Чем обусловлена необходимость использования усилителей в рулевых управлениях автомобилей

выапыв. 1. Чем обусловлена необходимость использования усилителей в рулевых управлениях

1.Чем обусловлена необходимость использования усилителей в рулевых управлениях?
а) стремлением увеличить прочность деталей рулевого механизма
б) величиной усилий, требующихся для поворота цапф передних колес
в) необходимостью уменьшить усилие прикладываемые к рулевому колесу
г) недостаточной жесткостью тяг и других деталей рулевого привода

2.Что достигается особой установкой шкворня?
а) создаются усилия, которые способствуют возврату колес в исходное положение после их поворота
б) улучшается маневренность и устойчивость автомобиля
в) удлиняется пробег и увеличивается срок службы шин
г) достигаются все перечисленные результаты

3.Каково назначение рулевой трапеции?
а) обеспечивается меньший радиус поворота
б) достигается устойчивость автомобиля при движении
в) обеспечивается поворот внутреннего переднего управляемого колеса на больший угол нежели наружного
г) обеспечивается меньший износ резины

4.Неправильная регулировка схождения колес не вызывает

Повышение износа подшипников ступиц колес

Ухудшение управляемости авто и увеличение износа шин

Устранения нагрузки на наружный подшипник ступицы переднего колеса

Уменьшения усилия при совершении поворота

Уменьшений расходов топлива
6. Схождение колес трактора мтз-80 регулируется

Изменение положения рулевой сошки

Изменение длины продольной рулевой тяги

Изменением длины поперечных рулевых тяг
7.К деталям образующим рулевую трапецию трактора мтз80 относятся

Цапфы колес поворотные рычаги поперечная тяга

Передняя ось поворотные рычаги продольная тяга

Передняя ось поворотные рычаги поперечная тяга

Продольная тяга поворотные рычаги поперечная тяга
8.Устройством обеспечив. Поворот управляемых колес машин на

Источник

Штурвал по ветру сравниваем усилители рулевого управления

ГУР гидравлическая система

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

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

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

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

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.

Чем отличается ГУР от ЭУР и что лучше

Теперь сравним эти типы усилителей между собой и попробуем определить, что же лучше: гидравлика или электричество?

Начнем с конструкционных особенностей. Гидроусилитель достаточно прост по строению, ему не страшны сбои в работе ЭБУ. Однако его пыльники и шланги, а также всевозможные уплотнения, соединения и другие элементы сравнительно быстро изнашиваются. Кроме того, нужно контролировать уровень жидкости в системе ГУРа. Электроусилитель же отличается большей долговечностью и независимостью от расходников. Нарушить его работу могут сбои в электронной системе автомобиля, но они случаются достаточно радко. А если такая проблема проявилась, то неполадки с ЭУРом будут, пожалуй, меньшей из проблем. При оба типа механизмов имеют аварийный режим использования.

Переходим к удобству использования. Как показывает практика, гидроусилители даже самых простых конструкций более информативны, чем электронные системы. Они обеспечивают лучшую связь с дорожным покрытием, дают возможность прочувствовать максимальные возможности машины при прохождении крутых виражей. ЭУР теоретически тоже способен на такое, но для этого он должен быть тщательно откалиброван, что делается лишь на премиум-автомобилях. В целом, гидроусилитель обеспечивает высокую информативность и естественность ощущений от управления автомобилем – однако он требует большей физической силы, чем электрическая система.

Далее рассмотрим усилители с точки зрения КПД и надежности. ГУР при работе расходует мощность двигателя машины, из-за чего растет ее аппетит и ухудшаются динамические характеристики. Кроме того, он чувствителен к высоким нагрузкам: не рекомендуется держать руль в крайних положениях больше 15 секунд, иначе насос может выйти из строя. Электроусилитель же приводится в действие собственным мотором. При повышенных нагрузках он тоже может перегреваться, но автоматика в таком случае снизит его производительность либо отключит до снижения температуры.

Область применения у ГУРа выше, он может использоваться как на городской микролитражке, так и на многотонном грузовике. ЭУР же значительно слабее и поэтому подходит только для легковых автомобилей (и то не для всех).

