некоторых автомобилей, в частности старых моделей, по бокам имеются специальные отверстия. Кроме того, нужно будет разобраться с подушками безопасности. Разбираем рулевой механизм головкой на 13 и ключом на 27.

Если речь идёт преимущественно о советских моделях авто, на которых часто проводится установка электроусилителя руля, то разбирать механизм нужно следующим образом:

• отворачиваются четыре болта М4;
• выворачивается один саморез;
• снимается кожух руля;
• далее, нужно будет отсоединить три разъёма подрулевого переключателя;
• находим соединение проводов и протягиваем его вниз;
• снимаем подрулевой переключатель;
• теперь нужно будет отсоединить провода, идущие на замок зажигания. Примечание. Рекомендуется, прежде чем отсоединять провода, записать или зарисовать их расположение, а можно и сфотографировать;
• теперь находим два болта, фиксирующие замок зажигания, и отворачиваем их;
• ключ вставляем в замок зажигания и переводим положение на нейтральное;
• вытаскиваем замок, поднажав тоненьким металлическим стержнем на стопор;
• внизу находим болт, фиксирующий рулевой вал;
• отворачиваем его;
• снимаем рулевую колонку, опуская её вниз с вала;
• теперь нужно будет отвернуть две гайки, фиксирующие блок предохранителей;
• снимаем их;
• теперь нужно перейти на сторону моторного отсека и снять резиновую заглушку (вот она — на фото внизу);

  Резиновая заглушка

• теперь нужно протянуть жгут проводов от ЭУР, если речь идёт об установке;
• провода подсоединяем к ЭУР (внизу на фото видим разъёмы, куда и нужно соединить провода);

  Разъёмы для присоединения проводов

• восьмиклеммную колодку нужно будет подсоединить к двум серым проводам;
• что касается белой колодки, то отсюда снимаем красный провод и вместо него подсоединяем оранжевый провод электроусилителя;
• затем нужно подсоединить провод массы;
• пластину крепления электроусилителя устанавливаем таким образом, чтобы удалось продеть в отверстие жгут проводов;
• пластину нужно будет крепко затянуть в шести точках;
• теперь нужно надеть на шлицы электроусилителя вал с карданчиками, а затем подсоединить провод массы. Примечание. Нужно помнить, что у вилок карданчиков имеются разные по шагу шлицы и именно поэтому вал невозможно бывает устанавливать в разных положениях;
• состыковываем второй конец вала вместе с электроусилителем — с валом рулевого редуктора;
• устанавливаем вал (делаем это так, как будет удобно в конкретном случае);
• затягиваем болты и крепления ЭУР;
• теперь нужно будет подсоединить клеммные колодки;
• устанавливаем переключатель, желательно трёхрычажный;
• собираем рулевое колесо и настраиваем переключатель;
• снимаем руль;
• устанавливаем замок зажигания;
• собираем всё в обратной последовательности.

Трудности выбора

Отношение автомобилистов к этим системам неоднозначное. Одним нравится современный электроусилитель (ЭУР), для других предпочтительнее классический гидроусилителя (ГУР). Каждая система имеет свои преимущества и недостатки.

Что же выбрать?

Исходя из чисто логического подхода, можно подумать, что новое инженерное решение, в данном случае ЭУР, должно быть лучше прежнего. Оно должно учитывать недостатки системы предыдущего управления и исправлять их. Однако, лучшее, как говорится, враг хорошего. И не факт, что старая система, ГУР, плоха сама по себе. Да и не стоит забывать инертность мышления человека, который уже привык к управлению автомобилем, выработал свой стиль и не желает что-либо менять.

Преимущества и недостатки устройства

Для бюджетных исполнений основным преимуществом выглядят низкая цена и малая масса электроусилителей.

Несмотря на принципиальную сложность, в массовом производстве электронные компоненты гораздо дешевле гидравлики, а электрические сервоприводы давно стали компактными, надёжными и мощными.

