Avtomagazin48.ru

Современные системы усилителя руля

BEZSPONSORAZP › Блог › Рулевое управление современного автомобиля. Принцип работы

Не забываем смотреть видео, прикрепленные к посту, в которых вы узнаете о разных видах рулевого управления современных автомобилей

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних колес. В настоящее время рулевое управление современного автомобиля стало сложным, ведь механику заменила гидравлика и даже электроника. В данной статье мы рассмотрим принцип работы всех современных типов рулевого управления автомобиля.

Усилители рулевого управления

Большинство современных автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления — ЭУР и ГУР. Усилители рулевого управления предназначены для комфортного управления автомобилем, а также чтобы уменьшить усилие на рулевом колесе и удержать автомобиль после резкого маневра. Сегодня даже в базовой комплектации автомобиль получает усилитель рулевого управления.

До недавнего времени существовали два варианта рулевых механизмов со встроенными гидроусилителями: реечные и “винт — шариковая гайка — сектор”. Последние ставили на большие автомобили и внедорожники. Сегодня и на тяжелых машинах все чаще появляются компактные “рейки”.

принцип действия реечного механизма с гидроусилителемВспомним принцип действия реечного механизма с гидроусилителем. В корпусе — распределительный клапан с чувствительным элементом — торсионом, связанным с рулевым валом. Водитель поворачивает баранку, торсион, закручиваясь, перемещает золотник. Тот приоткрывает отверстия масляных каналов, идущих к силовому цилиндру гидроусилителя. Последний подталкивает рейку, снижая усилие на руле. Едва водитель перестает крутить штурвал, торсион возвращается в исходное положение, а жидкость перепускается обратно в бачок.

Производительность насоса, приводимого ремнем от коленвала, должна быть такова, чтобы при работе мотора на холостом ходу водитель мог крутить руль без “закусываний” со скоростью не меньше 1,5 оборота в секунду. Избыточное давление стравливает перепускной клапан.

Сделать управление комфортным как при парковках, так и на скоростной трассе, помогают рулевые механизмы с переменным передаточным отношением: в центре рейки зубья нарезаны с маленьким шагом, на концах — шаг больше. При незначительных углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато, разворачиваясь, крутить баранку приходится меньше.

Дополнительный комфорт и безопасность привнесли системы, регулирующие усилие на руле в зависимости от скорости. Пример — рулевое управление “Сервотроник”.

Представим, что водитель поворачивает направо. Золотник открывает путь жидкости к силовому цилиндру, помогающему рейке поворачивать колеса. Одновременно масло через электромагнитный клапан (им управляет электронный блок, получающий информацию от датчика скорости) начинает поступать в камеру обратного действия. Один из перепускных клапанов открывается, возникает разница давлений, и поршень, опускаясь, ограничивает ход золотника. Давление в силовом цилиндре гидроусилителя падает, а усилие на руле, напротив, возрастает. Когда водитель перестает крутить баранку — золотник и обратный клапан закрываются.

При повороте влево открывается другой перепускной клапан, а поршень поднимается, вновь корректируя передвижение золотника, давление стравливается в другой части силового цилиндра.

При парковке и движении черепашьим шагом (примерно до 20 км/ч) электромагнитный клапан, ограничивающий подачу жидкости в камеру обратного действия, закрыт — руль можно повернуть одним пальцем. С ростом скорости клапан постепенно открывается и усилие на штурвале возрастает.

Устройство работает эффективно и надежно. Но гидравлический насос забирает силы у двигателя, а значит, тот съедает лишнее топливо, вредит экологии. Особенно нежелателен такой “нахлебник” маломощным моторам. Конструкторы нашли иное решение: давление рабочей жидкости нагнетает электрический насос. Блок управления получает информацию от датчиков вращения руля и скорости автомобиля.

Производители скрупулезно подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км. Немаловажно, что инженерам проще подбирать характеристики, настраивать устройство для конкретной модели.

🔎 Активное рулевое управление

Следующий шаг — так называемое активное управление (Active Steering). Главное преимущество — возможность изменять передаточное отношение между рулем и колесами. На пути от баранки к рулевому механизму с гидроусилителем встроена планетарная передача с электромотором.

Когда вы отъезжаете от тротуара, передаточное отношение минимально, а количество полных оборотов руля не более двух. С ростом скорости машины управление становится менее чувствительным, а стоит вырваться на загородную трассу — электромотор, подкручивая водило планетарного редуктора, увеличит передаточное отношение.

