Одна из проблем, которая стоит перед инженерами в области автомобилестроения – облегчение рулевого управления. Долгое время эта задача решалась одним способом; увеличивался диаметр рулевого колеса и повышалось передаточное отношение привода. Подобный метод позволял с легкостью управлять даже тяжелыми грузовиками. При этом никаких требований к комфорту инженерами не предъявлялось. Поэтому водителю приходилось огромным рулем совершать 5-6 оборотов, что было крайне неудобно. Однако современные специалисты нашли более изящное решение проблемы – электроусилитель рулевого колеса.
Назначение и преимущество
В технических документах электроусилитель рулевого колеса обозначается, как ESP. Перевод данной аббревиатуры с английского обозначает «электрический усилитель руля». Он является альтернативной гидроусилителю. Главное предназначение электрического усилителя – снижение усилия, прилагаемого автомобилистом на руль, в процессе вождения машины.
Сам электроусилитель представляет собой высокотехнологичный узел, который работает на основе электроники. Это значит, что из процесса полностью исключена гидравлика. Данное устройство стремительно набирает популярность у автолюбителей и автопроизводителей. В отличии от гидроусилителя у него более низкая стоимость производства. К тому же такой элемент проще в обслуживании и реже ломается. Управление электрическим усилителем производится с помощью различных датчиков. Они анализируют полученные данные и передают их в виде сигналов на механизмы, которые отвечают за поворот колес. Электроусилители совершенствуются с каждым годом. Производители вносят в них доработки, уменьшая число возможных неисправностей. Основные преимущества электроусилителя перед гидравлическим механизмом:
- надежность;
- экологичность и техническая безопасность;
- возможность управлять транспортным средством в автоматическом режиме;
- бесшумная работа;
- простое обслуживание;
- легкое и плавное управление машиной;
- возможность управления автомобилем, если ЭУР выйдет из строя;
- обеспечение соответствия между углами поворота и пропорциональности между силами сопротивления.
Описание конструкции
Элементы рулевого управления: 1 — правая рулевая тяга в сборе; 2 — правая опора рулевого механизма; 3 — скоба опоры рулевого механизма; 4 — промежуточный карданный вал; 5 — электроусилитель; 6 — рулевое колесо; 7 — труба рулевой колонки; 8 — левая опора рулевого механизма; 9 — рулевой механизм; 10 — левая рулевая тяга в сборе
Рулевое управление — травмобез опасное, с электроусилителем и регулируемой по высоте (углу наклона) рулевой колонкой. Рулевой механизм реечного типа с переменным передаточным отношением. Механизм закреплен в моторном отсеке на щитке передка кузова двумя скобами через резиновые опоры. Левая опора фиксирует картер рулевого механизма от проворачивания. Болты крепления — приварные, по два с каждой стороны щитка передка.
Рулевой механизм с тягами в сборе: 1 — наружный наконечник рулевой тяги; 2 — регулировочная тяга; 3 — внутренний наконечник рулевой тяги; 4 — правый защитный колпак; 5 — труба картера рулевого механизма; 6 — чехол; 7 — стопорная пластина болтов крепления рулевых тяг; 8 — вал–шестерня; 9 — картер рулевого механизма; 10 — левый защитный колпак
Картер рулевого механизма — литой, из алюминиевого сплава. С правой стороны в картер вставлена труба с продольным окном, закрепленная гайкой. В картере установлена косозубая ведущая шестерня (вал–шестерня), находящаяся в зацеплении с рейкой.
