Приветствую вас друзья на сайте ремонт авто своими руками. Со дня появления первого авто было разработано несколько систем рулевого управления.
Основной задачей разработчиков всегда было создание надежной системы, способной упростить вращение рулевого колеса, что бы поездки были максимально комфортными. Одним из таких узлов стал электроусилитель руля.
Однако рассматриваемый эффект поглощения не является селективным: он также может влиять на поле магнита, связанного с датчиком. Это явление может исказить измерения положения датчика. Чтобы избежать этих нежелательных воздействий на поле связанного магнита, должно поддерживаться минимальное расстояние между магнитом и экранирующими материалами. Как следствие, общие размеры всей системы обнаружения будут увеличиваться, что должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить необходимый воздушный зазор между датчиком и защитным материалом.
Назначение, преимущества и недостатки электроусилителя
ЭУР появился недавно, намного позже хорошо известного и проверенного временем гидроусилителя рулевого колеса. Его задача аналогична – облегчить вращение руля, но принцип действия уже другой.
Если в первом случае основную функцию несла специальная жидкость ГУР, то в здесь роль «помощника» берет на себя электрический привод.
Существует также еще один существенный недостаток этого защитного метода защиты: специальные металлические сплавы очень дороги и увеличивают материальные затраты, а также вес. Более того, их сборка сложнее и дороже. Наконец, затраты, связанные со временем, необходимым для разработки, оценки и проверки проекта защиты, который может гарантировать соблюдение соответствующих правил безопасности, часто не учитываются. Эта фаза разработки может занять несколько месяцев, так как инженерам придется искать правильный компромисс между защитой и затратами.
С момента появления система все время совершенствовалась. При этом год за годом электроусилитель берет «бразды правления» в свои руки и постепенно вытесняет ГУР.
В чем же преимущества электроусилителя руля? Их несколько:
- Выставлять параметры рулевого управления намного проще;
- руль стал лучше реагировать на движения водителя;
- повысился уровень надежности. Это связано с тем, что работоспособность системы уже не зависит от объема и качества специальной жидкости;
- снизился расход топлива.
Казалось бы, какая может быть закономерность. Все просто. С появлением электрического привода энергии стало расходоваться меньше, соответственно «прожорливость» авто снизилась в среднем на 0,5 литра (из расчета на «сотню»).
Преимущества встроенного иммунитета. Учитывая вышеизложенное, идеальная система обнаружения положения должна быть системой, которая может извлечь выгоду из долговечности и надежности, предлагаемых магнитными технологиями, но которая может обойтись без сложных и дорогих контрмер, описанных выше. Этот результат может быть достигнут при использовании магнитного датчика положения со встроенным иммунитетом, способного выдерживать даже самые сильные поля дисперсии. Производитель-производитель датчиков предлагает системным дизайнерам встроенный модуль иммунитета благодаря применению новой архитектуры: ее технологии дифференциального обнаружения.
Но, несмотря на свои качества, ЭУР имеет и ряд минусов:
- электрогенератор имеет ограниченную мощность, что отражается на работе всей системы. Как следствие, установка электопривода возможна только на легковых авто. Для грузовых машин или внедорожников такой тип усилителя не подойдет – он будет малоэффективен;
- низкая информативность рулевого колеса (объяснить это можно недостаточным обратным усилием). Справедливости ради, аналогичный недостаток имеет и «старший брат» — гидроусилитель руля.
С появлением электроусилителя у разработчиков появилась масса возможностей при разработке более современных систем, к примеру, автоматической парковки, системы курсовой устойчивости и так далее.
Четыре элемента эффекта Холла генерируют четыре синусоидальных сигнала, когда на них вращается диаметрально намагниченный элемент. Каждый сигнал на 90 ° не соответствует фазе относительно смежного сигнала. Дифференциальное усиление применяется к двум противоположным парам элементов эффекта Холла. Таким образом получают синусоидальный и косинусоидальный сигнал с удвоенной амплитудой. Алгоритм возвращает угловое измерение и измерение величины обнаруженного магнитного поля. Дифференциальный принцип работы интеллектуально отменяет любое поле магнитной дисперсии.
Электроусилитель руля-принцип работы и устройство
Сегодня есть два варианта работы электроусилителя:
- в первом случае электромотор воздействует на вал системы рулевого управления;
- во втором случае электромотор передает усилие на рулевую рейку.
