Электрика или гидравлика усилителя руля — выбираем лучший вариант

Впервые в автомобилях усилитель рулевого управления появился в 30-ых годах прошлого века. Первоначально это были простые пневматические усилители, помогавшие водителю справиться с управлением тяжелым карьерным самосвалом. Постепенно пневматику сменила гидравлика, и в 50-ых годах в Европе и Америке стали выпускаться первые легковые автомобили, оснащенные гидроусилителем руля. И уже совсем недавно в обиходе появился электроусилитель рулевого механизма, который постепенно стал вытеснять гидравлику.

Трудности выбора

Отношение автомобилистов к этим системам неоднозначное. Одним нравится современный электроусилитель (ЭУР), для других предпочтительнее классический гидроусилителя (ГУР). Каждая система имеет свои преимущества и недостатки.

Что же выбрать?

Исходя из чисто логического подхода, можно подумать, что новое инженерное решение, в данном случае ЭУР, должно быть лучше прежнего. Оно должно учитывать недостатки системы предыдущего управления и исправлять их. Однако, лучшее, как говорится, враг хорошего. И не факт, что старая система, ГУР, плоха сама по себе. Да и не стоит забывать инертность мышления человека, который уже привык к управлению автомобилем, выработал свой стиль и не желает что-либо менять.

Электрический усилитель руля

Электроусилитель рулевого управления (в обиходе называемый элетроусилителем руля) — это конструктивный элемент в рулевом управлении автомобиля, который создает дополнительное усилие во время поворота рулевого колеса при помощи электрического привода. В современном автомобилестроении происходит постепенная замена гидроусилителя руля электроусилителем рулевого управления.

Основное преимущество электроусилителя руля по сравнению с гидроусилителем складывается из нескольких факторов:

• удобное регулирование характеристик управления;
• высокая информативность управления;
• надежность из-за отсутствия гидравлической системы;
• экономия топлива из-за экономного расходования энергии.

Принципиальная схема

Имеется две схемы электроусилителя руля: усилие электродвигателя поступает на вал рулевого механизма, либо оно может передаваться на рейку рулевого колеса.

Электромеханический усилитель- это наиболее совершенная конструкция, с точки зрения инженерного решения. Имеется две конструкции этого усилителя: с двумя шестернями или с параллельным приводом.

Электромеханический усилитель состоит из следующих составных частей:

• система управления;
• электродвигатель;
• механическая передача.

Электроусилитель руля (схема)

Электромеханический усилитель c двумя шестернями

Электроусилитель руля объединяется с рулевым механизмом в едином блоке. В усилителе устанавливается обычно асинхронный электродвигатель. Передача крутящего момента от электродвигателя на рейку рулевого механизма обеспечивается механической передачей.

Одна шестерня служит для передачи крутящего момента к рейке рулевого механизма собственно от рулевого колеса, а еще одна – от электродвигателя усилителя. На рейке имеется два участка специальных зубьев. Один из них и является приводом усилителя.

Электрический усилитель руля c параллельным приводом

В таком электроусилителе усилие от электродвигателя переходит на рулевой механизм при помощи ременной передачи, а также установлен специальный шариковинтовой механизм.

Электрический усилитель рулю с параллельным приводом

При этой схеме усиление может передаваться как на рейку рулевого колеса, так и на вал управления рулевым механизмом. Принципиального значения для управления автомобилем во время движения это не имеет. Обе схемы зарекомендовали себя одинаково надежными.

Блок управления

Управление электроусилителем включает несколько элементов:

• входные датчики;
• блок управления;
• исполняющее устройство.

К входным датчикам относят датчики крутящего момента и датчик, определяющий угол поворота на рулевом колесе. Система электронного управления электроусилителем использует информацию, которая поступает от блока ABS (датчик скорости) и блока управления двигателем (датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя).

Электронный блок управления служит для обработки сигналов датчиков. Соответствующая программа вырабатывает сигналы управления и отсылает их исполнительному устройству – электродвигателю усилителя.

Электроусилитель руля призван обеспечить управление автомобилем в таких режимах:

• при повороте автомобиля;
• при повороте автомобиля на малых скоростях;
• при повороте автомобиля на больших скоростях;
• активное возвращение колес в среднее положение;
• поддержание колес в среднем положении.

Как это работает

Электрический усилитель руля:

Управление автомобилем происходит с помощью поворотов рулевого колеса. От рулевого колеса крутящий момент передается посредством торсиона на рулевой механизм. При этом происходит замер закрутки торсиона специальным датчиком крутящего момента, а также замеряется угол поворота рулевого колеса. Для этого используется отдельный датчик. Информация от обоих датчиков, а также дополнительная информация о скорости движения автомобиля, показатель частоты вращения коленчатого вала, передаются электронному блоку управления.

Имеющаяся в блоке программа рассчитывает нужный крутящий момент электродвигателя усилителя и, изменяя величину силы тока, поддерживает работу электродвигателя в нужном режиме. От электродвигателя крутящий момент передается на рулевой механизм и затем, рулевыми тягами, на ведущие колеса.