1. Отсутствие гидравлических элементов увеличивает долговременную надёжность, исключены утечки и не требуется гидронасос с прецизионными деталями.
2. ЭУР экономичен, поскольку его узлы работают только тогда, когда в них есть потребность.
3. Устройство компактно, его можно размещать прямо в салоне на рулевой колонке.
4. Точность управления и наличие дополнительных возможностей доступны только электронике.
5. Электромеханические узлы не требуют никакого обслуживания при эксплуатации.
6. Легко организуется внешнее управление.

Однако, есть и недостатки:

1. Достаточно затратным станет увеличение мощности усилителя в применении на тяжёлых автомобилях.
2. Приборы более чувствительны к влаге, чем тот же гидроусилитель.
3. Информативность рулевого управления носит искусственный характер и достаточно тяжело поддаётся оптимизации во всех режимах.
4. Электронные компоненты подвержены сбоям и влиянию помех.
5. Низкая ремонтопригодность, обычно узлы меняются в сборе.
6. Склонность к перегреву электродвигателя.

Тем не менее, электропривод постепенно вытесняет гидравлику, хотя этот процесс идёт медленно, иногда вызывая появление гибридных электрогидравлических конструкций. Но будущее явно за ЭУР.

Как устроен ЭУР

Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.

В состав входят такие элементы:

• исполнительный сервопривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, который нужен из-за достаточно высоких оборотов вала электрического мотора;
• блока управления, имеющего входы от датчиков, внешних устройств и выходы на силовой двигатель;
• датчиков, вырабатывающих сигналы направления поворота руля, усилия на рулевом валу и скорости его вращения.

Питание ЭУР получает от бортовой сети автомобиля, при отключении электроники из-за неисправности рулевой механизм продолжает работать, но уже без усиления.

Принцип работы

В исходном состоянии электродвигатель не работает, энергия не потребляется. Блок управления следит за сигналами датчиков и в случае обнаружения действий со стороны водителя начинает управлять электродвигателем.

Чем сильнее закручен торсионный датчик момента на рулевой колонке, тем большее усилие создаётся со стороны сервопривода, что компенсирует отдачу от рулевой трапеции на руки водителя. Отслеживается направление поворота, скорость действий водителя и угол отклонения управляемых колёс.

В режиме парковки, когда скорость мала, усиление должно быть максимальным, руль можно вращать с большой скоростью на значительные углы, не встречая сопротивления.

Однако с ростом скорости руль должен тяжелеть, с одной стороны предупреждая водителя о недопустимости резких движений, а с другой – обеспечивая важную обратную связь по усилию, позволяющую контролировать сцепление колёс с дорогой.

ЭУР должен отслеживать возврат колёс в нейтральное положение, не всегда возможный при большом трении в механизмах. Причём эта функция работает не постоянно, в парковочных режимах возврат и переменное усиление не требуются.

Наоборот, при взаимодействии с системой стабилизации энергичный самовозврат необходим для курсовой стабилизации автомобиля, даже если водитель потерял управление. Выполняются и упреждающие действия, подобные тому, как опытный водитель выводит машину из заносов и сносов.

При автономном управлении ЭУР становится исполнительным механизмом для функции отслеживания разметки, автоматического объезда препятствий и адаптивного круиз-контроля в поворотах. Через него могут передаваться предупреждающие сигналы в виде толчков и вибраций.

Типы конструкции

Сервопривод ЭУР может встраиваться в рулевую колонку или непосредственно в рулевой механизм. Первое решение используется на лёгких бюджетных автомобилях, а второе на более массивных или спортивных.

Непосредственная связь с рулевой рейкой обеспечивается отдельной винтовой, червячной или шестерёнчатой передачей, отдельно от пары шестерня-рейка рулевого вала.

Таким образом можно передавать значительное усилие и делать это максимально точно. Но и цена устройства возрастает.

Схема

Электросхема ЭУР включает в себя блок управления, разъём с фазовыми контактами электродвигателя, два разъёма датчиков момента и положения, кабель питания, соединённый с основным монтажным блоком автомобиля, интерфейсный разъём для связи с контроллерами прочих систем и приборной панели.

