Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Долгое время средство для уменьшения усилия на руле было одно: сделать побольше передаточное отношение привода и диаметр баранки. В данной статье мы рассмотрим устройство гидроусилителя руля (ГУР) и электроусилителя руля (ЭУР), а также как они работают.

Типы рулевого механизма

Сначала — о самих рулевых механизмах, которых насчитывается три типа. Один из них, хорошо знакомый по 'Жигулям', носит название 'червяк-ролик' из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары.

Такой механизм сошел со сцены, уступив место в рулевых приводах автомобилей классической компоновки более сложным устройствам. Полное их название - 'винт-шариковая гайка-рейка-сектор'.

С распространением на легковых автомобилях переднего привода, получил распространение тип рулевого механизма - 'шестерня-рейка' или попросту реечный. Механизм 'шестерня-рейка', будучи легче и технологичнее других механизмов, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

Теперь подавляющее большинство механизмов на легковых автомобилях - реечные. А грузовые машины, пикапы и большие внедорожники в основном по-прежнему довольствуются устройствами с винтом и гайкой.

Недостатки рулевого усилителя

Неоспоримое преимущество рулевого усилителя - облегчение работы рук при парковочных маневрах, когда приходится совершать много оборотов баранки при максимальном усилии. Но усилитель обладает еще одним полезным свойством - он ослабляет передачу на руль ударов от неровностей дороги.

А недостатки? Владельцы автомобилей с ГУР часто жалуются на отсутствие или нехватку реактивного усилия на руле. Увы, в этом чаще всего виноват гидроусилитель - он слишком активно помогает водителю, убирая ту толику возвращающего усилия, которая и обеспечивает 'чувство автомобиля'.

Задача конструкторов при разработке и настройке ходовой части оказывается сложной. Ведь чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку слишком тугой, нужно увязать воедино массу факторов: производительность насоса, геометрию передней подвески и углы установки колес, параметры задней подвески, характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Поэтому немудрено, что безупречные с этой точки зрения автомобили попадаются очень редко. Впрочем, многие фирмы специально жертвуют информативностью в пользу комфорта.

Еще одна задача, которая стоит перед конструкторами, - сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на большом ходу становился более упругим и информативным. В гидроусилителях, на помощь золотнику приходит электрогидравлический модулятор давления - с ростом скорости по сигналу от управляющего блока он ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя сходит на нет.

Существует еще один вариант решения - приводить насос гидроусилителя не от коленчатого вала двигателя, а от электромотора. Тогда, с помощью электроники изменяя частоту вращения электропривода, можно варьировать производительность насоса как угодно. Такая схема применяется в гидроусилителях автомобилей Mercedes-Benz А-класса. Правда, заманчивая идея на прямой вообще отключать насос, чтобы экономить топливо (на привод гидронасоса уходит несколько лошадиных сил), на практике неосуществима — при резком отклонении баранки давление не успеет возрасти так быстро, и руль может 'закусить'.

Гидроусилитель руля - ГУР

Исполнительный механизм гидроусилителя легкового автомобиля, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом - такие усилители называются интегральными. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF - то же, что и в автоматических коробках передач.


Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги, как здесь, располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок.
Роторный или аксиально-поршневой насос, приводимый ремнем от коленчатого вала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в золотниковый распределитель. Задача распределителя - отслеживать усилие на руле и строго дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство - чаще всего это торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен — соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок. Водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются - торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство.

В реечном механизме масло подается в корпус рейки — в ту или иную сторону от поршня, связанного с рейкой, и подталкивает ее вправо или влево. Когда баранка уже повернута до упора, срабатывают предохранительные клапаны, сбрасывая давление масла и сохраняя детали механизма от повреждения.

Подробнее в статье Гидроусилитель руля. Техническое обслуживание, где указаны основные неисправности ГУР.

Электроусилитель руля - ЭУР

Это электроусилители, в которых не осталось никакой гидравлики! На торсионе следящего устройства стоит датчик, и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Преимущества электроусилителя:

• независимость работы усилителя от оборотов двигателя автомобиля
• информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля)
• независимость работы усилителя руля от температурных перепадов
• экономичность
• надежность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей)
• не требует обслуживания (замены, доливки рабочей жидкости)
• на порядок выше симметричность руля (отсутствие разницы вращающего усилия в левом и правом вращениях руля)

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя намного выше КПД гидронасоса.

Вариант для автомобилей малого класса — усилитель встроен в рулевую колонку	Вариант для автомобилей среднего класса	Вариант для автомобилей большого класса — электропривод усилителя интегрирован с рулевой рейкой

Электроусилитель в зависимости от полной массы и компоновки автомобиля может встраиваться в различные звенья рулевого управления. 1 — рулевая колонка, 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления, 3 — промежуточный вал, 4 — реечный рулевой механизм, 5 — следящее устройство с торсионом, 6 — блок управления, 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка

Рулевой механизм с переменным отношением

А нельзя ли изменять еще и передаточное отношение? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления - мешает, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол.

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в около нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение.

И это ещё не всё. Уже сейчас на некоторых машинах, установлена система активного руления - Active Steering. Она позволяет изменять передаточное отношения рулевого механизма. Например, когда Вы едите по скоростному шоссе, руль должен быть чувствительным, а вот при парковке хотелось бы поменьше вращать баранку.

О развитии рулевого управления и его усилителей, читайте в статье Рулевое управление современного автомобиля.