Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Долгое время средство для уменьшения усилия на руле было одно: сделать побольше передаточное отношение привода и диаметр баранки. Рассмотрим устройство гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя руля (ЭУР), как они работают.

Типы рулевого механизма

Сначала — о рулевых механизмах. Один из них, знакомый по "Жигулям", носит название "червяк-ролик" из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары. Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Такой механизм считается устаревшим.

С распространением на легковых авто переднего привода, получил распространение тип рулевого механизма - "шестерня-рейка" или реечный. Механизм "шестерня-рейка" легче и технологичнее, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность управления.

Недостатки рулевого усилителя

Неоспоримое преимущество рулевого усилителя - облегчение работы рук при парковке, когда приходится совершать много оборотов баранки при максимальном усилии. Но усилитель обладает еще одним полезным свойством - он ослабляет передачу на руль ударов от неровностей дороги.

рулевое управление автомобиля
А недостатки? Владельцы автомобилей с ГУР часто жалуются на отсутствие или нехватку реактивного усилия на руле. В этом виноват гидроусилитель - он слишком активно помогает водителю, убирая ту толику возвращающего усилия, которая обеспечивает "чувство автомобиля".

Поэтому чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку тугой, нужно увязать массу факторов: производительность насоса, геометрию передней подвески, углы установки колес, параметры задней подвески, характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Поэтому, безупречные с этой точки зрения автомобили попадаются редко и многие фирмы жертвуют информативностью в пользу комфорта.

Еще одна задача - сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на ходу становился упругим и информативным. В гидроусилителях, на помощь приходит электрогидравлический модулятор давления - с ростом скорости по сигналу от управляющего блока он ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя сходит на нет.

Гидроусилитель руля - ГУР

Исполнительный механизм гидроусилителя, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом - их называются интегральными. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF - то же, что и в автоматических коробках передач.

рулевой механизм с гидроусилителем
Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок.

Насос ГУР, приводимый ремнем от коленвала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в распределитель. Задача распределителя - отслеживать усилие на руле и дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство - чаще всего торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен — соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок. Водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются - торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство. Когда баранка повернута до упора, срабатывают предохранительные клапаны, сбрасывая давление масла и сохраняя детали от повреждения.

Электроусилитель руля - ЭУР

Это усилители руля, в которых не осталось гидравлики! На торсионе стоит датчик и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Преимущества электроусилителя:
  • независимость работы усилителя от оборотов двигателя
  • информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля)
  • независимость работы усилителя руля от температуры
  • экономичность
  • надежность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей)
  • не требует обслуживания (замены и доливки рабочей жидкости)
  • выше симметричность руля (отсутствие разницы усилия в левом и правом положении)

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя выше КПД гидронасоса.

Вариант для авто малого класса — усилитель встроен в рулевую колонку Вариант для автомобилей среднего класса Вариант для авто большого класса — электропривод усилителя интегрирован с рулевой рейкой

Электроусилитель в зависимости от массы и компоновки автомобиля.
1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка

Рулевой механизм с переменным отношением

А нельзя ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления - мешает, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на меньший угол.

Для этих целей используется рейка с переменным профилем: в около нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.

Это не всё. На некоторых машинах, установлена система активного руления - Active Steering. Она позволяет изменять передаточное отношения рулевого механизма. Например, когда едите по шоссе, руль должен быть чувствительным, а при парковке хотелось бы поменьше вращать баранку.
Что ещё можно почитать