Какие бывают усилители рулевого управления?
Современный автомобиль сложно представить без усилителя рулевого управления. Ведь легкость вращения «баранки» — один из важнейших потребительских параметров. Разные производители предлагают различные варианты усилителей. Чем они отличаются друг от друга?
Первые усилители были использованы серийно в 30-х годах ХХ века на грузовиках. Тогда водитель уже с трудом справлялся с поворотами колес, несмотря на огромный диаметр «баранки», и даже помощнику шофера (тогда существовала и такая должность) помимо обязанностей по обслуживанию автомобиля добавили новую повинность – в крутых виражах он помогал крутить руль. По сути, машиной управляли «в четыре руки».
Пневматический усилитель руля
Поскольку в тормозах работал сжатый воздух, решение лежало на поверхности — сделать усилитель пневматическим. Такие устройства были просты и дешевы, но очень шумны. При этом точно спрогнозировать, насколько надо крутить «баранку», чтобы вписаться в поворот, мог только очень опытный водитель. Дело в том, что пневматика работала по принципу «включено-выключено» — если руль повернуть чуть-чуть, усилитель не работал, на больших же углах «баранка» уже не сопротивлялась вращению, а уже сама рвалась из рук и колеса мгновенно выворачивались полностью. А попадись на дороге яма или выбоина, колеса из-за большой упругости воздуха могли повернуть, куда им вздумается.
Гидравлический усилитель руля
Поэтому в середине столетия воздух сменила жидкость. Гидравлические усилители лишены недостатков предшественника. Приводимый двигателем насос создает необходимое давление. Распределитель, связанный с рулевым валом, отслеживает угол поворота «баранки» и сопротивление на ней, дозируя количество масла, направляемого в дополнительное устройство, которое и поворачивает колеса. Оно может стоять отдельно от рулевого механизма или составлять с ним единое целое. В последнем случае гидроусилитель называют интегральным. Его-то в основном и применяют на легковых автомобилях — от «Лады» до «Мерседеса».
Гидроусилитель еще и сглаживает толчки от неровностей дороги, приходящие на «баранку». При этом «гидравлика» настолько эффективна, что позволяет удержать машину на дороге, даже если вдруг лопнет покрышка и сопротивление на рулевом колесе резко многократно возрастет. Улучшается маневренность — от упора до упора «баранку» крутить надо меньше.
Минусы гидроусилителя вытекают из его сложности. В нем необходимо контролировать уровень жидкости, следить за герметичностью магистралей, менять масло и т.п. Насос усилителя работает постоянно, независимо от того, поворачивает водитель руль или нет. Значит, двигатель теряет впустую ни много ни мало около 7% мощности (для городской микролитражки — существенная цифра). Давление в системе напрямую зависит от оборотов коленвала. Поэтому при маневрах на малых скоростях или при быстром вращении «баранки» производительности насоса не хватает. Руль, как говорится, «закусывает». А на трассе он, наоборот, становится «пустым», теряется «чувство дороги» — ведь при высоких оборотах мотора усилитель работает по максимуму, чтобы решить эту проблему применяют специальные устройства (насос с переменной производительностью, различные клапаны, модуляторы и т.д.), усложняя и удорожая и без того сложный механизм. Кроме того, вся система очень тяжелая. Покупателю это не принципиально, а вот конструктор для сохранения заданных параметров автомобиля (ресурс, максимальная скорость и т.д.) вынужден увеличивать мощность двигателя, усиливать другие элементы, что в свою очередь удорожает машину.
Электрогидроусилитель
Электрогидроусилитель лишен большинства недостатков «чистой» гидравлики. Такие устройства устанавливаются, например, на «Ford Focus» второго поколения. По конструкции электрогидравлический усилитель аналогичен гидравлическому, но только давление в нем создает насос, приводимый не двигателем машины, а собственным электромотором. Его работой руководит электроника. Иногда водитель даже сам может выбрать режим работы. Например, «городской» (руль работает легче) или «движение по трассе» (руль становится «тяжелее», что повышает точность управления на высоких скоростях). Производительность электрогидроусилителя не зависит от оборотов мотора, его мощность теряется только на привод генератора, но масса системы в целом и ее сложность остаются на прежнем уровне. Таким образом, электрогидроусилитель – переходный вариант от гидравлики к электроусилителю.
Электроусилитель руля
Электрический усилитель год от года все популярнее. Им оснащены большинство автомобилей последних моделей. Его конструкция проще, чем у гидро- и электрогидроусилителя — электромотор просто доворачивает рулевой вал.
Электроусилитель компактен и расположен на рулевой колонке. Командует им электронный блок, собирающий и обрабатывающий сигналы от нескольких датчиков (углы и скорости поворотов «баранки», скорость автомобиля, обороты двигателя и т.п.). Такой усилитель в целом легче и проще своих предшественников, не требует обслуживания‚ но усилие на руле многим водителям кажется искусственным. У них возникает ощущение управления автомобилем в компьютерной игре. Тем не менее большинство изготовителей работает над совершенствованием именно этой системы. Ведь кроме всего прочего, электроусилитель позволяет реализовать большинство новомодных функций: автопарковка, удержание машины в своей полосе, а также будущее использование автопилотов. А это значит, что электрические усилители – самые перспективные.
carwow.ru
Усилители рулевого управления.
