Про современные рулевые механизмы (Гидравлика VS Электрика)

 Постоянно возрастающие требования к комфорту и безопасности движения, увеличение скоростей, все усиливающаяся роль электроники в автомобильных процессах привело к использованию электропривода рулевого управления. Об устройстве, особенностях и преимуществах подобных систем на семинаре говорил сервис-инженер ZF Services Дирк Фукс.

 От гидравлики к электрике

 Гидравлические системы усилителя руля до определенного момента устанавливались в серию многими автопроизводлителями и считались достаточно удобными. Однако при наборе скорости наличие гидроусилителя становилось опасным - рулевое управление становилось мягким и неинформативным, и даже сравнительно незначительные движения на рулевом колесе могли привести к бортовой раскачке транспортного средства. Оптимальным решением стали системы рулевого управления, чувствительные к изменению скорости движения. Первая подобная система - ZF Servotronic - была разработана в 1986 году.

 Принцип ее работы заключается в том, что на небольшой скорости, особенно при выполнении маневров при парковке, задействуется максимальное гидравлическое усиление системы и обеспечивается прекрасная маневренность без лишних усилий для водителя. В результате управление транспортным средством происходит как и с обычным гидроусилителем - буквально «одним мизинцем». На высоких скоростях движения транспортного средства влияние работы усилителя уменьшается, рулевое управление становится жестче и точнее, обеспечивая высокую чувствительность и устойчивость на высоких скоростях - точно то, в чем водители нуждаются в этой дорожной ситуации, и что способствует большей безопасности движения.

 Servotronic сконструирован на основе специального гидрораспределителя с дополнительными компонентами (электрогидравлический преобразователь, обратные клапаны и клапан отсечки) и получает информацию о скорости движения транспортного средства через электронный блок управления. Эта сложная гидромеханическая система регулирует усилие на руле, при необходимости повышая или понижая его уровень. В общей сложности за последние четверть столетия было произведено более 12 миллионов реек Servotronic. Технические характеристики таких систем производства концерна ZF менялись несколько раз до тех пор пока в 1998 году увидела свет версия Servotronic-2. Спустя 16 лет это решение до сих пор остается актуальным и выпускается по сей день.

 В 1999 года начинается кардинально новая эра рулевого управления: ZF с компанией Robert Bosch GmbH основывает совместное предприятие по производству электрических рулевых систем. Соместное детище получает название ZF Lenksysteme и начинает свою деятельность в 2001 г.

гидроусилитель руля, электроусилитель руля, zf servolectric, zf servotronic

  Электрификация автоиндустрии

 Тенденции развития автомобилестроения и все увеличивающаяся роль электропривода неуклонно ведет к автоматизации большинства процессов в системах автомобиля и управления их общей работой посредством бортового компьютера. Системы рулевого привода не исключение и год от года становятся все более сложными и взаимодействующими с работой других систем автомобиля. Современный привод руля постоянно дополняется все новыми разработками интегрированными с системами ABS, EBD, ESP и т.д.

 Однако для большинства отечественных механиков обслуживание рулевых систем с электроусилителем пока что в диковинку. Ведь это подразумевает не просто знание механической части, но предполагает также в обязательном порядке определенную глубину пользования диагностическим сканером. Это ставит перед сервисменами очередной вопрос закупки нового оборудования и обучения. Стоит ли овчинка выделки и так ли востребовано обслуживание электроусилителя уже сегодня? Вместо ответа можно привести сухие данные статистики: концерн VW до 90% всех выпускаемых с конвейера автомобилей комплектует именно электромеханическими рулевыми рейками. Получается, что спрос на обслуживание подобных систем не просто назревает – он уже на повестке дня.

 Первые попытки использовать электромеханические усилители руля в своих моделях прдпринимал концерн Fiat для своих малолитражных автомобилей еще в 90-хх гг. прошлого столетия. В связи с ограничением места в подкапотном пространстве конструкция привода предполагала размещение электродвигателя на рулевой колонке.

Конструкция электромеханического усилителя руля с приводом непосредственно на рейке была разработана специально для VW Passat B6

 Конструкция электромеханического усилителя руля с приводом непосредственно на рейке была разработана специально для VW Passat B6

 Конструкция ЭУР стремительно эволюционировала и в результате усилитель руля разместился непосредственно на рулевой рейке. Такое решение внедрил в серийное производство концерн VW для оснащения новой версии Passat B6.

 Разработка конструкционно новых механизмов, использующих электропривод, была поручена техническим специалистам ZF для использования в новой версии VW Passat B6. Основной потребностью VW в таких разработках являлся уход от многорычажной подвески в модели VW Passat следующего поколения с сохранением прежних параметров управляемости и комфорта. VW Passat B5 и все автомобили, сконструированные на его платформе, благодаря подвеске из восьми алюминиевых рычагов обеспечивали безупречное поведение автомобиля на дороге, стабильность при прохождении поворотов и удовольствие от вождения.

