Устройство и принцип работы электроусилителя руля

Возможности и сильные стороны

Основная сильная сторона электроусилитея в сравнении с ГУРом заключается в надежности и экономичности первого. Такая конструкция не отнимает энергию у двигателя, и только это позволяет экономить на топливе порядка 0,4-0,8 литров на каждые 100 км (конкретный показатель зависит от режима движения). Как следствие, падает количество вредных выбросов, от 10 до 20 г/км.

Электроусилитель подключается только в моменты поворота руля, во время прямого движения энергии он не потребляет. Конструкция ЭУРа компактнее и занимает гораздо меньше места по сравнению с гидроусилителем, а также он не требует обслуживания.

Работа ЭУР происходит тише и стоимость его намного ниже, но в то же время в случае его поломки ремонтные работы обойдутся дороже. Высокая стоимость обусловлена тем, что в случае неисправности недееспособные узлы нужно менять целиком.

ЭУР можно настраивать в зависимости от вида ТС и конкретных условий движения. Водитель с помощью кнопки на панели имеет возможность отключить устройство от датчика скорости, что обеспечит «легкость» руля и, как следствие, комфортное передвижение в условиях города.

Одну и туже модель ЭУРа можно с помощью программы настроить под разные модели авто. Электроусилитель имеет возможность возвращать руль в «ноль», а также автоматически удерживать колеса в среднем положении (например, в случае разного давления в шинах).

Сообщение ЭУР с другими электронными системами в транспортном средстве позволяет использовать первый:

• В качестве вспомогательного «инструмента» при парковке.
• Для удержания транспортного средства на полосе движения.
• Для стабилизации авто, например, в случаях резкого объезда неожиданно появившегося препятствия.

Гидроусилитель рулевого управления

В (ГУР) дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается за счет гидравлического привода.

Устройство и принцип работы гидроусилителя руля

Устройство рулевой рейки с гидроусилителем

Конструктивно ГУР состоит из следующих элементов:

• бачок с рабочей жидкостью;
• насос;
• гидроцилиндр;
• золотниковый распределитель;
• соединительные шланги.

Насос гидроусилителя приводится в действие ремнем от коленчатого вала двигателя и подает рабочую жидкость под давлением в золотниковый распределитель. При повороте водителем рулевого колеса распределитель направляет поток жидкости от насоса в левую или правую полость гидроцилиндра. Давление жидкости перемещает поршень гидроцилиндра, осуществляя поворот управляемых колес автомобиля посредством рулевого привода.

Преимущества и недостатки ГУР

Как и ЭУР, гидроусилитель рулевого управления имеет как преимущества, так и недостатки. Основными положительными моментами ГУР являются:

• восприимчивость к большим нагрузкам, дающая возможность устанавливать ГУР на тяжелых внедорожниках и грузовиках;
• менее затратное производство устройства (в отличие от ЭУР), что влияет на стоимость автомобиля в целом;
• комфорт управления транспортным средством на разных скоростях.

Плюсы – это, конечно, хорошо. А что же с минусами? Имеются и такие:

• расход мощности двигателя;
• мелкие поломки, связанные с утечкой рабочей жидкости;
• необходимость следить за уровнем рабочей жидкости;
• периодическая замена жидкости;
• отсутствие возможности регулировать характеристики и настройки рулевого управления.

Чем отличается гидроусилитель руля от электроусилителя

Переходим к сравнительной характеристики ЭУР и ГУР, чтобы в итоге выяснить, что из них лучше.

Для сравнения возьмем следующие параметры: конструкция устройства, удобство управления, надежность и эффективность, сфера применения.

Конструкция устройства

Вариант размещения ЭУР в автомобиле

ГУР – достаточно простой механизм, не зависящий от электронного управления и не подверженный программным сбоям. С другой стороны, система гидроусилителя состоит из множества соединений и уплотнений, подверженных износу при  эксплуатации. Вследствие этого узел считается менее надежным и требующим регулярной диагностики.

ЭУР, в отличие от ГУР, как правило, расположен непосредственно на рулевом валу и занимает меньше места в подкапотном пространстве. Конструктивно электроусилитель значительно проще ГУР, да и в применении дополнительных расходных материалов не нуждается.

Что касается сбоев в работе электроники, то случаются они довольно редко, а в случае отказа системы предусмотрен аварийный режим работы, который позволяет сохранить управление автомобилем. В гидроусилителе такой режим также предусмотрен.

Удобство управления

Лучшую обратную связь с дорогой обеспечивает ГУР, также он позволяет водителю чувствовать пределы возможностей автомобиля на крутых поворотах.

Чтобы достичь таких же ощущений, ЭУР необходима тщательная калибровка, которую могут обеспечить только производители премиального сегмента.

Таким образом, гидроусилитель более информативен и дает своим владельцам более естественные ощущения от вождения, но управлять им физически тяжелее.

Надежность и эффективность

Часть мощности двигателя автомобиля при использовании ГУР расходуется на привод насоса, который работает постоянно. Поэтому при прочих равных условиях применение гидроусилителя приводит к повышению расхода топлива и к ухудшению динамических параметров. Помимо этого ГУР не может долгое время работать в предельных режимах. При удерживании рулевого колеса в крайнем положении в течение 10-15 секунд произойдет перегрев насоса, что приведет к повышенному износу элемента.

Электроусилитель в этом плане более экономичен: он не отбирает мощность двигателя напрямую и работает только при повороте колес. Дополнительного расхода топлива нет, равно как и ухудшения динамических характеристик автомобиля. Основной причиной отключения ЭУР можно считать перегрев электродвигателя. При этом узел подаст предупреждение водителю и ограничит производительность. В случае продолжения движения ЭУР отключится до полного остывания.

Область применения

Чем могут отличаться механизмы по этому параметру? Категорией транспортных средств, для которых применим тот или иной узел. Например, ЭУР слабый для тяжелых машин: его нельзя устанавливать на грузовой транспорт или тяжелые внедорожники. ГУР подходит для любых типов автомобилей.

Назначение, преимущества и недостатки электроусилителя

ЭУР появился недавно, намного позже хорошо известного и проверенного временем гидроусилителя рулевого колеса. Его задача аналогична – облегчить вращение руля, но принцип действия уже другой.

Если в первом случае основную функцию несла специальная жидкость ГУР, то в здесь роль «помощника» берет на себя электрический привод.

С момента появления система все время совершенствовалась. При этом год за годом электроусилитель берет «бразды правления» в свои руки и постепенно вытесняет ГУР.

В чем же преимущества электроусилителя руля? Их несколько:

• Выставлять параметры рулевого управления намного проще;
• руль стал лучше реагировать на движения водителя;
• повысился уровень надежности. Это связано с тем, что работоспособность системы уже не зависит от объема и качества специальной жидкости;
• снизился расход топлива.

Казалось бы, какая может быть закономерность. Все просто. С появлением электрического привода энергии стало расходоваться меньше, соответственно «прожорливость» авто снизилась в среднем на 0,5 литра (из расчета на «сотню»).

Но, несмотря на свои качества, ЭУР имеет и ряд минусов:

• электрогенератор имеет ограниченную мощность, что отражается на работе всей системы. Как следствие, установка электопривода возможна только на легковых авто. Для грузовых машин или внедорожников такой тип усилителя не подойдет – он будет малоэффективен;
• низкая информативность рулевого колеса (объяснить это можно недостаточным обратным усилием). Справедливости ради, аналогичный недостаток имеет и «старший брат» — гидроусилитель руля.

С появлением электроусилителя у разработчиков появилась масса возможностей при разработке более современных систем, к примеру, автоматической парковки, системы курсовой устойчивости и так далее.

Техническое обслуживание

Чтобы длительное время пользоваться качественной работой EPS, нужно соблюдать такие правила:

• не позволять электромеханизму подвергаться физическим воздействиям;
• предотвращать попадание влаги в систему, не подвергать её высокой температуре;
• при замене блока управления осуществлять его калибровку;
• избегать вмешательства в деятельность рулевой колонки.

