Электроусилитель руля — устройство и принцип работы

Недостатки, связанные с применением для уменьшения усилия на рулевом колесе гидравлических устройств, заставили разработать системы, использующие в работе электродвигатели. Это позволило улучшить характеристики усилителей, расширить возможности по внешней управляемости, повысить надёжность и компактность узлов.

 Назначение ЭУР и его особенности

Основная задача осталась прежней – облегчить труд водителя, уменьшить прикладываемые к рулевому колесу усилия, а значит и повысить точность управления. В англоязычной литературе устройство обозначается аббревиатурой EPS — Electric Power Steering, что буквально значит электрическое повышение мощности рулевого управления.

Помимо сохранения возможностей применяемых ранее ГУР, функции устройства были расширены, поскольку электроника имеет несравнимо лучшие характеристики управляемости по сигналам датчиков, обрабатываемых блоком контроллера. Это позволило получить целый ряд преимуществ и новых качеств:

• повышенную точность управления, электрические сигналы не обладают инерционностью, куда более точны, чем примитивные насосы и клапаны, имеют широкий диапазон по измеряемым и силовым величинам;
• достигается экономия топлива за счёт отсутствия постоянно работающего гидронасоса, хотя и с переменным потреблением, электродвигатель при отсутствии помощи водителю ток вообще не потребляет;
• надёжность принципиально выше, в устройстве отсутствует рабочая жидкость, требующая многочисленных уплотнений и меняющая свои свойства со временем, меньше и перемещающихся механических деталей со свойственным им износом;
• возможность адаптации и внешнего управления простым подключением к интерфейсу соответствующих устройств – помощников водителю и элементов автономного управления;
• задание недостижимых ранее зависимостей угла поворота колеса и усилия на руле от текущей ситуации;
• бесшумность в работе;
• лёгкость организации любого принципа обратной связи от управляемых колёс к водителю.

В то же время мощность ЭУР имеет ограничения, поскольку он питается от бортовой сети, возможности которой не безграничны. Но для относительно лёгких автомобилей, если речь не идёт о грузовом транспорте, проблем это не вызывает.

Состав электроусилителя и работа его отдельных элементов

Укрупнённо ЭУР можно представить в виде совокупности следующих узлов:

• датчиков поворота руля;
• исполнительного электродвигателя;
• понижающего редуктора;
• электронного блока управления.

Основой усилителя стал электромотор, как и все подобные устройства преобразующий энергию электрического тока в механическое перемещение ротора.

Электродвигатель ЭУР

Электромотор может быть установлен на вал рулевой колонки или непосредственно на рулевую рейку. Асинхронные электродвигатели имеют большую скорость вращение, поэтому их использование требует понижающего редуктора. Снижение скорости вращения при сохранении мощности влечёт увеличение крутящего момента, что в подобных устройствах более важно, чем скорость перемещения рейки. Но и скорость иногда требуется достаточно высокая, что обеспечивается выбором мощности мотора и выходного тока силового драйвера на выходе блока управления.

Наилучшим способом будет передача силы именно на рейку, что обеспечивает более высокую точность и эффективное парирование обратных ударов. Исключается промежуточный редуктор в зацеплении ведущей шестерни с зубьями рейки. Шестерня вала разгружается от полного усилия, вводится дополнительное приводное зубчатое колесо на выходном валу редуктора.

Система управления

Управляющий модуль принимает сигналы от датчиков поворота руля и крутящего момента на валу рулевой колонки. После обработки в соответствии с используемым алгоритмом формируется выходной силовой сигнал, прикладываемый к электродвигателю. В процессе расчёта используются также данные от внешних устройств, таких как система стабилизации, датчики скорости и ABS, прочие сенсоры, состав и количество которых определяется сложностью и возможностями компьютеров автомобиля.

Блок представляет собой мощный и быстродействующий компьютер со своей программной памятью, процессором и интерфейсами связи с датчиками, внешними процессорами и драйверами исполнительных устройств, в данном случае – электродвигателем усилителя.

Порядок работы ЭУР

Основной датчик, по показаниям которого рассчитывается выходное усилие, располагается на торсионе рулевой колонки. Скручивание пружинящего стержня торсиона фиксируется датчиком относительного перемещения его концов и в виде переменной величины отправляется в компьютер. Численное значение закрутки торсиона и его направление зависят от приложенного водителем усилия и того, в какую сторону он намеревается повернуть.

Усиление, то есть величина дополнительной силы, прикладываемой к рейке, а также скорость вращения приводной шестерни, будут определяться зафиксированным контроллером режимом автомобиля. Это могут быть самые различные случаи, например:

• медленный поворот;
• быстрый поворот;
• изменение направления на высокой скорости;
• парковочный режим с быстрым вращением руля практически на месте;
• самовозврат рулевого колеса в нейтральное положение;
• удержание руля в околонулевом пространстве;
• начинающиеся скольжения осей при низком коэффициенте сцепления;
• неуправляемый занос автомобиля;
• выход за пределы полосы, зафиксированный системой удержания.

Обработка любой ситуации происходит по выделенному ей алгоритму в программном обеспечении блока.

Плюсы и минусы использования ЭУР

Перечисленные выше преимущества позволяют электроусилителям захватывать всё больший сегмент рынка. Причём как в бюджетных секторах, так и среди спорткаров, премиума и даже лёгких внедорожников. Но недостатки пока сохраняются.

Малая мощность не позволяет ставить ЭУР на тяжёлую технику, грузовики и внедорожники. Последние также требовательны к влагозащищённости аппаратуры, что у электроники пока не на высоте.

Обслуживания ЭУР не требует вплоть до выхода из строя, но ремонт его возможен только квалифицированным персоналом. Считывание ошибок производится через диагностический сканер, но их устранение затруднено для самостоятельного исполнения. Это сложное электромеханическое устройство, нуждающееся в соответствующем подходе и наличии специализированного оборудования.