Даже если водитель автомобиля обладает большой физической силой, вращение тугого руля вряд ли доставит ему удовольствие. Поэтому усилители рулевого управления появились давно, а классическим способом ослабить сопротивление привода стал гидравлический принцип.
Потом конструкторы стали широко применять электрические усилители, но гидравлика используется до сих пор, поскольку имеет свои преимущества.
Зачем в машине гидроусилитель рулевого управления
Передние управляемые колёса поворачиваются с помощью достаточно сложного привода от рулевого колеса. Наибольшее усилие для их поворота потребуется в том случае, когда автомобиль стоит на месте или катится на очень небольшой скорости.
При этом возникает значительная сила трения протектора по асфальту, связанная с тем, что без частичного проскальзывания повернуть достаточно широкое колесо невозможно.
И чем больше пятно контакта шины с покрытием дороги, тем сопротивление выше. А современные шины как раз и стремятся сделать такими, чтобы улучшить управляемость автомобиля и снизить вероятность срыва в скольжение увеличением площади этого пятна.
Читайте ещё: Что такое Хэтчбек, плюсы и минусы кузова легкового автомобиля
К тому же свойства резиновой смеси максимально оптимизируют под увеличение коэффициента трения в любых дорожных условиях.
На пути от руля до колёс расположено ещё несколько пар трения, усилие рук водителя ослабляется в подшипниках рулевой колонки, зубчатой передаче рулевого механизма и шаровых сочленениях рулевых тяг и наконечников.
Ось поворота колеса также зафиксирована шаровыми шарнирами и подшипниками опор амортизационных стоек, в зависимости от типа подвески. Все эти механизмы не просто добавляют паразитное усилие, они умножают нужный для поворота момент.
Наступает ситуация, в которой подобное ослабление возможностей водителя становится не просто некомфортным, но и небезопасным. Автомобили создаются не только для чемпионов мира по тяжёлой атлетике.
Между тем, совсем рядом под капотом находится мощный источник энергии в виде силового агрегата. Вполне логичным решением стало отобрать немного его возможностей и направить их в помощь рукам водителя.
Заодно уменьшить диаметр рулевого колеса, который стал достигать в некоторых старых машинах совсем уже гигантской величины. Был придуман и построен гидравлический усилитель, который способен чутко реагировать на обозначенный водителем поворот руля, прикладывая в ту же сторону многократно большее усилие.
Гидравлический – потому что тогда электрические моторы, датчики и системы управления ещё не были достаточно развиты и проработаны.
Как устроен ГУР
Основой усилителя стал принцип перераспределения силового давления, генерируемого гидравлическим насосом с механическим приводом от двигателя автомобиля.
Мощности тут хватает с избытком, поэтому разработка свелась к точному её дозированию и обеспечению надёжности.
Принцип работы
Как и во всех прочих усилителях, устройство подразделяется на силовой канал и управляющий. Небольшое усилие, прикладываемое к органу управления, вызывает перераспределение сил в исполнительном устройстве, создавая значительное давление в указанном таким образом направлении.
Практически принцип реализован в конкретных узлах ГУР:
- насос высокого давления, приводимый в действие через ременную передачу от шкива коленчатого вала двигателя;
- исполнительный гидроцилиндр, интегрированный в рулевой механизм;
- рабочее тело системы, специальная жидкость, циркулирующая внутри ГУР;
- напорный бачок, где хранится запас жидкости;
- управляющий золотник-распределитель;
- шланги высокого и низкого давления.
Гидронасос создаёт необходимое давление, величина которого рассчитана на максимальное усилие, приложенное к рулевой рейке или иному механизму, передающему поворот от рулевой колонки к трапеции.
В исходном состоянии насос работает вхолостую, перекачивая жидкость из прямой магистрали в обратную, не встречая сопротивления и не отбирая мощность от двигателя.
Когда водитель начинает поворачивать руль, распределитель давления упруго деформируется за счёт сопротивления со стороны рулевой трапеции и начинает с помощью золотника открывать путь основному потоку жидкости к соответствующей стороне поршня исполнительного цилиндра, в зависимости от направления поворота.
На поршень оказывается давление и возникает сила, прикладываемая к рейке. Эта сила направлена в ту же сторону, куда давит шестерня рулевой колонки, силы складываются, что и даёт эффект усиления.
Чем больше сопротивляется рейка, например в условиях парковки, тем сильнее открывается золотник и степень усиления растёт. Водителю не приходится прикладывать значительных усилий, что и воспринимается как появившаяся лёгкость в рулевом управлении.