Поэтому однозначного ответа на вопрос, что лучше ГУР или ЭУР, дать нельзя. Последний разрабатывался как замена гидравлической системе, лишенная присущих ей недостатков, поэтому по ряду факторов он однозначно лучше. В то же время ГУР обладает существенно более широкой сферой применения и при этом меньшей ценой. Поэтому отдавать предпочтение тому или иному варианту следует исключительно с учетом личных предпочтений и характеристик желаемого авто.

Как работает электроусилитель руля

Здесь нет ни масла, ни какой либо другой жидкости, по сути это обычная рулевая рейка (без усилителя вообще) к которой устанавливают на тот или иной вал электрический двигатель, который выполняет роль усилителя. Различают конструкции:

Основные части (саму рейку и рулевой вал я брать не буду, про них итак все понятно)

Когда поворачивается рулевое колесо, начинает закручиваться торсион, чем больше крутим руль, тем больше он закручивается. По величине изменения частей положения датчика оценивается проложенное усилие.

Еще одно измерение происходит датчиком поворота руля, он «видит» насколько отклонился руль. Оба эти показания отправляются в блок управления ЭУРА, а он уже взаимодействует с блоком ЭБУ автомобиля. Также ЭБУ получает такие важные параметры:

После этого, на основании всех данных ЭБУ рассчитывает необходимое усилие (помощь) на руле, и подает на электродвигатель питание нужной полярности и величины. Собственно электрический двигатель начинает вращать либо вал руля, либо перемещать вал самой рейки.

Электрогидроусилитель руля принцип работы

Рабочая жидкость наполняет резервуар, после переходит в насос ГУР по соединительному шлангу. При повороте руля блок управления подаёт питание на электродвигатель, который включается и начинает вращать вал насоса ГУРа с частотой, зависящей от скорости автомобиля и усилия приложенного к рулю. Так же питание подаётся на соответствующий электроклапан, в зависимости от направления поворота. Насос создаёт давление жидкости и передает ее через соответствующий клапан в гидроцилиндр. Гидроцилиндр энергией рабочей жидкости образует силу, пропорциональную давлению жидкости, которая движет поршнем и штоком, далее они повернут нужным образом колеса системой рычагов.

Преимущества вождения с усилителем руля

Всё это обеспечивает максимально безопасное и комфортное вождение (при условии исправного техсостояния машины).

Потенциальная опасность возникает только при внештатной ситуации – внезапном отказе (поломке) системы усилителя руля при повороте во время движения. В этом случае реакция, знания и опыт водителя приобретают решающее значение. О проблемах могут сигнализировать посторонние шумы, вибрации, резкие толчки, проворот руля, трудное или слишком легкое его поворачивание.

По статистике четверть российских водителей предпочитает гидроусилитель, а половина – электроусилитель руля (и показатели смещаются в пользу ЭУР). Достоинства каждого из этих механизмов определяется их конструктивными особенностями.

В современных автомобилях используются электроусилители, гидроусилители и электрогидроусилители руля.

Плюсы и минусы ЭУР

Плюсами ЭУР являются следующие нюансы:

К недостаткам электрического усилителя руля можно отнести такие моменты, как:

Эффективность и надёжность

Использование гидроусилителя руля вынуждает автомобиль терять часть мощности – она идёт на привод насоса, который может иметь достаточно большие потребности. Поэтому применение ГУР неизбежно приводит к ухудшению динамических параметров и к существенному повышению расхода топлива при прочих сопоставимых параметрах. При этом даже при постоянном движении по прямой ситуация нисколько не улучшается – насос работает постоянно, перемещая масло по трубкам высокого и низкого давления.

Каждому автомобилисту стоит знать о том, что гидроусилитель не может длительное время выдерживать работу в предельных режимах – при удерживании руля в крайнем положении в течение 10–15 секунд насос перегреется, в результате чего узел полностью отключится. Чтобы повторно запустить его, нужно заглушить автомобиль, подождать несколько минут и вновь завести, аккуратно переводя руль из крайнего положения в нулевую точку.