Благодаря своей эффективности, вариант с передачей усилия на рулевую рейку обрел большую популярность и применяется чаще всего.
Этот результат обусловлен тем, что влияние внешнего поля будет эквивалентным для всех четырех элементов эффекта Холла. Поскольку датчик вычисляет положение, основанное на различии между выходом двух пар элементов эффекта Холла, любое увеличение общей силы магнитного поля вокруг датчика, вызванное полем дисперсии, не влияет на систему, даже если сила последнего меньше нескольких порядков. Выход датчика будет полностью защищен от искажений.
По мере роста спроса на все-электрические или гибридные транспортные средства, поощряемые инициативами по эмансипации ископаемого топлива, финансируемыми правительством, число транспортных средств, которые будут вынуждены решать проблему силы магнитного поля, можно ожидать только в будущем. Это означает, что пользователям магнитных датчиков положения следует уделять больше внимания преимуществам, обеспечиваемым интегральной помехоустойчивостью к магнитным помехам. Поля магнитной дисперсии могут генерироваться магнитами, двигателями, трансформаторами или любым проводником тока, таким как электрические кабели.
Так же в обиходе можно встретить другое название такой системы – электромеханический усилитель. Конструктивно он представляет собой усилитель руля, привод и две шестеренки.
Устройство электроусилителя руля, собирается из нескольких основных узлов в них входят – системы управления, передачи механического типа и электромотора.
Они представляют собой элемент растущей обеспокоенности, особенно в секторе автомобильной промышленности: магнитные поля утечки более многочисленны и сильны в электрических и гибридных транспортных средствах, чем автомобили, оснащенные традиционным двигателем внутреннего сгорания. В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания источники дисперсионных полей в основном расположены под капотом. Области дисперсии под капотом также присутствуют в электрических и гибридных транспортных средствах. Но у этих автомобилей есть еще одна важная особенность: они оснащены большими батареями для питания тяговой системы.
Вся система находится в одном кожухе, что упрощает эксплуатацию и ремонт если вдруг возникнут какие либо нарушения в системе. В качестве основного механизма применяется электродвигатель асинхронного типа.
Задача механической передачи – передать крутящий момент от асинхронного мотора к рулевой рейке . При этом особенность электроусилителя, который имеет пару шестерен в том, что одна шестеренка передает вращение на рулевую рейку от руля, а вторая – от электрического привода.
В автомобилях, чтобы распределять вес в лучшем случае, эта тяжелая батарея обычно монтируется централизованно и на уровне колес, в углублении под кабиной. Другое место, часто используемое для батареи, - задняя часть автомобиля под багажным отделением. Это означает, что кабели должны выдерживать большие объемы тока - до 400 А, когда автомобиль ускоряется - от батареи до одного, двух или четырех электродвигателей. Для питания одного или нескольких электродвигателей, управляющих передними колесами, эти кабели должны проходить близко к критическим системам безопасности, таким как педали акселератора и тормоза.
Благодаря этому, поворот колес возможен, как от рулевого колеса, так и от приводного механизма. Друг другу они совершенно не мешают.
Конструктивно это возможно, благодаря наличию двух участков зубцов, один из которых играет роль приводного устройства.
Принцип работы электроусилителя руля, имеющего параллельный привод, немного отличается.
В современных системах «проводов» движения педалей, как при давлении, так и во время отпуска, измеряются в реальном времени с помощью датчиков поворота: датчики отправляют свои выходы в электронные блоки проверки, управляющие приведением в действие тормозов или ускорителя. Проблема магнитной дисперсии, однако, касается не только электрических и гибридных транспортных средств. Многие новые автомобили оснащены системой рулевого управления с электроприводом. Двигатель электрического рулевого сервопривода, применяющего заданное усилие к рулевому механизму, также создает мощное магнитное поле вокруг датчика положения, которое всегда остается активным для измерения угла ротора.
Здесь основную задачу берет на себя электромотор, который посредством ременной передачи и специального механизма на основе шариковой системы передает усилие на рулевую рейку.
Так же в эту систему входит несколько основных узлов – ЭБУ, датчики и исполнительный узел.
Управляющую роль берет на себя два устройства: первый датчик контролирует крутящий момент, а второй – угол поворота руля.
Выходы датчика позволяют системе управления двигателем точно управлять двигателем рулевого управления, чтобы максимизировать крутящий момент и минимизировать шум и вибрацию. Автопроизводители обеспокоены тем, что достаточно сильное магнитное поле утечки может вызвать выход искаженных или ложных выходных сигналов от традиционных датчиков магнитного положения. Очень сильное поле дисперсии, в некоторых случаях, может даже нанести постоянный ущерб датчику. И этот аспект имеет жизненно важное значение, поскольку педаль тормоза, педаль акселератора и системы рулевого управления в случае поломки могут привести к серьезному риску жизни водителя, пассажиров и других лиц на дороге.
Одновременно с этим ЭУР обрабатывает информацию от системы ABS (точнее, от ее датчика) и устройства, фиксирующего число вращений коленвала.
Задача «мозга» автомобиля (ЭБУ) – собрать всю текущую информацию, обработать ее и дать соответствующую команду на управляющий орган системы (электродвигатель).
Основные режимы электроусилителя руля
Не секрет, что в процессе движения авто может быть несколько режимов. Каждый из них учитывается системой, и производится точная подстройка для более надежного и четкого управления. Выделим основные этапы:
Датчик положения играет фундаментальную роль в каждой из этих систем. Например, последствия ложного считывания сдвига педали тормоза, которые регистрируют только небольшое перемещение, когда на самом деле водитель нажал педаль на дно для экстренного торможения, могут быть катастрофическими. Поэтому автомобильная промышленность, по-видимому, создает все более строгие спецификации для безопасной работы систем, которые могут подвергаться воздействию магнитных полей утечки. Фактически, автомобильная промышленность устанавливает очень строгие стандарты качества даже для компонентов салона, не связанных с такими функциями безопасности, как ручки и кнопки, которые также можно контролировать традиционным способом с помощью простого потенциометра.
1) Допустим руль поворачивается в самой обычной ситуации. Происходит следующее. Момент вращения передается от рулевого колеса машины к торсиону, расположенному на рулевой системе.
Все основные параметры измеряются своими датчиками. К примеру, поворот руля контролирует датчик угла поворота, закрутку торсиона – датчик момента вращения коленвала.
Активный возврат колес в среднее положение
Многие промышленные применения имеют одинаково жесткие требования к безопасности и надежности. Из этого следует, что разработчики систем, которые используют магнитные датчики положения перед запуском нового проекта, должны быть в состоянии обеспечить, чтобы их система могла противостоять силе магнитных полей рассеяния из внешних источников.
Повышение общей эффективности транспортных средств является очень сложной проблемой. Каждый из приведенных ниже элементов снижает расход топлива в различных ситуациях. Функция автозапуска или индикатор оптимальной передачи уменьшают расход топлива, особенно при движении по городу, в то время как элементы, сосредоточенные на, например, аэродинамике или уменьшении приводных резисторов, имеют преимущество экономии топлива при движении на устойчивых скоростях. Это специальные вертикальные вентиляционные отверстия на внешних краях переднего бампера, которые ускоряют поток воздуха и направляют его вокруг передних колес.
Полученные данные собираются и вместе с информацией по оборотам коленвала и скорости движения поступают к электронному блоку управления транспортного средства.
После чего вращающий момент предается на рулевую рейку, тяг и и колеса авто. Получается, что для поворота машины объединяется два основных усилия – электрическое и механическое.
Этот воздушный поток, который можно назвать воздушными завесами, уменьшает турбулентность в пространстве вокруг передних колес. В то же время происходит более эффективное охлаждение двигателя и других компонентов, таких как промежуточные охладители сжатого воздуха. Прядильные колеса и их лучи часто создают турбулентность, которая усугубляет обмотку автомобиля. Например, будет изменена педаль акселератора, автоматическая коробка передач или рекомендации по механическому переключению передач, а также стратегия отопления или кондиционирования воздуха.
2) Поворот колес при минимальной скорости движения производится, как правило, во время парковки. Особенность таких действий – широкий диапазон поворота руля.
В этом случае электроника гарантирует максимальный момент вращения электродвигателя, что обеспечивает ощущение еще большей легкости. Благодаря этому вращение руля даже при движении накатом становится максимально простым.