Если на управляемые колёса приходится большой вес, то управление затрудняется из-за необходимости прикладывать к рулевому колесу значительные усилия. Это предопределило применение усилителей рулевого механизма.
Наличие усилителя снижает общую физическую нагрузку на водителя, в ряде случаев позволяет гасить удары от дорожных неровностей, усилитель обеспечивает возможность удержания автомобиля на дороге при повреждении шин или подвески. Но усилитель может оказать и отрицательное влияние на рулевое управление, например, из-за запаздывания включения при резких поворотах руля, потери водителем чувства дороги, снижения точности управления при слишком облегченном повороте рулевого колеса, колебаниях управляемых колёс, спровоцированных усилителями.
Усилители, применяемые на современных автомобилях по принципу своего действия могут быть адаптивными и неадаптивными, а по типу привода – гидравлическими, пневматическими и электрическими.
Адаптивные усилители могут изменять коэффициент усиления в зависимости от скорости автомобиля. У автомобиля с таким усилителем при маневрировании на стоянке усилие, необходимое для поворотов рулевого колеса, значительно ниже, чем у неадаптивных, а по мере увеличения скорости движения автомобиля усилие поворота увеличивается.
Большинство современных автомобилей с усилителем имеют гидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидравлический насос, приводимый от двигателя, создаёт давление в гидравлическом цилиндре. Наиболее распространены гидроусилители, в которых силовой и распределительный элементы объединены с рулевым механизмом в одном корпусе.
Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель, в котором гидравлический насос соединён с электродвигателем, питающимся от бортовой электросети автомобиля.
В последние годы на легковых автомобилях стали применяться электрические усилители рулевого управления, в которых функции силового элемента выполняет электродвигатель , а управляющего элемента – электронный блок.
Развитие электроники позволяет говорить о возможности в будущем перейти на электроуправление поворотом колёс автомобиля (система Steer by wire). В таких системах будет отсутствовать механическая связь между рулевым колесом и управляемыми колёсами, каждое колесо будет поворачиваться индивидуальным электродвигателем по сигналу электронного блока управления. В таких системах традиционное рулевое колесо становится необязательным и может быть заменено, например, джойстиком.
1.20. Тормозное управление
Тормозным управлением называется совокупность систем автомобиля, призванных уменьшать скорость движения вплоть до полной остановки и удерживать автомобиль на уклоне неограниченное долгое время.
Тормозная сила в пятне контакта шины с дорогой тем больше, чем больше оказывается сопротивление вращению колеса. Чем лучше сцепление шины с дорогой, тем большая тормозная сила может быть получена. Сцепление зависит от вертикальной нагрузки, прижимающей колесо к дороге, рисунка протектора шины и её конструкции, состояния дорожного покрытия. Максимальное сцепление колеса с дорогой при торможении обеспечивается при его качении с одновременным частичным проскальзыванием. Когда колесо полностью блокируется, т.е. скользит по дороге без проворачивания, то сцепление уменьшается на 20 – 30% от максимального значения. Желательно при торможении колесо не доводить до полной блокировки.
Для получения максимального значения тормозной силы все колеса автомобиля делаются тормозящими, т.е. используются все вертикальные реакции от дороги, действующие на колёса автомобиля.
Каждое транспортное средство, от самых малых автомобилей весом 400 — 450кг и до больших карьерных самосвалов или автопоездов весом 500 – 600т, должно быть оборудовано рабочей, запасной и стояночной тормозными системами.
Помимо этих систем на грузовых автомобилях весом более 16т и на больших междугородных автобусах обязательно применение четвертой тормозной системы – вспомогательной (противоизносной).
Рабочая (основная) тормозная система обеспечивает уменьшение скорости движения вплоть до полной остановки автомобиля, запасная тормозная система – остановку автомобиля в случае выхода из строя рабочей тормозной системы, а стояночная тормозная – удержание остановленного автомобиля на месте, неограниченно длительное время.
Рабочая тормозная система автомобиля обычно приводится в действие ножной тормозной педалью. На прицепах и полуприцепах рабочая система приводится в действие по гидравлическому, пневматическому или электрическому сигналу, поступающему от тормозной системы автомобиля-тягача в момент начала его торможения. Существует также тормозная система прицепов, в которых рабочая система начинает срабатывать вследствие накатывания прицепа на тормозящий тягач, при котором возникает сила сжатия в сцепке. Такая тормозная система прицепа называется тормозом наката.
При нажатии тормозной педали увеличивается давление жидкости в тормозном приводе, в том числе в тормозных колодках колёсных тормозных механизмов. Срабатывание тормозных механизмов приводит к замедлению вращения колёс и появлению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой.