Если упругие свойства распределителя настроены на максимальное усиление, то руль вращается очень легко, что не всегда желательно. Поэтому принимаются дополнительные меры по регулировке усиления.
Какое масло лить в гидроусилитель
Конкретная марка масла указывается в спецификации каждого автомобиля. Часто применяется жидкость для автоматических коробок передач, хотя такой подход имеет свои недостатки.
В целом масла похожи, имеют примерно одинаковые температурные характеристики, вязкость и прочие основные свойства. Но есть одно существенное отличие.
В АКПП маслу приходится работать с управляющими фрикционами. Это пакеты дисков, за счёт трения в которых давление преобразуется в крутящий момент. Поэтому снижать «мокрое» трение до близкой к нулю величины нежелательно, механизм просто не сможет работать.
Обеспечение такой парадоксальности свойств требует особой рецептуры присадок, что в случае применения в ГУР ничему не поможет, зато снизит другие полезные качества масла.
Поэтому производители стараются рекомендовать узкоспециализированные масла для ГУР. Хотя на практике часто используется ATF – масло для АКПП, ничего страшного при этом не происходит. Иногда даже оно прямо предписывается инструкцией.
Основные неисправности ГУР
Как следует из принципа действия, неполадки здесь типичны для любой другой гидравлики.
- Чаще всего первой неисправностью становится течь масла из механизмов в результате старения и износа уплотнений. Сами детали недороги, но для их замены потребуются сборочно-разборочные операции, требующие высокой квалификации.
- Появление воздуха в системе. Это связано с теми же уплотнениями или с падением уровня жидкости в бачке ГУР. Усилитель начинает работать рывками и неоднородно при смене направления поворота руля. Сам по себе воздух легко прокачивается по методике из инструкции, но без устранения причин его появления это поможет ненадолго.
- Ослабление приводного ремня при его износе. Натяжку ремня надо периодически регулировать, а также менять его в соответствии с регламентом или при появлении видимых дефектов, надрывов, заусенцев, масляного загрязнения.
- Поломка насоса. Давление падает, усиление пропадает, руль становится тугим. При частичных дефектах насос издаёт нештатные звуки, воет, а усилие на руле неоднородно. Теоретически его можно восстановить, но на практике насос меняется в сборе. Служит он очень долго при условии регулярной замены масла и соблюдении его качества.
- Ещё более редко встречаются поломки управляющего распределителя и рабочего цилиндра. Кроме утечек через манжеты, о чём говорилось выше. Симптомы те же, неравномерное и увеличенное усилие на руле, вой насоса.
- Старение шлангов. Трещины здесь недопустимы из-за высокого давления, лопнувший шланг приведёт к полной потере масла, после чего насос быстро выйдет из строя.
Одним из самых тяжёлых режимов, ведущих к перегреву жидкости и поломкам – это поворот руля на максимальный угол с удержанием его в этом положении.
Усилитель стремится отдать свой максимум, но колёса уже повёрнуты до упора. Так делать нельзя, узлы ГУР обойдутся недёшево.
Преимущества и недостатки
Конкурировать гидроусилителям руля приходится с электрическими усилителями (ЭУР). Недостатков не лишено ни одно из этих устройств. Но ГУР незаменим там, где требуется значительная мощность для усиления, например, на тяжёлых автомобилях или на спортивных, где важно равномерное усилие при быстром вращении, что также требует значительного запаса по мощности.
Аналогичный электромотор с редуктором имел бы большую массу, габариты, и сильно нагружал бортовую электросеть.
Это интересно: Как почистить фары изнутри и снаружи не разбирая
При этом ГУР с большим трудом поддаётся тонкой настройке, что связано с ограниченными возможностями чисто механического распределителя управляющего давления. Он не может учитывать дополнительные параметры движения, такие как скорость, угол поворота колёс, состояние дорожного покрытия.
Для совмещения полезных качеств ГУР и ЭУР были созданы электрогидравлические системы, где давление насоса создаётся или модулируется чисто электрически, что позволяет управлять им от бортового компьютера. Функции существенно расширяются.
К недостаткам можно отнести и необходимость периодического обслуживания ГУР. Надо вовремя менять масло, следить за сохранностью уплотнений и прочих деталей гидравлики. Но это не так сложно, делается относительно редко, поэтому ГУР продолжают успешно применяться на самых разных автомобилях.