Преимущества электроусилителя руля

Плюсы и минусы ГУР

К безусловным преимуществам гидроусилителей можно отнести следующие моменты:

Есть у ГУРа и свои недостатки:

Электроуситель руля или ЭУР

ЭУР – это электрический усилитель руля, в котором необходимое для поворота колес усилие создается электромотором. Особенностью систем этого типа является то, что они монтируются прямиком на рулевую рейку или в колонку. Для сравнения: ГУР зачастую устанавливается как отдельная система.

Основными конструкционными элементами ЭУР являются:

Когда водитель крутит руль, происходит скручивание торсионного стержня. Создаваемый при этом момент вращения фиксируется соответствующим датчиком, в нем полученная информация интерпретируется в сигнал, подаваемый на электронный блок управления. Здесь эти данные анализируются и сопоставляются со сведениями, передаваемыми с прочих датчиков, в том числе со спидометра, тахометра и т.п. По результатам проведенного анализа ЭБУ определяет усилие, требуемое для прокручивания руля, и направляет команду на электромотор. Вращаясь, он передает свое вращение на рулевой вал либо непосредственно на рулевую рейку.

Сравнительная характеристика

Недостатки электроусилителя руля и преимущества гидроусилителя:

ЭУР электроусилитель руля

Принцип работы

: Опять же в двух словах – все просто берется электрический двигатель, подсоединяется к валу (на котором есть специальные борозды, либо винт, либо просто шлицы) и этот электромотор толкает вправо или влево этот вал.

Разница электрических усилителей лишь только в том, что электромотор может крепится в разные части рулевого механизма:

Спросите почему так много различных механизмов — да все потому что пока не добились нормального усилия и точности «рулежки» как у оппонента. Хотя последний тип с шариковой гайкой, очень сильно приблизился к этому.

Конечно же у ЭУРА нет никакой жидкости, нет шлангов и трубок, нет насоса – он очень компактный, что зачастую позволяет его крепить даже на рулевой колонке.

Однако отрицательной стороной здесь является наличие различных датчиков и прочей электроники, однако все по порядку

Положительные моменты электроусилителя

Как видите положительных моментов реально много, некоторые и не знаю что у них есть электроусилитель пока он не накроется в 150 – 200 000 км, ведь под капотом никаких баночек и прочих частей просто нет. Мне нравится что в последнее время, его достаточно точно настраивают, то есть он начинает быть похожем по точности «рулежки» именно на своего оппонента. Однако ему до него пока далеко, все же здесь минусов также очень много

Отрицательные моменты ЭУРА

Ремонт дорогой, сложно диагностируемый. Обычные СТО зачастую просто не знают, что сломалось, бывают банально окислы на контактах и такой усилитель уже глючит. Нужно специальные диагностические приспособления чтобы прочитать ошибки. Также блоки здесь зачастую не ремонтируются, а меняются в сборе. Если накрылся мотор, зачастую он литой либо с рулевой рейкой, либо с колонкой, их меняют вместе. А ЭТО ДОРОГО!

Удобство управления

С точки зрения удобства системы рулевого управления гидроусилители остаются непревзойдёнными на сегодняшний день. Они обеспечивают лучшую обратную связь и позволяют водителю чувствовать, каковы пределы возможностей автомобиля в крутых поворотах. Кроме того, гидроусилитель почти нечувствителен к вибрациям и ударам, поэтому он не нуждается в специальной защите от плохого дорожного покрытия.

Акция:
Распродажа новых авто 2018-2019 года выпуска
В Московском Автомобильном Доме

Распродажа новых автомобилей 2018-2019 года выпуска Распродажа автомобилей с пробегом
Трейд-ин Кредит от 9.9%

С гидроусилителем комфортнее водить автомобиль

На практике это означает, что автомобилист чувствует не только возможности транспортного средства и может определять момент потери управления, но также может воспринимать все изъяны плохого асфальта. Благодаря этому исправные гидроусилители создают практически те же ощущения, что при использовании автомобилей без каких-либо дополнительных узлов в рулевом управлении.

