Устройство и принцип работы электроусилителя рулевого управления

Что лучше ГУР или ЭУР

Были времена когда водители обходились без усилителя рулевого управления и для того, чтобы повернуть руль, требовались некоторые усилия. Особенно это касалось водителей грузовых автомобилей и автобусов. Поэтому инженеры и начали задумываться о том как облегчить управление рулем. Так был придуман гидроусилитель руля или ГУР. Позже инженеры поняли, что необходим более надежный и компактный усилитель рулевого управления поэтому был изобретен электро усилитель руля (ЭУР). В этой статье мы немного поговорим о конструкции ГУР и ЭУР, а также попробуем разобраться, что все таки лучше. Впервые ГУР на советских автомобилях начал устанавливаться в ГАЗ 14 Чайка, остальные советские автомобили не имели усилителя рулевого управления. Автомобили иностранного производства начали оснащаться ГУР на много раньше.

2) Бачок с жидкостью

4) Золотниковый распределитель

5) Соединительные штанги

ГУР работает по следующему принципу.

1) От коленчатого вала двигателя в действие приводится насос гидроусилителя.

2) Насос гидроусилителя под давлением подает жидкость в золотниковый распределитель.

3) При повороте рулевого колеса распределитель подает поток жидкости от насоса в левую или правую полость гидроцилиндра.

4) Под давлением жидкости поршень гидроцилиндра перемещается облегчая поворот рулевого колеса, поворот колес осуществляется за счет рулевого привода. При движении по прямой жидкость гидроусилителя направляется обратно в бачок.

1) Более дешевое производство по сравнению с ЭУР.

2) Благодаря стойкости к большим нагрузкам имеется возможность устанавливать на внедорожники, автобусы и грузовики.

3) В отличие от ЭУР не подвержен программным сбоям.

1) Конструкция ГУР занимает много места.

2) Некоторая мощность ДВС теряется, так как привод насоса гидроусилителя работает от коленчатого вала двигателя.

3) Нуждается в регулярном техническом обслуживании: герметичность патрубков, уровень жидкости в бачке и т.д

2) Торсионный стержень и вал рулевой колонки

3) Рулевой механизм

4) Датчик положения рулевого колеса

5) Датчик крутящего момента

6) Электронный блок управления

Принцип работы ЭУР.

1) Когда водитель поворачивает рулевое колесо, начинает скручиваться торсионный стержень.

2) Датчик крутящего момента измеряет величину момента затем передает информацию блоку управления.

3) Далее блок управления обрабатывает данные с датчиков ЭУР и сравнивает их с показаниями других датчиков (скорости, оборотов коленчатого вала и др).

4) Блок управления вычисляет усилие которое необходимо приложить для поворота колес и дает нужную команду электродвигателю.

5) Электродвигатель воздействует на рулевую рейку тем самым облегчая водителю поворот рулевого колеса.

1) Возможность реализации дополнительных вспомогательных электронных систем, например парковочный ассистент.

2) Имеется возможность настройки рулевого управления.

3) Компоненты ЭУР занимают мало места.

4) Легкость в обслуживании. Нет необходимости следить за герметичностью и уровнем жидкости, а также за исправностью насоса.

5) ЭУР не расходует мощность двигателя.

1) Дорогой ремонт в случае поломки.

2) Из-за слабой мощности грузовики и внедорожники не могут быть оснащены ЭУР.

3) Может перегреться или временно работать в аварийном режиме при неблагоприятных дорожных условиях

4) Возможен сбой программного обеспечения.

Как видно каждая система усиления рулевого управления имеет свои достоинства и недостатки. Тем не менее все чаще и чаще легковые автомобили оснащаются ЭУР. Тяжелая техника по-прежнему использует ГУР. Перейдут ли все производители со временем на ЭУР или у ЭУР обнаружатся серьезные недостатки и ограничения которые не позволят производителям полностью отказаться от ГУР ? Кто знает время, покажет.

Принципы работы ЭУР

Система состоит из вспомогательного рулевого двигателя на колонне с рулевой рейкой на колесах (это главное, чем отличается электроусилитель руля от гидроусилителя) и устройства для измерения крутящего момента в рулевой колонне. Колонна разделена на две части. Часть, прикрепленная к рулю, соединяется с нижней частью рулевой рейки через торсионный стержень с устройством для измерения крутящего момента.

Верхняя половина и нижняя половина имеют магнитные датчики. Когда верхняя половина рулевой колонки начинает двигаться, магнитные датчики посылают сигнал на компьютер управления усилителем руля. Компьютер перемещает двигатель в соответствии с командой входящего крутящего момента.

Схема ЭУРПлюсы:

1. Если двигатель заглохнет, система электроусиления руля будет продолжать работать.
2. Электроэнергия используется только при вращении руля.
3. Электродвигатель и система управления ЭУР более устойчивы к возрасту.
4. Не использует гидравлическую жидкость, следовательно, не бывает утечек.

Минусы: если возникнут проблемы, придется обращаться в автосервис. Только там смогут провести компьютерную диагностику, чтобы выяснить, что не так с системой.

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.

Виды и их особенности

Как отмечено, в устройстве ЭУР применяются одни и те же составные элементы, но с разной компоновкой. Все применяемые электрические усилители рулевого управления можно разделить на:

• Встроенные в рулевую колонку;
• Монтируемые на рулевой механизм;

Особенность первого типа заключается в том, что все составные части объединены в единую конструкцию, устанавливаемую на рулевой колонке. В таком механизме используется червячная силовая передача, воздействующая на вал рулевой колонки (червяк соединен с ротором электродвигателя, а шестерня, с которой он находится в зацеплении – на валу колонки, после торсиона). Такой тип ЭУР является самым дешевым и его можно встретить на автомобилях бюджетного сегмента.

ЭУР встроенный в рулевую колонку

Что касается усилителей, устанавливаемых на рулевой механизм, то у этих типов конструкция раздельная – датчики установлены на колонке, блок управления располагается где-то в салоне, а двигатель с редуктором расположен на рулевом механизме.

Причем существует несколько типов ЭУР с такой компоновкой:

• С червячным редуктором;
• Двухвальный;
• Шарико-винтовой;

С червячным редуктором

Если рассмотреть общую концепцию ЭУР, установленного на рулевой колонке, и раздельного усилителя с червячным редуктором, то разница между ними сводится лишь к тому, что у второго варианта исполнительное устройство располагается возле рулевого механизма, хотя в нем все также используется червяк с шестерней (установленной на валу рулевой колонки).

Червячный редуктор ЭУР

Двухвальный ЭУР

Двухвальный тип ЭУР с момента появления являлся достаточно популярным, но сейчас он используется значительно реже. Конструктивное исполнение этого типа усилителя очень интересно: сочленение «колонка-рулевой механизм» здесь осталось без изменений (так же, как и на авто без усилителя).

Двухвальный ЭУР от компании ZF

То есть, на конце вала колонки установлена шестерня, которая имеет постоянное зацепление с рейкой. Но в рулевой механизм с другой стороны корпуса монтируется исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя, на валу которого тоже установлена шестерня, тоже взаимодействующая с рейкой. Для этого на рейку приходится наносить дополнительный зубчатый сектор.

Схема работы двухвального ЭУР

Работает такой механизм очень просто: водитель, как и на авто без усилителя, посредством шестерни перемещает рейку. В то же время блок управления включает в работу электродвигатель, который благодаря зубчатому зацеплению помогает ее перемещать.

Шарико-винтовой усилитель

Последний тип – шарико-винтовой. В этом ЭУР усилие также передается на рулевую рейку, а не валы колонки. Но делается это при помощи шарико-винтовой гайки. Для передачи усилия используются шарики, движущиеся по винтовой канавке, проделанной на рейке.

Шарико-винтовой ЭУР с ременной передачей

Принцип работы электроусилителя руля этого типа сводится к тому, что усилие, создаваемое электродвигателем, передается на гайку, установленную на рейку (посредством ременной передачи) или же напрямую, когда электромотор встроен в рулевую рейку. В результате гайка начинает вращаться, при этом она из-за конструкции корпуса не может смещаться в продольном направлении. Поэтому вращение гайки приводит к перемещению самой рейки, тем самым и создается дополнительное усилие на рулевом механизме.

ЭУР с шарико-винтовой передачей и встроенным электромотором

В каждом из указанных типов есть определенные достоинства и недостатки, которые сказываются на их распространенности на авто. К примеру, устройство, монтируемое на рулевую колонку отличается дешевизной, но при этом информативность работы у него невысокая. Что касается шарико-винтового ЭУР, то он считается лучшим по информативности, но очень сложный в обслуживании и дорогостоящий.

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.

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

• более низкая себестоимость производства, влияющая на конечную цену новой машины;
• от гидроусилителя можно получить большую мощность, позволяющую применять его в грузовиках и микроавтобусах любой грузоподъемности;
• надежная конструкция, проверенная годами эксплуатации.

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Прочие минусы не столь существенны:

1. Насос усилителя работает постоянно, пока включен двигатель. Это увеличивает расход топлива.
2. Чтобы давление масла в магистралях не превысило критическую отметку, нельзя дольше 5 сек удерживать баранку, повернутую до крайнего положения.
3. На бюджетных моделях машин руль, усиливаемый ГУР, становится «пустым» на высокой скорости.

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

• электродвигатель и блок управления с датчиком не нуждается в осмотрах и обслуживании;
• габариты узла гораздо меньше, отчего в малолитражках он вмещается за приборной панелью;
• система не потребляет электроэнергию без нужды, а значит, не расходует лишнее топливо;
• руль можно держать в любом положении сколь угодно долго.

Рекомендуем: Что лучше выбрать: Daewoo Nexia или ВАЗ-2114

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Слабая сторона электрического усилителя — высокая цена. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Ремонтопригодность

ГУРы изучены досконально, поэтому их ремонтируют
везде. Восстановить можно все, и даже 20-летний насос – были бы деньги. С ЭУР
ситуация другая. Для его диагностики нужно специальное оборудование. После
любого вмешательства нужно калибровать датчики, а это делается через сканер.
Хорошо, если просто оторвался провод или сломался датчик. Хуже, если неисправен
электрический мотор. В большинстве случаев он не подлежит восстановлению.

Разобранный электроусилитель руля
Разобранный ЭУР

Если брать один автомобиль, стоимость ремонта и
диагностики ГУР будет дешевле, чем ЭУР. Да и не каждый возьмется за ЭУР, ведь
для работы с ним нужно дорогое оборудование и знания.

Устройство и принцип работы электроусилителя руля

Электроусилитель руля функционирует от электрического мотора. Особенностью ЭУР является то, что он не работает постоянно, как ГУР, а активируется только в момент поворота рулевого колеса. Существует две разновидности ЭУР. В первом случае он крепится к рулевой рейке, во второй — к рулевому валу. Первый вариант является более распространенным. ЭУР дополняется блоком управления, при помощи которого можно установить индивидуальные настройки. Это позволит обеспечить более плавный ход автомобиля.

Электроусилитель руля обладает следующими достоинствами:

• компактные размеры;
• отсутствие жидкости в системе, что исключает проблемы из-за создаваемого давления;
• хорошая работа на любых скоростях, в том числе и на высоких;
• простота установки;
• возможность выставления индивидуальных настроек.

Но есть и несколько минусов:

• риск перегрева электромотора;
• высокая стоимость;
• частое отсутствие возможностей для обслуживания и ремонта, из-за чего приходится менять ЭУР полностью.

Наиболее частыми поломками ЭУР являются:

• перегрев электродвигателя;
• проблемы с блоком управления;
• неполадки датчиков.

Как видно из вышесказанного, электроусилитель руля является достаточно надежным устройством. Его обычно выбирают автолюбители, которые готовы переплатить, но получить высокое качество. За счет того, что ЭУР работает не постоянно, как ГУР, а активируется только в момент вращения руля, изнашивается он гораздо медленнее

Но важно понимать, что при возникновении поломок, вероятно, придется менять сразу весь усилитель. А это точно обойдется дороже, чем ремонт ГУР

Основные неисправности и способы их устранения своими руками

Извлеченная из автомобиля система

Какой бы ни была конструкция в вашем случае, даже если система выходит из строя, вы сохраняете управления. Ведь сохраняется прямая связь между рулевым валом и рейкой. Это обязательно требование безопасности. Поэтому, даже если поломка произойдет посреди движения, это не грозит вам неминуемой аварией.

Но все же, если не работает электроусилитель руля, то это серьезная проблема. Ведь управление автомобилем сразу же станет намного более сложным для вас. Основные неисправности приведем на примере отечественного автомобиля Лада Калина.

О проблеме вам будет сигнализировать желтый значок на панели приборов, изображающий руль с восклицательным знаком. Но его наличие не означает, что вы не можете ехать, просто управлять придется без участия электроусилителя.

Устройство под панелью

Причина может крыться в самом ЭУР. В этом случае, при зажигании система не проходит через автоконтроль и отключается, чтобы не мешать водителю. Как уже говорилось выше, заменять отдельные узлы практически невозможно и лучше не копаться в устройстве самому. Если ваш автомобиль на гарантии, обратитесь к производителю за заменой ЭУР. В любом случае, ремонт электроусилителя руля будет дорогим, ведь может потребовать ремонт рулевой рейки и другие работы.

Отключение ЭУР также может быть вызвано поломкой датчика скорости. Дело в том, что работы усилителя тесно зависит от того, на какой скорости вы движетесь. Чем быстрее машина, тем меньше усилия дает прибор, дабы вы могли лучше сам контролировать руль. Максимальное же давние идет, когда движение осуществляется на небольшой скорости или машина вообще стоит.

Из-за поломки датчика ЭУР будет отключаться автоматически, так как не получает его данных. Для исправления сложившейся ситуации, вам необходимо заменить сам датчик скорости.

Если ЭУР гудит, то это может быть признаком неправильно поставленного картера – корпуса (поддона) двигателя. В этом случае вибрация с него будет идти на усилитель и тот начнет гудеть. А значит, ремонт ЭУР будет заключаться в исправлении положения картера.

Как часто нужно менять жидкость в ГУРе

Эксперты утверждают, что техническая жидкость в гидроусилителе может использоваться на протяжении всего периода эксплуатации транспортного средства. При этом масло требуется периодически менять. Срок зависит от того, как интенсивно эксплуатирует свой автомобиль владелец. Если в год машина пробегает порядка 10 000-20 000 километров, то масло нужно менять раз в 24-36 месяцев. Стоит напомнить, что в результате эксплуатации ГУРа его элементы начинают нагреваться. Это приводит к повышению температуры масла, что ухудшает его свойства. Менять жидкость следует при появлении горелого запаха либо при наличии посторонних частиц. Всего в гидроусилитель заливается около 1,5 литров масла. Измеряются два уровня – горячий и холодный. В первом случае температура масла находится в пределах от 50 до 80 градусов, во втором – от 0 до 30 градусов.