Поворот колес, таким образом, происходит за счет объединения усилий электродвигателя усилителя и рулевого колеса.

Поворот на небольших скоростях, обычно при парковке, характерен большим углом поворота рулевого колеса. Электронной системой управления обеспечивается крутящий момент максимальной работы электродвигателя (называемый еще «легкий руль»).

На высоких скоростях электронная система обеспечивает наименьший уровень крутящего момента («тяжелый руль»).

Для активного возврата колес в среднее положение система управления увеличивает возникающее во время поворота реактивное усилие. Если возникает необходимость поддержать среднее положения колес, например, при движении во время бокового ветра, или разности давления в шинах, система управления корректирует среднее положение управляемых колес.

Гидравлический усилитель рулевого механизма

Схема гидравлического усилителя руля

Механизм гидроусилителя на легковом автомобиле выполнен вместе с рулевым механизмом. Такой усилитель называется интегральным. Рабочей жидкостью в гидроусилителе иномарок является масло ATF, такое же, как в автоматической коробке передач. Отечественные автомобили используют масло марки Р.

Аксиально-поршневой или роторный насос приводится в работу с помощью ремня от коленчатого вала. Он забирает масло из бачка и нагнетает под давлением в 50-100 атмосфер в золотниковый распределитель. При этом задача распределителя в отслеживании усилий на руле и строго дозированной помощи по управлению колесами.

Для этого используется следящее устройство. В этой роли чаще всего выступает торсион, который встроен в рулевой вал. Если машина едет по прямой или стоит, то усилий на рулевой вал никаких не прилагается, торсион не закручивается и, соответственно, дозирующие каналы в распределителе остаются перекрытыми. Масло при этом сливается в бачок.

Если водитель поворачивает автомобиль, колеса в результате сопротивляются, при этом торсион закручивается настолько сильно, насколько большое усилие приложено на руль. Золотник открывает масляные каналы и направляет рабочую жидкость исполнительному устройству. В механизме «винт-шариковая гайка» давление подается за поршень, или перед ним, помогая ему перемещаться по рулевому валу. В реечном механизме происходит подача масла в корпус рейки, в одну из сторон от связанного с рейкой поршня, и подталкивает ее, соответственно, вправо или влево. Если баранка руля повернута до упора, происходит срабатывание предохранительного клапана и сбрасывается давление масла, что предохраняет от повреждения детали механизма.

Обучающее видео о гидроусилителе от  TOYOTA:

Недостатки и преимущества рулевых усилителей

Неоспоримым преимуществом рулевого усилителя является облегчение работы при парковке, в затяжных поворотах и при других маневрах, когда необходимо совершать много оборотов руля, прилагая максимальные усилия. Еще одно полезное свойство усилителя состоит в ослаблении передачи на руль ударов, получаемых от неровностей дороги.

С точки зрения инженерной конструкции ГУР более сложная система, нежели электрический усилитель руля современного автомобиля. Гидравлический насос, приводимый в действие приводным ремнем или электродвигателем, сложная рулевая рейка, шланги и жидкости занимают много подкапотного пространства автомобиля. А в современном автомобиле его и так не слишком много.

Здесь более выгодно смотрится ЭУР, имеющий электромотор, набор датчиков и простой, и легкий реечный механизм. В обслуживании ГУР также много дороже и сложнее, в сравнении с ЭУР. надежность ЭУР так же несколько выше за счет отсутствия в ней ремней, сальников, шлангов, прокладок и жидкостей. Поломка ГУР, в особенности сопровождающаяся потерей рабочей жидкости, означает полную невозможность продолжения движения своим ходом. В то время как поломка ЭУР окажет воздействие на управляемость автомобиля лишь необходимостью прилагать большие усилия при вращении баранки руля.

Если говорить об экономии топлива, то и по этой позиции электрическая система выигрывает. ГУР при включенном моторе работает постоянно, увеличивается нагрузка на двигатель и, соответственно, повышается расход топлива. ЭУР потребляет электрическую энергию, но электрический привод включается только при повороте рулевого колеса. К тому же КПД электродвигателя выше КПД гидравлического насоса.

Но управление автомобилем с электрическим усилителем не всегда удобно водителям. Многие отмечают не информативность ЭУР, поездка при этом напоминает игровой джойстик. Но и это еще не все. Негативные факторы работы ЭУР внесли российские автомобилестроители. На отечественных авто отмечены случаи, когда ЭУР самостоятельно решал, куда поворачивать колеса. Растерянный шофер при этом не мог ничего сделать. Хорошо, что пока все обходится без трагических случаев. Можно считать это своей местной болезнью, поскольку подобных случаев с иномарками не наблюдалось.

Конечно, ряд недостатков можно обнаружить и у ЭУР. Но количество достоинств говорит о том, что усилители рулевого управления этого типа значительно более эффективны и экономичны по сравнению с ГУР. Будущее, конечно, принадлежит автомобилям с электрическим усилением рулевого механизма.