Входными сигналами выступают:

• датчик скорости автомобиля;
• датчик направления поворота руля;
• тензометрический датчик момента на рулевой колонке;
• датчик скорости вращения рулевого вала там, где эта информация используется;
• двунаправленный сигнал диагностики;
• сигнал тахометра;

Выход блока работает непосредственно на фазовые обмотки двигателя, обычно асинхронного. Питание поступает по двум контактам, от замка зажигания и от клеммы аккумулятора, через установленный в монтажном блоке мощный предохранитель.

Отдельная стабилизированная цепь питания датчиков формируется в блоке управления.

Плюсы ЭУР

На большинстве легковых автомобилей, в том числе кроссоверах и внедорожниках, устанавливаются электрические усилители руля. Эпоха гидравлики на машинах с полной массой до 3.5 тонн постепенно уходит в прошлое.

Плюсов у электроусилителей много:

1. В них нет шлангов высокого давления и масла.
2. Их не надо прогревать даже в мороз.
3. С ними меньше расход топлива.
4. Электроусилитель руля позволяет внедрить функцию автоматической парковки, автономного удержания автомобиля в пределах заданной полосы.
5. У водителя появляется возможность изменения обратной связи между колесами и рулем.

На многих машинах уровень возвращающего усилия можно выбирать через меню настроек по своему вкусу.

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.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ В ГОРОДСКОМ РЕЖИМЕ

Когда водитель большую часть времени ездит в городе, будет удобнее, если после поворота руль самостоятельно будет возвращаться в прямое положение. Так называемый активный возврат колес значительно упрощает вождение при интенсивном маневрировании. Если же предстоит длительное движение по прямой, то здесь поможет функция стабилизации. Она может автоматически поддерживать колеса в прямом положении – это актуально при неправильном развале-схождении колес или боковом ветре.

Нередко в электрических усилителях, специально созданных для переднеприводных автомобилей, предусмотрена программа, которая компенсирует увод машины, если были установлены приводные валы разной длины. В современных машинах электрика вовсе работает независимо от водителя – сама подруливает и возвращает колеса, помогает правильно парковаться. 

Сравнение усилителей рулевого управления разной конструкции.

Удобство и безопасность управления

Все типы усилителей рулевого управления «подчиняются» только повороту руля, реакции управляемых колёс на них не действуют или действуют очень незначительно.

В автомобилях, оборудованных ГУР, с целью снизить усилие, которым водитель поворачивает руль, выводя машину из поворота, и для поддержания устойчивости прямолинейного движения, конструкторы увеличили схождение управляемых колёс, увеличили кастор и шаг винтовых канавок в зацеплении «винт — шариковая гайка».

Это создаёт у водителя впечатление обратной связи, «информативности» руля и чувство непосредственного управления.

Электронное управление ЭУР обеспечивает возможность его настройки в зависимости от условий и скорости движения. Чем больше скорость — тем меньше усилие ЭУР и «тяжелее» руль. В городских условиях водитель может отключить ЭУР от датчика скорости, и руль будет постоянно «лёгким».

В программу управления ЭУР можно ввести функции возвращения руля в «ноль» и удержания колес в среднем положении при разном давлении в шинах.

Надёжность

Детали усилителей руля любого типа и конструкции подвержены механическому износу.

В гидравлических усилителях к этому добавляется постепенное ухудшение свойств рабочей жидкости и износ манжет и уплотнений.

При удерживании руля в крайнем положении циркуляция масла прекращается, резко поднявшееся давление в системе может разорвать рукав высокого давления.

Понижение уровня масла в результате утечки вызовет работу насоса «всухую» с немедленным задиром поверхностей ротора и корпуса.

О выходе ГУР из строя водитель узнаёт последним, и если это произойдёт на большой скорости — аварийная ситуация неизбежна.

Бесщёточные, с внутренним обдувом, электродвигатели ЭУР надёжно защищены от перегрузок тремя барьерами — предохранителями в цепи питания, электронным блоком управления и общей программой процессора (контроллера) автомобиля.

При возникновении проблем ЭБУ уменьшает число оборотов электромотора, на приборной панели загорается соответствующий символ, водитель успевает отреагировать снижением скорости и торможением.

