Усилитель рулевого управления — виды, особенности
Современный автомобиль тяжело представить без усилителя рулевого управления. Не все знают, но «баранка» в автомобиле вращается так легко только потому, что в конструкции предусмотрена такая система. И именно этот параметр является одним из важных при выборе транспортного средства. У разных производителей предлагаются разные варианты усилителей. Рассмотрим, какие виды представлены на рынке и чем они отличаются.
Пневматика работала по одному принципу — включено-выключено
Первые усилители рулевого управления начали применяться в 30-х годах прошлого века. Однако, их устанавливали на грузовые автомобили. Тогда водителю было тяжело справляться с поворотом колес, несмотря на большой диаметр руля. В то время существовала должность помощника шофера. К его обязанностям добавили кручение руля в крутых поворотах. Фактически транспортом управляли четырьмя руками.
Пневматический. В тормозной системе работал сжатый воздух, поэтому и решение лежало совсем близко — сделать усилитель пневматическим. Подобные устройства не отличались сложной конструкцией и были максимально дешевыми. Главным недостатком был высокий шум во время работы. Сделать точный прогноз о том, насколько нужно выкрутить руль, чтобы войти в поворот, мог только профессионал своего дела. Пневматика работала по одному принципу — включено-выключено. Если руль вывернуть совсем чуть-чуть, усилитель никак не давал о себе знать. На больших углах рулевое колесо не сопротивлялось вращению. Наоборот, оно вырывалось из рук и колеса мгновенно крутились. Если в это время на дороге попадалась яма, руль вообще мог гулять сам по себе.
Давление в системе сильно зависит от оборотов коленвала. Поэтому на маленькой скорости руль может заедать
Гидравлический. В середине прошлого века воздух был вытеснен жидкостью. Гидравлические усилители были лишены всех недостатков, которые отмечались у пневматических. Насос может создавать необходимое давление. Распределитель связан с рулевым валом и может отслеживать угол поворота руля. На основе сопротивления определяется количество масла, которое направляется в дополнительное устройство для поворота руля. Гидроусилитель может устранять толчки во время проезда по неровной дороге. Гидравлика показывает высокую эффективность, даже если в дороге лопнет колесо.
Главный минус гидроусилителя — сложность конструкции. Нужно постоянно контролировать уровень жидкости, следить за герметичностью, проводить замену масла и прочее. Насос такого усилителя функционирует постоянно, из-за чего двигатель теряет впустую почти 7% мощности. Давление в системе сильно зависит от оборотов коленвала. Поэтому на маленькой скорости руль может заедать. Помимо этого вся система имеет большой вес. И если потребителю данный фактор не так важен, то конструктор вынужден увеличивать мощность двигателя и усиливать другие элементы.
Электрогидроусилитель. Данная система лишена большинства недостатков гидравлического усилителя. Конструкция аналогична обычной гидравлике, но давление в нем создает насос, который приводится не от двигателя, а от отдельного электрического моторчика. За работу полностью отвечает электроника. Здесь нет зависимости от оборотов двигателя. Получается, что данный вид является переходным вариантом от гидравлики к электронике.
За управление отвечает электронный блок, который собирает и обрабатывает сигналы от разных датчиков
Электроусилитель. Данный тип усилителя с каждым годом становится все популярнее. Им оснащается большинство современных автомобилей. По конструкции он намного проще, чем гидроусилитель — электромотор в данном случае просто доворачивает рулевой вал. Располагается он на рулевой колонке. За управление отвечает электронный блок, который собирает и обрабатывает сигналы от разных датчиков. Такой усилитель весит меньше, не требует обслуживания, но многие автомобилисты отмечают искусственное усилие. Многие производители сегодня работают над обновлением именно этого типа усилителя.
Итог. Усилитель рулевого управления — незаменимая вещь в современном автомобиле. На рынке представлено несколько типов конструкций, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Разновидности современных систем усилителя руля: достоинства и недостатки
Многие автомобилисты со стажем прекрасно помнят о том, как сложно было в прошлом управлять автомобилями, которые не оснащались гидроусилителем руля. Действительно, если бы для рулевого управления требовалось столько же усилий, сколько требуется в действительности на поворот передних колёс, то процедура управления автомобилем не доставляла бы нам никакого удовольствия. Специально для упрощения управления были разработаны усилители руля, о современных модификациях которых мы и поговорим в этой статье.
Используемые сегодня усилителя руля позволяют существенно уменьшить необходимое усилие для поворота руля, при этом вся рулевая система отлично защищена от ударов и вибрации, которые неизменно возникают при использовании автомобиля на разбитых дорогах.
В настоящее время на автомобилях используется три различных типа усилителей рулевого управления:
3. Электрические усилители.
Первоначально использовались простейшие гидравлические устройства, которые впервые появились в США еще в середине прошлого века. Это надежная и простая в ремонте конструкция, которая с успехом использовалась на протяжении многих десятков лет.
В девяностых годах прошлого века появилось новое поколение электрогидравлических рулевых усилителей, в которых часть работа выполнялась электродвигателями, что, по замыслу инженеров, должно было повысить эффективность использования таких автомобилей. Однако электрогидравлические рулевые усилители зарекомендовали себя не с лучшей стороны. Они не отличались надежностью, были сложны в ремонте и эксплуатации, при этом не было каких-либо существенных преимуществ в сравнении с классической гидравликой у автомобилей, оснащенных такими технологиями.
Лишь в начале двухтысячных годов появились первые электрические усилители, которые пользовались большой популярностью у автовладельцев, они обеспечивали не только простоту управления автомобилем, но и повышали безопасность на высокой скорости.
Рассмотрим поподробнее такие современные технологии усилителей рулевого управления.
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.
Электрогидравлические усилители
Электрогидравлический усилитель представляет собой модернизированную технологию гидравлики, в котором привод насоса осуществляется не от двигателя, а от электромотора. Подобное позволяет существенно сократить расход топлива, причём экономия может составить порядка 1 литра бензина на 100 километров пробега автомобиля.
В таких электрогидравлических усилителях насос работает не постоянно, а лишь при изменении положения руля. При этом механическое соединение рулевой колонки и рейки сохраняется, соответственно обеспечивается качественная обратная связь водителя с дорогой.
Преимущества электрогидравлических усилителей рулевых управлений:
2. Экономия топлива.
Недостаток у электрогидравлического усилителя – это ненадежность используемого электрооборудования, что приводит к необходимости частого ремонта, а сама система крайне критична к качеству сервиса.
Электрические усилители руля
Основой такого механизма является специальный электропривод, который передает соответствующие сигналы от рулевой колонки на рейку и к сервоприводу каждого колеса. В зависимости от своей модификации у такого электрического усилителя может отсутствовать прямая связь между баранкой и рулевой рейкой.
Принцип действия электрического усилителя чрезвычайно прост. Вращение рулевого колеса измеряется соответствующими датчиками, после чего сигналы передаются электронному блоку управления и в последующем пересылаются на электродвигатель, вращающий рейку.
Преимуществом данной технологии является следующее:
1. Экономия расхода топлива.
2. Наличие обратной связи с дорогой.
3. Возможность изменения передаточного числа на высокой и низкой скорости.
4. Надежность используемого оборудования.
В сравнении с электрогидравлической системой последнее поколение усилителей отличаются лучшей надежностью, при этом отсутствие механической связи рулевой колонки и рейки избавляет водителя от вибрации и ударов на руле, которые могут возникать при эксплуатации автомобиля на разбитых дорогах.
Большинство новых автомобилей сегодня оснащаются именно таким электрическим усилителем руля, что объясняется простотой обслуживания, надежностью и эффективностью такой системы.
Выводы
На сегодняшний день именно электрические усилители руля являются самыми надежными и практичными. Использование данной технологии позволяет обеспечить существенное упрощение управление автомобилем, при этом на малых скоростях руль от упора до упора делает около одного-полутора оборотов, тогда как на высокой скорости управление становится максимально острым и информативным. Современные электрические усилители руля обеспечивают удобство управления автомобилем вне зависимости от скорости машины, при этом водитель получает полный контроль над транспортным средством, отличную обратную связь и возможность значительной экономии топлива в сравнении с использованием классических гидравлических усилителей руля.
Устройство автомобилей
Усилитель рулевого управления служит для создания дополнительного силового воздействия, позволяющего уменьшить прикладываемое к рулевому колесу усилие, необходимое для управления автомобилем, а также для повышения маневренности автомобиля и безопасности движения.
На грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности усилители рулевого управления устанавливают в основном для облегчения управления, а на легковых автомобилях высокого класса, кроме того, для предотвращения потери управляемости автомобилем в случае разрыва шины на высокой скорости.
Требования к усилителям рулевого управления
Поскольку рулевое управление автомобиля относится к наиболеее ответственному элементу системы управления, усилители руля должны не только обеспечивать комфорт и удобство водителя, но и соответствовать условиям безопасности движения. Немаловажными условиями качества гидроусилителей, как элементов конструкции автомобилей, является их долговечность, удобство технического ухода и эксплуатации.
Усилители рулевого управления должны соответствовать следующим основным требованиям:
- сохранять возможность управления автомобилем и в случае выхода усилителя из строя;
- не препятствовать стабилизации управляемых колес;
- обеспечивать следящее действие;
- поглощать удары и толчки, воспринимаемые автомобилем со стороны дороги и передаваемые на рулевое колесо;
- иметь высокий КПД и использовать минимальное количество мощности двигателя для своей работы.
Кинематическое следящее действие обеспечивает пропорциональность между угловым перемещением рулевого колеса и углом поворота управляемых колес. Иными словами, каждому фиксированному положению рулевого колеса должно соответствовать определенное положение управляемых колес, а при остановке рулевого колеса в каком-нибудь промежуточном положении поворот управляемых колес также должен прекращаться.
Силовое воздействие обеспечивает пропорциональность между силой, приложенной к рулевому колесу, и силой сопротивления повороту управляемых колес. Силовое следящее действие создает водителю "чувство дороги".
Усилитель рулевого управления должен включаться при определенном усилии, прикладываемом к рулевому колесу. Это усилие зависит от сил трения в рулевом механизме и типа применяемого центрирующего устройства. Центрирующее устройство обязательно имеется во всех усилителях, так как оно также не позволяет включаться усилителю при незначительных толчках со стороны управляемых колес. В качестве центрирующих и реактивных устройств в усилителях рулевого управления могут применяться пружины, торсионы, плунжеры, реактивные камеры или их комбинации.
Включение усилителя рулевого управления происходит вследствие обратной связи от управляемых колес, осуществляемой с помощью рулевого привода.
Классификация усилителей рулевого управления
На современных автомобилях могут устанавливаться гидравлические, электрические и комбинированные усилители рулевого управления. На выпускаемых ранее грузовых автомобилях некоторых моделей применялись пневматические усилители руля, однако, в настоящее время от таких конструкций отказались из-за ряда недостатков, присущих пневматическим сервоприводам – высокой инертности при срабатывании и неэффективному следящему действию.
В настоящее время на автомобилях наиболее часто применяются гидравлические усилители рулевого управления, которые характеризуются хорошими массогабаритными и динамическими показателями при рабочих давлениях до 15 МПа, небольшим временем срабатывания (0,02…0,05 сек), хорошими демпфирующими свойствами, малой трудоемкостью технического обслуживания.
Электрические усилители отличаются высокой экономичностью, так как энергия потребляется ими только при включении, а также низким уровнем шума, высокими демпфирующими свойствами и быстродействием, легкостью обеспечения переменного реактивного действия в зависимости от скорости движения автомобиля.
Комбинированные усилители рулевого управления в виде электромеханических или электрогидравлических систем устанавливают на многоосных специальных шасси, автопоездах и легковых автомобилях высшего класса. Это перспективные конструкции, сочетающие преимущества гидравлических и электрических усилителей рулевого управления.
Усилители руля: виды, недостатки и преимущества
Различные усилители в системе рулевого управления позволяют снизить физическое усилие, необходимое для поворота руля, и делают управление автомобилем менее утомительным и более комфортным. Кроме того, благодаря наличию усилителей руля улучшается маневренность, а в случае прокола колеса легче удержать машину на дороге и избежать ДТП.
Хотя легковой транспорт может обойтись и без усилителей, их устанавливают на большинстве выпускаемых в наше время автомобилей. А вот управление грузовой машиной без усилителя руля превратилось бы в тяжелый физический труд.
Типы усилителей руля
Как мы уже писали, нынешние автомобили даже в базовой комплектации оснащены таким необходимым элементом, как усилитель руля. Ниже подробнее рассмотрена классификация агрегатов. Все они имеют различное строение, схему, назначение, принципы работы и применение.
Можно выделить три основные разновидности усилителей рулевого управления:
- гидравлический (ГУР);
- электрогидравлический (ЭГУР);
- электрический (ЭУР);
- механический.
Гидравлический усилитель руля
Гидравлика стала применяться в рулевом управлении в середине прошлого века и до сих пор не утратила своей актуальности. ГУР можно встретить на многих современных легковых машинах.
Сердцем ГУР является насос, который приводится в действие посредством ременной или цепной передачи от коленвала двигателя. Насос ГУР создает в замкнутой гидравлической системе давление порядка 100 атмосфер.
Нагнетаемая насосом рабочая жидкость (масло) подается через штуцер на распределитель. Его задача заключается в перераспределении жидкости в зависимости от поворота руля.
В качестве исполнительного устройства выступает силовой гидроцилиндр с поршнем (рулевой рейкой).
Достоинства ГУР:
- комфортность управления рулем;
- значительное снижение усилия, необходимого для вращения руля;
- для поворота колес на требуемый угол нужно меньше вращать рулевое колесо;
- при повреждении колеса легче избежать вылета с трассы;
- в случае отказа гидроусилителя управляемость автомобилем сохранится.
Недостатки ГУР:
- усилитель работает только при запущенном двигателе;
- зависимость от оборотов двигателя;
- так как насос приводится в действие от двигателя, то это увеличивает расход топлива;
- длительное удержание руля в одном из крайних положений может вызвать сильный перегрев рабочей жидкости и выход из строя других элементов системы;
- в целом гидравлическая система довольно громоздкая и требует периодического обслуживания.
Электрогидравлический усилитель руля
Принцип действия ЭГУР тот же, что и гидравлического усилителя. Отличие в том, что здесь насос приводится в действие электромотором, который питается от генератора.
Это позволяет снизить потребление топлива по сравнению с ГУР.
Электронная система управления регулирует усилие в зависимости от скорости. Это обеспечивает легкость и точность маневрирования не только на больших, но и на малых скоростях, что невозможно в случае использования обычного гидравлического усилителя.
Недостатки ЭГУР:
- система может выйти из строя при длительном удержании руля в крайнем положении из-за перегрева масла;
- более высокая стоимость по сравнению с ГУР;
- плохой контакт в электропроводке или сбой в работе блока управления может привести к прекращению функционирования ЭГУР. Ситуация сама по себе не так уж критична, но внезапное резкое снижение управляемости автомобилем во время движения может вызвать панику у неподготовленного водителя.
Что лучше ГУР или ЭГУР?
Как уже говорилось, ЭГУР имеет отдельный модуль управления. Беда в том, что он объединен в единый сборный узел с электромотором насоса и его гидравлической частью. На многих возрастных машинах герметичность нарушается и в электронику попадает влага или даже само масло. Происходит это незаметно, и когда дело доходит до явных проблем в работе усилителя, то уже поздно пытаться что-то ремонтировать. Придется менять дорогостоящие элементы.
С другой стороны, у такой схемы со своим блоком управления, в отличие от классического ГУРа, есть важный плюс — своего рода защита. Если по какой-то причине произойдет большая утечка масла из системы, то она сама отключит насос, предотвратив его скоропостижную смерть из-за работы на сухую. Как и в случае с классическим гидроусилителем, любая потеря не влечет износа элементов в самой рейке. Поэтому, нет однозначного ответа на этот вопрос.
Электрический усилитель руля
Громоздкая и хлопотная в обслуживании гидравлика здесь полностью отсутствует. Соответственно, нет и присущих ГУР недостатков.
ЭУР состоит из электродвигателя и блока управления.
Как работает электрический усилитель руля? Датчик отслеживает угол поворота и скорость вращения рулевого колеса и подает сигнал на электронный блок управления. Процессор анализирует информацию от датчика, сопоставляет ее со скоростью движения автомобиля и выдает управляющий сигнал на электродвигатель. Мотор соответствующим образом перемещает рулевую рейку.
Достоинства ЭУР:
- компактность;
- экономичность;
- невысокая стоимость ЭУР;
- отсутствие зависимости от оборотов двигателя;
- функционирование не зависит от температуры окружающей среды;
- простота регулировки.
Благодаря этим положительным качествам ЭУР всё чаще устанавливается на современных автомобилях.
Главным недостатком ЭУР является его невысокая мощность, которая зависит от мощности генератора. Это делает весьма проблематичным применение ЭУР на внедорожниках, а тем более на грузовом транспорте.
Механический усилитель руля
Механический усилитель руля состоит из набора различных шестерён в корпусе. Эффект усиления и облегчения управления с использованием такого механизма состоит в изменении передаточного числа вращения. В настоящее время этот вид не используется из-за сложности и ненадёжности конструкции, а также из-за повышенного уровня шума во время работы.
Возможные проблемы с ГУР
Обычно ГУР работает вполне надежно и не доставляет серьезных хлопот владельцам авто. Конечно нет ничего вечного и рано или поздно выходит из строя и гидроусилитель. Но многие проблемы можно устранить собственными силами.
Чаще всего возникает утечка рабочей жидкости. Подтекает обычно в местах подсоединения трубок к штуцерам, реже трескаются сами трубки.
Если при вращении руля ощущаются толчки или вибрация, стоит проверить состояние приводного ремня насоса. При необходимости отрегулировать или заменить его.
Наиболее уязвимой частью ГУР является насос. Когда выясняется, что он неисправен, тут же возникает дилемма: ремонт или замена. При наличии желания, необходимых инструментов и опыта механических работ, можно попытаться отремонтировать насос самостоятельно, хотя стопроцентного успеха, конечно, никто не гарантирует.
Чаще всего в насосе выходит из строя подшипник. Нередко при вскрытии обнаруживаются дефекты пазов ротора и внутренней поверхности статора. Их необходимо тщательно отшлифовать. Также следует заменить сальник и резиновые прокладки.
Если обнаружится, что неисправны клапаны, то менять их следует комплектом, так как они должны соответствовать друг другу по пропускной способности.
Если нет возможности или желания самому возиться с ремонтом насоса ГУР, можно обратиться в автосервис. Стоит предварительно выяснить, есть ли в выбранной мастерской специалист нужной квалификации и во сколько обойдется ремонт.
Возможно, выгоднее окажется просто заменить насос. Новый стоит достаточно дорого, поэтому вполне приемлемым вариантом может оказаться приобретение отремонтированного, который обойдется дешевле и прослужит почти столько же.
Возможные проблемы с ЭУР
Проверить, не отключился ли ЭУР полностью, можно путем сравнения усилий при повороте руля с остановленным и запущенным двигателем. Если в обоих случаях для вращения «баранки» требуется одинаковое усилие, значит усилитель не работает.
Первым делом нужно проверить проводку, исправность генератора, целостность предохранителей, надежность контактов. Затем проверить датчик момента поворота и его контакты. Если не работает также и спидометр, то следует проверить датчик скорости.
Если с контактами у датчиков всё в порядке, стоит заменить сами датчики. Электронный блок управления несложно заменить самостоятельно, но для его проверки придется обратиться к сервисным специалистам.
В некоторых случаях неисправность ЭУР руля может проявляться непредсказуемым поведением рулевого управления во время движения. В этом случае нужно немедленно остановиться и отключить ЭУР, вынув соответствующий предохранитель. А затем отправляться в автосервис для проведения диагностики.
Заключение
Система рулевого управления играет ключевую роль в управлении автомобилем. Любые сбои в ее работе заметно сказываются на маневренности и управляемости транспортным средством.
Ни в коем случае нельзя игнорировать появившиеся признаки неисправности рулевого управления, так как это может обернуться серьезной аварией. На кону не только ваши финансовые средства. Под угрозой могут оказаться жизнь и здоровье — ваши и других участников дорожного движения.