Запасная тормозная система должна использоваться при отказе или неисправности рабочей тормозной системы. Она может быть менее эффективной, чем рабочая тормозная система. Важное требование к запасной тормозной системе – наличие следящего действия, т.е. пропорциональности между усилием на педали и тормозным моментом на колёсах автомобиля. По этому требованию стояночная тормозная система большинства легковых автомобилей не может быть признана в качестве запасной тормозной системой.
Вспомогательная тормозная система, ограничивающая скорость движения автомобилей на длительных спусках, выполняется не зависимой от других тормозных систем. Для тяжёлых автомобилей и автопоездов была разработана такая тормозная система, которая обеспечивает длительное движение на спуске с небольшой постоянной скоростью баз использования (и разогрева) механизмов рабочей тормозной системы.
Такой
системой является вспомогательная
система. Вспомогательная система не
может снизить скорость автомобиля до
нуля. По нормативным документам
эффективность вспомогательной тормозной
системы считается достаточной, если на
уклоне в 7% длиной 7км скорость автомобиля
поддерживается на уровне (30 
5)км/ч.
Конструктивно вспомогательная тормозная система выполняется сейчас тремя способами: моторный тормоз, гидравлический тормоз-замедлитель и электрический тормоз-замедлитель. В качестве тормоза-замедлителя на каждом автомобиле можно использовать двигатель, работающий на режиме холостого хода (торможение двигателем).
Более эффективный моторный тормоз (горный) представляет собой двигатель автомобиля, оборудованный дополнительными устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок в выпускном трубопроводе, создающих дополнительное сопротивление.
Тормозной механизм предназначен для создания тормозного момента, препятствующего вращению колёс автомобиля или элемента трансмиссии, соединённого с колесом. Наиболее распространёнными тормозными механизмами являются фрикционные, принцип действия которых основан на трении вращающихся деталей о неподвижные. По форме вращающихся деталей фрикционные тормозные механизмы делятся на барабанные и дисковые.
Наиболее распространённое место размещение тормозного механизма – внутри колеса, поэтому такие механизмы называются колёсными. Иногда тормозные механизмы располагаются в трансмиссии автомобиля, такие механизмы называются трансмиссионными.
Наименее распространены в настоящее время на автомобилях ленточные барабанные тормозные механизмы. Отрицательным свойством ленточного механизма являются большие дополнительные радиальные нагрузки, действующие при торможении на опоры барабанов, и невозможность получения плавного торможения.
Колодочные барабанные тормозные механизмы несмотря на свою внешнюю схожесть существенно отличаются друг от друга по конструкции и свойствам ( рис. 68 ).
Барабанный тормоз с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок. Опорный диск закреплён на балке моста. В нижней части опорного диска установлены два пальца, на которых закреплены эксцентриковые шайбы. На эксцентриковые шайбы надеты нижние концы колодок. Верхние концы колодок соприкасаются с поршнями рабочего цилиндра. Длина фрикционных накладок, прикреплённых к передним и задним колодкам неодинакова. Накладка передней колодки длиннее задней. Сделано это для обеспечения равномерного износа накладок, т.к. передняя колодка работает большее время как первичная и создаёт больший тормозной момент чем задняя. При торможении давление жидкости в колёсном цилиндре раздвигает поршни в противоположном направлении, они воздействуют на верхние концы колодок, которые преодолевают усилие пружины и прижимаются к барабану. При растормаживании давление в цилиндре уменьшается и благодаря возвратной пружине, колодки сводятся в первоначальное положение.
Тормоз с равным перемещением колодок. В расторможенном состоянии между колодками и барабаном имеется зазор. При торможении давление воздуха воспринимается мембраной тормозной камеры, установленной на кронштейне, и её шток поворачивает за рычаг вал с разжимным кулаком. Колодки прижимаются к барабану, вызывая торможение колеса.
Рис. 68. Барабанный механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок:
1 – тормозной барабан; 2 – фрикционная накладка; 3 – колодка; 4 – тормозной щит; 5 – тормозной цилиндр; 6 – возвратные пружины; 7 – эксцентрик регулировки тормоза
На ряде автомобилей применены тормозные механизмы с клиновым разжимным устройством и автоматической регулировкой зазора.
Дисковый тормозной механизм состоит из вращающегося диска, двух неподвижных колодок, установленных с обеих сторон диска внутри суппорта, закреплённого на кронштейне цапфы. По сравнению с колодочными тормозами барабанного типа дисковые тормозные механизмы обладают лучшими эксплуатационными свойствами, а поскольку передние колёса требуют при торможении приложения более значительных тормозных усилий, то установка передних колёс этими дисковыми тормозами улучшает Эксплуатационные качества автомобиля. При торможении неподвижные колодки прижимаются к вращающемуся диску, появляются сила трения и тормозной момент. Дисковый тормозной механизм обладает высокой стабильностью своих характеристик.
На гоночных автомобилях применяют керамические диски, стойкие к перегреву, обеспечивающие хорошую эффективность торможения и высокую долговечность. В последнее время керамические тормозные диски начали применять и на некоторых автомобилях серийного производства.
Тормозной привод необходим для управления тормозными механизмами, т.е. для их включения, выключения и изменения режима работы. В настоящее время в тормозных системах применяются механический, гидравлический, пневматический, электрический, электропневматический, электрогидравлический, пневмомеханический и гидр пневмогидравлический приводы. Все эти приводы имеют свои преимущества и недостатки и поэтому применяются в различных тормозных системах на разных типах автотранспортных средств.
Механический тормозной привод представляет собой систему тяг, рычагов, тросов, шарниров и т.п., соединяющих тормозную педаль с тормозными механизмами. Главное преимущество механического привода – простота и надёжность конструкции. В простейшем виде он состоит из тормозной педали, соединённой тягами и тросами с разжимным устройством механического типа колёсных или трансмиссионных тормозов.
Гидравлический привод автомобилей является гидростатическим, т.е. таким, в котором передача энергии осуществляется давлением жидкости. Принцип действия гидростатического основан на свойстве несжимаемой жидкости, находящейся в покое, передавать создаваемое в любой точке давление во все другие точки при замкнутом объёме.
Преимуществом гидравлического привода является быстрота срабатывания, высокий КПД, простота конструкции, небольшие масса и размера, удобство компоновки аппаратов привода и трубопровода; возможность получения желаемого распределения тормозных усилий между осями автомобиля за счёт различных диаметров поршней колёсных цилиндров.
Недостатками гидропривода являются: потребность в специальной тормозной жидкости с высокой температурой кипения и низкой температурой загустевания; возможность выхода из строя при разгерметизации вследствие утечки жидкости при повреждении, или выхода из строя при попадании в привод воздуха; значительное снижение КПД при низких температурах; трудность использования в автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа.
Пневматический тормозной привод для затормаживания автомобиля или прицепа использует сжатый воздух.
Преимущества и недостатки пневматического привода во многом противоположны гидравлическому приводу. К преимуществам относят неограниченные запасы и дешевизну воздуха, сохранение работоспособности при небольшой разгерметизации, т.к возможная утечка компенсируется подачей воздуха от компрессора, возможность использования в автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа, использование в других устройствах, таких как привод переключения многоступенчатых коробок передач, усилитель сцепления, привод дверей и т.д.
Недостатками пневмопривода являются: большое время срабатывания вследствие медленного поступления сжатого возжуха к удалённым воздухонаполняемым объёмам через трубопроводы малого диаметра, сложность конструкции, большие массы и размеры агрегатов из-за относительно небольшого рабочего давления, возможность выхода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и аппаратах при отрицательных температурах.
Смешанные тормозные приводы позволяют получать высокое быстродействие, присущее гидравлическому приводу, и большие усилия, характерные для пневматического привода. Помимо этого гидравлическая часть смешанного привода обеспечивает одновременное начало торможения всех колёс автомобиля и обладает другими достоинствами, свойственными гидравлическим тормозным приводам , а пневматическая часть – лёгкость управления и позволяет создавать и управлять тормозными усилиями на буксируемом прицепе.
Смешанный электропневматический тормозной привод представляет собой комбинацию электрического и пневматического приводов.
Преимуществом ЭПП являются: уменьшение времени срабатывания особенно удалённых осей прицепа или полуприцепа; уменьшение тормозного пути; оптимальное распределение тормозных сил между передними и задними колёсами автомобиля; увеличение устойчивости автопоезда; упрощение привода, по сравнению с пневматическим, за счёт объединения функций нескольких аппаратов в одном.
studfiles.net
Усилитель рулевого управления: история регулятора ваших мышечных усилий
Не зря первой компанией, заинтересовавшейся в устройстве, стал именно Cadillac – ведь шестнадцатицилиндровые монстры не только ездили быстро, они еще и были очень тяжелыми. В 1934 году Дэвис стал работать на General Motors. Однако ввиду большой стоимости тонкой гидравлики и экономического кризиса, вызвавшего падение продаж автомобилей, гидроусилитель не стал частью стандартной комплектации автомобилей GM, а конструктор уже в 1936 ушел в компанию Bendix и там продолжал совершенствовать свою систему.
К 1939 году были разработаны системы гидроусиления дести типов, и две из них проданы корпорации GM для экспериментальной установки на автомобилях Buick. В 1940 году они были вновь востребованы на бронеавтомобилях Chevrolet, и в результате к концу войны более 10 тысяч машин были оснащены ими, а конструкция была действительно отлажена для массового производства.
После войны корпорация Chrysler начала разработку своего собственного усилителя на базе уже просроченного патента Дэвиса. Разработка была показана на модели Crysler Imperial, и получила название Hydraguide в 1951 году. Сразу после этого компания GM заключила сделку с Дэвисом об использовании его разработок на машинах ее марок, и к 1953 году по дорогам уже бегал первый миллион машин с гидроусилителями руля. Пожалуй, это тот случай, когда конкуренция безусловно полезна – к 1956 году каждый четвертый продававшийся в США автомобиль имел гидроусилитель, что неудивительно, учитывая рост массы и мощности.
А вот в Европе дела продвигались не так хорошо. Например, компания Цанрадфабрик, более известная как ZF, выпускала простые рулевые редукторы без гидроусилителей для машин с нагрузкой на ось до 6,5 тонн, а значит, даже водители тяжелых грузовиков тогда обходились без «помощников». Ситуация начала меняться только в середине шестидесятых, когда увеличение требований к труду водителей грузовиков привело к появлению спроса на системы гидроусиления. А вот на легковых машинах водители справлялись в основном своими силами вплоть до восьмидесятых годов, когда рост снаряженной массы машин, их скоростей, требований к безопасности и переход на передний привод, а значит и рост массы, приходящейся на переднюю ось, привели к необходимости внедрения усилителей рулевого управления даже на малолитражках.
Особенности конструкции
Конструкция гидроусилителя, предложенная Дэвисом, оказалась настолько удачной, что, по большому счету, мало изменилась до нашего времени.
Суть идеи Фрэнсиса Дэвиса состояла в том, что поток масла от насоса идет постоянно, а не только тогда, когда требуется создать давление. При повороте руля начинает скручиваться торсионный стержень, связывающий вал рулевой колонки и редуктор рулевого управления. При этом в золотниковом распределительном механизме открываются отверстия, направляющие жидкость от насоса в правый или левый рабочий цилиндр гидроусилителя. Чем больше закручивание торсиона, тем больше отверстий золотника открывается, и тем больше насос помогает вращать руль. Основные усилия в совершенствовании этой простой схемы были направлены на уменьшение потерь в системе привода, составляющих не менее 90 ватт даже на самых современных системах, обеспечение более комфортного регулирования усилия на руле, увеличение степени помощи при маневрировании на малой скорости и «утяжеление» руля на трассе.
Дальнейшие усовершенствования
Уменьшение затрат на привод шло по пути совершенствования гидравлики, насоса и его привода. Типичные затраты на привод – это потери на работу передачи, например, ремня (около 10 ватт), потери в насосе (для самых совершенных систем это 40 ватт в простое) и потери в распределительном механизме (это еще 20 ватт). Более ранние системы потребляли заметно большую мощность – так, отчет об испытаниях большого мотора V8 компании GM говорит о почти 500 ваттах потерь мощности при установке на мотор насоса гидроусилителя. Можете себе представить, каков был размер проблемы при использовании не вполне исправных или менее совершенных компонентов.
Для снижения затрат на привод насоса ГУР, когда усиление не требуется, и, собственно, регулирования степени усиления рулевого привода в первую очередь начали совершенствовать насос. Первые системы насосов переменной производительности пришли из систем гидропривода и оказались излишне сложными для массового применения на легковых машинах, но иногда встречаются на грузовиках. Конструкции могут быть различными – лопастными, радиально- или аксиально-поршневыми, но их все объединяет сложность и редкость, поэтому они не устанавливались на легковые машины ввиду большой массы, размеров и цены. Компактным вариантом такой конструкции является, например, насос ГУР Subaru, где шиберный насос имеет внешнее кольцо, которое может менять свое положение относительно центра ротора.
www.kolesa.ru
Усилители рулевого управления автомобилей.
Усилители рулевого управления
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.
***
Гидравлические усилители рулевого управления (ГУР)
k-a-t.ru
Гидравлический усилитель рулевого управления с электронным управлением
Чем выше скорость автомобиля, тем меньшие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу, чтобы изменить направление движения, что может привести к потере управляемости. Такая принципиальная закономерность характерна для всех систем рулевого управления (с постоянным и переменным передаточным отношением). Поэтому при разработке рулевого управления принимаются компромиссные решения.
Для улучшения управляемости автомобиля следует повышать крутящий момент при высоких скоростях и сводить его до минимума при малых скоростях движения и при парковке. Для выполнения этих требований современные легковые автомобили оснащаются гидроусилителями с электронным управлением и регулированием типа Servotronic. Эта система регулирует усилия на рулевом колесе в зависимости от скорости автомобиля.
Рис. Зависимость момента на рулевом колесе от скорости движения автомобиля при применении гидроусилителя типа Servotronic. Нулевая скорость соответствует парковке.
Усилитель руля Servotronic создан на базе обычного гидроусилителя. Измененная конструкция клапана управления с поворотным золотником позволяет реализовать принцип непосредственной гидравлической обратной связи. Применением электрогидравлического преобразователя и соответствующим приспособлением клапана управления удалось обеспечить зависимость степени усиления от скорости автомобиля.
Необходимое для работы системы Servotronic давление рабочей жидкости порядка 130 кгс/см2 создается гидронасосом обычной конструкции. Под этим давлением рабочая жидкость поступает к поворотному золотнику 7 клапана управления.
В свободном состоянии торсион удерживает клапан управления в среднем (нейтральном) положении.
Рис. Схема рулевого управления оборудованного гидроусилителем с электронным управлением:
1,7 – поворотный золотник; 2,5 – торсион; 3 – электронный блок управления; 4 – датчик сигнала скорости; 6 – штифт; 8 – насос гидравлический; 9 – резервуар; 10 — предохранительный и перепускной клапан; 11 – реактивный поршень; 12 – электромагнитный клапан; 13,18 – распределительная втулка; 14 – правая полость силового цилиндра;15 — левая полость силового цилиндра; 16 – подвод жидкости к правой полости; 17 – подвод жидкости к левой полости; 19- поршень; а – нейтральное положение; б – поворот вправо; в – поворот влево
В блоке клапана управления находится торсион 5. Верхняя часть торсиона соединена штифтом с золотником 7. Нижняя его часть соединена также штифтом с ведущей шестерней 19 и с втулкой распределителя 13. Торсион связан с рулевым валом через карданный шарнир. Соединения торсиона выполнены посредством штифтов 6.
Рис. Соединения торсиона:
5 – торсион; 6 – штифт; 7 – поворотный золотник; 13 – распределительная втулка; 19 – ведущая шестерня
Подаваемая гидронасосом рабочая жидкость поступает через входное сверление в корпус клапана управления и далее через кольцевой паз и радиальные отверстия в распределительной втулке клапана к регулирующим кромкам золотника. При нейтральном положении клапана рабочая жидкость перетекает через приточные кромки золотника 1 и поступает во все продольные пазы распределительной втулки и далее мимо сливных кромок золотника в его сливные пазы. Через эти пазы рабочая жидкость отводится в сливную полость и далее в бачок. При этом правая и левая полости силового цилиндра оказываются соединенными между собой через подключенные к ним трубопроводы и кольцевые пазы в корпусе клапана.
При повороте рулевого колеса налево создаваемый водителем крутящий момент передается на торсион 2, верхний конец которого соединен штифтом 6 с поворотным золотником, а нижний конец – с распределительной втулкой 18 и приводной шестерней рулевого механизма. В результате торсион скручивается подобно стабилизатору при наезде одного из колес автомобиля на неровность дороги.
При закрутке торсиона золотник вместе с верхней частью торсиона поворачивается в распределительной втулке, изменяя относительное положение пазов золотника и перепускных отверстий втулки. По мере поворота золотника относительно втулки одни каналы открываются, а другие закрываются.
Рабочая жидкость поступает через щели, раскрывающиеся при перемещении приточных кромок, в продольные пазы и далее через отверстие в кольцевой паз и через трубопровод в правую полость 14 силового цилиндра. На поршень 19 воздействует давление жидкости, что облегчает поворот рулевого колеса.
При поступлении рабочей жидкости в правую полость силового цилиндра происходит ее вытеснение из левой полости в сливную магистраль. Если отпустить рулевое колесо, распрямляющийся торсион вернет золотник в нейтральное положение относительно распределительной втулки.
При повороте рулевого колеса направо рабочая жидкость поступает в левую полость 15 силового цилиндра и происходит ее вытеснение из правой полости.
Электронный блок управления системы Servotronic обрабатывает сигнал скорости автомобиля и изменяет в соответствии с ним ток управления электромагнитным клапаном 4. При повышении скорости автомобиля блок управления системы уменьшает ток управления электромагнитным клапаном. В результате этот клапан частично открывается и перепускает ограниченное количество рабочей жидкости из приточного кольцевого паза 5 в полость 9 над реактивным поршнем 8. При этом жиклер 6 препятствует сильному оттоку рабочей жидкости на слив, благодаря чему в полости над реактивным поршнем создается достаточно высокое давление. В зависимости от величины этого давления изменяется усилие, передаваемое поршнем на шарики и далее на втулку распределителя. Чем выше давление рабочей жидкости, тем большие усилия создаются усилителем и тем большие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу.
Действующее на реактивный поршень давление передается на шарики 7, которые установлены между ним и скошенными поверхностями центрирующей втулки 10, жестко соединенной с распределительной втулкой. Точное центрирование клапана управления особенно благоприятно при движении автомобиля по прямой. При вращении клапана управления, находящиеся под нагрузкой шарики противодействуют повороту золотника относительно распределительной втулки. Таким образом, гидравлический способ создания реактивных усилий используется для повышения момента на рулевом колеса до уровня, подбираемого индивидуально для каждой модели автомобиля.
При высоких скоростях движения ток управления снижается до нуля, в результате чего электромагнитный клапан открывается полностью. В результате на реактивный поршень действует максимальное давление, соответствующее его величине в приточном кольцевом пазе. В результате этого при повороте рулевого колеса на реактивный поршень действует повышенное давление рабочей жидкости. Если действующее на реактивный поршень давление достигло установленного для данного автомобиля предела, открывается ограничительный клапан 3, через который рабочая жидкость перетекает в сливную полость. При этом дальнейший рост давления прекращается.
Рис. Блок клапана управления:
1 – распределительная втулка; 2 – сливная полость; 3 – ограничительный клапан; 4 – электромагнитный клапан; 5 – приточный кольцевой паз; 6 – жиклер; 7 – шарик; 8 – реактивный поршень; 9 – полость над реактивным поршнем;10 – центрирующая втулка
При небольшой или нулевой скорости движения сила протекающего через электромагнитный клапан тока достигает максимальной величины, в результате чего электромагнитный клапан 4 закрывается и предотвращает поступление рабочей жидкости в полость 9 над реактивным поршнем. При этом в полости над реактивным поршнем поддерживается такое же давление, как и в сливной полости 2, так как они соединены между собой посредством жиклера 6. Таким образом клапан управления системы Servotronic действует так же, как обычный клапан с поворотным золотником. Так как действие реактивного поршня отсутствует, для поворота колес автомобиля требуются относительно небольшие усилия на рулевом колесе.
При воздействии на рулевой механизм силы в противоположном направлении, например, в результате наезда на неровность, усилитель действует как демпфер. В этом случае торсион закручивается под действием усилия, передаваемого на него через рейку и ведущую шестерню. При этом золотник поворачивается из нейтрального положения относительно втулки распределителя. В результате рабочая жидкость поступает под давлением в ту полость силового цилиндра, которая создает противодействие движению рейки.
Рис. Схема работы гидроусилителя при наезде на препятствие
Например, при переезде неровности на колесо автомобиля действует сила FA, которая стремится его повернуть вокруг точки D (по часовой стрелке). При этом на рейку передается сила FZ, которая поворачивает шестерню и закручивает торсион. В результате открывается проход рабочей жидкости под давлением в правую полость силового цилиндра, а левая полость сообщается со сливом. Действующая на поршень и рейку реактивная сила FR уравновешивает силу FZ и противодействует таким образом повороту колес автомобиля.
На привод насоса гидроусилителя затрачивается значительная мощность (5…7 л.с.), поэтому в целях экономии топлива в современных автомобилях применяют гидравлические насосы с приводом не от коленчатого вала, а от электродвигателя, который включается в работу по сигналу блока управления. Такая конструкция позволяет также повысить долговечность насоса гидроусилителя, так как он работает только во время поворота рулевого колеса.
ustroistvo-avtomobilya.ru
🚘 Электрический усилитель рулевого управления – виды и неисправности
Виды усилителей рулевого управления
В любом современном автомобиле присутствует такой узел, как усилитель рулевого управления. Основной его задачей является снижение силы, применяемой водителем для вращения руля. Это очень повышает показатель комфортности автомобиля. Ещё 15-20 лет назад усилитель руля был настоящей изюминкой при покупке автомобиля в России и СНГ. Сегодня же любой автомобиль даже в базовой комплектации имеет данный элемент. Существует несколько видов усилителей рулевого управления:
- гидравлический усилитель руля
- электрический усилитель руля
- электрогидравлический усилитель руля
- механический усилитель руля
- пневматический усилитель руля
Устройство и работа каждого из видов в корне различается. Пневматический усилитель далеко в прошлом и сейчас он уже практически не используется. Остальные варианты, особенно электроусилитель и гидроусилитель, вы можете встретить на многих автомобилях.
Гидроусилитель руля
Пожалуй, наиболее распространённым типом механизма усиления является гидроусилитель (ГУР). На двигателе автомобиля установлен дополнительный агрегат – насос гидроусилителя. Этот насос создаёт давление специального масла, посредством которого перемещаются элементы в рейке. В момент, когда руль находится в неподвижном положении, масло свободно перекачивается в обход рулевой рейки. Как только вы немного поворачиваете руль, масло под давлением поступает в соответствующую часть мехнизма. Колёса поворачиваются, механизм распределения возвращается в первичное положение, и масло снова начинает уходить в обход рейки.
Основной неисправностью ГУР-а является течь масла через сальники и стыки шлангов, а также неисправность самого насоса. Обычно насос выходит из строя после работы «на сухую». Таким образом, из одной неисправности вытекает другая. Чтобы этого избежать – периодически проверяйте уровень масла.
Электроусилитель руля
Всё большую популярность в последнее время набирает электроусилитель руля (ЭУР). Основным его преимуществом является высокая надёжность и низкая шумность во время эксплуатации. Устройство такого механизма довольно простое: весь агрегат, как правило, располагается под рулевой колонкой. Как только вы прикладываете усилие к рулевой колонке, автоматика это фиксирует и включается электромотор, который «помогает» поворачивать колёса.
Также существует такая разновидность, как электромеханический усилитель руля. Такой вид электроусилителя отличается тем, что передаёт усилие посредством зубчатой или ремённой передачи.
Основной неисправностью такого типа усилителя является повреждение электрооборудования: предохранители, реле, электромотор, соединения проводов. Ремонт таких агрегатов обходится на порядок дешевле ремонта других разновидностей механизмов усиления руля.
Спасибо за подписку!
Электрогидроусилитель руля
Усилители рулевого механизма такого типа также называются гибридными. Принцип работы такого механизма основан и на гидравлике, и на электрике. Основной силовой установкой, как и в случае с гидроусилителем, является насос. Но, в отличие от ГУР-а, насос приводится в движение не ремённым приводом, а электрическим током. Далее всё происходит по такому же сценарию, как и в случае с гидроусилителем – жидкость приводит в движение рейку и колёса поворачиваются, при этом водитель не применяет больших усилий со своей стороны.
Надёжность такого насоса на порядок выше и, помимо этого, исключается вероятность обрыва ремня гидроусилителя. Но, тем не менее, нет ничего вечного, и неисправность усилителя рулевого управления имеет место быть. Чаще всего в такой системе сгорает электромотор или нарушается герметичность масляных каналов. Не спешите менять рейку целиком, если вы увидели подтёки – возможно, достаточно заменить сальники.
Усилитель рулевого управления автомобилей Лада Веста
На автомобили всех без исключения комплектаций линейки Лада Веста устанавливается электроусилитель рулевого управления. Если быть точнее, то электромеханический, поскольку внутри узла используются передаточные механизмы. Сам электроусилитель – разработка Nissan, поэтому в качестве детали можно не сомневаться. Но, как и любой механизм, ЭУР имеет свойство ломаться. И если узел отказался работать, то вероятнее всего причиной поломки является электрика (сгоревший электромотор, оборванная проводка, вышедшее из строя реле или сгоревший предохранитель). Механические же повреждения практически исключены и если и возможны, то только после серьёзных дорожно-транспортных происшествий, в результате которых повреждён рулевой механизм.
olade.ru
Усилители рулевого управления
Усилители рулевого управления автомобилей.
Усилители рулевого управления
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.
***
Гидравлические усилители рулевого управления (ГУР)
k-a-t.ru
Усилители рулевого управления: виды, достоинства и недостатки
При повороте рулевого колеса предполагается прикладывание усилия, которое водитель вынужден применять, чтобы изменить направление движения. В автомобилях легкового типа, где чаще всего устанавливаются реечные рулевые механизмы, приходится применять меньшее усилие при повороте руля. Такая легкость была достигнута за счет сочетания передаточного числа и зацепления червяка рулевого механизма и зубчатого колеса рейки.
Чем больше цифра передаточного числа, тем проще крутить рулевое колесо. Но у такой схемы рулевого механизма есть недостаток — чем значительнее передаточное число, тем больше оборотов рулевого колеса требуется для совершения поворота или разворота. Вследствие чего страдает реакция и маневренность управления, что может сказаться при непредвиденных ситуациях на большой скорости при езде по извилистым дорогам. Это и послужило главной причиной для отказа от этого типа рулевого механизма и перехода на более комфортное рулевое управление. Новый механизм стал оснащаться усилителем, который позволяет уменьшить значение передаточного числа без потери легкости управления на высоких скоростях.
Интересный факт, что до 1958 года немецкие производители автомобилей вообще не оборудовали свои автомобили рулевыми усилителями. Самым первым кто стал использовать усилители рулевого управления, стала компания Mercedes – Benz, причем преподнесли они это как компонент комфорта, а не безопасности. Впрочем, дело это в прошлом, а сегодня на машины устанавливается три разновидности усилителей рулевого управления. Какие достоинства и недостатки у каждого из них, за каким усилителем будущее?
Самый распространенный – это гидроусилитель (ГУР), он состоит из золотника, гидравлического цилиндра и насоса, которые соединяются между собой трубопроводами, по которым подается гидравлическая жидкость. Насос гидроусилителя создает нужное давление, а золотник распределяет это давление. В зависимости от того, куда крутит рулевое колесо водитель, он пускает необходимое количество жидкости в нужную полость силового цилиндра, и за счет этого создаваемое давление в системе облегчает водителю совершать маневры автомобилем, прилагая тем самым минимальное количество сил.
Насос гидроусилителя приводится в действие за счет приводного ремня от двигателя автомобиля. В этом и заключаются недостатки системы ГУР. Если двигатель не работает, то помощи от гидроусилителя ждать не стоит – чтобы повернуть передние колеса, водителю придется применить максимальное усилие. Продуктивность насоса повышается с оборотами коленчатого вала, что вступает в противоречие с реальными потребностями рулевого управления, оно должно выдавать максимальное усилие при работающем двигателе на холостых оборотах, а не наоборот. Эту проблему можно решить, но только через усовершенствование конструкции.
Когда двигатель работает насос ГУР, не зависимо от того, необходимо усиление в данный момент или нет, постоянно работает в пару с двигателем. Из-за этого детали насоса (и приводные детали – шкив, под
motorsmarine.ru