Электроусилитель нуждается в тщательной калибровке для обеспечения аналогичных ощущений – в настоящее время сделать управление максимально удобным удаётся только производителям, работающим в премиальном сегменте. Кроме того, электромотор, использующийся в такой схеме, имеет достаточно высокую чувствительность к ударным нагрузкам и вибрации – они могут существенно уменьшить срок его службы. Поэтому для защиты от повреждений узла рулевой вал снабжают специальным демпфером, который гасит колебания.

Электроусилитель комфортный только в премиальном сегменте

Казалось бы, управление должно стать более удобным без тряски руля, но многие автомобильные эксперты и просто владельцы машин отмечают, что они испытывают сильный дискомфорт при использовании электроусилителя с неидеальными настройками. По отзывам, управление таким автомобилем скорее напоминает компьютерную игру, поскольку водитель не чувствует ни обратной связи, ни ударов при проезде по участкам дороги с плохим покрытием – хотя в дорогих машинах подобный неприятный эффект отсутствует.

Технологии

Единственный способ тонкой настройки гидроусилителя представляет собой применение рейки с прогрессивным передаточным отношением. Она помогает создавать некоторую тяжесть при повороте руля на малый угол, что способствует повышению стабильности автомобиля при движении с достаточно большой скоростью. Однако при отклонении рулевого колеса от нулевого положения на большое расстояние усилие существенно уменьшается, что облегчает парковку в условиях крупного города.

Кроме того, производитель может варьировать производительность насоса, однако её приходится удерживать в достаточно узком диапазоне, чтобы не допустить повреждения узла в результате перегрузки и не сделать усилие слишком малым. Именно поэтому изготовители премиальных автомобилей отдают предпочтение хорошо настроенному электроусилителю.

Гидроусилитель состоит из множества деталей

В свою очередь, он может менять свою производительность прямо на ходу – впервые схема с возможностью переключения режимов чувствительности руля была опробована в автоспорте. Кроме того, в блок управления электроусилителем можно записать специальную программу, которая будет имитировать изменение передаточного числа – для этого даже не потребуется применять более дорогие и сложные в производстве рейки. Именно поэтому во многих современных электроусилитель позволяет выбирать несколько режимов работы:

Настройки электроусилителя можно менять на ходу, если такая функция предусмотрена производителем – для этого достаточно нажать специальную кнопку или выбрать соответствующий пункт в меню электронной системы управления.

Электроусилитель слабый для тяжелых автомобилей

Такая ситуация сохранится и в ближайшем будущем, поскольку для разработки компактных моторов с высоким крутящим моментом и большим ресурсом требуется немало времени. Некоторые разработчики пытались применять альтернативные схемы, в которых электроусилитель расположен отдельно от рулевого вала – при этом они могли использовать любые двигатели. Однако такая система была признана неперспективной, поскольку больших преимуществ перед гидроусилителем, который имеет меньшую себестоимость производства, она не имеет.

Как мне кажется, прогресс неумолимо стремится к электрическим вариантам усилителя, это неизбежно

Хотя бы потому что все современные системы, такие как «подруливание» и удержание машины в полосе, автопарковка, да и прочие автопилоты не могут работать с гидравлическим вариантом, в нем просто нет электрического двигателя которым они могут управлять! Также ЭУР более экономичен, топливо расходуется меньше, что очень важно для экологии. Надежность его такая же, то есть и тот и другой вариант могут ходить долго

Именно поэтому сейчас многие производители, не только Европейские, но и Японские и Корейские переходят именно на электро агрегаты на легковых авто.

Хотя нужно решить две важных задачи, это точность управления (на ГУРЕ она выше), и установка на грузовые тяжелые автомобили. Сейчас это практически не возможно, потому как электрические моторы, монтируемые в рейку получаются тяжелыми и прожорливыми по энергии.

Если берете сейчас для рядового недорого автомобиля в городе, да еще малолитражки, (передвигаетесь с невысокими скоростями) то смотрите в сторону ЭУР. Если машина классом выше, скорости больше, вам нужна точность управления, то можно рассмотреть и ГУР.

Сейчас видео версия смотрим

ГУР
ЭУР

Некоторые несовершенства ГУР устранены в моделях с ЭГУР: произошло увеличение КПД, появилась возможность задавать нужные параметры, осуществилась замена приводного ремня на электродвигатель. Но будущее всё-таки за электромеханическими усилителями руля. Это общемировая тенденция, потому что их преимущества очевидны.

Источник

Усилитель рулевого управления: история регулятора ваших мышечных усилий

Усилитель рулевого управления был даже на самых простых телегах, ведь лошадь тянула поворотную ось за собой. С появлением «самодвижущихся» экипажей проблема усилия на рулевом управлении стала крайне актуальной, и началось соревнование конструкторской мысли длиной в добрую сотню лет.

Необходимость

Первые паровые омнибусы в полной мере познали все прелести непосредственного управления рулевыми колесами. Классические методы в виде «румпеля» большой длины и различных цепных и тросовых редукторов пришли из судостроения, но их применение на машинах сравнительно малого размера не всегда было возможно, и конструкторам приходилось искать обходные пути. Часто встречались машины, на которых рулевое колесо поворачивали сразу несколько человек. Но еще в 1823 году Роберт Гюрней использовал оригинальную конструкцию, которую можно считать первым усилителем рулевого управления.

В ней человек поворачивал управляющие колеса небольшой тележки, которая дышлом соединялась уже с основной поворотной осью, и если омнибус двигался и сцепления оси хватало, то маленькая тележка поворачивала основную ось за собой. Таким образом, с управлением мог справиться один человек. Наверное, это первый засвидетельствованный случай применения такого рода механизма на транспорте. Как ни странно, схемы с пневматическим (паровым) усилением получили очень малое распространение – судя по всему, ввиду общего консерватизма конструкций.

Усиление на скорости побольше

Более легкие машины с ДВС поначалу обходились более простыми румпелями, ведь их масса была во много раз меньше, чем у сухопутных паровозов, а значит, и усилия на управляемых колесах было намного меньше. Позиции рулевого управления без усиления заметно улучшились после появления круглого рулевого колеса на модели Panhard 4hp в 1894 году – оно позволяло обойтись достаточно простым механическим редуктором, и при этом иметь вполне комфортное усилие на руле. А то, что крутить его нужно было быстро и много – проблема не великая: машины тогда почти не водили любители, это было ремеслом суровых профессионалов, которые ездили почти без света и без отопления. Патент на новую форму рулевого колеса оформил на себя Альфред Вашерон, и с 1898 года все машины марки Panhard имели круглый руль, а вскоре за ними последовали и остальные автопроизводители.

Но над проблемой усиления рулевого управления по-прежнему работали: например, в 1876 году Г.В. Фиттс запатентовал свою систему усиления рулевого управления, основанную на сложном механизме дифференциального механического усилителя с приводом через сцепление от мотора (US Patent: 175,601), но такая система так и не была реализована.

За ней последовали разработки Роберта Тьюфорда из Питтсбурга, который запатентовал свою систему в 1900 году (U.S. Patent: 646,477), и Фредерика Ланчестера, запатентовавшего гидравлический и вакуумный усилители рулевого управления в Англии в 1902-м.

Первые реальные попытки

Но эти разработки не были использованы в конструкции усилителя грузовика Columbia 1903 года выпуска – он был оснащен… электроусилителем рулевого управления! Так что если вы думаете, что электроусилитель появился недавно, то ошибаетесь – исторически он оказался первым реально работающим типом усилителя.

В период 1904-1927 гг. некоторые грузовые машины оснащались вакуумными и пневматическими усилителями рулевого управления. Точность такой конструкции оставалась низкой, но на грузовиках и тракторах она иногда применялась, поскольку скорости у них были невелики, а масса машин, тем не менее, заметно возросла. Связано это, в первую очередь, с простотой управления вакуумной системой. Более ранние патенты уже описывали устройство клапана-распределителя, регулирующего подачу жидкости или газа при отклонении рулевого колеса, а разрежение можно было брать прямо с впускного коллектора двигателя. Пневматические же системы на сжатом воздухе тоже встречались на машинах, где сжатый воздух использовали для привода тормозов и вспомогательных механизмов.

Талант и настойчивость – появление ГУР

Как и в случае с редукторами, гидравлические системы управления рулем появились в первую очередь на судах, и на протяжении Первой мировой войны не прекращались попытки применить нечто подобное на тяжелых колесных броневиках, тягачах и грузовых машинах. Но успех сопутствовал Фрэнсису Дэвису и его менее известному компаньону Джорджу Джессопу, усилия которых получили наибольшее признание. К моменту создания работающей схемы ГУР Фрэнсис был уже весьма опытным инженером: он закончил Гарвард в 1906 году и до 1922 года работал в подразделении грузовых автомобилей Pierce Arrow. Решая задачу упрощения гидравлики, он впервые отказался от систем, аккумулирующих давление жидкости и перешел на привод с постоянно работающим насосом, и к схеме с постоянно открытыми регулирующими клапанами. Это снизило давление, уменьшило число компонентов системы и тем самым усовершенствовало гидравлическую систему усиления до уровня, позволяющего начать ее серийное производство и устанавливать ее даже на скоростные машины. Инженер доверял своему детищу: он установил первый ГУР собственного производства на свой личный автомобиль Pierce-Arrow Roadster в 1925 году и доказал, что машиной стало не просто легче управлять. Гидравлика решала еще одну проблему – амортизировала вибрации от колес, передававшиеся на руль, и этим выгодно отличалась от любых систем, основанных на вакуумном или пневматическом приводе.

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.

Тем самым уменьшается производительность и снижается нагрузка при необходимости. Недостатки такого решения знают все владельцы таких машин – если «обычный» насос работает десятки лет, то такая конструкция не только требует регулярной замены масла более высокого качества, но и часто имеет ресурс меньше пяти-шести лет. Из достоинств – отличное реактивное действие на руле на любой скорости и уменьшение затрат на привод.

Альтернативой этому решению стал электрический привод насоса ГУР, и в таком виде система устанавливалась на очень популярные у нас машины – например, Ford Focus II и Opel Vectra C. Впервые же такая система тоже была применена на машине марки Subaru: в 1988 году вышел Subaru XT6 с системой Cybrid. В Европе же первопроходцем стала «особо экономичная» версия популярного Golf 3 Ecomatic. Впрочем, в отличие от Subaru, машина не стала массовой, хотя она одна из первых была оснащена роботизированным приводом сцепления, системой старт-стоп и претендовала на звание «трехлитрового автомобиля» – популярной в середине девяностых идеи машины с расходом топлива в 3 литра на сто километров. Кстати, это один из самых редких вариантов Гольфа – их выпустили всего 4 тысячи штук.

Тем не менее, широкого распространения схема с электроприводом насоса не получила из-за сложности и высокой цены, хотя была заметно прогрессивнее схемы с насосом регулируемой производительности, например, позволяя снизить усиление до нуля, полностью исключить затраты на привод ГУР, когда он не нужен, а заодно использовать усилитель даже при заглохшем моторе.

Любопытную систему предложила компания ZF в 1989 году. Система Servotronic позволяла регулировать степень усиления рулевого управления при использовании обычного насоса с постоянной производительностью. В этом случае усовершенствовали золотниковый клапан рулевого управления, сечение каналов подачи жидкости регулировалось дополнительным поршнем, приводимым в действие электродвигателем по командам блока управления. Конечно, при этом не уменьшались потери мощности на привод системы, но зато рулевое управление можно было настроить очень точно. Такие системы применялись на некоторых европейских машинах премиум-класса (например, на BMW 850i) до 2001 года, когда производство систем свернули, выпустив более 12 млн штук.

