Как работает электроусилителя руля автомобиля

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.

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.

Надежность

Слабое место в
гидроусилителе – это насос. С ним может произойти все, что угодно –
изнашивается редукционный клапан, подшипник, лопатки ротора, люфтит вал и даже
лопается корпус. Благо, случается это не сразу, и вовремя заметив гудящий
насос, можно обойтись мелким ремонтом. Что касается пробега, гидроусилитель
зачастую «делает мозги» после 200 тысяч километров. «Золотое правило» опытных
водителей – при неисправности проверять работу всех элементов и менять
подозрительные сразу. Тщательно перебрав насос один раз, больше не будет
проблем при его эксплуатации даже через 150 тысяч километров.

Насос ГУРа
Насос ГУРа в разобранном виде

Электроусилитель не
имеет сложной агрегатной части, но тоже порой дает сбои. В основном это
электроника. Вот лишь малая часть проблем, с которыми владельцы сталкиваются на
промежутке в 100-200 тысяч километров:

• неисправность
  сигнальных датчиков;
• ошибки в
  программном обеспечении;
• нарушение
  калибровки датчика положения руля;
• нарушение питания
  электроусилителя;
• износ и люфт
  привода рейки, а также редуктора.

От электроусилителя
идет куча датчиков, проводов, из-за которых ЭУР глючит на ровном месте, даже от
влажной погоды. Кстати, не исключено, что проблема будет в окислившемся блоке
управления. Найти, какой контакт замкнул и где, может только специалист – иначе
придется буквально переезжать в гараж. Еще одна проблема – это электрический мотор,
который боится перегрева. Если выезжать на грунтовую дорогу, можно незаметно
перегреть мотор ЭУРа. Да, защита предусмотрена, но не всегда она срабатывает.
Механические поломки в ЭУР тоже случаются, но редко и на большом пробеге. Это
износ подшипников, втулок и червячной шестерни.

Средний ресурс ЭУР – 150 тысяч километров.
Дальше владельцу придется готовиться к непредвиденным поломкам.

Стоимость деталей и ремонт электроусилителя

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.

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.

Принцип работы гидроусилителя

При повороте руля, происходит перемещение золотника. Переместившись, он перекрывает сливную магистраль и в одну из полостей цилиндра под давлением подается рабочая жидкость. В это же время поршень и шток под воздействием на них давления жидкости поворачивают колеса и корпус распределителя в сторону движения золотника. Корпус распределителя настигает золотник лишь тогда, когда тот прекращает свое движение.После этого поворот считается выполненным. После поворота (руль устанавливается в прямолинейное положение) и золотник возвращается в нейтральное положение и открывается магистраль для слива жидкости.

Достоинства и недостатки ЭУР

Среди преимуществ электроусилителя руля можно отметить следующее:

1. Машина с ЭУР расходует меньше топлива, чем аналогичная с ГУРом. Принцип работы электроусилителя руля организован так, что система выключается в
   «нулевом» положении. К тому же, электроусилитель не связан ремнем со шкивом коленвала. Разница в расходе примерно литр на
   100 километров (в городской черте).
2. Возможность установки дополнительных функций (та же автоматическая
   парковка).
3. Простая конструкция и компактность. Здесь нет ремня, насоса, жидкости,
   которую нужно гонять по трубкам под давлением. Отсюда выходит второй плюс – электроусилитель
   рулевого управления не нуждается в обслуживании.

На этом все плюсы
заканчиваются. Недостатков здесь, увы, больше:

1. Ограниченное
   применение. Электромотор не располагает большой мощностью, поэтому его можно
   встретить только на легковых автомобилях. Чтобы электроусилитель нормально работал на
   джипах и авто побольше, нужен очень большой, дорогой и мощный генератор.
2. Плохая обратная связь.
   Многие водители, пересаживаясь с гидроусилителя, замечают разницу в поведении авто. Часто
   теряется связь с колесами. Управлять таким автомобилем не так комфортно, как с
   гидроусилителем.
3. Риск перегрева.
   Это возможно при движении на грунтовой дороге или в колее, когда постоянно
   нужно подруливать. Благо, инженеры предусмотрели это, и в случае перегрева ЭУР
   просто отключится. Но если датчики сработали не вовремя, что часто бывает на
   старых автомобилях – электромотор на помойку.
4. Ненадежность и не
   ремонтопригодность. Казалось бы, система проста, как 5 копеек. Но слабым ее
   местом как раз является электромотор. Его легко убить, а ремонту он практически
   не подлежит. То же самое касается системы управления. Любой датчик или тот же
   блок управления в большинстве случаев не удается отремонтировать.
5. Сложная
   диагностика. Проверить работу ЭУР самому нельзя – нужна только профессиональная
   диагностика. К тому же, проблема может проявляться только периодически –
   например, на влажную погоду или на большой скорости. Понять суть такого
   поведения электроусилителя может только
   опытный мастер.

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.