Активное рулевое управление, сотрудничая с другими системами, способно помочь и в сложных ситуациях. Например, машину занесло. Компьютер, опросив датчики угла поворота руля и скорости вращения колес, включит электромотор. Тот уменьшит передаточное отношение, чтобы водителю было легче удержать автомобиль на нужной траектории. Активный руль полезен и при экстренном торможении с АBS: если остановиться вовремя не удается, шоферу проще уйти от столкновения.

Читать еще:  Bentley Bentayga Mulliner 2018

Вероятно, вскоре системы активного рулевого управления пропишутся на многих автомобилях, пока им на смену не придет так называемое управление по проводам.

🔎 Электромеханические усилители рулевого управления

Электромеханические усилители рулевого управленияУспешные попытки вытеснить гидравлику из рулевого управления предприняли в конце прошлого века. Сегодня на некоторых автомобилях уже работают электромеханические усилители.

Принцип действия электро- и гидроусилителя во многом схож. Поворачивая штурвал, водитель закручивает торсион — чувствительный элемент, посылающий сигнал компьютеру. Тот отдает команду электромотору, который подкручивает рулевой вал, снижая усилие на руле.

Широкое распространение электро- и гидроусилителей сдерживает нынешний 12-вольтовый стандарт электрооборудования автомобиля. Поэтому пока они встречаются лишь на небольших автомобилях.

🔎 Управление по проводам

И все-таки будущее, видимо, не за хитрой механикой или гидравликой, усложненными электроникой. Гранды автомобилестроения вовсю работают над системами без механической связи между рулем и колесами — так называемым управлением по проводам (steering by wire).

Вращение руля отслеживает специальный датчик. Электронный блок, получая информацию о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, посылает сигнал на актуаторы — электромоторы, поворачивающие колеса.

Преимущества такой системы очевидны. В критической ситуации автомобиль сможет самостоятельно (причем быстрее человека!) повернуть колеса на нужный угол. Допустим, системе стабилизации не удалось предотвратить занос, и машина, как волчок, закрутилась на обледеневшем шоссе. Быстродействующая электроника, опросив датчики, повернет руль, куда и на сколько нужно, и притормозит одно или пару колес.

Самостоятельность автомобиля намного упростит жизнь водителю: например, компьютер ловко припаркуется. А когда машины научат хорошо “видеть”, они смогут даже объезжать препятствия.

Такие системы выгодны и технологически: протянуть провода куда проще, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку — разные углы поворота колес задают сами электромоторы. Кстати, и с точки зрения пассивной безопасности такая конструкция лучше.

Концептов без традиционного управления уже немало. Видимо, серийные автомобили появятся в обозримом будущем. А потом, глядишь, привычный руль заменит многофункциональный джойстик — им водитель будет корректировать не только направление, но и скорость.

Спасибо, что прочитали статью до конца 👍
Удачи на дорогах 😉

Разновидности современных систем усилителя руля: достоинства и недостатки

Многие автомобилисты со стажем прекрасно помнят о том, как сложно было в прошлом управлять автомобилями, которые не оснащались гидроусилителем руля. Действительно, если бы для рулевого управления требовалось столько же усилий, сколько требуется в действительности на поворот передних колёс, то процедура управления автомобилем не доставляла бы нам никакого удовольствия. Специально для упрощения управления были разработаны усилители руля, о современных модификациях которых мы и поговорим в этой статье.

Используемые сегодня усилителя руля позволяют существенно уменьшить необходимое усилие для поворота руля, при этом вся рулевая система отлично защищена от ударов и вибрации, которые неизменно возникают при использовании автомобиля на разбитых дорогах.

В настоящее время на автомобилях используется три различных типа усилителей рулевого управления:

3. Электрические усилители.

Первоначально использовались простейшие гидравлические устройства, которые впервые появились в США еще в середине прошлого века. Это надежная и простая в ремонте конструкция, которая с успехом использовалась на протяжении многих десятков лет.

В девяностых годах прошлого века появилось новое поколение электрогидравлических рулевых усилителей, в которых часть работа выполнялась электродвигателями, что, по замыслу инженеров, должно было повысить эффективность использования таких автомобилей. Однако электрогидравлические рулевые усилители зарекомендовали себя не с лучшей стороны. Они не отличались надежностью, были сложны в ремонте и эксплуатации, при этом не было каких-либо существенных преимуществ в сравнении с классической гидравликой у автомобилей, оснащенных такими технологиями.

Лишь в начале двухтысячных годов появились первые электрические усилители, которые пользовались большой популярностью у автовладельцев, они обеспечивали не только простоту управления автомобилем, но и повышали безопасность на высокой скорости.

Рассмотрим поподробнее такие современные технологии усилителей рулевого управления.

