Сравнение электроусилителя и гидроусилителя руля

Основные режимы работы усилителя руля

Как можно догадаться усилитель руля работает не все время. А лишь при повороте колес и не на высоких скоростях. Однако колеса поворачиваются при различных условиях. Соответственно и работа выполняемая двигателем разниться от условий. Современные блоки управления умеют определять в каком режиме двигается автомобиль и подстраивать крутящий момент двигателя под них.

Режим парковки

При парковке скорость автомобиля небольшая или отсутствует вообще, а углы поворота, на которые выворачиваем руль, большие. Информация, передающаяся с датчика угла поворота, поступает на блок управления и если скорость минимальна, а углы поворота и крутящий момент большие, то включается режим парковки. В нем максимальная нагрузка ложиться электроусилитель. Тем самым обеспечивается, так называемый “легкий руль”.

Режим езды по городу

Городская езда обусловлена постоянными остановками, поворотами и перестроениями. Здесь движение происходит со скоростью 40-60 км\ч. В результате происходят усилия в среднем диапазоне, блок обрабатывает информацию о скорости и угле поворота и дает сигнал на электродвигатель.

Режим езды на трассе

Особенность данной езды является высокие скорости и небольшой угол поворота при перестроении. Соответственно принимается решение о небольшом усилии двигателя или полном его отсутствии.

Ведь если вовремя не убрать помощь, автомобиль при малейшем повороте руля, даже на маленький угол резко свернет, что приведет к аварии.

Удержание среднего положения колес

Блок управления зачастую выполняет функцию удержания среднего положения колес. Это нужно в условиях разного давления в шинах, вся информация обрабатывается и проводится коррекция. Так же при повороте руля в движении к окружной силе добавляется тяговая, которая действует на колеса и изменяет их положение. Блок управления учитывает это и регулирует положение.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

• бачок для рабочей жидкости;
• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

• регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
• постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Схематичное устройство распределителя

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом.  Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

• более низкая себестоимость производства, влияющая на конечную цену новой машины;
• от гидроусилителя можно получить большую мощность, позволяющую применять его в грузовиках и микроавтобусах любой грузоподъемности;
• надежная конструкция, проверенная годами эксплуатации.

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания
. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Процессор также является неотъемлемой частью сети контролируемой зоны и шины данных для передачи данных о шасси и силовой передаче. Контроллер имеет адаптивную память и диагностику. Бортовая диагностика установила общие коды отказа. Датчик крутящего момента выполняет ту же функцию, что и торсионный клапан и золотниковый клапан в гидравлической системе. Электронный датчик использует торсионный стержень таким же образом, как и в золотниковом клапане.

Существуют три разных типа электронных датчиков крутящего момента, и они классифицируются как контактные и бесконтактные. Магнитный ротор с переменным полюсом. Штук и прикрепляется к торсионной планке. Датчики Холла контролируют закрутку торсионного стержня путем измерения изменения магнитного потока, создаваемого его положением, на лопасти, расположенные на кольцах статора датчика.

Прочие минусы не столь существенны:

1. Насос усилителя работает постоянно, пока включен двигатель. Это увеличивает расход топлива.
2. Чтобы давление масла в магистралях не превысило критическую отметку, нельзя дольше 5 сек удерживать баранку, повернутую до крайнего положения.
3. На бюджетных моделях машин руль, усиливаемый ГУР, становится «пустым» на высокой скорости.

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

Когда ротор движется, изменение магнитного потока приведет к сигналу к интегральной схеме аналогового зондирования, которая будет обрабатывать сигнал и передавать информацию в вспомогательный алгоритм контроллера. Контактные датчики крутящего момента используют стеклоочиститель, прикрепленный к торсионному стержню и делитель напряжения, прикрепленный к вращающемуся мосту, прикрепленному к валу двигателя, для измерения крутящего момента торсионного стержня. Вращающийся мост использует контактные щетки, которые соединяются с корпусом датчика и разъемом для приема мощности, заземления и передачи сигнала напряжения на контроллер.

• электродвигатель и блок управления с датчиком не нуждается в осмотрах и обслуживании;
• габариты узла гораздо меньше, отчего в малолитражках он вмещается за приборной панелью;
• система не потребляет электроэнергию без нужды, а значит, не расходует лишнее топливо;
• руль можно держать в любом положении сколь угодно долго.