 Подобная подвеска была одним из лучших решений, которые можно купить за разумные деньги. Однако сложность ее устройства, большое количество рычагов и необходимость частого обслуживания требовали модернизации конструкции и принципиально нового решения. Инженеры ZF предложили рейку с электромеханическим усилителем с рядом революционных новшеств для обеспечения высочайшего уровня комфорта и безопасности. Но все же первым подобное оснащение получила другая модель VW Touran выпускаемая с 2003 года выпуска. Это было сделано с целью "обкатки" нового технологического решения дабы не навредить флагману всей модельной линейки «народной» марки.

 ZF Servolectric

zf servolectric, электроусилитель руля, 3 типа zf servolectric

  В зависимости от типа автомобиля применяются различные конструкции электроусилителя руля.

 На сегодняшний день существуют несколько вариантов конструктивного исполнения узлов Servolectric, которые используют в зависимости от типа автомобиля. На компактных легковых автомобилях усилители устанавливаются на рулевую колонку, на автомобилях среднего класса вспомогательное усилие передается на рейку с помощью дополнительной шестерни, а на внедорожниках и легких коммерческих машинах применяется так называемая «параллельно-осевая» конструкция.

 На легких автомобилях большое усилие от ЭУР не требуется, поэтому и электродвигатель, и сервопривод получаются настолько компактными, что легко умещаются под рулем в салоне автомобиля. Заодно там же размещаются и датчики. Таким образом, вся конструкция надежно защищена от пыли, грязи и высоких температур подкапотного пространства, что благоприятно сказывается на надежности.

 На автомобилях среднего класса устанавливается ЭУР с двумя шестернями. Через одну шестерню на рейку передается усилие от руля, а через другую - вспомогательное усилие от электромотора.

 Чтобы создать большое дополнительное усилие применяется ЭУР параллельно-осевой конструкции. Для преобразования вращательного движения электродвигателя в линейное перемещение рулевой рейки используется зубчато-ременной привод и механизм «винт - гайка на циркулирующих шариках». Гайка, вращаемая зубчатым ремнем, через шарики перемещает ось рейки. Шарики циркулируют по резьбе, возвращаясь через специальный канал в гайке.

 Благодаря новой электроуправляемой системе усилитель включается в работу только тогда, когда водителю требуется помощь при повороте руля, таким образом помогая водителю в сложной дорожной ситуации и снимая его физическую и психологическую нагрузку. Поддерживающее усилие зависит от скорости движения автомобиля, момента силы, приложенной к рулю и угла поворота. Новая конструкция и принципиально новые решения в подобных системах послужили причиной тому, что электромеханический усилитель руля расходует меньше энергии и не требует поддержания постоянного давления в системе, подобного гидравлике. Экономия топлива в автомобилях, оснащенных электромеханическими системами, составляет в итоге от 0,2 до 0,6 л на 100 км.

 Одним из главных преимуществ электромеханического усилителя рулевого управления перед гидравлическим является отсутствие масла в системе. Все детали усилителя управляются и приводятся в действие непосредственно от рулевого привода, поэтому для функционирования не требуется наличие рабочей жидкости и необходимых для нее магистралей, шлангов и резервуаров. Кроме удобства, это является ответом на все более жесткие экологические требования в Европе. Благодаря этому уменьшились общие размеры занимаемого пространства и уменьшены затраты на привод. Механизм стал менее шумным и более информативным благодаря функции активного возврата колес, непосредственной плавной реакции усилителя на действия водителя и ослабления усилий, передаваемых на рулевое колесо при движениях по неровностям дороги.

 Принцип работы ЭУР ZF Servolectric

Принцип работы ЭУР ZF Servolectric

 При повороте рулевого колеса начинает действовать усилитель руля. Крутящий момент передается на рулевой механизм через торсион, который закручивается в соответствии с величиной момента. На крутящий момент двигателя усилителя руля влияют параметры транслируемые многочисленными датчиками: крутящего момента на рулевом колесе, угла поворота рулевого колеса, частоты вращения ротора электродвигателя, скорости или частоты вращения колеса установленного в блоке ABS, частоты вращения коленвала. При выборе величины усиления учитываются установленные в памяти прибора характеристики для различных скоростей. По результатам расчета блок управления изменяет крутящий момент двигателя усилителя. Создаваемый двигателем усилителя крутящий момент передается на рейку рулевого механизма. Крутящий момент передается через червячную передачу на приводную шестерню, которая действует параллельно шестерне, приводимой от рулевого колеса. Перемещение рейки происходит под действием суммы усилий, создаваемых в результате преобразования крутящего момента двигателя усилителя и крутящего момента, передаваемого с руля.

 Работа Servolectric в разных циклах

 Одна и та же модель электроусилителя может быть легко программно перенастроена для разных моделей автомобилей. Для этого производитель выпускает соответствующие софты. Электронная «сущность» Servolectric наделяет его широкими возможностями по настройке значения вспомогательного усилия в зависимости от условий движения и типа транспортного средства. Чем выше скорость - тем меньше усилие и «тяжелее» руль. Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет Servolectric варьировать усилие для различных дорожных условий. Для этого в ПО блока управления сохранены параметры необходимых уровней усиления при определенной скорости, интенсивности вращения рулевым колесом и закрутке торсиона. На основе полученных данных с соответствующих датчиков блок управления принимает соответствующее решение об изменении усиления.