Гидравлический усилитель

Гидравлические усилители, несмотря на свою относительную простоту конструкции, отличаются эффективностью, при этом они надежны и просты в использовании. Такой усилитель включает бачок с гидравлической жидкостью, а также насос с приводом от двигателя, который и отвечает за нагнетание в системе необходимого давления. Принцип действия таких гидравлических усилителей чрезвычайно прост. Используемая помпа обеспечивает давление в системе гидравлики, что путем воздействия на рулевую рейку существенно упрощает вращение руля.

Читать еще:  Принципы работы кислородного датчика, лямбда зонда

Преимущества гидравлических усилителей:

1. Точное управление.

2. Безопасность при отказе гидроусилителя.

3. Амортизация ударов и полная защита рулевой колонки от повреждения.

4. Упрощение маневрирования на низкой скорости.

Однако и недостатки у таких гидравлических усилителей всё же имеются. Это ненадежность гидравлических трубок, что приводит к протечкам и необходимости ремонта. Также постоянно работающий гидродвигатель усилителя приводит к увеличению расхода топлива.

Электрогидравлические усилители

Электрогидравлический усилитель представляет собой модернизированную технологию гидравлики, в котором привод насоса осуществляется не от двигателя, а от электромотора. Подобное позволяет существенно сократить расход топлива, причём экономия может составить порядка 1 литра бензина на 100 километров пробега автомобиля.

В таких электрогидравлических усилителях насос работает не постоянно, а лишь при изменении положения руля. При этом механическое соединение рулевой колонки и рейки сохраняется, соответственно обеспечивается качественная обратная связь водителя с дорогой.

Преимущества электрогидравлических усилителей рулевых управлений:

2. Экономия топлива.

Недостаток у электрогидравлического усилителя – это ненадежность используемого электрооборудования, что приводит к необходимости частого ремонта, а сама система крайне критична к качеству сервиса.

Электрические усилители руля

Основой такого механизма является специальный электропривод, который передает соответствующие сигналы от рулевой колонки на рейку и к сервоприводу каждого колеса. В зависимости от своей модификации у такого электрического усилителя может отсутствовать прямая связь между баранкой и рулевой рейкой.

Принцип действия электрического усилителя чрезвычайно прост. Вращение рулевого колеса измеряется соответствующими датчиками, после чего сигналы передаются электронному блоку управления и в последующем пересылаются на электродвигатель, вращающий рейку.

Преимуществом данной технологии является следующее:

1. Экономия расхода топлива.

2. Наличие обратной связи с дорогой.

3. Возможность изменения передаточного числа на высокой и низкой скорости.

4. Надежность используемого оборудования.

В сравнении с электрогидравлической системой последнее поколение усилителей отличаются лучшей надежностью, при этом отсутствие механической связи рулевой колонки и рейки избавляет водителя от вибрации и ударов на руле, которые могут возникать при эксплуатации автомобиля на разбитых дорогах.

Большинство новых автомобилей сегодня оснащаются именно таким электрическим усилителем руля, что объясняется простотой обслуживания, надежностью и эффективностью такой системы.

Выводы

На сегодняшний день именно электрические усилители руля являются самыми надежными и практичными. Использование данной технологии позволяет обеспечить существенное упрощение управление автомобилем, при этом на малых скоростях руль от упора до упора делает около одного-полутора оборотов, тогда как на высокой скорости управление становится максимально острым и информативным. Современные электрические усилители руля обеспечивают удобство управления автомобилем вне зависимости от скорости машины, при этом водитель получает полный контроль над транспортным средством, отличную обратную связь и возможность значительной экономии топлива в сравнении с использованием классических гидравлических усилителей руля.

Устройство и виды рулевого управления автомобиля

Рулевое управление — одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств — это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.

Устройство системы рулевого управления

Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

  • Рулевое колесо (руль) — предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
  • Рулевая колонка — выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
  • Рулевой механизм — выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
  • Рулевой привод — состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
  • Усилитель рулевого управления — повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
  • Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или «демпфер», электронные системы).
Читать еще:  Что такое рейлинги на авто

Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.

Виды рулевого управления

В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:

  • Реечный — самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
  • Червячный — обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
  • Винтовой — принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.

В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:

  • С гидравлическим усилителем (ГУР). Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
  • С электрическим усилителем (ЭУР). Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
  • С электрогидравлическим усилителем (ЭГУР). Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

  • Активного рулевого управления (AFS) — система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
  • Динамического рулевого управления — работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
  • Адаптивного рулевого управления для транспортных средств — главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

  • Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
  • Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
  • Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
  • При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

  • 10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
  • 20° для автобусов и подобных транспортных средств;
  • 25° для грузовых автомобилей.

Особенности правостороннего и левостороннего руля

В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).

В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.

В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.

Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.

Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector