Электрический усилитель руля принцип работы

• экономия топлива – электрический мотор исключает необходимость отбора части мощности у двигателя;
• надежность за счет отсутствия гидравлической системы;
• обеспечение лучшей связи водителя с дорогой;
• компактность и простота обслуживания;
• удобство регулирования характеристик рулевого управления;
• возможность реализации автоматического управления.

Аббревиатура EPS (Electric Power Steering) переводится как “электрический усилитель руля”, который является альтернативой гидроусилителю. Главное предназначение ЭУР – снижение усилия, прилагаемого водителем на рулевое колесо в процессе управления автомобилем.

К основным преимуществам электроусилителя в сравнении с гидроусилителем можно отнести:

• высокую надежность за счет отсутствия гидравлики: исключается вероятность появления утечек и других неисправностей, характерных для ГУР;
• более высокую точность и удобство регулирования рулевого управления;
• экономию топлива за счет того, что электроусилитель работает только во время поворота руля.

Разновидностью ЭУР является система адаптивного электроусилителя, работающая совместно с системой курсовой устойчивости. Она дает важные преимущества с точки зрения безопасности: корректирует углы поворота колес, повышая устойчивость автомобиля, а также компенсирует недостаточную или избыточную поворачиваемость автомобиля.

Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет использовать ЭУР для:

Конструкция ЭУР

ЭУР для компактных автомобилей ЭУР на рулевой колонке

На легких автомобилях большое усилие от ЭУР не требуется, поэтому и электродвигатель, и сервопривод получаются настолько компактными, что легко умещаются под рулем в салоне автомобиля. Заодно там же размещаются и датчики. Таким образом, вся конструкция надежно защищена от пыли, грязи и высоких температур подкапотного пространства, что благоприятно сказывается на надежности.

ЭУР для автомобилей среднего класса Привод ЭУР с двумя шестернями

На среднеразмерных автомобилях устанавливается ЭУР с двумя шестернями. Через одну шестерню на рейку передается усилие от руля, а через другую – вспомогательное усилие от электромотора.

Чтобы создать большое дополнительное усилие применяется ЭУР параллельноосевой конструкции. Для преобразования вращательного движения электродвигателя в линейное перемещение рулевой рейки используется зубчатоременной привод и механизм “винт – гайка на циркулирующих шариках”. Гайка, вращаемая зубчатым ремнем, через шарики перемещает ось рейки. Шарики циркулируют по резьбе, возвращаясь через специальный канал в гайке.

ЭУР для внедорожников и минивенов Устройство параллельно осевого привода

При любом конструктивном исполнении в случае поломки водитель может продолжать безопасно управлять транспортным средством благодаря наличию механической связи между рулем и управляемыми колесами.

• повысить комфорт;
• облегчить процесс управления автомобилем;
• улучшить общую безопасность при езде.

Устройство ЭУР и типы электроусилителей

Основным элементом в конструкции рулевого управления данного типа является электромотор. Сам усилитель фактически состоит из двух основных элементов:

• электродвигатель;
• система управления электроусилителя.

В зависимости от типа, электрические усилители принято делить на ЭУР и ЭМУР. В случае с ЭУР, двигатель может стоять в рулевой колонке, тогда как ЭМУР предполагает интеграцию в рулевую рейку (рулевая рейка с электроусилителем).

Второй вариант является электромеханическим усилителем рулевого управления. Этот усилитель может отличаться по конструкции:

1. с двумя шестернями;
2. с параллельным приводом.

Конструкция с шестернями предполагает, что передача крутящего момента от рулевого колеса на рейку рулевого механизма осуществляется одной шестерней, тогда как на вторую шестерню момент передается от электрического мотора.

Если же ЭУР с параллельным приводом, тогда электродвигатель передает усилие на рейку рулевого механизма посредством ременной передачи или передачи через винт и шариковую гайку.

Система управления электроусилителя

Система управления ЭУР включает в себя следующие составные элементы:

• электронный блок управления;
• датчики электроусилителя;
• исполнительное устройство.

Датчики определяют угол поворота руля, а также усилие (крутящий момент) на руле. Дополнительно система ЭУР получает информацию от блока ABS, системы курсовой устойчивости, ЭБУ двигателя. В результате электроусилитель также получает сигналы от датчика скорости, от датчика коленчатого вала и т.д.

ЭУР может иметь устройство с разными вариантами компоновки:

Помимо всего этого, важно отметить, что здесь присутствуют еще и электронные датчики. Устройство электроники основано на работе двух датчиков: угла поворота руля и датчике крутящего момента на валу рулевого колеса. Электроусилитель руля, помимо этого, так же использует информацию от системы АБС и от бортового компьютера. Обработав полученную информацию, система анализирует происходящее и определяет, каким способом воздействовать на руль.

Режимы работы усилителя

ЭУР может осуществлять свою работу в таких режимах:

• Вращение рулевого колеса в обычных условиях.
• Движение на малой скорости.
• Подруливание на больших скоростях.
• Поддержание руля в ровном положении.

