Назначение, устройство и принцип работы гидроусилителя руля.
Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении.
Рулевое управление современного автомобиля имеет следующееустройство:
Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 — 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.
Рулевая
колонка обеспечивает
соединение рулевого колеса с рулевым
механизмом. Рулевая колонка представлена
рулевым валом, имеющем несколько
шарнирных соединений. На современных
автомобилях предусмотрено иеханическое
или электрическое регулирование
положения рулевой колонки. регулировка
может производиться по вертикали, по
длине или в обоих направлениях.
Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили реечные рулевые механизмы.
Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамникеподвески автомобиля.
Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески.
Наибольшее
распространение получил механический
рулевой привод,
состоящий из рулевых тяг и рулевых
шарниров.
Рулевой шарнир выполняется
шаровым. Шаровый
шарнир состоит
из корпуса, вкладышей, шарового пальца
и защитного чехла. Для удобства
эксплуатации шаровый шарнир выполнен
в виде съемного наконечника рулевой
тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой
опорой выступает дополнительным рычагом
подвескию
Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, а также снижает общую физическую нагрузку на водителя.
В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления:
электрический;
пневматический.
Большинство
современных автомобилей имеют гидравлический
усилитель рулевого управления(другое
название – гидроусилитель
руля).
Гидроусилителем рулевого управления (обиходное название –гидроусилитель руля) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью гидравлического привода. Гидроусилитель руля является самым распространенным видом усилителя рулевого управления.
Простейший гидроусилитель руля имеет привод гидронасоса от коленчатого вала двигателя. У такого усилителя производительность прямо пропорциональна частоте вращения колнечатого вала двигателя, что противоречит реальным потребностям рулевого управления (при максимальной скорости движения требуется минимальный коэффициент усиления, и наоборот).
Н
аиболее
совершенным с точки зрения потребительских
свойств и конструкции является
электрогидравлический
усилитель руля.
Преимуществами электрогидравлического
усилителя являются компактность,
возможность функционирования на
неработающем двигателе, экономичность
за счет включения в нужный момент.
В
конструкции данного гидроусилителя
предусмотрена возможность электронного
регулирования коэффициента усиления.
Поэтому, наряду с комфортностью управления
усилитель может обеспечить легкость
маневрирования на малых скоростях, что
недоступно обычному гидроусилителю.
Электрогидравлический усилитель рулевого управления имеет следующее устройство:
Схема электрогидравлического усилителя руля
Насосный агрегат представляет собой объединенный блок, включающий гидравлический насос, электродвигатель насоса и бачок для рабочей жидкости. На насосный агрегат устанавливается электронный блок управления.
Гидравлический насос может быть лопастного или шестеренного типа. Наиболее простым и надежным является шестеренный насос.
Гидравлический узел управления является исполнительным механизмом усилителя руля. Он включает:
Гидравлический
узел управления объединен с рулевым
механизмом.
Шток поршня силового цилиндра
является продолжением рейки рулевого
механизма.
Система управления обеспечивает работу гидроусилителя. На современных автомобилях используется электронная система управления, которая обеспечивает регулирование коэффициента усиления в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля.
Усилитель с такими характеристиками называется адаптивным усилителем рулевого управления.
Работа гидроусилителя руля:
При прямолинейном движении автомобиля гидравлический узел управления обеспечивает циркуляцию жидкости по кругу (от насоса по каналам напрямую в бачек).
При
повороте рулевого колеса происходит
закрутка торсиона, которая сопровождается
поворотом золотника относительно
распределительной гильзы. По открывшимся
каналам жидкость поступает в одну из
полостей (в зависимости от направления
поворота) силового цилиндра. Из другой
полости силового цилиндра жидкость по
открывшимся каналам сливается в бачек.
Поршень силового цилиндра обеспечивает
перемещение рейки рулевого механизма.
Усилие от рейки передается на рулевые
тяги и далее приводит к повороту колес.
При осуществлении поворота на небольшой скорости (при парковке, маневрах в ограниченном пространстве) гидроусилитель руля работает с наибольшей производительностью. На основании сигналов датчиков электронный блок управления увеличивает частоту вращения электродвигателя насоса (обеспечивает открытие электромагнитного клапана). Соответственно увеличивается производительность насоса. В силовой цилиндр интенсивнее поступает специальная жидкость. Усилие на рулевом колесе значительно снижается.
С увеличением скорости движения частота вращения электродвигателя насоса снижается (срабатывает электромагнитный клапан и уменьшает поперечное сечение гидросистемы).
Работа
гидравлического усилителя осуществляется
в пределах поворота рулевого колеса и
ограничивается предохранительным
клапаном [4].
Принцип работы гидроусилитель руля
Своевременное техническое обслуживание гидроусилителя руля позволит свести к минимуму неожиданные неисправности и повысить качество его работы.
Гидроусилитель руля является средством, обеспечивающим комфорт в автомобиле. Однако, у него есть не только плюсы, но и минусы. Знать принцип работы гидроусилителя руля, значит, иметь возможность точно определить неисправности, возникающие при работе. Кроме этого, своевременное обслуживание продлит срок службы.
Содержание
- Устройство
- Нагнетание масла
- Распределение
- Предохранительные функции
- Обратная связь
- Преобразование давления в усилие
- Хранение масла
- Рекомендации
Устройство
Гидроусилитель руля нужен не только для обеспечения комфорта. На грузовых автомобилях без него было бы просто невозможно повернуть колёса. Как видно из названия, он выполняет роль усилителя, работа которого основана на свойствах жидкости, в качестве её используется специальное масло.
Каждый узел системы выполняет свои функции. Среди них можно выделить следующие:
- Нагнетание масла;
- Распределение;
- Предохранительные функции;
- Обратная связь;
- Преобразование давления в усилие;
- Хранение рабочей жидкости.
Качество тех или иных функций зависит от исправности соответствующего узла, детали. Поэтому возникшая неисправность диагностируется исходя из определённых признаков.
Нагнетание масла
Реализуется с помощью насоса, для приведения в движение которого используется ремень гидроусилителя руля. Есть разные типы насосов. Среди них в последнее время появились электрические. Обороты такого насоса изменяются в зависимости от скорости движения автомобиля. Ремень гидроусилителя руля обеспечивает жёсткую кинематическую связь с двигателем. Производительность насоса зависит от частоты вращения коленчатого вала. От насоса к распределителю подходит шланг гидроусилителя руля высокого давления.
От распределителя в бачок подходит трубка, по которой поступает масло с низким давлением.
Распределение
Рабочая жидкость под давлением нуждается в распределении при повороте рулевого колеса. Зачастую механизм и распределитель выполнены вместе. Угол поворота руля передаётся торсионом, который перемещает золотник. Последний будет двигаться до тех пор, пока усилие на нём не станет равным нулю. Когда это произойдёт, то масло перестанет давить на рабочий цилиндр, и он остановится. Колёса в это время тоже остановятся. Рабочая жидкость будет перетекать в бачок гидроусилителя руля.
Предохранительные функции
Поворачивать руль можно до упора, при этом не переставая прилагать усилие. В таком случае торсион постоянно открывает золотник. Масло непрерывно действует на рабочий цилиндр. Развиваемое им усилие не ограничивается. Давление в системе растёт. Любая трубка может лопнуть, или произойдёт разрушение других деталей.
С целью не допустить подобное явление были внедрены предохранительные клапаны, которые срабатывают по достижении рулевым механизмом крайних положений.
Обратная связь
Чувство руля является очень важным при движении. Оно информирует водителя о характере поверхности, наличии препятствий на пути. Гидроусилитель руля снабжён специальными шайбами, которые изменяют усилие, прилагаемое к рулевому колесу. Таким образом, водитель чувствует в какой ситуации находятся колёса. Это необходимо, например, зимой, когда дорога покрыта льдом. Информация о её состоянии позволит водителю вовремя принять меры безопасности и тем самым предотвратить дорожно-транспортное происшествие.
Преобразование давления в усилие
Реализовано через поршень и шток. Трубка подводит масло к распределителю, далее, к рабочему цилиндру. Преобразовать давление жидкости в усилие можно, используя поршень определённой площади. Чем больше площадь, тем больше усилие, которое будет поворачивать колёса.
Расчёт площади предполагает определённый запас силы, но в то же время слишком большая площадь неоправданно увеличит размер цилиндра.
Хранение масла
Рабочая жидкость хранится в бачке. Точнее сказать, там находится запас масла, необходимый для правильной работы системы. К нему подходит трубка слива и забора масла. Особых требований не предъявляется. Важно, чтобы он был целым и содержал достаточный объём масла. Бачок содержит фильтр, который препятствует проникновению частиц в систему. Производительность насоса зависит от чистоты этого фильтра.
Рекомендации
Залогом долговечной работы любого устройства является его своевременное техническое обслуживание. Для гидроусилителя оно заключается в следующем:
- Проверка уровня масла в бачке;
- Визуальный контроль целостности ремня и трубок;
- Контроль натяжения ремня;
- Контроль утечки масла;
- Чистоты фильтра и масла.
Недостаток масла приводит к перебоям в работе усилителя. Но доливать нужно только специальное масло.
Рекомендуется периодически менять масло и фильтр.
Вовремя обнаруженная утечка или повреждение позволит не допустить более серьёзных последствий. Повреждённый ремень лучше заменить. В случае его обрыва управлять легковым автомобилем, скорее всего, будет можно, но недолго, т. к. это приведёт к скорейшему износу деталей.
Принципы работы электронного усилителя рулевого управления
См. другие советы по автомобилю
Что вы чувствуете, когда крутите руль при повороте? Легко ли крутишь руль? Если вы можете легко поворачивать рулевое колесо, когда автомобиль стоит или движется, то можете быть уверены, что ваш автомобиль оснащен функцией гидроусилителя руля. Если вы чувствуете тяжесть при повороте руля, значит, ваш автомобиль еще не оснащен системой усилителя руля.
Обычно автомобили, в которых не использовался гидроусилитель руля, — это старые автомобили, выпущенные в 1950-х по 1970-е годы.
Усилитель рулевого управления — это функция транспортных средств, предназначенная для облегчения работы водителя при повороте автомобиля, когда он стоит или движется на низкой скорости. Усилитель руля на автомобилях старого типа использует гидравлическую энергию, где насос усилителя руля будет работать, когда двигатель работает, даже если автомобиль не движется. Это приводит к потере мощности двигателя, поскольку частота вращения двигателя используется для привода насоса гидроусилителя рулевого управления, а частота вращения двигателя увеличивается, что приводит к снижению эффективности использования топлива. Для повышения эффективности использования топлива и снижения нагрузки на двигатель была разработана система рулевого управления с усилителем, работающая от электроэнергии, которая стала известна как электронное рулевое управление с усилителем (EPS).
Электронный усилитель рулевого управления (EPS) — это система, используемая в новейших автомобилях и состоящая из мехатронной схемы, которая помогает водителю контролировать направление движения автомобиля в системе рулевого управления. Разница в EPS заключается в движущей силе рулевого управления. Если гидроусилитель руля использует гидравлическую энергию, EPS использует электродвигатель для управления рулевым колесом.
Принцип работы
Читайте также: Принцип работы адаптивного круиз-контроля
В автомобилях с системой EPS принцип работы заключается в использовании электродвигателя для перемещения рулевой тяги в зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости автомобиля.
Двигатель EPS получает питание от аккумулятора для вращения двигателя EPS, в то время как гидравлическая система рулевого управления использует вращение двигателя для привода насоса, чтобы производить жидкость для гидроусилителя рулевого управления под высоким давлением, которая затем направляется в рулевую рейку, которая подключен непосредственно к колесам с обеих сторон, поэтому при повороте руля будет ощущаться легкость.
Однако EPS не всегда будет работать постоянно, EPS отключается, когда автомобиль движется с высокой скоростью. Через информацию от датчика скорости автомобиля, когда автомобиль движется с высокой скоростью (более 80 км/ч), датчик информирует систему. Это сделано для повышения безопасности при движении автомобиля на высокой скорости, из-за чего рулевое колесо становится тяжелее. Преимущество EPS по сравнению с гидравлическими системами заключается в том, что в системе EPS водителю не нужно менять масло гидроусилителя руля, поэтому она считается необслуживаемой. Однако у ЭЭС есть и слабое место, а именно, если система ЭЭС подвергнется воздействию воды, например наводнения, произойдет сбой в работе системы ЭЭС, ведь как мы знаем, работа системы ЭЭС осуществляется от электричества.
См. другие советы
Retrotechtacular: Принципы гидравлического рулевого управления
- автор: Кристина Панос
Доводилось ли вам когда-нибудь управлять однотонным пикапом 1940-х годов или задумывались, насколько сложно было бы развернуть ваш автомобиль без гидроусилителя руля? По мере того, как во время Второй мировой войны военные машины становились больше и тяжелее, возникла необходимость в помощи в управлении ими.
Это 1955 Учебный фильм армии США наглядно объясняет принципы работы гидравлической системы рулевого управления с кулачком и рычагом.
Сначала описывается основной узел рулевого управления. Водитель поворачивает рулевое колесо, которое прикреплено к рулевому валу. Этот вал заканчивается кулачком рулевого управления, который движется вверх или вниз вдоль распределительного вала в зависимости от направления поворота. Распределительный вал соединяется с рулевым валом через шлицевое соединение, которое не дает ходу распространяться на рулевое колесо. Кулачок рулевого управления соединен с рычагом сошки и осью сошки. Движение передается на рычаг сошки, который соединяется с рулевой тягой с помощью тяги.
Гидравлическая система помогает манипулятору управлять рычажным механизмом, который поворачивает колеса и меняет направление движения автомобиля. Пять компонентов, составляющих гидравлическую систему, используют силу перепада давления, возникающего внутри силового цилиндра. Гидравлическая система начинается и заканчивается резервуаром, в котором находится жидкость.
Насос, приводимый в действие двигателем, направляет жидкость под давлением через предохранительный клапан к регулирующему клапану, который является сердцем этой системы.
Этот регулирующий клапан содержит золотник, который направляет жидкость из резервуара в силовой цилиндр и обратно через порты и каналы. Когда водитель поворачивает рулевое колесо в одном направлении, кулачок заставляет регулирующий клапан выпускать жидкость под давлением в один конец цилиндра. Это сжимает поршень, который с помощью рычага соединен с рычагом тяги. Другой конец рычага манипулятора входит в зацепление с рулевым кулачком. Он перемещается на небольшое расстояние от центра и сжимает соответствующую концевую пружину. Поршень силового цилиндра преобразует гидравлическое давление в механическую силу, которая поворачивает колеса в нужном направлении.
Жидкость подается в силовой цилиндр, пока крутится рулевое колесо, а предохранительный клапан устраняет любое повышение избыточного давления в системе.
Когда вы делаете пончики в автомобиле с кулачковым и рычажным рулевым управлением, кулачок не вращается во время этого постоянного вращения. Концевая пружина, соответствующая направлению вашего поворота, остается сжатой, а гидравлическое давление в силовом цилиндре выравнивается. Как только вам становится скучно и вы отпускаете руль, система возвращается в нейтральное положение, и вся жидкость, поступающая в регулирующий клапан, немедленно направляется обратно в резервуар.
Гидравлическое рулевое управление также помогает при ударах по дороге. Без него каждый маленький камешек и воронка заставляли бы руль вращаться, и вам приходилось бы пытаться его выправить. Автомобиль с гидравлическим рулевым управлением противостоит этим ударам, реверсируя действие, происходящее в силовом цилиндре. Амортизатор проходит через рычажный механизм и рычаг тягача к рычагу тяги. Это приводит в действие кулачок, движение которого заставляет регулирующий клапан выравнивать давление, а колеса остаются прямолинейными.