Важно! Экономия при ЭУР налицо: ведь система работает только в процессе поворота

Съём и установка

В качестве примера рассмотрен демонтаж и установка ЭУР на автомобиле ВАЗ «Лада Калина».

Перед тем как проводить данный вид работ, обязательно следует подготовить:

• отвёртки (крестовую и плоскую);
• шестигранник (13).

Также выполнить самостоятельно все действия невозможно, поэтому потребуется напарник.

Чтобы снять усилитель, следуйте пошаговой инструкции:

1. Отсоедините минусовую клемму аккумулятора.
2. Установите колёса машины в положение «прямо».
3. Демонтируйте руль и переключатели под ним у авто.
4. Уберите подрулевые переключатели.
5. Выкрутите 3 винта, крепящих усилитель на панели.
6. Снимите усилитель.
7. Разъедините разъёмы проводов от выводов ЭУР.
8. Маркером отметьте положения как карданного шарнира, так и вала усилителя.
9. Открутите гайку на карданном шарнире и извлеките болт.
10. Две гайки переднего крепления, а затем и заднего отвинтите и снимите ЭУР.

Установка электроусилителя проводится в обратном порядке перечисленных действий.

Знаете ли вы? В Лос-Анджелесе зарегистрировано на 1,8 миллиона авто больше, чем людей, имеющих права.

Ремонт механизма

Ремонт электроусилителя включает:

• диагностику электрорейки;
• определение причины выдаваемой ошибки и её снятие;
• починку мотора ЭУР.

Если автомобиль находится на гарантии, то самостоятельная починка электроусилителя будет неправильным действием. С целью ремонта стоит обратиться в сервисный центр. Если же неисправны датчики, то их можно заменить даже своими руками.

Калибровка

Калибровка заключается в том, чтобы рулевое колесо могло возвращаться в положение «прямо». Существует специальный сканер. Он подключается к диагностическому разъёму. Специалист включает калибрующую программу.

Такую процедуру проводят по нескольким причинам:

• после выполнения схождения-развала;
• при появлении сигнала соответствующей лампы на панели;
• в случае отклонения рулевого колеса от нулевого положения;
• после того, как были скинуты клеммы аккумулятора;
• при замене дисков;
• в связи с переустановкой ЭУР.

Знаете ли вы? На машинах премиум-класса электроусилитель может управлять движением самостоятельно, если авто едет по прямой линии.

Замена масла

В электроусилителе масла нет. Существует ЭРУГ — гибрид электро- и гидроусилителя. Проверять уровень и цвет жидкости в такой системе нужно.

Обычно проводится проверка состояния либо после определённого пробега, либо по причинам:

• появившихся шумов (гула, треска);
• тугой реверсии руля.

Принцип работы

Вся система включает в себя следящий привод, электродвижок, датчики момента и угла поворота руля, блок управления. В качестве опции может устанавливаться и датчик скорости поворота руля. В зависимости от конкретного типа авто, строение следящего привода может быть разным, но об этом расскажем чуть позже. Электродвигатель устанавливается современный, бесщеточный. Датчик момента являет собой базу всей системы. В рулевой вал монтируется торсион. Компоненты датчика ставятся на концах вала. Принцип его действия также может быть разнообразным.

Во время поворота руля происходит закручивание торсионного вала. И чем больше усиление, тем сильнее затягивается торсион. Вся эта информация передается через датчик крутящего момента в блок управления. Последний считывает и анализирует данные, сравнивает их с данными других датчиков и рассчитывает усилие, которое нужно приложить, дабы помочь водителю развернуть колеса. Электродвигатель получает команду и начинает действовать либо на рулевую рейку, либо на вал рулевой колонки.

Функции и назначение

Общий вид ЭУР

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.

Электроусилитель руля — уникальный механизм, который решил ряд проблем гидроусилителя и открыл новые возможности для производителей. В частности, появление ЭУР дало возможность создать группу вспомогательных систем:

• Помощи движения по полосе;
• Автоматической парковки;
• Курсовой устойчивости.

Подготовка к установке

Дело в том, что далеко не все автомобили ВАЗ 2110 оснащаются этим приятным компонентом, поэтому водителям часто приходится самостоятельно устанавливать усилитель. Эта работа не так сложна, как может показаться на первый взгляд и при соблюдении некоторых правил можно провести ее достаточно результативно.

Кроме того, приобрести новый электроусилитель можно даже через интернет и немного повозившись в гараже поставить его на свою «десятку». Поскольку стоимость агрегата не так уж мала, сэкономить на установке будет приятно и практично.

Для того чтобы произвести монтаж электроусилителя на автомобиль ВАЗ следует сначала приготовить некоторые инструменты и запчасти:

Электроусилитель рулевого управления;

Пластина;

Пластина сделанная своими руками

Набор проводов;

Проводка

Промвал;

Руль и кожух;

• Отвертки разных конфигураций;
• Линейка;
• Сверла.

Как это работает?

Гидроусилитель руля (ГУР)

Что такое гидроусилитель руля? Это — система, состоящая из трубопроводов высокого и низкого давления, в которых благодаря насосу циркулирует специальная жидкость. Для жидкости ГУР предусмотрен бачок, соединенный с насосом. Когда вы поворачиваете руль в системе гидроусилителя происходит целый ряд реакций. Жидкость подается в рулевой механизм через распределитель под высоким давлением. Нагнетаясь в гидроцилиндр, она создает давление на поршень, под воздействием которого тот смещается, снижая степень усилия прилагаемого водителем при повороте рулевого колеса. Во время движения по прямой траектории жидкость ГУР стекает из рулевого механизма в бачок системы.

Электроусилитель — это набор механизмов, среди которых главная роль отведена электромотору, кроме того в состав ЭУР входит электронный блок управления (ЭБУ), а также два датчика (датчик угла поворота и датчик крутящего момента). По сравнению с гидроусилителем, ЭУР устанавливается непосредственно на саму рулевую рейку или колонку, при этом передача крутящего момента осуществляется посредством торсионного вала, встроенного в систему рулевого управления. В то время как ГУР меняет усилие прилагаемое к рулю при помощи давления и жидкости, которая циркулирует в системе, электроусилитель осуществляет все при помощи тока. При повороте руля крутящее усилие передается рулевому механизму по торсионному валу. Датчик крутящего момента ЭУР «понимает» это действие и сообщает о нем в ЭБУ. Электронный блок анализирует полученные данные и определяет, сколько именно тока необходимо «дать» электромотору, чтобы вращение руля было легким и приятным. Следует отметить, что расчет усилия происходит в зависимости от скорости, с которой движется автомобиль, а также угла поворота руля. Когда водитель крутит рулем на месте во время парковки или других маневрах, привод электроусилителя нагружен максимально, поскольку необходимо обеспечить легкое вращение рулевого колеса в сложных условиях. Когда авто движется на высоких скоростях управление рулем становится более острым, так как электроусилитель значительно уменьшает силу крутящего момента, то есть меньше помогает водителю.

Теперь когда мы разобрались в принципах работы предлагаю выяснить, что лучше: ГУР или ЭУР, учитывая плюсы и минусы каждой из систем.

Преимущества ГУР

1. Гидроусилитель рулевого управления имеет более громоздкие габариты, однако плюс в его относительно невысокой стоимости и менее затратном производстве. Это в свою очередь так или иначе сказывается на стоимости транспортного средства.
2. Потенциал мощности. ГУРы сегодня устанавливают преимущественно на автомобили бюджетного класса, а также грузовые микроавтобусы и большие внедорожники. В случае с внедорожниками и микроавтобусами применение гидроуслителя руля можно объяснить тем, что эта система более мощная и способна выдержать большие нагрузки. Это, по сути, главное преимущество ГУР.
3. Вышеупомянутая невысокая стоимость.

Недостатки ГУР

Что до недостатков, то их у гидроусилителя намного больше по сравнению с ЭУР:

1. В автомобиле с ГУР не рекомендуется держать руль в крайнем положении дольше пяти секунд, так как это может привести к перегреву масла в системе и выхода гидроусилителя руля из строя.
2. ГУР требует регулярного обслуживания, не реже чем раз в два года. Владелец автомобиля с такой системой постоянно обязан производить замену жидкости в системе, контролировать ее уровень, проверять привод, шланги и насос на предмет подтеканий и трещин.
3. Третий недостаток — прямая зависимость от работы двигателя. Когда насос включается в работу, он так или иначе отбирает часть мощности у двигателя, а во время движения на высокой скорости по трассе это можно считать пустой тратой мощности, так как в данном случае ГУР практически не нужен.
4. В гидроусилителе нельзя настроить режимы работы в зависимости от скорости движения и условий.
5. Гидроусилитель хорошо выполняет свою работу на малых и средних скоростях, однако на высоких скоростях управление теряет «остроту» и водителю сложно выполнить резкий короткий маневр. Проще говоря, ГУР дольше реагирует из-за применения в нем дополнительных узлов, увеличивающих время отклика.

Гидравлический усилитель

Гидравлические усилители, несмотря на свою относительную простоту конструкции, отличаются эффективностью, при этом они надежны и просты в использовании. Такой усилитель включает бачок с гидравлической жидкостью, а также насос с приводом от двигателя, который и отвечает за нагнетание в системе необходимого давления. Принцип действия таких гидравлических усилителей чрезвычайно прост. Используемая помпа обеспечивает давление в системе гидравлики, что путем воздействия на рулевую рейку существенно упрощает вращение руля.

Преимущества гидравлических усилителей:

1. Точное управление.

2. Безопасность при отказе гидроусилителя.

3. Амортизация ударов и полная защита рулевой колонки от повреждения.

4. Упрощение маневрирования на низкой скорости.

Однако и недостатки у таких гидравлических усилителей всё же имеются. Это ненадежность гидравлических трубок, что приводит к протечкам и необходимости ремонта. Также постоянно работающий гидродвигатель усилителя приводит к увеличению расхода топлива.

Достоинства и недостатки ЭУР

Среди преимуществ электроусилителя руля можно отметить следующее:

1. Машина с ЭУР расходует меньше топлива, чем аналогичная с ГУРом. Принцип работы электроусилителя руля организован так, что система выключается в
   «нулевом» положении. К тому же, электроусилитель не связан ремнем со шкивом коленвала. Разница в расходе примерно литр на
   100 километров (в городской черте).
2. Возможность установки дополнительных функций (та же автоматическая
   парковка).
3. Простая конструкция и компактность. Здесь нет ремня, насоса, жидкости,
   которую нужно гонять по трубкам под давлением. Отсюда выходит второй плюс – электроусилитель
   рулевого управления не нуждается в обслуживании.

На этом все плюсы
заканчиваются. Недостатков здесь, увы, больше:

1. Ограниченное
   применение. Электромотор не располагает большой мощностью, поэтому его можно
   встретить только на легковых автомобилях. Чтобы электроусилитель нормально работал на
   джипах и авто побольше, нужен очень большой, дорогой и мощный генератор.
2. Плохая обратная связь.
   Многие водители, пересаживаясь с гидроусилителя, замечают разницу в поведении авто. Часто
   теряется связь с колесами. Управлять таким автомобилем не так комфортно, как с
   гидроусилителем.
3. Риск перегрева.
   Это возможно при движении на грунтовой дороге или в колее, когда постоянно
   нужно подруливать. Благо, инженеры предусмотрели это, и в случае перегрева ЭУР
   просто отключится. Но если датчики сработали не вовремя, что часто бывает на
   старых автомобилях – электромотор на помойку.
4. Ненадежность и не
   ремонтопригодность. Казалось бы, система проста, как 5 копеек. Но слабым ее
   местом как раз является электромотор. Его легко убить, а ремонту он практически
   не подлежит. То же самое касается системы управления. Любой датчик или тот же
   блок управления в большинстве случаев не удается отремонтировать.
5. Сложная
   диагностика. Проверить работу ЭУР самому нельзя – нужна только профессиональная
   диагностика. К тому же, проблема может проявляться только периодически –
   например, на влажную погоду или на большой скорости. Понять суть такого
   поведения электроусилителя может только
   опытный мастер.

Сравнение усилителей рулевого управления разной конструкции.

Удобство и безопасность управления

Все типы усилителей рулевого управления «подчиняются» только повороту руля, реакции управляемых колёс на них не действуют или действуют очень незначительно.

В автомобилях, оборудованных ГУР, с целью снизить усилие, которым водитель поворачивает руль, выводя машину из поворота, и для поддержания устойчивости прямолинейного движения, конструкторы увеличили схождение управляемых колёс, увеличили кастор и шаг винтовых канавок в зацеплении «винт — шариковая гайка».

Это создаёт у водителя впечатление обратной связи, «информативности» руля и чувство непосредственного управления.

Электронное управление ЭУР обеспечивает возможность его настройки в зависимости от условий и скорости движения. Чем больше скорость — тем меньше усилие ЭУР и «тяжелее» руль. В городских условиях водитель может отключить ЭУР от датчика скорости, и руль будет постоянно «лёгким».

В программу управления ЭУР можно ввести функции возвращения руля в «ноль» и удержания колес в среднем положении при разном давлении в шинах.

Надёжность

Детали усилителей руля любого типа и конструкции подвержены механическому износу.

В гидравлических усилителях к этому добавляется постепенное ухудшение свойств рабочей жидкости и износ манжет и уплотнений.

При удерживании руля в крайнем положении циркуляция масла прекращается, резко поднявшееся давление в системе может разорвать рукав высокого давления.

Понижение уровня масла в результате утечки вызовет работу насоса «всухую» с немедленным задиром поверхностей ротора и корпуса.

О выходе ГУР из строя водитель узнаёт последним, и если это произойдёт на большой скорости — аварийная ситуация неизбежна.

Бесщёточные, с внутренним обдувом, электродвигатели ЭУР надёжно защищены от перегрузок тремя барьерами — предохранителями в цепи питания, электронным блоком управления и общей программой процессора (контроллера) автомобиля.

При возникновении проблем ЭБУ уменьшает число оборотов электромотора, на приборной панели загорается соответствующий символ, водитель успевает отреагировать снижением скорости и торможением.

Существует ряд мнений, что достоинством той или иной конструкции является возможность управлять машиной при выходе усилителя руля из строя.

Топливная экономичность

ГУР потребляет часть мощности двигателя на вращение насоса, создающего высокое давление в гидросистеме.

Основной недостаток гидравлических усилителей — насос высокого давления работает, если вращается коленчатый вал двигателя. Движется ли машина или стоит неподвижно на холостых оборотах — ротор насоса крутится, срабатывая собственный ресурс.

Электродвигатель ЭУР включается электроникой только на время поворота руля, при стоянке в пробке или движении по прямой он не работает.

Существует тезис о повышенном расходе топлива автомобилями, оснащёнными гидравликой в рулевом управлении. При этом не учитывается, что киловатты, «съедаемые» электромотором ЭУР и непрерывно потребляемые системами управления, тоже произведены коленвалом, вращающим генератор.

Никто не проводил ходовых испытаний одинаковых авто с одинаковыми двигателями, но разным типом усилителя рулевого управления, поэтому достоверных данных о «прожорливости» машин с ГУР не существует.

Область применения

Гидравлические рулевые устройства, в последнее время, практически не применяются в переднеприводных автомобилях с подвеской типа «МакФерсон» и рулевым механизмом реечного типа. Исключение — ЭГУР.

В транспортных средствах, где поворот управляемых колёс осуществляется рулевой трапецией, — в полноразмерных внедорожниках, средних и тяжёлых грузовиках — передние колёса поворачиваются с помощью ГУР.

Перспективы развития

Гидравлические конструкции — тупиковая ветвь автомобильного прогресса.

Современные электронные системы безопасности движения, торможения, объезда препятствий и парковки требуют и электронного рулевого управления.

Развитие гибридного привода, появление электромобилей и машин с элементами искусственного интеллекта в управлении — лишили «гидравлику» места под капотом.