 При движении в городском цикле и движении на автомагистрали уровень усиления изменяется пропорционально скорости в городском режиме ( около 50 км\ч) или высокой скорости на автомагистрали. Также учитывается интенсивность поворотов рулевого колеса, которые в городском цикле намного больше чем на трассе. Блок управления ориентируется в выборе усиления на многопараметровую характеристику для разных условий движения, массе и модели автомобиля.

 При движении на автомагистрали руль поворачивается на относительно небольшой угол и закрутка торсиона в данном случае невелика. В то же время скорость движения автомобиля высокая, поэтому блок управления определяет необходимость в небольшом усилении рулевого управления. Это необходимо для стабильности автомобиля на высоких скоростях - для того чтобы руль оставался информативным, а позиция на дороге прогнозируемой.

 При движении в городе скорость равна приблизительно 40-50 км/ч, руль вращается часто. При этом закрутка торсиона не превышает средних значений и ЭБУ, в соответствии с сохраненной в памяти многопараметрической характеристикой дает команду на умеренное усиление.

 При парковании руль поворачивается на большие углы, а скорость близится к нулю. На основании этих данных блок управления усилителем определяет необходимость в значительном усилении рулевого управления. Это снимает излишнюю нагрузку водителя, а также помогает продлить срок службы деталей рулевого механизма.

 ЭУР обладает также функциями активного возврата руля в первоначальное положение и удержания курсовой устойчивости автомобиля в среднем положении руля.

 Возврат колес в среднее положение практикуемый ранее основывался на регулировке угла продольного наклона именуемого углом кастера. В автомобилях с Servotronic угол кастера достаточно невелик. Так как функция активного возврата управляемых колес в нулевое положение (положение колес прямо) осуществляется посредством электропривода. В результате появляется преимущество в случае воздействия на автомобиль различных внешних сил при движении по прямой, что позволяет использовать эту функцию для поддержания курсовой устойчивости автомобиля на автомагистрали. Если при движении по прямой на автомобиль действует боковой ветер или поперечное усилие, вызываемое уклоном дорожного полотна, электроусилитель создает постоянный поддерживающий момент, который освобождает водителя от необходимости создавать реактивные усилия на рулевом колесе.

 В в виде опции в электроусилителях также может использоваться функция обратного подруливания при заносе для автомобилей оборудованных системой ESP. Эта система помогает водителю стабилизировать положение автомобиля в критических ситуациях (например, при торможении на дорожном полотне с неоднородным сцеплением или при поперечном динамическом маневрировании).

 Ограничения в использовании ЭУР

 Несмотря на явные преимущества электромеханических реек, их использование пока что оправдано не для всех автомобилей. Автомобили бизнес класса с богатой комплектацией и большим количеством электрооборудования по ряду причин не могут быть оборудованы электромеханическими усилителями. Несмотря на комплектацию подавляющего большинства автомобилей группы VW, ряд моделей 2007-2009 годов выпуска оснащается гидравлической рейкой.

 Обеспечить использование электромеханической рейки неспособна существующая на сегодняшний день система электроснабжения. В существующем варианте с гидроусилителем мощность электродвигателя составляет 4,5 Амп, а потребление тока на электрорейке потребовало бы до 80 Амп. На подобных автомобилях, богато оснащенных электроникой, для установки электромеханической рейки потребовалось бы также полностью переделывать существующую систему электроснабжения: менять сети электропроводки, существенно увеличивать мощность генератора и АКБ или устанавливать второй, что требует дополнительного пространства.

 Еще одним из ограничений для массового использования электроусилителя на автомобилях премиум-класса является пока что недоступная 24-х вольтовая сеть. Поэтому для достижения необходимой управляемости до сих пор применяются рейки с гидроусилителем руля и как определенный компромисс - с электрогидроусилителем руля. Но прогресс неумолим и судя по всему, как только необходимые решения будут найдены - надпись Servolectric сразу же появится на месте Servotronik. Многие новые технологические решений в концерне ZF проходят путь от регистрации патента до внедрения в серийное производство за менее чем пятилетний период. Исходя из такой оперативности – окончательная победа электропривода усилителя руля не за горами.


Написать отзыв
Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.
Плохо           Хорошо
Популярные Статьи
Услуги ремонта. Ремонт рулевых реек с гидроусилителем ГУР

 Сервисный Центр «ГУР+ЭУР» выполняет качественное техническое обслуживание и ремонт рулев

Ремонт рулевой. Ремонт рулевых реек автомобилей МЕРСЕДЕС (MERCEDES) всех моделей

 Сервисный Центр «ГУР+ЭУР» выполняет качественный ремонт рулевых реек автомобилей МЕРСЕДЕС (MER

Ремонт рулевой. Ремонт рулевых реек автомобилей АУДИ (AUDI) всех моделей

 Сервисный Центр «ГУР+ЭУР» выполняет качественный ремонт рулевых реек автомобилей АУДИ (AUDI) в

Последние отзывы