Существует ряд мнений, что достоинством той или иной конструкции является возможность управлять машиной при выходе усилителя руля из строя.

Топливная экономичность

ГУР потребляет часть мощности двигателя на вращение насоса, создающего высокое давление в гидросистеме.

Основной недостаток гидравлических усилителей — насос высокого давления работает, если вращается коленчатый вал двигателя. Движется ли машина или стоит неподвижно на холостых оборотах — ротор насоса крутится, срабатывая собственный ресурс.

Электродвигатель ЭУР включается электроникой только на время поворота руля, при стоянке в пробке или движении по прямой он не работает.

Существует тезис о повышенном расходе топлива автомобилями, оснащёнными гидравликой в рулевом управлении. При этом не учитывается, что киловатты, «съедаемые» электромотором ЭУР и непрерывно потребляемые системами управления, тоже произведены коленвалом, вращающим генератор.

Никто не проводил ходовых испытаний одинаковых авто с одинаковыми двигателями, но разным типом усилителя рулевого управления, поэтому достоверных данных о «прожорливости» машин с ГУР не существует.

Область применения

Гидравлические рулевые устройства, в последнее время, практически не применяются в переднеприводных автомобилях с подвеской типа «МакФерсон» и рулевым механизмом реечного типа. Исключение — ЭГУР.

В транспортных средствах, где поворот управляемых колёс осуществляется рулевой трапецией, — в полноразмерных внедорожниках, средних и тяжёлых грузовиках — передние колёса поворачиваются с помощью ГУР.

Перспективы развития

Гидравлические конструкции — тупиковая ветвь автомобильного прогресса.

Современные электронные системы безопасности движения, торможения, объезда препятствий и парковки требуют и электронного рулевого управления.

Развитие гибридного привода, появление электромобилей и машин с элементами искусственного интеллекта в управлении — лишили «гидравлику» места под капотом.

Устройство и работа гидроусилителя руля — ГУР

Современные гидроусилители интегрируются в рулевой механизм своим исполнительным механизмом. А в качестве рабочей жидкости применяют трансмиссионное масло ATF.

На рисунке представлен реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Расположение поршня гидроусилителя зависит от крепления тяг. Если тяги крепятся по бокам, поршень размещен посередине корпуса. Поршень может располагаться сбоку, если тяги крепятся к центральной части.

Насос гидроусилителя располагается на силовом агрегате и приводится в действие от ремня коленчатого вала. Насос ГУР предназначен для создания давления масла в системе и его циркуляции (простым языком для перекачивания масла из бачка в распределитель), с давлением от 50 до 10 атм.

Распределитель предназначен для распределения рабочей жидкости по системе (т.е. дозировано улучшает поворот управляемых колес в зависимости от усилия на руле). Распределители бывают роторные и осевые, которые отличаются движением золотника.

Осевой золотник — если золотник распределителя движется поступательно.

Роторный золотник – если золотник осуществляет вращательное движение.

В этом случае используют специальное мониторинговое устройство — торсион, который встраивается в разрез рулевого вала.

Гидроцилиндр – элемент гидроусилителя, который приводит в действие поршень со штоком, повышая давления масла в системе.

Соединительные шланги – предназначены для хода рабочей жидкости по системе.

Рабочая жидкость — масло, с помощью которого обеспечивается передача усилия к гидроцилиндру от насоса.

Бачок. Емкость с фильтром для хранения и очистки рабочей жидкости.

Как работает торсион

Если автомобиль движется прямо, никаких усилий к рулевому колесу прикладывать не надо, поэтому торсион не закручен, дозирующие каналы распределителя перекрыты, масло течет в бачок. Когда же автомобиль поворачивает, возникает сопротивление, сопротивление передается и торсион закручивается еще сильнее, пропорционально прикладываемому усилию к рулевому колесу. Золотник открывает дозирующие каналы, и масло начинает поступать в исполнительное устройство. Если рулевое колесо повернуто до упора, открываются предохранительные клапана, давление масла сбрасывается.