Основываясь на данных, полученных от датчиков и вспомогательных систем, усилитель решает, насколько увеличивать крутящий момент на валу рулевой рейки. Крутящий момент передается через специальный торсион к механизму. Количество этого момента меряется, основываясь на показания датчиков, о которых мы говорили выше.

Бортовой компьютер подает к рулю определенное количество крутящего момент, так как в разной ситуации его требуется разное количество. В зависимости от необходимости, электродвигатель увеличивает или уменьшает силу тока, что отражается на усилии, прилагаемом к рулю. Из этого следует, что поворот колес осуществляется за счет суммарного усилия электродвигателя и мышечной силы человека.

Эксплуатация в городском режиме

Когда водитель большую часть времени ездит в городе, будет удобнее, если после поворота руль самостоятельно будет возвращаться в прямое положение. Так называемый активный возврат колес значительно упрощает вождение при интенсивном маневрировании. Если же предстоит длительное движение по прямой, то здесь поможет функция стабилизации. Она может автоматически поддерживать колеса в прямом положении – это актуально при неправильном развале-схождении колес или боковом ветре.

Нередко в электрических усилителях, специально созданных для переднеприводных автомобилей, предусмотрена программа, которая компенсирует увод машины, если были установлены приводные валы разной длины. В современных машинах электрика вовсе работает независимо от водителя – сама подруливает и возвращает колеса, помогает правильно парковаться.

Основными элементами системы являются бесщеточный электромотор, механическая передача (сервопривод), датчики угла поворота руля и крутящего момента и управляющий блок. Дополнительно механизм может оснащаться датчиком скорости вращения руля. Устройство сервопривода на разных типах автомобилей различается (подробнее об этом ниже).

Основными элементами системы являются бесщеточный электромотор, механическая передача (сервопривод), датчики угла поворота руля и крутящего момента и управляющий блок. Дополнительно механизм может оснащаться датчиком скорости вращения руля. Устройство сервопривода на разных типах автомобилей различается (подробнее об этом ниже).

Нередко возникает необходимость в поддержании среднего положения колес, например, при сильных порывах бокового ветра или неодинаковом давлении в шинах, в подобных ситуациях блок управления обеспечивает постоянное корректирующее усилие. В программном обеспечении системы заложена и компенсация увода переднеприводной машины в сторону из-за разной длины валов привода колес.

— работа ЭУР не зависит от количества оборотов двигателя автомобиля,
— возможность саморегулировки
— на работу ЭУР не влияет температура окружающей среды
— экономичность:

— работа ЭУР не зависит от количества оборотов двигателя автомобиля,
— возможность саморегулировки
— на работу ЭУР не влияет температура окружающей среды
— экономичность:

1) усилитель руля (ЭУР) выступает как потребитель энергии только во время вращения рулевого колеса.

2) высокий КПД электродвигателя.

Высокая надежность работы ЭУР обеспечивается: отсутствием шлангов и ремней, не используются прокладок и и сальники. А самое главное нет потребности в дополнительных жидкостях. В отличие от гидроусилителей рулевого управления ЭУР не требует доливки рабочей жидкости и ее замены.

• Когда устанавливается на рулевой вал, то есть ставится в салоне автомобиля и усиливает водительский вал, прямо от руля
• Когда двигатель устанавливается на вал рейки и усиливает именно ее

Здесь нет ни масла, ни какой либо другой жидкости, по сути это обычная рулевая рейка (без усилителя вообще) к которой устанавливают на тот или иной вал электрический двигатель, который выполняет роль усилителя. Различают конструкции:

• Когда устанавливается на рулевой вал, то есть ставится в салоне автомобиля и усиливает водительский вал, прямо от руля
• Когда двигатель устанавливается на вал рейки и усиливает именно ее

Основные части (саму рейку и рулевой вал я брать не буду, про них итак все понятно)

• Электродвигатель. Современный бесщеточный
• Сервопривод. Также различается по видам, про это чуть ниже
• Датчик крутящего момента. Основной датчик системы, обычно устанавливается на торсион, который помещается в разрез рулевого вала. На концах торсиона располагается две различных части датчика. Он может быть как оптический, так и магнитный.
• Датчик поворота руля
• Блок управления
• ОПЦИОНАЛЬНО – может устанавливаться датчик скорости вращения руля

Когда поворачивается рулевое колесо, начинает закручиваться торсион, чем больше крутим руль, тем больше он закручивается. По величине изменения частей положения датчика оценивается проложенное усилие.

Еще одно измерение происходит датчиком поворота руля, он «видит» насколько отклонился руль. Оба эти показания отправляются в блок управления ЭУРА, а он уже взаимодействует с блоком ЭБУ автомобиля. Также ЭБУ получает такие важные параметры:

• Скорость автомобиля, от датчиков ABS
• Обороты двигателя от датчика двигателя

После этого, на основании всех данных ЭБУ рассчитывает необходимое усилие (помощь) на руле, и подает на электродвигатель питание нужной полярности и величины. Собственно электрический двигатель начинает вращать либо вал руля, либо перемещать вал самой рейки.

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.

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.

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.

Как устроен ЭУР

Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.

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.

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.

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.

Электроусилитель с параллельным приводом вал-муфта

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:

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:

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.