К ним относятся, например, системы восстановления кинетической энергии или системы контроля температуры двигателя. Эта функция экономит топливо прежде всего во время езды по городу и может сэкономить около 3 процентов топлива. Система регенерации кинетической энергии работает таким образом, что генератор генерирует электроэнергию только тогда, когда водитель снимает ногу с педали акселератора или при торможении - это означает, что электричество не де-факто генерируется из топлива, как обычно было в прошлом, а получается из кинетической энергии, которая в противном случае была бы потеряна без какой-либо полезности.
3) Поворот авто при движении на больших скоростях требует большей жесткости руля. В противном случае эффективность управления может снизиться.
Это обеспечивается за счет минимального вращающего момента, то есть электропривод лишь слегка помогает, а основное усилие прикладывает уже водитель. Такое состояние часто носит название «тяжелого руля».
В тот момент, когда водитель не перемещает рулевое колесо - например, при движении по прямой автомагистрали - электродвигатель остается неактивным и, следовательно, без потребности в энергии. Это активно контролируемый клапан, расположенный в маске перед радиатором, который открывается или закрывается в соответствии с вашими потребностями. Закрытое состояние улучшает аэродинамику, сокращает фазу прогрева двигателя и, конечно же, снижает расход топлива. Шины с уменьшенным сопротивлением качению имеют модифицированный дизайн.
Для протектора и буфета они используют специальные материалы для уменьшения их деформации и тем самым уменьшают сопротивление качению. Например, это отсоединяемый компрессор кондиционера, электрический водяной насос или масляный насос с регулируемым параметром.
4) Возврат в среднее положение. Вполне логично, что после поворота система должна помочь вернуть колеса в прежнее положение.
Это достигается, благодаря особому реактивному усилию. При этом руль как бы сам собой возвращается в исходное положение.
Большой плюс системы – удерживание колес в среднем положении, что очень актуально в случае проезда серьезных препятствий или разной накачки шин. Задача системы заключается в следующем – скорректировать среднее положение и удерживать его в течение какого-то времени.
Программно в ЭУР забита компенсация «увода» в сторону авто с передним приводом при разной длине валов.
Особого внимания заслуживают современные системы, построенные на базе электроусилителя.
К примеру, система курсовой устойчивости способна сама рулить, без участия водителя, а парковочный автопилот делает всю работу по парковке машины (снова-таки, водитель за рулем может отдыхать). Но это уже другая история.
Описанные выше преимущества ЭУР перед ГУР и особенности работы системы, делают ее более перспективной. Возможно, уже через 10-20 лет легковых машин с гидроусилителем уже и не останется.
Что касается электроусилителя для тяжелых авто, то здесь разработчикам еще есть, над чем поработать. Удачной дороги и конечно же без поломок.
Электрический усилитель руля (Eelectric Power Steering - EPS) в последнее время, во многих легковых автомобилях, находит все большую популярность, нежели гидроусилитель руля. И объяснение тому простое, преимуществами электроусилителя руля перед гидроусилителем является то, что здесь нет гидравлического насоса который постоянно работает, независимо от того, стоит автомобиль или едет. При этом при движении, гидроусилитель потребляет еще большую мощность, в отличии от электроусилителя, который в некоторых случая отключается совсем. Все это сказывается, во-первых, на потере мощности двигателя порядка 8-10 л.с., а также на экономичности автомобиля. Есть и еще один плюс, минимальное наличие механических узлов (гидравлические шланги, насос, золотники и т.д.), которые, как правило, менее надежны, чем электрика и электроника. Электрический усилитель руля также работает тише, чем элементы гидравлические системы, отсутствует шум от насоса и от жидкости, протекающей через шланги и клапаны. Но самое заметное отличие все же заключается в особенностях управления.
Электрический усилитель руля может быть очень точно настроен на срабатывание при повороте руля. Такую точность очень трудно обеспечить для гидравлической системы, так как клапана имеют определенный проход. От начала их открытия, до полного открытия, руль должен быть довернут на определенный угол. Электроусилитель руля не столь инерционен как гидравлика, что позволяет ему более быстро реагировать на изменение положения руля, а также скорость автомобиля. И в конце концов, электроусилитель может работать даже тогда, когда у вас заглох двигатель.
Основным минусом электроусилителя руля является повышенное энергопотребление, ток питания доходит до 50 А. Очень часто в связи с этим основной неисправностью электроусилителя является обгорание контактов на монтажной плате, в реле, выгорание предохранителей.
Из истории электроусилителя руля и просто интересные факты
Первыми серийными машинами с электрическим усилителем руля были Acura NSX, Honda S2000, Toyota Prius и Toyota RAV4, а также множество моделей компании GM, такие как: Chevrolet Malibu, Chevrolet Cobalt, Chevrolet HHR, Pontiac G6 (кроме кабриолета, GT моделей), Pontiac Torrent, Pontiac G5, Saturn VUE и Saturn ION.
Стоит сказать, что имелась и переходная система «смешанного» вспомогательного управления водителю. Некоторые машины имели электро-гидравлический усилитель руля. Электродвигатель использовался для привода обычного гидравлического насоса, а далее все как в классической схеме с гидроусилителем руля. Более подробно о гидроусилителе руля в статье "Гидроусилитель руля автомобиля ".
Последние поколения электроусилителей (EPS) собраны совместно с рулевой колонкой, хотя ранее электродвигатели ставились на рейку. Электроусилители руля на некоторых автомобилях могут настраиваться. Фактически вы выбираете вспомогательное усилие, при каком угле поворота, какое усилие будет помогать вам, докручивать колеса. Как правило, о возможности такой настройки надо спрашивать у дилера, к тому же настройка требует сканеров и ПО для изменения характеристик.
Как работает электроусилитель руля
Хотя читатель примерно уже представил себе, как и при каких условиях срабатывает электроусилитель, тем не менее, мы хотели бы донести до него особенности работы электроусилителя руля.
В тот момент, когда водитель начинает поворачивать руль, датчик положения и датчик скорости вращения рулевого колеса передают сигналы в модуль управления. Также существует и датчик определения крутящего момента на рулевом колесе. Вся эта информация подается на блок управления электроусилителя рулевого управления. Кроме того, при управлении электродвигателем, также принимаются во внимание скорость транспортного средства и данные о усилии на рулевой тяге колеса.
После получения всех этих данных, модуль управления подает питание на двигатель. Двигатель вращается, при этом помогает перемещать руль в одном из направлений. При управлении, постоянно отслеживается положение руля, при этом вспомогательное усилие меняется.
На многих автомобилях GM, электродвигатель усилителя установлен на рулевой колонке. Двигатель и модуль управления являются одной сборкой в рулевой колонке, и в случае поломки меняется двигатель совместно с модулем управления.
В большинстве современных автомобилей Toyota, электродвигатель может быть заменен отдельно.
Электродвигатели установленные в рулевой рейки, как правило для автомобилей GM и Honda, меняется совместно с рейкой.
Стоит заметить, что электрический усилитель руля довольно дорогой узел на иномарках, его стоимость может составлять от $ 600 и больше в зависимости от автомобиля. Таким образом, необходимо сказать о том, что точная диагностика электроусилителя руля необходима, она позволит избежать замены дорогостоящих, но исправных узлов.
После ремонта электроусилителя, необходимо использовать диагностический прибор, для того, чтобы откалибровать центральное положение датчика положения рулевого колеса. В противном случае, вы будете иметь обратную связь от электродвигателя при прямолинейном движении.
Как правило при поломке или срабатывании системы защиты рулевого управления на комбинации приборов загорается сигнальная лампа. Лампа может сигнализировать о неисправности или о отключении электроусилителя в следствии срабатывания защиты. Тепловая защита может сработать, когда обмотка электродвигателя перегреется, как правило, при работе в крайних положениях руля.
Одной из распространенных поломок является стук в рулевой колонке, при проезде через неровности. Результатом этого может быть обратная связь от электродвигателя, за счет не корректной работы модуля управления. В крайних случаях электроусилитель может даже подруливать автомобилем.
Проверка неисправности механической и электрической части проводится просто. Извлеките предохранитель питания электроусилителя из монтажного блока, при этом принудительно отключив его. Совершите пробную поездку, будьте осторожны, так как усилие при управлении будет значительным. Если стуки пропадут, то в этом был виноват модуль управления, если нет, то у вас механические неисправности в рулевой колонке.
Стоит еще раз заметить, что при любой электронной неисправности усилителя или его отключении, автомобиль будет управляться, но управляющий момент на рулевом колесе будет намного выше.