Принцип работы

Вся система включает в себя следящий привод, электродвижок, датчики момента и угла поворота руля, блок управления. В качестве опции может устанавливаться и датчик скорости поворота руля. В зависимости от конкретного типа авто, строение следящего привода может быть разным, но об этом расскажем чуть позже. Электродвигатель устанавливается современный, бесщеточный. Датчик момента являет собой базу всей системы. В рулевой вал монтируется торсион. Компоненты датчика ставятся на концах вала. Принцип его действия также может быть разнообразным.

Во время поворота руля происходит закручивание торсионного вала. И чем больше усиление, тем сильнее затягивается торсион. Вся эта информация передается через датчик крутящего момента в блок управления. Последний считывает и анализирует данные, сравнивает их с данными других датчиков и рассчитывает усилие, которое нужно приложить, дабы помочь водителю развернуть колеса. Электродвигатель получает команду и начинает действовать либо на рулевую рейку, либо на вал рулевой колонки.

Электроусилитель руля и его устройство

Электроусилители, как правило, имеют две классических компоновки:

1. Механическое усилие передается непосредственно на вал рулевого колеса. Такой вариант используется для легкового транспорта малого и среднего классов;

2. Механическое усилие передается на рулевую рейку автомобиля, то есть непосредственно рулевые тяги. Эта схема используется для более крупного транспорта.

Все электроусилители руля имеют одну универсальную схему. Основной набор элементов — следующий:

• входные датчики, фиксирующие информацию об угле поворота колес и их крутящем моменте;
• электронный блок управления, обеспечивающий обработку информации от имеющихся датчиков системы и формирование исходящих управляющих сигналов. Кроме этого, на данный блок может поступать информация от ABS и тахометра;
• исполнительный агрегат. Это мощный, асинхронный электродвигатель.

Как же работает электроусилитель руля?

Очень просто. Следящее устройство на торсионе посылает электрический сигнал на управляющий блок, который управляет электромотором. Блок анализирует всю совокупность сигналов (скорость движения, обороты двигателя, информацию с ABS и другие) и формирует электрический сигнал нужной полярности и силы.

Дозированный электрический сигнал подается на мощный электродвигатель, который выдает усилие на червячную передачу и помогает водителю в маневре. Таким образом, исключены излишние или, наоборот, недостаточные усилия, что присуще большинству ГУР.

Именно дифференцированность сигналов позволяет задавать режимы работы электроусилителя. При больших скоростях усилия ЭУР будут минимальными, при малых скоростях (например при парковке) — максимальные. В этом коренное отличие от гидроусилителей, большинство из которых работают одинаково на любой скорости движения.

Кроме этого электроусилитель руля имеет встроенную систему обеспечения курсовой устойчивости вне зависимости от профиля дороги, ее состояния, неровностей и т.д., практически, исключая элемент подруливания.

Электроусилитель руля его преимущества

В отличие от ГУР, «электроника» значительно практичнее и обладает целым рядом преимуществ:

• простота устройства, нетребовательность в обслуживании;
• независимость от оборотов двигателя;
• не «отбирает» мощность, не приводит к повышенному расходу топлива;
• не зависит от климатических условий;
• не требует расходных материалов (жидкостей);
• не потребляет энергию при простоях (в гидроусилителе жидкость «гоняется» постоянно работающим насосом), соответственно намного меньшая амортизация;
• КПД электродвигателя выше КПД насоса ГУР;
• более высокая надежность за счет меньшего количества деталей, отсутствия жидкостей, давления;
• отсутствие разницы в коэффициенте усиления вправо или влево (что часто наблюдается в гидроусилителях из-за особенностей конструкции);
• отсутствие ограничений в эксплуатации (в ГУР запрещено держать руль в крайних положениях свыше 4-5 секунд);
• возможность эксплуатации автомобиля если электроусилитель руля вышел из строя.

Основными неисправностями электроусилителя руля являются перегоревшие предохранители и обмотка электродвигателя. Случаи поломки механических частей и деталей ЭУР крайне редки.  Да и ломаться, по большому счету, особо нечему.

Заранее Спасибо.