Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля


Кто бы знал, что раньше в конструкции автомобиля даже не было намека на усиление рулевого управления с помощью какого-либо механизма. Всего-то и было из средств уменьшения нагрузки на человека это увеличить передаточное отношение привода да и сделать побольше баранку руля. Сейчас умы автомобильных конструкторов придумали аж целых два устройства: гидроусилитель руля (ГУР) и электроусилитель руля (ЭУР). Как же они работают и в чем их преимущество, рассмотрим в данной статье.

Разновидности рулевого механизма

В автомобильной конструкции присутствует 3 разновидности рулевого механизма. Первый, «жигулевский», классический, известный как червяк-сектор или червяк-ролик. В основе его лежит червячная шестеренчатая пара, которая в свою очередь и управляет тягой рулевой трапеции. Такой рулевой механизм еще называют червячным.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Схема червячного редуктора

Его место в дальнейшем заменила более сложная модификация с названием винт-шарик-гайка-рейка-сектор. Принцип винтового механизма лежит в толкании шариками, расположенными на рулевом валу, поршня-рейку. Он в свою очередь вращает зубчатым сектором, который находится на рулевой сошке.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Устройство винтового редуктора

После распространения легковых автомобилей с передним приводом, снова появился новый рулевой механизм под названием шестерня-рейка или просто реечный. Практика показала, что такая компоновка идеальная для очень популярной и по ныне подвески McPherson. Реечный РМ помогает обеспечить более легкую и точную работу рулевого управления.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Механизм «шестерня-рейка»

На данный момент шестерня-рейка занимает первое место по распространению в легковом автомобиле. Более тяжелые машины (грузовики, пикапы, реальные внедорожники) могут эксплуатироваться с другим рулевым устройством на винте, гайке и с рециркулирующими шариками.

Гидроусилитель руля — ГУР

Рулевой механизм, как правило, работает совместно с гидроусилителем автомобиля. Все вместе механизмы называются интегральными усилителями. Рабочая жидкость гидроусилителя в иномарках обозначается как ATF – такое же масло используется и для АКПП. Отечественные машины «кушают» маркировочное масло с индексом P. По свойствам его можно спутать с «веретенкой».

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Устройство и основные компоненты ГУР

Масло нагнетается в золотниковый распределитель. Давление обычно держится в районе 50-100 атмосфер. Масло засасывается из бачка роторным или аксиально-поршневым насосом, работающим на ременной передаче с коленчатым валом. Распределитель помогает распознать степень усилия, оказываемого на руль и строго дозировать повороты управляемых колес.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Насос ГУР

В рулевой вал встраивают торсион, служащий следящим устройством при движении автомобиля. При стоянке или прямолинейном участке, на рулевом валу нет усилий, поэтому торсион не работает. Как только водитель изменяет направление движения, возникает сопротивление колес. Из-за этого происходит закручивание торсиона – он принимается «работать» и определять степень усилия, оказываемое на руль водителем. Открываются дозирующие каналы распределителя и начинает поступать масло из бачка.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Механизм «винт-гайка» за счет большого давления, подаваемого в определенную область, перемещает поршень вдоль вала рулевого управления. Реечное устройство подает масло, соответственно, в реечный корпус, подталкивая поршень в ту или другую сторону. Если руль вывернут до упора, происходит срабатывание предохранительных клапанов, которые тут же сбрасывают лишнее масло и предотвращают повреждение всего механизма.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Недочеты рулевых усилителей

Безусловно рулевой усилитель – это помощник многих водителей при совершении маневров, связанных с большим количеством поворотов руля, которые требуют максимальной отдачи. Но у этого механизма существует еще один достаточно существенный «бонус». Благодаря ему все неровности дороги, передаваемые через рулевую колонку, скрадываются и превращаются в едва ощутимые толчки.

К недостаткам водители с автомобилями, оборудованными ГУР, часто относят слишком податливый руль. Активно помогающий водителю гидроусилитель может оказать ему медвежью услугу в плане обеспечения чувства самого автомобиля.

Конструктора имеют чертовски сложную задачу настройки ходовой части. Нужно четко найти баланс между хорошей информативностью рулевого привода и прилагаемым усилием. Увязать воедино множество факторов: эффективность насоса, параметры золотникового распределителя, торсионную жесткость, геометрические составляющие подвески и установочные углы колес (связаны с возвращающим усилием), уводные характеристики шин и такой интересный фактор, как жесткость кузова на скручивание. И это далеко не все! Понятно, что безупречно настроить будет ой как трудно! Поэтому большинство фирм специально выбирают меньшую информативность руля, предлагая своим клиентам взамен лучший комфорт вождения.

Ещё одна немаловажная вещь настройки руля заключается в том, чтобы при изменении скорости автомобиля, изменялось и само необходимое усилие. Например, при маленьких скоростях «баранка» была бы легкой, а при больших становилась более упертой и информативной. Существуют модификации гидроусилителей где совместно с золотником работает электрогидравлический модулятор давления. Он накладывает некоторые ограничения на помощь ГУР водителю. Разработка принадлежит немецким конструкторам и называется ZF Servotronic.

Правда, мир знает еще одно решение для увеличения информативности руля. И опять в помощь приходит электроника. Насос гидроусилителя напрямую подключают к электромотору, частота вращения которого связана с производительностью самого насоса. Можно, конечно, вообще полностью отключать функцию насоса для экономии топлива (гидронасос расходует некоторое количество лошадиных сил), но это неосуществимо. Практическая эксплуатация такого решения приведет к «закусыванию» руля – давление в системе не может возрасти мгновенно.

Электроусилитель руля — ЭУР

В этом усилители нет ни одного намека на гидравлику! Следящее устройство имеет на торсионе датчик, от которого зависит полярность и сила тока, подающегося на обмотки электромотора. Электромотор связывает с рулевым механизмом червячная передача. ЭУР поддается любой настройке и благодаря датчику скорости имеет возможность изменять характеристику усилия с зависимостью, заложенной конструкторами в блок память.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля
Схема элементов электроусилителя руля

Также можно записать в пользу ЭУР:

  • Работа усилителя не зависит от параметров работы двигателя автомобиля;
  • Возможность более точной настройки руля в отношении к скорости передвижения автомобиля;
  • Температурные перепады – не помеха в работе усилителя;
  • Небольшие эксплуатационные расходы.

Электроусилитель руля экономит энергию и потребляет ее непосредственно во время вращения колес, чем не похвастается гидроусилитель. В ГУРе главный растратчик энергии – это рабочая жидкость. Она должна постоянно поддерживать давление в системе, на что идут дополнительные энергоресурсы.

С коэффициентом полезного действия электродвигатель лучше «дружит», чем гидронасос, что непосредственно сказывается и на эффективности УР.

  • В электроусилителе отсутствуют шланги, прокладки, сальники, жидкости, что сразу делают его теоретически более надежным;
  • При эксплуатации не надо заменять или доливать рабочую жидкость;
  • Электроника лучше настраивает симметрию руля и поэтому практически отсутствует разница между левым и правым вращением.

Для ЭУР имеется большое разнообразие компоновок для встраивания его в конструкцию автомобиля.

Рулевое устройство и передаточное отношение

А как дела обстоят у конструкторов с передаточным отношением? Ведь для комфорта вождения на разных скоростях движения требуется разная чувствительность рулевого управления. При парковочных действиях, чтобы руль поворачивался на небольшой угол, требуется как можно меньшее передаточное отношение, а на высоких скоростях – это только напрягает. Следовательно, надо вводить несколько разновидностей реечного рулевого механизма.

В конструкции усилителя можно встретить интересный вариант рейки. Зубья у нее имеют переменный профиль: треугольные размещены в зоне около «нуля», а трапецеидальные присутствуют только по краям. В итоге при зацеплении мы имеем разное передаточное отношение благодаря разным плечевым отрезкам зубьев.Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Конечно, конструктора пошли дальше и появился новый вариант, где не только рейка, но и шестерня имеют переменные шаги, профили и кривизну. В таком случае шестерня должна двигаться вверх-вниз, но зато какой большой диапазон она предоставляет!

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Известная автомобильная фирма продемонстрировала еще одну занимательную конструкцию рулевого усилителя. Главная роль предоставляется двум рейкам, одна устанавливается внутри другой коаксиально (т.е. у них одна общая ось), и они связываются через червячную передачу с электрическим мотором. Первая рейка находится в контакте с рулевым валом через шестерни, а вторая подключена к рулевым тягам.

Как все это работает. Управляющий блок подает сигнал электродвигателю, а тот приводит в движение ведомую рейку, которая начинает ходить в соответствующую сторону от ведущей. Автомобиль при этом начинают поворачивать на заданный угол.

Итоги

Какому усилителю отдать предпочтение? Кто-то по привычке выбирает уже опробованный вариант, а кто-то вносит в свою жизнь чуточку нового. Оба механизма по своей структуре и принципы действия примерно равны. Но если отталкиваться от варианта, что ЭУР был разработан немного позднее и кое-какие недостатки предшествующего усилителя в нем были исправлены, то можно считать, что электроусилитель более продвинутый.


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: