Знакомимся с надежной системой рулевого управления — электроусилителем руля. Что лучше - гидроусилитель или электроусилитель руля? Плюсы и минусы ГУР и ЭУР Что значит активный усилитель руля

Рассмотрим принцип работы электроусилителя рулевого управления, устройство, схему, плюсы и минусы, а так же основные неисправности. В конце статьи смотрите видео – принцип работы электроусилителя.

Содержание статьи:

Электроусилитель рулевого управления автомобиля (электроусилитель руля) - предназначен для минимизации усилий водителя во время поворота руля. Тем самым увеличивая комфорт и безопасность. Основной плюс это полное отсутствие гидравлических элементов и механизмов в системе, что так же повышает безопасность автомобиля. Благодаря электронике, за счет которой работает усилитель, инженеры смогли реализовать множество дополнительных функций, которые нельзя установить на гидравлический усилитель.

Что такое электроусилитель руля

Электроусилитель - это высокотехнологичный узел, который исключает гидравлику и работает полностью на основе электроники. Если сравнивать гидравлику и электронику, то последний стремительно набирает популярности, как среди водителей, так и производителей. Основной плюс это стоимость производства, которая на порядок меньше, чем гидравлический, к тому же практически не требует внимания.

Большая часть управления приходится на датчики и электронику, которые следят за действиями водителя, анализируют полученные данные и передают сигналы на исполнительные механизмы для поворота колес. Среди частых поломок, скорей носят характер дефекта, изъяны в управлении, изнашиваемость деталей и прочее. Между тем, производитель учитывает всевозможные недочеты и по мере возможности, устраняет их. Если говорить в общем, о качестве и комфорте, то основой плюс – отсутствие передачи вибрации и ударов на руль.

Как устроен электроусилитель руля автомобиля

Если с основным назначением электроусилителя руля понятно, то вот принцип строения вовсе отличается от . На сегодня устройство ЭУР (электроусилитель) во многом зависит от производителя автомобиля, но специалисты выделяют классический вариант, устройство которого не меняется. В стандартный набор входит электродвигатель на рулевой колонке, передача механическая (шестеренчатая), а так же система управления на базе электронного блока. Каждая из перечисленных деталей выполняет свою важную роль.

Например, электродвигатель (электромотор) , как правило, это асинхронный двигатель, приводит в действие усилитель руля. Хотя и здесь выделяют несколько схем и принципов установки такого электродвигателя. Первый вариант, когда электродвигатель передает усилие непосредственно на вал руля. Механизм устанавливается на рулевую колонку, посредством механической передачи (шестеренок или червячной передачи), усилие передается от двигателя к рулевому колесу. Как показывает практика, такой вариант устройства электроусилителя отживает свое и менее востребован.

Второй вариант установки, когда электромотор передает усилие на саму рулевую рейку. Можно сказать это более практичный вариант устройства электроусилителя и более востребованный (распространенный) среди современных автомобилей. Существует два основных подвида, когда передача усилия ведется через две шестерни или за счет параллельного привода. С параллельным приводом усилие электродвигателя передается непосредственно на рулевую рейку всего механизма, за счет ремня или винт-шариковой передачи. Если же ЭУР на основе двух шестеренок, то передача усилия идет на рулевую рейку от руля за счет одно шестерни. Что касается второй шестерни, то на нее усилие передается с помощью электродвигателя.

Не менее важным элементом электроусилителя считается редуктор . По виду это механическая передача, состоящая с шестеренки и червячного элемента. В зависимости от устройства электроусилителя и самой модели автомобиля, данное соединение может менять форму, а так же само устройство. Основой задачей считают преобразования усилия поворота руля на рулевую рейку или же от руля на электродвигатель. Соединены детали между собой, как правило, под углом в 90 градусов.

Последняя и самая незаменимая деталь электроусилителя руля – электронный блок управления . Можно сказать, что это сердце всего механизма, так как именно он получает сигналы, обрабатывает их и решается дальнейшие действия других механизмов системы. По структуре строения – набор микросхем, логический блок, предохранители и прочие элементы, отвечающие за работу электронной платы.

Помимо перечисленных основных механизмов, так же выделяют датчики поворота руля (влево и вправо), датчики крутящего момента (реактивного усилия). Выделяют еще и защитные механизмы, отвечающие за контроль и минимизацию определенных величин. Например, угол поворота руля – распознавание стиля езды, спортивный или плавный городской. Скорость поворота колес - в зависимости от пожеланий водителя или выбранного режима подвески. Такие элементы отвечают не только за электроусилитель руля, но и управление других деталей автомобиля (подвески, двигателя и трансмиссии). Благодаря использованию электроники в усилителе руля, инженерам удалось соединить ранее отдельные механизмы в одно целое, а посредством электронных блоков управлений – научить их взаимодействовать друг с другом.

На фото представлена схема электроусилителя рулевого управления автомобиля

рулевое колесо;
колонка рулевого механизма;
карданный вал для передачи усилия руля;
электродвигатель усилителя (электромотор);
датчик для определения крутящего момента;
рулевой механизм;
электронный блок управления усилителем.

В зависимости от производителя и модели автомобиля, смеха устройства электроусилителя рулевого управления может отличаться. Как дополнение, могут быть установлены дополнительные датчики, а так же связь с другими системами безопасности и комфорта.

Как работает электроусилитель рулевого управления авто

Принцип работы электроусилителя руля автомобиля чем-то напоминает классический вариант гидроусилителя, но с доработкой в сторону электроники. Все начало стартует с момента поворота рулевого колеса влево или вправо. В этот момент происходит скручивание торсиона (торсионного вала) и с обратной его стороны происходит движение.

В свою очередь, датчики угла поворота руля и датчик крутящего момента считывают информацию и передают её на электронный блок управления. ЭБУ рассчитывает полученную информацию, сравнивает данные с другими датчиками и системами и как результат – рассчитывает усилие для электродвигателя, которое необходимо приложить для облегчения водителю повернуть .

Электродвигатель усилителя не остается в стороне. Получив команду от блока управления, он начинает воздействовать на рулевой вал или рулевую рейку (зависит от типа электроусилителя). Скорость отработки электромотора усилителя прямо пропорционально зависит от силы тока. Чем больше ток подается на электромотор, тем он быстрей вращает механизм, соответственно, чем меньше ток, тем медленней будет вращаться двигатель. Помимо основного принцип работы механизмов электроусилителя руля, так же выделяют ситуации, в которых механизм будет отрабатывать разные режимы (те или иные детали меняют настройки). Выделяют 5 основных ситуаций:

система поддерживает колеса в среднем, основном положении;
машина поворачивает на малой скорости;
механизм возвращает колеса в среднее положение из крайнего;
машина поворачивает на большой скорости;
иные варианты поворота автомобиля на обычной допустимой скорости.

Именно по этим режимам можно делать выводы о качестве работы электроусилителя, а так же его возможностях, комфорте и безопасности. Отработав всю цепочку, напоследок усилие поворота руля передается на рулевую рейку, рулевые тяги и на ведущие колеса для смены траектории автомобиля.

Положительные и отрицательные моменты электроусилителя руля

Как и любой механизм электроусилитель управления имеет положительные и отрицательные моменты, как по комфорту, так и строению механизма. Для начала рассмотрим минусы механизма:

механизм электроусилителя в большей части применяется на легковых автомобилях, так как мощности недостаточно для грузовых автомобилей (последний год компания Volvo работает над электроусилителем для грузовиков);
высокая стоимость в сравнении с гидравликой;
невысокая влагозащита.

С положительных моментов электроусилителя можно отметить:

значительная экономия топлива, так как нет нагрузки на двигатель;
надежность (отсутствует система гидравлики и вариант вытекания жидкости);
лучшее взаимодействие между водителем и механизмом;
отсутствие передачи вибрации от колес на рулевое колесо;
простота обслуживания и компактность механизмов;
широкий спектр возможностей по регулировке характеристик;
возможность реализации других вспомогательных систем водителю.

Это минимальный список того, что может быть положительного и негативного в электроусилителе рулевого колеса. Основной и самый огромный плюс отличия от гидравлики – возможность реализации дополнительных систем безопасности, например, автопилот, система автоматической парковки, механизм подруливания и удержания автомобиля на полосе, а так же десятки других возможностей.

Частые неисправности электроусилителя

Каким бы не был идеальным механизм электроусилителя, рано или поздно он будет нуждаться в ремонте или замене отдельных деталей. Чтоб понять, чем может огорчить водителя такой механизм, рассмотрим самые основные и частые неисправности механизма. Первым и основным признаком неисправности электроусилителя – появления соответствующего индикатора, в виде руля с восклицательным знаком на панели приборов. Не исключен вариант, когда вместо изображения руля, производитель использует сокращенную надпись «EPS». Это по сути одно и то же, только разница в стандартизации и периоде производства автомобиля.

Как показывается практика и статистика, с технических частей чаще всего выходят датчики, в особенности датчик поворота угла руля и датчик крутящего момента. Так же выйти из строя может электродвигатель, ведь основное управление и постоянное движение осуществляется за его счет. В завершение к неисправностям так же относят электронный диск в современных автомобилях, за счет которого происходит считывание угла поворота руля, а так же резкость и усилие.

Стоимость деталей и ремонт электроусилителя

Как уже говорили, электроусилитель не прихотливый, но все же чего стоит ожидать, когда выходит та или иная деталь механизма, во сколько обойдется такой ремонт и сколько приблизительно детали вытянут из кармана. Для начала рассмотрим стоимость деталей электроусилителя, так как в большей части ремонт можно провести самостоятельно.

Стоимость деталей для электроусилителя руля автомобиля
Наименование	Марка, модель авто	Цена от, руб.	Цена от, грн.
Рулевая рейка	Lexus CT200H, GS300	24100	9512
Электродвигатель	ВАЗ Калина	7500	3000
Блок управления	Nissan X-Trail T31	3450	1359
Рулевая рейка	Toyota RAV-4 2006-2012	16950	6761
Блок управления	Chevrolet Captiva C140	1350	541
Жгут проводки	ВАЗ 1118	1875	750

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.

Соответственно отсюда и столь высокая стоимость, чем дороже и выше по классу автомобиль, тем дороже стоят детали электроусилителя. Если все же по каким-то причинам нет возможности самостоятельно отремонтировать в домашних условиях, рассмотрим, сколько обойдется подобный ремонт на СТО.

Стоимость ремонта и обслуживания ЭРУ
Наименование	Цена от, руб.	Цена от, грн.
Снятие и установка рулевой рейки	1250-3750	500-1500
Ремонт рулевой рейки	3750-7500	1500-3000
Регулировка рейки (без опускания подрамника)	250-500	100-200
Регулировка рейки (с опусканием подрамника)	500-1250	200-500
Диагностика элементов ЭРУ (двигатель, датчики, шестерни) на стенде	500	200

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. К тому же есть неограниченный полет фантазий, для реализации новых систем, которые в дальнейшем могут вполне заменить водителя или существенно облегчить управление.

Видео-обзор принцип работы электроусилителя руля:

Облегчение рулевого управления автомобилем долгое время являлось непростой и важной задачей для конструкторов. Создание усилителей руля существенно упростило процесс управления транспортным средством и, отчасти, повлияло на повышение безопасности. Это связано с тем, что повысилась скорость реакции водителя на нештатные ситуации, поскольку маневрирование занимает меньше времени.

В настоящее время усилители рулевого управления различных типов устанавливаются практически на все автомобили, независимо от своего класса. Если первые усилители были гидравлические, и устанавливались в основном на большегрузные авто, поскольку отличались сложностью конструкции, большими габаритами и массой, то современные электроусилители руля обладают малыми габаритами и более простой конструкцией. Поэтому даже автомобили эконом класса без электроусилителя руля с конвейера практически не сходят.

Что лучше - гидро- или электроусилитель рулевого управления

Большинство автопроизводителей все чаще отдает предпочтение именно электрическому усилителю. На это имеется достаточное количество причин:

небольшие габариты всей конструкции;
высокая точность и информативность при управлении авто;
простота электроусилителя, малое количество сбоев при работе;
простое обслуживание, не требующее контроля уровня масла и состояния приводов, шлангов;
ГУР не позволяет держать колеса в крайних положениях свыше пяти секунд, иначе велика возможность перегрева масла и поломки устройства.

Гидравлические усилители руля наряду со сложностью, отличаются и своей зависимостью от двигателя, что приводит к общему увеличению расхода горючего. Цифра сравнительно небольшая - не более 0,5 литра на сотню, но и она для многих автомобилистов имеет значение. Стоит отметить и еще одну не особо приятную особенность гидроусилителя руля - не самая высокая точность. Для совершения крутого маневра руль придется выкручивать многократно.

Благодаря появлению электроусилителя рулевого управления, стало возможным оснащение ТС дополнительными опциями, повышающими безопасность и комфорт для водителя. К числу таких можно отнести систему, помогающую парковаться в автоматическом режиме, соблюдать рядность движения и т. п. Система курсовой устойчивости современного ТС также задействует электроусилитель руля.

Принцип работы электроусилителя руля

В зависимости от класса авто, компоновка устройства может выполняться двумя способами.

Передача усилия осуществляется на вал самого рулевого колеса - используется для ТС малого/среднего размера.
Усилие поступает на саму рулевую рейку - эта компоновка наблюдается на больших ТС и микроавтобусах.

Вне зависимости от компоновки, любой электроусилитель руля состоит из следующих базовых узлов:

датчики входа, контролирующие угол поворота руля и его крутящий момент;
блок управления, собирающий и обрабатывающий поступающие данные от датчиков, а также других систем, к примеру, ABS;
электродвигатель, обеспечивающий необходимое усиление вращения.

Понять, как работает электроусилитель руля не так легко, как может показаться на первый взгляд. Каждый раз, когда водитель совершает движение рулем, это усилие через торсион поступает на механизм руля. Датчики, расположенные на входе, мгновенно фиксируют это усилие и передают информацию в блок управления, куда стекаются сигналы не только от рулевого колеса, но также от ABS и коленвала. После сложного анализа блок генерирует управляющий сигнал, который отправляется непосредственно на электромотор.

Устройство электроусилителя руля, которыми оснащены современные транспортные средства, позволяет им работать в нескольких режимах на любых скоростях. Кроме того, полезным является и режим мониторинга средней позиции колес, помогающий водителю вернуть их в правильную позицию после совершения маневров, если в шинах отличается давление или при сильном боковом ветре. Таким образом исправный электроусилитель упрощает управление ТС и повышает безопасность на дороге.

Возможные режимы работы электроусилителя рулевого управления

Большинство водителей, особенно во время длительных поездок, не задумываются над тем, как работает в этот момент их электроусилитель руля. Число возможных работы четыре.

Стандартный. Режим, в котором работает электроусилитель руля основную часть времени. Водителю приходится прикладывать совсем небольшие усилия при маневрировании, поскольку система делает всю основную работу по повороту и коррекции колес самостоятельно, основываясь на данных с входных датчиков и прочих систем автомобиля.
Поворот, осуществляемый на минимальной скорости вращения колес. Его особенность - широкий диапазон вращения руля, поскольку чаще такое действие приходится выполнять в момент парковки транспортного средства. Для облегчения задачи водителю, электронные компоненты гарантируют усиленный крутящий момент - в результате полностью выкрутить руль может даже слабая женщина.
Поворот на высоких скоростях. В целях безопасности будет лучше, когда на высокой скорости поворот руля будет несколько затрудненным. Когда электронный блок фиксирует высокую скорость, основное усилие на руль приходится оказывать водителю, электроусилитель помогает в малой степени.
Возврат колес в среднее положение. После любого маневра ТС, электроусилитель руля отслеживает позицию колес, и практически автоматически возвращает их в среднее положение, что существенно упрощает процесс управления авто для неопытного автолюбителя.

Возможные неисправности ЭУР

Несмотря на достаточную надежность, этот важный элемент может давать сбои в работе, что напрямую влияет на безопасность. Поэтому оставлять ситуацию «как есть» крайне нежелательно, и неисправность следует устранить как можно скорее. Стоит отметить, что нередко ЭУР отключается незаметно, т. е. на дисплей бортового компьютера сообщение об ошибке не выводится. Поэтому время от времени нелишним окажется проведение следующего теста:

при заглушенном двигателе совершить несколько поворотов рулем;
завести мотор, вращение рулем повторить;
сравнить оба действия - если усилитель неисправен, руль вращается одинаково трудно, следовательно, требуется срочная диагностика электроусилителя - самостоятельная или в специализированной мастерской.

Не редкость и такая ситуация, когда электроусилитель руля перестает функционировать одновременно со спидометром. В этом случае можно смело грешить на датчик скорости, который работает в прямой связке со спидометром и самим усилителем. Это позволяет регулировать режим работы усилителя в зависимости от скорости ТС. Проблема может быть как в самом датчике, который проще заменить на новый, так и в проводке, коммутирующей все устройства. В последнем случае придется немало повозиться, чтобы найти обрыв.

Ремонт электроусилителя руля может потребоваться и в случае скачков напряжения в бортовой сети. Чаще всего он просто отключается вследствие недостаточного напряжения - от повышенного его защищает предохранитель. Но отключения электроусилителя руля из-за низкого напряжения не проходят бесследно, и крайне нежелательно допускать такие ситуации. Внезапное отключение электроусилителя руля может быть связано не только с аккумулятором, но и с генератором, а также с проводкой - все они должны регулярно проверяться. О ремонте электроусилителя и о том, стоит ли это делать самостоятельно показано на видео:

Электроусилитель руля- причины неадекватного поведения

Не так уж и редко приходится сталкиваться с тем, что порой говорить о неисправности электроусилителя руля даже не приходится - он просто начинает вести себя совершенно непредсказуемо. К примеру, при движении по ровной дороге прямо, электроусилитель начинает резкий поворот в сторону, когда водитель не прикладывал к рулю никаких усилий. Как правило, все это сопровождается сильными толчками в руль со стороны ЭУР. Ситуация является весьма опасной, поскольку авто в считанные секунды может оказаться на полосе встречного движения, и водитель ничего не успеет с этим сделать.

При малейших признаках подобного «самоуправства» со стороны усилителя движение необходимо прекратить немедленно. Если такая ситуация наблюдается за городом, где отсутствуют сервисные мастерские, а продолжать движение все-таки необходимо - можно временно извлечь предохранитель устройства, принудительно отключив его. Ехать будет не столь комфортно, но зато полностью безопасно. Как только представится возможность, авто с такой неисправностью потребуется отогнать на диагностику.

Выход из строя может быть вызван простым загрязнением контактной группы или из-за датчиков, установленных на входе электроусилителя. В ряде случаев может помочь замена или очистка контактов, но при самостоятельном ремонте нужно быть готовым к тому, что эта процедура не принесет результатов, а менять придется весь электроусилитель. Для отечественных автомобилей его стоимость сравнительно невелика, но в условиях личного гаража его замену проводить не рекомендуется. В специализированной мастерской, после установки нового усилителя будет грамотно проведена перенастройка работы всех узлов рулевого управления.

Главным преимуществом электрического привода рулевого управления относительно является отсутствие гидравлики, а значит насоса гидроцилиндра, шлангов. Это позволяет уменьшить массу усилителя рулевого управления и объем занимаемый управлением в подкапотном пространстве.

Известно, что ряд факторов приводит к уводу автомобиля от прямолинейного движения, например разное , разная степень износа протектора, боковой ветер, поперечный уклон дороги. Применение электромеханического усилителя позволяет активно поддерживать возврат управляемых колес в среднее положение. Эта функция называется «активной самоустановкой» колес. Благодаря ее действию водитель лучше чувствует среднее положение рулевого управления, она облегчает также вождение автомобиля по прямой при воздействии на него различных .

Если при движении по прямой на автомобиль действует боковой ветер или поперечное усилие, вызываемое уклоном дорожного полотна, усилитель создает постоянный поддерживающий момент, который освобождает водителя от необходимости создавать реактивные усилия на рулевом колесе.

Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем на примере автомобиля Opel Corsa показано на рисунке:

Рис. Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем:
1 – электроусилитель; 2 – карданный вал рулевого управления; 3 – рейка привода рулевого управления

Электроусилитель может приводить вал рулевого управления на рулевой колонке, шестерню привода рейки или непосредственно саму рейку.

Рис. Электроусилитель рулевого управления на примере автомобиля Opel Corsa:
1 – электродвигатель; 2 – червяк; 3 – червячное колесо; 4 – скользящая муфта; 5 – потенциометр; 6 – кожух; 7 – рулевой вал; 8 – разъем датчика момента на рулевом валу; 9 — разъем питания электродвигателя

Разрез электроусилителя рулевого управления с приводом рулевого управления на рулевой колонке показан на рисунке:

Рис. Разрез электроусилителя рулевого управления:
1 – трехфазный синхронный электродвигатель; 2 – якорь; 3 – обмотка статора; 4 – датчик положения якоря; 5 – червячное колесо; 6 – рулевой вал; 7 – червяк

Электроусилитель через червячную передачу связан с валом рулевого управления. В зависимости от полярности напряжения питания электродвигатель вращается в ту или иную сторону, помогая водителю поворачивать колеса. Крутящий момент величиной силы тока, определяемой блоком управления действующим согласно заложенной в него программе и сигналам, поступающим от соответствующих датчиков.

Вал электродвигателя, при подаче на двигатель напряжения помогает поворачивать вал привода рулевого колеса через червяк и червячное колесо. Для поддержания постоянной обратной связи с дорогой входной и выходной валы электроусилителя соединены друг с другом через торсион. Приложение усилия к рулевому управлению как со стороны водителя, так и со стороны дороги приводит к закручиванию торсиона до 3-х градусов и изменению взаимной ориентации входного и выходного валов. Это служит сигналом для включения в работу электроусилителя. В зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости автомобиля электродвигатель подкручивает выходной вал, снижая усилие. Работает электродвигатель и при обратном ходе, он помогает возвращать колеса автомобиля и рулевое колесо в первоначальное положение. Торсион при поворотах всегда остается немного скрученным, гарантируя тем самым на руле то усилие, которое необходимо водителю, чтобы чувствовать дорогу.

Один из датчиков находится на торсионе, соединяющем половинки разрезанного рулевого вала, и следит за его закручиванием. С ростом усилия на руле сильнее закручивается торсион – больший ток идет на электромотор усилителя, что соответственно увеличивает помощь водителю.

Второй датчик следит за скоростью автомобиля. Чем она меньше, тем эффективнее помощь в повороте рулевого управления и наоборот, а после 75 км/ч усилитель вообще выключается чтобы не создавать дополнительного сопротивления, редуктор и электромотор разъединяются.

Третий датчик контролирует частоту вращения коленчатого вала двигателя и следит, чтобы усилитель работал только одновременно с ним. Это делается в целях экономии электроэнергии, потому что электроусилитель может потреблять до 105 А.

Производитель автомобилей Ауди предлагают систему реечного электроусилителя с двумя шестернями.

Рис. Схема реечного электроусилителя с двумя шестернями:
1 – датчик момента на рулевом колесе; 2 – электронный блок управления; 3 – электродвигатель усилителя; 4 – шестерня усилителя; 5 – рейка; 6 – датчик угла поворота рулевого колеса; 7 – торсион вала рулевого управления; 8 – шестерня рулевого механизма

Усилитель действует на рейку рулевого механизма через шестерню 3, которая установлена параллельно с основной шестерней рулевого механизма 2. Шестерня усилителя 3 приводится от электродвигателя 4. Передаваемый на шестерню 2 рулевого механизма крутящий момент измеряется датчиком момента 1. Величина развиваемого усилителем крутящего момента устанавливается электронным блоком управления 5 в зависимости от момента на рулевом колесе, скорости автомобиля, угла поворота колес, скорости поворота рулевого вала и других вводимых в него данных.

Электродвигатель и редуктор размещены в общем алюминиевом корпусе 2. На конце вала двигателя нарезан червяк 3.

Рис. Червячная передача привода шестерни усилителя:
1 – электродвигатель; 2 – корпус; 3 – червяк; 4 – вал привода; 5 – демпфер

Червячная передача служит для привода шестерни усилителя. Между червячным колесом и шестерней установлен демпфер 5, который исключает резкое нарастание усилия на рейке при включении усилителя. Положение (угол поворота) ротора электродвигателя определяется с помощью датчика поворота 6. Этот датчик расположен под возвратным и скользящим кольцами подушки безопасности. Он установлен на рулевой колонке между подрулевыми переключателями и рулевым колесом. Датчик генерирует сигнал, соответствующий углу поворота рулевого колеса.

Основными деталями датчика угла поворота рулевого колеса являются кодирующий диск с двумя кольцами и фотоэлектрические пары, каждая из которых содержит источник света и фотоэлемент. На кодирующем диске предусмотрены два кольца: внешнее кольцо 1 с шестью фотоэлектрическими парами, которое служит для определения абсолютных значений угла поворота рулевого колеса, и внутреннее кольцо 2 – для определения приращений этого угла. Кольцо приращений разделено на 5 сегментов по 72°. Оно используется в сочетании с одной фотоэлектрической парой. В пределах каждого из сегментов кольцо имеет несколько вырезов. Чередование вырезов в пределах одного сегмента не изменяется, а в отдельных сегментах оно отличается. Благодаря этому осуществляется кодирование сегментов.

Рис. Схема датчика угла поворота рулевого колеса:
1 – внешнее кольцо абсолютных значений; 2 – внутреннее кольцо приращений; 3 – фотоэлектрическая пара.

Датчик угла поворота рулевого колеса позволяет отсчитывать его в пределах до 1044°. Отсчет угла производится путем суммирования числа градусов. При переходе через метку, соответствующую 360°, датчик регистрирует завершение поворота на один полный оборот. Конструкцией рулевого механизма предусмотрена возможность поворота рулевого колеса на 2,76 оборота.

На рулевом колесе установлен датчик момента 3.

Рис. Датчик момента на рулевом колесе:
1 – рулевой вал; 2 – магнитное кольцо; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – вал шестерня; 5 – витой кабель; 6 – торсион

Действие этого датчика основано на магниторезистивном эффекте. На рулевом вале 1 установлено магнитное кольцо 2, которое жестко связано с верхней частью торсиона 6. Чувствительный элемент 3 датчика соединен с валом шестерни рулевого механизма 4 и связан таким образом с нижней частью торсиона. Сигнал снимается с датчика через витой кабель 5. Торсион закручивается точно в соответствии с усилиями, прилагаемыми к рулевому валу. При этом магнитное кольцо 2 перемещается относительно чувствительного элемента 3 датчика. В результате действия магниторезистивного эффекта изменяется сопротивление чувствительного элемента, величина которого определяется блоком управления.

Если системой управления обнаружен дефект датчика, она производит «мягкое» отключение усилителя. При этом усилитель не отключается полностью, а переводится на режим управления по резервному сигналу, который образуется в блоке управления из сигналов угла поворота рулевого вала и частоты вращения ротора двигателя усилителя.

По сравнению с гидро усилителем электрический усилитель не имеет насоса, шлангов и какой либо жидкости, за уровнем которой нужно было бы следить. Такой усилитель издает намного меньше шума и занимает на порядок меньше места в подкапотном пространстве. При работе электро усилителя затраты энергии немного ниже, потому что он включается в работу только когда в этом есть надобность. А гидрач постоянно прокачивает жидкость. Собственно за счет меньшего жнергопотребления такой привод рулевого управления позволяет уменьшить расход топлива (в среднем на 200 грамм на сто километров).

Состав усилителя с электрическим приводом:

1 — руль, 2 — рулевая колонка, 3 — карданный вал, 4 — электродвигатель, 5 — механизм руля, 6 — блок управления, 7 — датчик крутящего момента

Принцип действия электро усилителя рулевого управления

Как уже было сказано, электрический усилитель работает не всегда, он вступает в работу только при повороте руля водителем. Двигатель усилителя руля выдает крутящий момент который зависит от крутящего момента на рулевом механизме. Этот момент измеряется датчиком крутящего момента, который передает данные в блок управления усилителем.

Так же блок управления рассчитывает необходимую мощность включения двигателя усилителя в зависимости от угла поворота рулевого колеса. Угол поворота измеряется датчиком, который встроен в подрулевой переключатель. На роторе самого двигателя тоже установлен датчик, измеряющий его частоту вращения для получения обратной связи в блок управления. То есть чтобы блок «видел» с нужной ли скоростью крутится мотор электроусилителя, нет ли ошибочно медленного или слишком быстрого вращения.

В отличие от гидроусилителя, который дает примерно одинаковое усилие во всем диапазоне вращения руля, блок управления электрическим усилителем принимает во внимание множество параметров, по которым рассчитывает нужное усилие на электромоторе. Это усилие зависит от величины момента на руле, от скорости автомобиля, от оборотов двигателя, от угла и скорости поворота рулевого колеса.

Усилие от двигателя усилителя передается на рейку через приводную шестерню и червячную передачу. Рейка перемещается при помощи двух усилий: непосредственно от руля, приводимого в движение водителем и от двигателя усилителя, управляемого блоком управления.

Режим парковки

Парковка это своеобразный режим движения. В этом режиме скорость машины мала, а колеса обычно поворачиваются на сравнительно большие углы.

Датчик крутящего момента передает информацию о наличии большого крутящего момента на руле. Так же в блок поступают данные об угле поворота руля. И если угол поворота и крутящий момент большие, а скорость автомобиля стремится к нулю, то блок управления определяет это как режим парковки и дает команду на максимальное усиление движения руля. При этом обязательно учитывается частота вращения коленвала.

Таким образом при нулевой скорости и активном рулении на рейку действует максимальное усиление от электродвигателя.

Движение в городе

В городском режиме постоянно приходится поворачивать руль, совершая повороты и перестроения.

Но усилие на руле в такие моменты не превышает средних значений. Так же в блок управления поступает информация об угле поворота руля и скорости автомобиля, близкой к 50-ти километрам в час, в результате блок определяет необходимость в умеренном усилии на рулевое управление и выдает сохраненные в памяти характеристики усилителя для скорости 50 км/час. Так что в городском цикле действуют усилия среднего диапазона.

Движение на трассе

В загородном режиме автомобиль движется на высоких скоростях, в рулевое колесо поворачивается обычно на небольшой угол и крутящий момент в рулевом механизме тоже невелик.

Видя что скорость машины около ста километров в час и поворот руля невелик, блок включает программу управления для характеристик при скорости 100 км/час, устанавливая небольшое усилие на рулевой рейке. То есть при движении на трассе действие электроусилителя практически равно нулю или очень мало.

Активный возврат колес в среднее положение

Когда при движении в повороте водитель снижает усилие на руле, торсион раскручивается. Блок управления по показаниям датчиков видит это и рассчитывает скорость возврата колес в среднее положение в зависимости от величины падения крутящего момента на руле, а так же от угла и скорости поворота руля. Это расчетное значение сравнивается с фактическим усилием возврата а результат сравнения служит основанием для определения крутящего момента, нужного для возврата колес в среднее положение.

Обычно при повороте колес в движении возникают реактивные усилия, которые стремятся вернуть колесо в среднее положение. Но из-за сил трения в рулевом механизме и подвеске они не способны самостоятельно вернуть колеса в исходное положение.

Блок управления учитывает все необходимые данные и обеспечивает возврат управляемых колес в среднее положение при помощи двигателя усилителя.

Коррекция среднего положения колес (подруливание)

Это режим движения по прямой. Просто иногда на автомобиль могут действовать сторонние силы, например боковой ветер. Обычно в таком случае водителю приходится самостоятельно удерживать машину на правильном курсе. В случае с электро усилителем этого делать не нужно, блок управления усилителем все сделает сам.

Поведение руля - возврат в нейтральное положение, отклик, информативность - зависит от конструкции и состояния системы рулевого управления, а также типа усилителя руля.

Сегодня популярны два типа усилителей - гидравлические и электрические, у которых примерно одинаковое количество поклонников.

Электроусилитель руля - это электромеханическая система, которая состоит из:

электродвигателя - синхронный или асинхронный;
программируемого блока управления (ЭБУ) - Собирает показания датчиков и рассчитывает нужное усилие;
датчика крутящего момента - оценивает величину крутящего момента на руле. Устанавливается на концах торсиона в рулевом валу. Бывает оптический, магниторезистивный, индуктивный;
датчика угла поворота руля;
датчика механической передачи.

Как работает электроусилитель

Чем сильнее водитель поворачивает руль, тем больше закручивается торсион. Показатель приложенного усилия считывается датчиком крутящего момента. Одновременно датчик угла поворота руля считывает степень отклонения рулевого колеса относительно нейтрального положения, а датчик скорости передает показания о скорости автомобиля. Эти данные поступают в электронный блок управления, который рассчитывает усилие на руле и передает на электродвигатель ток нужной силы.

Например, вам нужно выехать с парковочного места. Скорость авто при этом нулевая, вы интенсивно и на большой угол поворачиваете руль - ЭБУ считывает показания датчиков и подает в электродвигатель ток большей силы, чтобы преодолеть сопротивление от дороги и помочь вам вывернуть колеса припаркованного автомобиля.

Электроусилитель руля: преимущества и недостатки

Недостатки электроусилителей обуславливаются их конструкцией и местом расположения. Электроусилитель может быть интегрирован в рулевую колонку или встроен в рулевую рейку.

Рулевая колонка с электроусилителем

Электроусилитель, интегрированный в рейку:

С червячным приводом. Электромотор расположен рядом с зубчатым сектором рейки и приводит в движение червячную передачу. У этих электроусилителей такие же недостатки, как и у встроенных в рулевую колонку, - потери на инерцию и трение. Так как узел интегрирован с рейкой, ремонтировать его сложно и дорого.
С двойным (параллельным) приводом. Электромотор расположен на противоположном конце от рулевого вала. Один привод - стандартный зубчатый сектор, как в любой рейке. Во втором приводе винтом выступает резьба на штоке - вращение от электромотора передается через червячную передачу. В этом случае присутствуют удвоенные потери на трение из-за второго зубчатого сектора, поэтому ремонтировать такой ЭУР сложнее и дороже.
Вал-муфта. Самая удачная конструкция электроусилителя. Вал рейки проходит непосредственно через электродвигатель, объединенный с рулевым механизмом. Вместо червячной передачи в приводе применяется шариковый подшипник - шарики передают вращение. Благодаря особой конструкции электродвигателя потери на трение и инерцию в таком ЭУР минимальны, а информативность и усилие на руле оптимальны.

Электроусилитель с параллельным приводом и червячной передачей

Электроусилитель с параллельным приводом вал-муфта

Несмотря на сложность узла и существующие недостатки, почти половина современных автомобилей оснащены электроусилителями.

Владельцы автомобилей с электроусилителем выделяют несколько весомых преимуществ:

Экономия топлива. ЭУР начинает работать, только когда водитель поворачивает руль: усилие, приложенное к рулю, а также сопротивление колес при повороте закручивают торсион - это сигнал для усилителя включиться. При нейтральном положении руля электроусилитель не работает, не потребляет энергию и не крадет мощность у двигателя - это позволяет экономить до 1 л топлива на 100 км.
Хороший отклик руля. На высоких скоростях ЭУР работает точно, на низких - плавно. Блок управления получает сведения от нескольких датчиков и рассчитывает усилие на основании этой информации.
Возможность настроить дополнительные функции.
Компактность.
Простая конструкция: нет насоса, бачка, шлангов и трубок, уплотнительных элементов, которые нужно систематически менять.
ЭУР не требует обслуживания.

Вместе с развивающимися технологиями совершенствуются и электроусилители: разработчики устраняют проблемы в программной части, ищут оптимальные конструкции, способы расположения и взаимодействия узлов рулевого управления. С другой стороны, гидроусилитель более предсказуемый и привычный для большинства водителей, да и обслуживать ГУР не так уж сложно.