На рейке выполнены косые зубья с переменным шагом: зона 1 — с мелким шагом, зона 2 — с крупным шагом
Рулевая колонка с электроусилителем рулевого управления: 1 — входной вал; 2 — труба колонки; 3 — кронштейн колонки; 4 — электроусилитель; 5 — блок управления электроусилителем; 6 — рычаг регулировки наклона рулевой колонки; 7 — стяжная шпилька; 8 — задний кронштейн электроусилителя; 9 — пружина; 10 — выходной вал; 11 — болт-ось; 12 — передний кронштейн электроусилителя; 13 — силовой разъем блока управления; 14 — управляющий разъем блока управления; 15 — гайка
Для уменьшения нагрузок на вал–шестерню и его подшипники в экстремальных условиях эксплуатации в картер вставлена пластмассовая втулка шестерни с металлической опорной пластиной. Вал–шестерня вращается на двух подшипниках: передний (на торце вала) — игольчатый, задний (ближе к валу рулевой колонки) — шариковый. Так как в косозубом зацеплении осевые нагрузки могут быть высоки, на валу ведущей шестерни дополнительно установлен упорный роликовый подшипник, состоящий из пластмассового сепаратора с роликами, нижнего (внутреннего) и верхнего (наружного) колец. Нижнее кольцо подшипника напрессовано на вал ведущей шестерни до упора во внутреннее кольцо шарикового подшипника, а верхнее — установлено в крышке картера. Кроме того, крышка картера прижимает наружное кольцо шарикового подшипника к торцу гнезда подшипника. В крышке установлен сальник ведущей шестерни, а между крышкой и картером рулевого механизма — уплотнительное кольцо. Попадание грязи в соединение вала с крышкой предотвращает защитный чехол (пыльник), надетый на вал ведущей шестерни. Рейка поджимается к зубьям шестерни пружиной через упор, уплотненный в картере резиновым кольцом. Для уменьшения трения между упором и рейкой установлен пластмассовый вкладыш. Пружина, в свою очередь, поджимается регулировочной гайкой (внутренний восьмигранник «на 24»). На заводе- изготовителе при сборке рулевого механизма выставляют требуемый зазор в зацеплении рейки с шестерней, после чего кернят (обминают) в двух точках резьбу картера (не повреждая гайку). Правым концом рейка опирается на пластмассовую втулку, которая вставлена в трубу за продольным окном. Регулировка зазора между шестерней и рейкой проводится после разборки рулевого механизма или при появлении стука в процессе эксплуатации. Отрегулировать зазор можно только на снятом рулевом механизме. Труба картера механизма закрыта резиновым гофрированным чехлом. Внутренние наконечники рулевых тяг крепятся к рейке болтами, проходящими через соединительные пластины, распорные втулки резинометаллических шарниров и опору тяг, установленную на рейке. Самопроизвольному отворачиванию болтов препятствует стопорная пластина, надетая на головки болтов. Для смазки шестерни, рейки и подшипников применяют смазку ФИОЛ-1 (примерно 20–30 г на весь механизм).
Рычаг регулировки угла наклона рулевого колеса со стяжной шпилькой
Выходной вал рулевого управления соединяется с валом–шестерней через промежуточный вал, который имеет на концах карданные шарниры. Кронштейн рулевой колонки, прикрепленный четырьмя гайками к кронштейну кузова, с самой рулевой колонкой соединен шарнирно, что позволяет изменять угол наклона рулевой колонки. Спереди к корпусу электроусилителя винтами прикреплен передний кронштейн, соединенный двумя болтами–осями с кронштей ном рулевой колонки. Сзади к корпусу электроусилителя прикреплен задний кронштейн, к которому приварена труба рулевой колонки, а к кронштейну рулевой колонки приварены две направляющие пластины с прорезями. Через прорези направляющих пластин кронштейна рулевой колонки и распорную втулку заднего кронштейна электроусилителя проходит стяжная шпилька, на одном конце которой навернут рычаг (специальная левая резьба), а на другом — самоконтрящаяся гайка (правая резьба). При повороте рычага вниз он свинчивается со шпильки. При этом усилие затяжки в соединении направляющих пластин кронштейна рулевой колонки и заднего кронштейна электроусилителя ослабевает, что позволяет вручную изменить положение рулевой колонки. Таким образом, колонка может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно своего кронштейна, позволяя регулировать положение рулевого колеса. Перемещение рулевой колонки ограничено длиной прорезей в направляющих пластинах. После установки рулевой колонки в требуемое положение рычаг поворачивают вверх, и соединение затягивается, фиксируя колонку. Между задним кронштейном электроусилителя и кронштейном рулевой колонки установлены две пружины, подтягивающие колонку в верхнее положение при ослаблении усилия затяжки в соединении.
Устройство механизма
По своему принципу строения ЭУР радикально отличается от классического механизма. Устройство электроусилителя напрямую зависит от компании-производителя. Наиболее распространен вариант, состоящий из электродвигателя на рулевой колонке, механической передачи и системы управления на базе электроблока. Каждой детали отведена своя важная роль.
Электрический двигатель
В качестве электромотора, как правило, выступает асинхронный электродвижок. Он то и приводит в движение ЭУР. Существует несколько схем размещения электромотора:
- электродвигатель передает усилие на вал руля;
- электрический агрегат воздействует на рулевую рейку.
В первом случае электрический усилитель встроен напрямую в рулевую колонку. Электромотор осуществляет передачу крутящего момента на вал руля с помощью механической передачи. Однако второй вариант является наиболее популярным и востребованным. Его еще называют ЭМУР или электромеханический усилитель рулевого управления. Конструктивно он может состоять из двух шестерней либо усилителя с параллельным приводом. Первый механизм передает крутящий момент с помощью одной из шестерней. На вторую момент передается посредством электромотора. Усилитель с параллельным приводом передает усилие за счет ременной передачи или винт-шариковой гайки.
Редуктор
Редуктор – это механическая передача, которая состоит из шестеренки и червячного элемента. Форма устройства может меняться в зависимости от конкретной модели автомобиля, а также инженерных возможностей компании-производителя. Редуктор необходим для преобразования усилия поворота рулевого колеса на рулевую рейку либо же от руля на электромотор. Соединение деталей, как правило, происходит под углом в девяносто градусов.
Классический ГУР
Классический ГУР по-прежнему устанавливают на многие машины. Кроме наличия расширительного бачка под капотом его сразу выдает внешний вид рейки с гидравлическими контурами.
Классический ГУР по-прежнему устанавливают на многие машины. Кроме наличия расширительного бачка под капотом его сразу выдает внешний вид рейки с гидравлическими контурами.
Система управления
Система управления электронным усилителем включает в себя:
- входные датчики;
- электронный блок управления;
- исполнительное устройство.
Входные датчики, в свою очередь, делятся на:
- датчик крутящего момента на руле;
- датчик угла поворота руля.
Кроме этого, в системе управления усилителем используется информация, которая передается от блока управления ABS (датчики скорости на колесах) и от блока управления силовым агрегатом (датчик частоты вращения коленчатого вала). Устройство обрабатывает полученные данные и дает команды головному механизму.
Ремонт электроусилителя на Приоре , замена ЭУР
Итак, вам нужно заменить электроусилитель на Приора или просто проверить состояние его контактов. В любом случае, ремонт предполагает полное извлечение узла. Приготовьте необходимые инструменты:
- Зубило и молоток.
- Глубокая головка на 8 и 13.
- Удлинитель и трещотка, в качестве альтернативы можно использовать вороток.
Сам усилитель своими руками снять довольно просто, но для того, чтобы добраться до его креплений и блока управления, вам понадобится снять немало деталей приборной панели: руль вместе с подушкой безопасности, кожух и замок зажигания. Когда эти компоненты демонтированы, можно начинать ремонт усилителя.
Принцип работы
По своему принципу работы электронный усилитель чем-то напоминает классический вариант, но с добавлением электроники. В начале процесса водителю необходимо повернуть рулевое колеса влево или вправо. В это время скручивается торсионный вал, а с обратной стороны происходит его движение. Присутствующие в механизме датчики считывают всю информацию и передают ее на ЭБУ. Электронный блок анализирует эти данные и сравнивает с показателями других датчиков. В результате ЭБУ рассчитывает усилие для электромотора, которое необходимо приложить, чтобы руль крутился легче.
Электромотор, в свою очередь, после получения команды от ЭБУ начинает воздействовать на рулевую рейку или вал (в зависимости от типа ESP). Скорость отработки напрямую зависит от силы тока. Чем больше последний, тем сильнее вращается механизм, и наоборот. Кроме стандартной ситуации работы ЭУР могут отрабатываться и другие режимы, а именно:
- авто входит в поворот на большой скорости;
- поворот осуществляется на низких скоростях;
- поддержание колес в основном положение (по центру);
- возврат колес из крайнего положения в среднее;
- иные вариации на средней скорости.
Что же выбрать
Если еще несколько лет назад электронные усилители руля устанавливали лишь на малолитражках, то теперь спектр их применения существенно вырос.
Там, где требуется максимальное качество вождения, они демонстрируют максимально высокие показатели в плане управляемости. Кроме того. они более экономичные и надежные, так что, со временем, ЭУР смогут вытеснить ГУР.
В то же время, необходимо понимать, что усилитель усилителю рознь. Тут стоит также учитывать особенности производителя.
Машины от именитых торговых марок в любом случае будут демонстрировать более высокие эксплуатационные характеристики, чем в случае дешевых китайских аналогов.
Также обязательно стоит провести небольшой тест-драйв перед конечным выбором авто. В результате, вы поймете, какой усилитель больше всего подходит именно вам.
Далее видео про работу электроусилителя руля:
Плюсы и минусы
Электронный усилитель, как и любой механизм, не лишен изъянов. Однако плюсов у него значительно больше. В их числе можно выделить:
- топливная экономичность (из-за отсутствия нагрузки на силовой агрегат не тратится дополнительное горючее);
- надежность (нет гидравлики, исключены протечки и вытекание масла);
- простота технического обслуживания;
- компактные габаритные размеры;
- не передается вибрация от покрышек на руль;
- хорошее взаимодействие между водителем и устройством;
- имеется возможность регулировать характеристики самостоятельно;
- реализация других водительских помощников.
Что касается недостатков механизма, то они следующие:
- нет возможности применить ЭУР на грузовых машинах (сейчас компания Вольво активно работает над созданием подобного механизма, но в серию он еще не вышел);
- им комплектуются только дорогостоящие автомобили или флагманские модификации транспортных средств по причине высокой стоимости;
- слабая защита от влаги.
Стоит отметить, что основное отличие ЭУР от классической гидравлики и одновременно его главный плюс – это возможность реализации дополнительных систем безопасности. Например, автомобиль можно дополнительно укомплектовать автопилотом, системами автопарковки и удержания в полосе движения, механизмом подруливания и другими сервисами.
Основные поломки
Электроусилитель рулевого колеса нельзя назвать идеальным механизмом. Рано или поздно он, как и другие устройства, потребует ремонта. Самым верным признаком того, что механизм нуждается во внимании – появление на приборной панели соответствующего значка. На индикаторе изображен руль и восклицательный знак. В некоторых моделях просто загорается надпись ESP, но сути это не меняет. Согласно статистике, первыми нуждаются в замене датчики. Чаще всего выходят из строя датчики поворота рулевого колеса и крутящего момента. Также может сломаться электромотор, через который производится основное управление механизмом. Еще одна возможная неисправность – выход из строя электронного диска. Он, как правило, устанавливается в более современных транспортных средствах. За счет электронного диска происходит считывание угла поворота рулевого колеса, а также резкость и приложенное водителем усилие.
Наиболее надежным элементом является ЭБУ. Дело в том, что в электроблоке установлен еще один резервный блок, который начнет функционировать в случае выхода из строя первого. Можно сделать вывод, что больше всего подвержены поломкам подвижные механизмы. Однако ЭУР постоянно дорабатываются производителями, которые стараются снизить возможность поломок к минимуму. Так, во многих современных машинах электроусилитель может работать на датчиках других систем безопасности и считывать информацию с их блоков управления.
Автор: П. Афанасьев
Область применения
Стоит отметить, что при всех достоинствах ЭУР, у него есть явный минус – небольшой крутящий момент, который может создавать электромотор. В результате, его мощности не хватает для грузовиков, внедорожников, крупногабаритных лимузинов.
Для таких транспортных средств лучше подходят гидроусилители, которые ограничены лишь производительностью насоса.
При этом, вероятнее всего, в скором времени не изобретут компактных электродвигателей с мощным ресурсом.
Некоторые автоконцерны пытались сделать мощный ЭУР, размещенный отдельно от рулевого вала, но подобное решение является крайне дорогостоящим, так что не имеет преимуществ перед ГУР. Как результат, сфера использования электроусилителей руля пока весьма ограничена.