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Электрическая система рулевого управления сохранит датчик скорости ручного колеса как для скорости, так и для положения. Он сохранит четыре цепи делителя напряжения и стеклоочиститель. Разделители напряжения построены из резистивного материала на пленке с питанием от 5 вольт, чтобы образовать четыре чувствительных элемента на 90 градусов. Скребок имеет контакт, который ездит на резистивной пленке и подает выходной сигнал на контроллер.

Сигнал находится в диапазоне от 5 до 5 вольт с плюсом или минусом 3 вольта. Например: Датчик производит от 2 до 8 вольт, когда рулевое колесо поворачивается на 90 градусов. Затем датчик производит от 8 до 2 вольт для следующих 90 градусов вращения рулевого колеса в том же направлении.

Слабая сторона электрического усилителя — высокая цена
. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Особенности конструкции электрогидравлического усилителя руля

Устройство состоит из следующих частей:

• насосного агрегата, в состав которого входит бачок с жидкостью и два насоса (электродвигателя и гидравлический). На этот компонент устанавливается электронный блок управления;
• гидравлический узел управления, состоящий из цилиндра с поршнем и торсиона;
• системы управления, регулирующей коэффициент усиления, исходя из скорости движения транспортного средства и поворота руля;
• электронного блока, принимающего сигналы от датчиков, анализирующего их и воздействующего в соответствии с ними на исполнительные устройства по заложенным алгоритмам.

Сравнение усилителей рулевого управления разной конструкции.

Удобство и безопасность управления

Все типы усилителей рулевого управления «подчиняются» только повороту руля, реакции управляемых колёс на них не действуют или действуют очень незначительно.

В автомобилях, оборудованных ГУР, с целью снизить усилие, которым водитель поворачивает руль, выводя машину из поворота, и для поддержания устойчивости прямолинейного движения, конструкторы увеличили схождение управляемых колёс, увеличили кастор и шаг винтовых канавок в зацеплении «винт — шариковая гайка».

Это создаёт у водителя впечатление обратной связи, «информативности» руля и чувство непосредственного управления.

Электронное управление ЭУР обеспечивает возможность его настройки в зависимости от условий и скорости движения. Чем больше скорость — тем меньше усилие ЭУР и «тяжелее» руль. В городских условиях водитель может отключить ЭУР от датчика скорости, и руль будет постоянно «лёгким».

В программу управления ЭУР можно ввести функции возвращения руля в «ноль» и удержания колес в среднем положении при разном давлении в шинах.

Надёжность

Детали усилителей руля любого типа и конструкции подвержены механическому износу.

В гидравлических усилителях к этому добавляется постепенное ухудшение свойств рабочей жидкости и износ манжет и уплотнений.

При удерживании руля в крайнем положении циркуляция масла прекращается, резко поднявшееся давление в системе может разорвать рукав высокого давления.

Понижение уровня масла в результате утечки вызовет работу насоса «всухую» с немедленным задиром поверхностей ротора и корпуса.

О выходе ГУР из строя водитель узнаёт последним, и если это произойдёт на большой скорости — аварийная ситуация неизбежна.

Бесщёточные, с внутренним обдувом, электродвигатели ЭУР надёжно защищены от перегрузок тремя барьерами — предохранителями в цепи питания, электронным блоком управления и общей программой процессора (контроллера) автомобиля.

При возникновении проблем ЭБУ уменьшает число оборотов электромотора, на приборной панели загорается соответствующий символ, водитель успевает отреагировать снижением скорости и торможением.

Существует ряд мнений, что достоинством той или иной конструкции является возможность управлять машиной при выходе усилителя руля из строя.

Топливная экономичность

ГУР потребляет часть мощности двигателя на вращение насоса, создающего высокое давление в гидросистеме.

Основной недостаток гидравлических усилителей — насос высокого давления работает, если вращается коленчатый вал двигателя. Движется ли машина или стоит неподвижно на холостых оборотах — ротор насоса крутится, срабатывая собственный ресурс.

Электродвигатель ЭУР включается электроникой только на время поворота руля, при стоянке в пробке или движении по прямой он не работает.

Существует тезис о повышенном расходе топлива автомобилями, оснащёнными гидравликой в рулевом управлении. При этом не учитывается, что киловатты, «съедаемые» электромотором ЭУР и непрерывно потребляемые системами управления, тоже произведены коленвалом, вращающим генератор.

Никто не проводил ходовых испытаний одинаковых авто с одинаковыми двигателями, но разным типом усилителя рулевого управления, поэтому достоверных данных о «прожорливости» машин с ГУР не существует.

Область применения

Гидравлические рулевые устройства, в последнее время, практически не применяются в переднеприводных автомобилях с подвеской типа «МакФерсон» и рулевым механизмом реечного типа. Исключение — ЭГУР.

В транспортных средствах, где поворот управляемых колёс осуществляется рулевой трапецией, — в полноразмерных внедорожниках, средних и тяжёлых грузовиках — передние колёса поворачиваются с помощью ГУР.

Перспективы развития

Гидравлические конструкции — тупиковая ветвь автомобильного прогресса.

Современные электронные системы безопасности движения, торможения, объезда препятствий и парковки требуют и электронного рулевого управления.

Развитие гибридного привода, появление электромобилей и машин с элементами искусственного интеллекта в управлении — лишили «гидравлику» места под капотом.

Масло для ГУРа

Жидкость, которая заливается в систему гидроусилителя руля, играет роль не только рабочего тела всего механизма, но ещё и смазки для насоса. В связи с этим, при её доливках либо заменах необходимо использовать масла, рекомендованные производителями, чтобы не допустить преждевременного выхода насоса из строя.

В теории, рабочей жидкостью ГУРа можно пользоваться весь срок эксплуатации автомобиля (как и маслом в коробке переключения передач). Однако на практике рекомендуется всё-таки периодически (примерно раз в 3-5 лет) менять масло гидроусилителя.

Ведь в ходе эксплуатации ГУРа всегда повышается температура его элементов. За счёт этого греется и рабочая жидкость, что ведёт к ухудшению её физических свойств. Присадки в её составе ведь деградируют от нагрева и трения, и гидравлическая жидкость постепенно начинает терять свои качества.

Когда при контроле состояния масла ГУРа в нём замечены мелкие посторонние частицы, или чувствуется горелый запах – это значит, что точно настало время для замены, и произвести её нужно как можно быстрее.

Менять надо масло и тогда, когда проявились признаки неисправности в гидроусилителе. Это тяжёлый ход руля, шумная работа насоса. Они говорят о том, что во время работы появиляются воздушные пробки, и надо масло поменять либо долить.

Объём рабочей жидкости при полной её замене не превышает полутора литров. Для масла ГУРа замеряется два уровня: холодный и горячий. Холодный уровень – это та точка, при которой температура рабочей жидкости находится в пределах от 0 до 30-ти градусов. Уровень горячий – та точка, при которой температура масла находится в пределах от 50-ти до 80-ти градусов.

Масло, которое заливается в систему гидроусилителя руля – это универсальные жидкости ATF или Multi HF, которые применяются не только в ГУРах, но и в автоматических коробках переключения передач. Любо – специализированные масла, разработанные специально и только для гидроусилителя, которые маркируются как PSF.

Выбирая масло для ГУРа, лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и делать указание из сервис-книжки машины «выбором №1».

Как и моторное масло, рабочие жидкости для ГУРов могут делаться на минеральной, полусинтетической или синтетической основе. Выбирать надо тот, что рекомендован именно для данной модели автомобиля, во избежание возможного несоответствия химического состава разных рабочих жидкостей и, соответственно, повреждения металла отдельных элементов системы или резиновых уплотнителей.

Гидроусилитель руля стал для автомобилистов всего мира счастливой возможностью крутить руль практически без мускульных усилий – что называется, «двумя пальцами». А особенно – для автомобилисток.

Комфортное и лёгкое управление машиной превратились из роскоши в общераспространённый стандарт. ГУР надёжен и безотказен, однако, как и любой механизм, требует некоторого минимального внимания к себе, своевременного ухода и устранения неисправностей.

ГУР (гидравлическая система)

Именно с этого варианта стоит начать, потому как, она первая появилась на автомобилях и до сих пор не потеряла актуальности.

Принцип работы: Очень прост, здесь основным рабочим телом является специальная жидкость зачастую это которая заливается в . Сама рулевая рейка представляет из себя полый цилиндр, в который ходит поршень, присоединенный к рулевому валу (если утрировать очень похоже на аптечный шприц). Специальный насос нагнетает давление масла в одну или другую сторону, и этот поршень начинает отклоняться в ту или другую сторону, соответственно помогая вам крутить руль. Масла в системе примерно около 0,5 – 1 литра, его нагнетает гоняет насос, который приводится в движение от коленчатого вала двигателя, то есть они соединены ременной передачей. Конечно же в системе присутствуют металлические и резиновые трубки, по которым собственно и качается рабочая жидкость.

Пару слов про ЭГУР. Поэтому сейчас начинают появляться электрические гидроусилители руля. Что это значит? Отличий мало, но они существенные — здесь вместо ременного насоса используется электрический двигатель, то есть банально подается электричество и он качает масло в системе. Таким образом, отбирая намного меньше мощности и экономя до 0,5 – 0,7 литра на 100 км. НУ что же теперь пришло подумать над плюсами и минусами этого устройства

Плюсы ГУРА

• Управляемость. Водитель имеет хорошую обратную связь с дорогой, по точности реагирования и отклику именно ГУР стоит на первом месте
• Большие усилия. Такие усилители ставятся на многие ТЯЖЕЛЫЕ грузовые автомобили, все электро системы пока до этого не совсем адаптированы

• Комфортно управлять, как при низкой, так и при высокой скорости движения
• Сейчас появились устройства нового поколения, с электрическими насосами, которые не используют ременную передачу и экономят топливо
• Нет сложных электронных датчиков, можно назвать эту систему аналоговой (исключение ЭГУР)
• Надежность на достаточно высоком уровне, если следить и вовремя менять , то может проходить очень долго

В целом претензий на эту систему не так и много, работает она до сих пор стабильно, точно и что немаловажно может «крутить» тяжелые рейки грузовиков. Однако отрицательных моментов также хватает

Минусы ГУРА

• Занимает довольно много места под капотом (трубки, насос, сама рейка) все это довольно таки громоздко
• Имеет специальное масло, которое нужно менять через определенное количество километров, иначе возможна поломка. Потому как сальники могут быстрее изнашиваться

Если модель старая (ременная), то увеличивает расход топлива, до 10% (если сравнить с оппонентом). Потому что дополнительно создает нагрузку на двигатель (давление нагнетается благодаря, ременной передачи, которая идет от коленчатого вала, соответственно часть энергии двигателя расходуется на гидроусилитель). Даже на холостых оборотах

• При низких температурах, нужно использовать аккуратнее, желательно его прогревать
• Если потек, масло вытекло, то эксплуатировать автомобиль нельзя! Или очень ограниченный километраж. Иначе может сломаться сам насос, который нагнетает масло
• Ремонт иногда, очень дорогой. Хотя делают практически все СТО, ничего особо сложного здесь нет

Как видите минусы этой системы также существенные, особенно отбор мощности и расход топлива. Ведь если у вас стоит малообъемный мотор – он и так «дохлый», а тут еще и гидроусилитель отбирает.

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

• более низкая себестоимость производства, влияющая на конечную цену новой машины;
• от гидроусилителя можно получить большую мощность, позволяющую применять его в грузовиках и микроавтобусах любой грузоподъемности;
• надежная конструкция, проверенная годами эксплуатации.

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Прочие минусы не столь существенны:

1. Насос усилителя работает постоянно, пока включен двигатель. Это увеличивает расход топлива.
2. Чтобы давление масла в магистралях не превысило критическую отметку, нельзя дольше 5 сек удерживать баранку, повернутую до крайнего положения.
3. На бюджетных моделях машин руль, усиливаемый ГУР, становится «пустым» на высокой скорости.

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

• электродвигатель и блок управления с датчиком не нуждается в осмотрах и обслуживании;
• габариты узла гораздо меньше, отчего в малолитражках он вмещается за приборной панелью;
• система не потребляет электроэнергию без нужды, а значит, не расходует лишнее топливо;
• руль можно держать в любом положении сколь угодно долго.

Рекомендуем: Что лучше выбрать: Daewoo Nexia или ВАЗ-2114

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Слабая сторона электрического усилителя — высокая цена. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Поломка электроусилителя

При поломке срабатывает сигнал ошибки, лампочка, которая оповещает водителя что, что-то не так. Это может быть сигнал о неисправности или предупреждение систем защиты. При долгом удержании руля в крайних положениях, нагревается обмотка, и защита отключает электроусилитель, во избежание поломки. Этим грешат водители любящие парковаться в неположенном месте и выворачивать руль в крайнее положение, дабы их авто не смогли эвакуировать.

Так же частой причиной отказа служит выход из строя датчика скорости. Тут поможет лишь полная замена его на новый.

В некоторых случаях стоит выполнить калибровку электроусилителя руля:

• развал-схождение;
• переход на новые диски;
• замена запчастей ЭУР либо самого ЭУР.

Настройка позволит выровнять руль в нулевом положении, без отклонений в стороны.