Рейтинг самых безопасных автомобилей в мире: ликбез о предохранении

Конструктивные особенности и сложность устройства

Эти критерии стоит объединить, так как сложность устройства становится более-менее понятной сразу после разбора конструктивных особенностей. Забегая наперёд, отметим для себя, что машин с гидроусилителями пока больше, чем с электроусилителями. Поэтому первой будет рассматриваться классическая гидравлика.

Устройство ГУР

Вся суть механизма заключается в следующем. Гидроусилитель «понимает», когда и в какую сторону водитель вращает руль, и в зависимости от этого помогает поворачивать передние колёса. Сила, которая используется для выполнения работы — жидкость под высоким давлением. Создаётся оно посредством насоса. Последний постоянно приводится в действие от двигателя.

Сначала следует разобраться, как система «толкает» колёса в нужную сторону. Делает это гидравлическая рулевая рейка. Основная её часть — гидроцилиндр. В нём есть поршень, который разделяет цилиндр на два герметичных отсека. Физически он закреплён на рейке, которая через тяги и рулевые наконечники толкает колёса в одну и другую сторону. Если подать рабочую жидкость под большим давлением в один из указанных отсеков, поршень начнёт двигаться. Так ГУР «помогает» водителю поворачивать колёса.

Разберём вкратце, как ГУР «понимает» — когда и в какую сторону водитель вращает руль. Ведь от этого зависит, в какой из двух отсеков будет подаваться рабочая жидкость. До тех пор, пока автомобиль едет прямо, масло в системе усилителя циркулирует вхолостую. То есть, перегоняется из пустого в порожнее. Как только руль начинает вращаться, рабочая жидкость под давлением устремляется в гидравлическую рулевую рейку. Отвечает за это узел, который называется распределителем.

Распределитель — это, пожалуй, самая сложная деталь ГУР. Бывают они разных конструкций, и описывать их здесь нет особого смысла. У нас иная цель. По итогу получается, что гидроусилитель имеет достаточно сложное устройство. Но не спешите с выводами. Посмотрим теперь на ЭУР.

Устройство ЭУР

В минимальном исполнении электроусилитель руля состоит из трёх узлов — электродвигателя, датчика вращения руля и контроллера. Вроде бы просто и понятно. Датчик «следит», крутится ли руль, и в какую сторону. Если да, то на контроллер передаётся соответствующий набор сигналов. Тот, в свою очередь, отдаёт команды электродвигателю — в какую сторону вращаться и с какой силой. Ну а сам двигатель физически соединён с рулевым управлением и передними колёсами.

Если смотреть на электроусилитель с такой точки зрения, то эта технология может показаться на порядок проще, чем гидравлика. Однако это не совсем так. Тот же контроллер показался простым, так как для непонимающего человека это просто какая-то коробочка с электронными компонентами. А вы пробовали когда-нибудь разобраться, как работает электроника? Если углубиться, то она куда сложнее, чем гидравлика.

В итоге имеем следующее. Визуально ГУР кажется более сложным узлом, чем ЭУР. В том числе потому, что электроусилители руля выглядят компактнее и в них вся суть спрятана внутри. Если же посмотреть на эти две технологии с точки зрения ремонта, выводы по поводу того, что лучше — уже не будут такими однозначными. Но о ремонте ещё поговорим.

Как это работает?

Гидроусилитель руля (ГУР)

Что такое гидроусилитель руля? Это — система, состоящая из трубопроводов высокого и низкого давления, в которых благодаря насосу циркулирует специальная жидкость. Для жидкости ГУР предусмотрен бачок, соединенный с насосом. Когда вы поворачиваете руль в системе гидроусилителя происходит целый ряд реакций. Жидкость подается в рулевой механизм через распределитель под высоким давлением. Нагнетаясь в гидроцилиндр, она создает давление на поршень, под воздействием которого тот смещается, снижая степень усилия прилагаемого водителем при повороте рулевого колеса. Во время движения по прямой траектории жидкость ГУР стекает из рулевого механизма в бачок системы.

Электроусилитель — это набор механизмов, среди которых главная роль отведена электромотору, кроме того в состав ЭУР входит электронный блок управления (ЭБУ), а также два датчика (датчик угла поворота и датчик крутящего момента). По сравнению с гидроусилителем, ЭУР устанавливается непосредственно на саму рулевую рейку или колонку, при этом передача крутящего момента осуществляется посредством торсионного вала, встроенного в систему рулевого управления. В то время как ГУР меняет усилие прилагаемое к рулю при помощи давления и жидкости, которая циркулирует в системе, электроусилитель осуществляет все при помощи тока. При повороте руля крутящее усилие передается рулевому механизму по торсионному валу. Датчик крутящего момента ЭУР «понимает» это действие и сообщает о нем в ЭБУ. Электронный блок анализирует полученные данные и определяет, сколько именно тока необходимо «дать» электромотору, чтобы вращение руля было легким и приятным. Следует отметить, что расчет усилия происходит в зависимости от скорости, с которой движется автомобиль, а также угла поворота руля. Когда водитель крутит рулем на месте во время парковки или других маневрах, привод электроусилителя нагружен максимально, поскольку необходимо обеспечить легкое вращение рулевого колеса в сложных условиях. Когда авто движется на высоких скоростях управление рулем становится более острым, так как электроусилитель значительно уменьшает силу крутящего момента, то есть меньше помогает водителю.

Теперь когда мы разобрались в принципах работы предлагаю выяснить, что лучше: ГУР или ЭУР, учитывая плюсы и минусы каждой из систем.

Преимущества ГУР

1. Гидроусилитель рулевого управления имеет более громоздкие габариты, однако плюс в его относительно невысокой стоимости и менее затратном производстве. Это в свою очередь так или иначе сказывается на стоимости транспортного средства.
2. Потенциал мощности. ГУРы сегодня устанавливают преимущественно на автомобили бюджетного класса, а также грузовые микроавтобусы и большие внедорожники. В случае с внедорожниками и микроавтобусами применение гидроуслителя руля можно объяснить тем, что эта система более мощная и способна выдержать большие нагрузки. Это, по сути, главное преимущество ГУР.
3. Вышеупомянутая невысокая стоимость.

Недостатки ГУР

Что до недостатков, то их у гидроусилителя намного больше по сравнению с ЭУР:

1. В автомобиле с ГУР не рекомендуется держать руль в крайнем положении дольше пяти секунд, так как это может привести к перегреву масла в системе и выхода гидроусилителя руля из строя.
2. ГУР требует регулярного обслуживания, не реже чем раз в два года. Владелец автомобиля с такой системой постоянно обязан производить замену жидкости в системе, контролировать ее уровень, проверять привод, шланги и насос на предмет подтеканий и трещин.
3. Третий недостаток — прямая зависимость от работы двигателя. Когда насос включается в работу, он так или иначе отбирает часть мощности у двигателя, а во время движения на высокой скорости по трассе это можно считать пустой тратой мощности, так как в данном случае ГУР практически не нужен.
4. В гидроусилителе нельзя настроить режимы работы в зависимости от скорости движения и условий.
5. Гидроусилитель хорошо выполняет свою работу на малых и средних скоростях, однако на высоких скоростях управление теряет «остроту» и водителю сложно выполнить резкий короткий маневр. Проще говоря, ГУР дольше реагирует из-за применения в нем дополнительных узлов, увеличивающих время отклика.

Плюсы и минусы ЭУР

Спеша ответить на вышесказанный вопрос, отметим сразу недостатки ЭУР. «Калина» оснащается таким механизмом ввиду маленьких колес. К чему это все? Дело в том, что электрический усилитель не способен выработать нужный крутящий момент для поворота больших колес (тем более под нагрузкой свыше). Ввиду этого узел не используется на грузовиках и транспорте массой более двух тонн.

Это и есть основной недостаток ЭУР. Что лучше — гидроусилитель или электроусилитель руля? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим преимущества последнего. Их на порядок больше, чем недостатков. Так, механизм не отбирает мощность у двигателя. На высоких скоростях руль достаточно информативен с ним. Система не требует периодического обслуживания, ведь никакой жидкости и насосов здесь нет. Единственное, что со временем выходит из строя, это подшипники качения в электродвигателе. Но чтобы вывести их из рабочего состояния, требуется долго и усердно эксплуатировать ЭУР. ВАЗ, оснащенный таким усилителем, гораздо быстрее откликается на руль. Ведь сигнал от датчиков передается молниеносно. А насосу нужно время, дабы выработать необходимое давление и перелить жидкость с одного контура в другой.

Также, отвечая на вопрос: «Что лучше — гидроусилитель или электроусилитель руля?», стоит отметить компактность последнего. ЭУР не занимает много места в подкапотном пространстве (поскольку в большей мере спрятан в салоне). Соответственно, добраться до какого-нибудь узла будет намного легче. А через ЭБУ можно настроить режим работы усилителя. Также система не кипит, если удерживать долго руль в крайнем положении.

История

Как уже упоминалось, ЭУР — сравнительно «молодой» механизм, который разработан только в 90-х годах прошлого века. Но первые «ласточки» появились много раньше. Так, попытку сделать нечто подобное предпринимал Генри Форд, которому не удалось довести идею до логического завершения. Первая машина, на которой появился электроусилитель руля, стала Тойота MR2. Японские производители поставили задачей убрать гидравлические линии от стойки до двигателя, что им и удалось.

Со временем ЭУР появился на европейском континенте. Здесь первопроходцами стала компания Фольксваген, которая установила элеткроусилитель на модели Гольф Экоматик. Преимуществом нового устройства стала возможность работы даже на заглушенном моторе. Со временем новая технология была взята на «вооружение» другими компаниями — Ауди, Мазда, Ситроен и так далее.