Появление электропривода в конструкции усилителей рулевого управления автомобилей было неизбежным. Гидравлика во многом хороша, но некоторые её недостатки были непреодолимы, да и развитие систем сильно тормозилось сложностями их сопряжения с лавинообразно внедряемыми цифровыми технологиями.
Всё решилось, как только появились недорогие, компактные и надёжные датчики, электродвигатели, электронные блоки цифрового управления с достаточной памятью для размещения быстродействующих алгоритмов обработки.
Для чего в машине электрический усилитель руля
Обеспечение удовлетворительного усилия на рулевом колесе – это только одна сторона задачи, с которой справляются усилители руля на разных принципах построения.
Существует несколько дополнительных функций, выполнение которых способен обеспечить именно ЭУР:
- переменный коэффициент усиления в зависимости от скорости движения или иных условий;
- передача водителю сигналов обратной связи по усилию на рулевом колесе;
- исправление неверных действий водителя при помощи увеличения сопротивления повороту руля;
- элементы автономного управления автомобилем.
Электронный блок усилителя интегрируется в общую систему контроля над автомобилем, что обеспечивает взаимодействие с прочими узлами, регулирующими тяговое и тормозное усилия, получение сигналов от датчиков, не имеющих непосредственного отношения к рулению.
Как устроен ЭУР
Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.
Читайте также: Что такое седан, виды и классы популярного кузова автомобиля
В состав входят такие элементы:
- исполнительный сервопривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, который нужен из-за достаточно высоких оборотов вала электрического мотора;
- блока управления, имеющего входы от датчиков, внешних устройств и выходы на силовой двигатель;
- датчиков, вырабатывающих сигналы направления поворота руля, усилия на рулевом валу и скорости его вращения.
Питание ЭУР получает от бортовой сети автомобиля, при отключении электроники из-за неисправности рулевой механизм продолжает работать, но уже без усиления.
Принцип работы
В исходном состоянии электродвигатель не работает, энергия не потребляется. Блок управления следит за сигналами датчиков и в случае обнаружения действий со стороны водителя начинает управлять электродвигателем.
Чем сильнее закручен торсионный датчик момента на рулевой колонке, тем большее усилие создаётся со стороны сервопривода, что компенсирует отдачу от рулевой трапеции на руки водителя. Отслеживается направление поворота, скорость действий водителя и угол отклонения управляемых колёс.
В режиме парковки, когда скорость мала, усиление должно быть максимальным, руль можно вращать с большой скоростью на значительные углы, не встречая сопротивления.
Статья по теме: Что такое универсал и как его отличить от других кузовов автомобилей
Однако с ростом скорости руль должен тяжелеть, с одной стороны предупреждая водителя о недопустимости резких движений, а с другой – обеспечивая важную обратную связь по усилию, позволяющую контролировать сцепление колёс с дорогой.
ЭУР должен отслеживать возврат колёс в нейтральное положение, не всегда возможный при большом трении в механизмах. Причём эта функция работает не постоянно, в парковочных режимах возврат и переменное усиление не требуются.
Наоборот, при взаимодействии с системой стабилизации энергичный самовозврат необходим для курсовой стабилизации автомобиля, даже если водитель потерял управление. Выполняются и упреждающие действия, подобные тому, как опытный водитель выводит машину из заносов и сносов.
При автономном управлении ЭУР становится исполнительным механизмом для функции отслеживания разметки, автоматического объезда препятствий и адаптивного круиз-контроля в поворотах. Через него могут передаваться предупреждающие сигналы в виде толчков и вибраций.
Типы конструкции
Сервопривод ЭУР может встраиваться в рулевую колонку или непосредственно в рулевой механизм. Первое решение используется на лёгких бюджетных автомобилях, а второе на более массивных или спортивных.
Непосредственная связь с рулевой рейкой обеспечивается отдельной винтовой, червячной или шестерёнчатой передачей, отдельно от пары шестерня-рейка рулевого вала.
Это интересно: Как работает система распределения тормозного усилия EBD
Таким образом можно передавать значительное усилие и делать это максимально точно. Но и цена устройства возрастает.
Схема
Электросхема ЭУР включает в себя блок управления, разъём с фазовыми контактами электродвигателя, два разъёма датчиков момента и положения, кабель питания, соединённый с основным монтажным блоком автомобиля, интерфейсный разъём для связи с контроллерами прочих систем и приборной панели.
Входными сигналами выступают:
- датчик скорости автомобиля;
- датчик направления поворота руля;
- тензометрический датчик момента на рулевой колонке;
- датчик скорости вращения рулевого вала там, где эта информация используется;
- двунаправленный сигнал диагностики;
- сигнал тахометра;
Выход блока работает непосредственно на фазовые обмотки двигателя, обычно асинхронного. Питание поступает по двум контактам, от замка зажигания и от клеммы аккумулятора, через установленный в монтажном блоке мощный предохранитель.
Отдельная стабилизированная цепь питания датчиков формируется в блоке управления.
Основные неисправности электроусилителя руля
Неполадки могут быть чисто механическими или электрическими. Блок управления при каждом включении проводит самодиагностику и при обнаружении отказов выдаёт сигнал на включение контрольной лампы, фиксируя один из многочисленных кодов ошибки, который можно считывать диагностическим прибором.
Для снижения вероятности полного отказа многие функции продублированы.
Наиболее частыми причинами неисправности могут стать:
- отказы датчиков ЭУР;
- неполадки силового электродвигателя;
- износ, люфты и подклинивания в системе редуктора и непосредственного привода рулевой рейки из-за ударных нагрузок и вибраций;
- сбои и ошибки в программном обеспечении ЭУР;
- нарушение калибровок датчиков;
- нарушение питания ЭУР, перегорание предохранителя, окисление и механическое разрушение проводки и контактов.
Ремонт ЭУР требует квалифицированного вмешательства и вряд ли возможен своими силами.
Потребуется электронное оборудование и заводская технологическая документация, вопросы безопасности заставляют производителей максимально ограничивать возможность постороннего доступа.
Преимущества и недостатки устройства
Для бюджетных исполнений основным преимуществом выглядят низкая цена и малая масса электроусилителей.
Несмотря на принципиальную сложность, в массовом производстве электронные компоненты гораздо дешевле гидравлики, а электрические сервоприводы давно стали компактными, надёжными и мощными.
- Отсутствие гидравлических элементов увеличивает долговременную надёжность, исключены утечки и не требуется гидронасос с прецизионными деталями.
- ЭУР экономичен, поскольку его узлы работают только тогда, когда в них есть потребность.
- Устройство компактно, его можно размещать прямо в салоне на рулевой колонке.
- Точность управления и наличие дополнительных возможностей доступны только электронике.
- Электромеханические узлы не требуют никакого обслуживания при эксплуатации.
- Легко организуется внешнее управление.
Однако, есть и недостатки:
- Достаточно затратным станет увеличение мощности усилителя в применении на тяжёлых автомобилях.
- Приборы более чувствительны к влаге, чем тот же гидроусилитель.
- Информативность рулевого управления носит искусственный характер и достаточно тяжело поддаётся оптимизации во всех режимах.
- Электронные компоненты подвержены сбоям и влиянию помех.
- Низкая ремонтопригодность, обычно узлы меняются в сборе.
- Склонность к перегреву электродвигателя.
Тем не менее, электропривод постепенно вытесняет гидравлику, хотя этот процесс идёт медленно, иногда вызывая появление гибридных электрогидравлических конструкций. Но будущее явно за ЭУР.