В целом, историю собственно гидроусилителя можно на этом закончить – классическая конструкция применяется в одном из этих вариантов до сих пор и, вероятно, уже не изменится. Ее понемногу вытесняет электроусилитель, несомненно более прогрессивный, хоть и появившийся первым. Кстати, история вообще любит возвращения – например, «новейшие» электромобили были доминирующим видом транспорта в короткий период 19 века. Тогда они победили «паровички» и «поспели» раньше машин с более автономным ДВС, и порог скорости в 100км/ч впервые перешли именно на электромобиле.

От гидравлики к электрике

Электроусилитель исторически оказался первой системой такого рода и, похоже, вытеснит все остальные схемы усилителей рулевого управления в ближайшее время, если, конечно, его не сменит система управления drive-by-wire, о которой я расскажу чуть ниже. Установить мощный электромотор на рулевую колонку или непосредственно на рулевой механизм, а вместо золотникового распределителя на торсион рулевой колонки поставить обычный потенциометр оказалось настолько простой идеей, что примерно в таком виде это и было реализовано на грузовике в 1903 году. Но в те годы развитие электросистем сильно отставало от гидравлики и пневматики, надежность была низкой, да и генераторы появились на машинах на десять лет позже, так что первый электроусилитель питался, судя по всему, от аккумуляторов.

Новый технологический виток позволил применить полностью электрический привод рулевого управления без гидравлики на небольшой машинке Suzuki Cervo третьего поколения в 1988 году. Патент на систему был взят компанией Mitsibishi в том же 1988 году и предусматривал установку двигателя усилителя непосредственно на рулевую рейку.

Дальнейшее развитие таких систем пошло по пути увеличения мощности и надежности электрической части. Поначалу серьезной проблемой оказался перегрев электродвигателя при простой системе управления усилением. Но вскоре проблему решили за счет увеличения мощности компонентов, подбора оптимального типа двигателей и совершенствования алгоритмов усиления. Сейчас электрические усилители устанавливают не только на малолитражки, но и на крупные внедорожники, и проблемы с надежностью уже в прошлом. По сути, электроусилители надежнее классических гидросистем и к тому же позволяют куда лучше настраивать управляемость машины. Кроме того, без электроусилителя немыслимы системы самопарковки и автоматически управляемые машины.

С механической точки зрения мало что поменялось – изначальная схема с установкой мотора усилителя на рулевую рейку уже к запуску в производство претерпела изменения, и вся система устанавливалась непосредственно на вал рулевой колонки. В дальнейшем компания VW совместно с ZF разработала более совершенную схему, с расположением электродвигателя привода непосредственно на рулевой рейке и передачей усилия с помощью зубчатого ремня, что разгрузило рулевое управление от паразитных вибраций и сделало его настройку комфортнее для водителя. Сейчас большинство выпускающихся систем имеет подобную компоновку. Впрочем, развитие ЭУР продолжается и используются все варианты, и возможно появление новых и куда более оригинальных конструкций в ближайшем будущем – например, уже представлены варианты с линейным мотором привода рейки.

Совершенно без связи

Рассказ об усилителях рулевого управления будет неполным, если не упомянуть еще два интересных рулевых механизма, которые на самом деле «усилителями» в полном смысле слова не являются. Это именно сервоприводы рулевого управления, в которых механической связи рулевого колеса и рулевого механизма нет вовсе. Один из механизмов родом из 70-х годов и устанавливался на легендарный Citroen CX с 1974 по 1991 год, а второй совсем молод, презентован буквально в прошлом году на Infiniti Q50S и называется DAS. Разумеется, их названия являются аббревиатурами от французского Direction à rappel asservi и английского Direct Adaptive Steering. Не знающим французского подскажу: первая фраза переводится как «рулевое управление с контролируемым возвратом».

Французская система обязана своим появлением на свет уникальной гидропневматической подвеске колес и применяемым в ней технологиях. В машинах с такой системой установлен гидронасос, создающий давление, но не прокачивающий через себя много жидкости, а значит, не подходящий для работы обычного «классического» ГУР. Зато у него большое давление, и в системе используются гидроаккумуляторы, а значит, можно отбросить все наработки Ф. Дэвиса по упрощению системы и создать сервоуправление по образцу корабельного или самолетного, где руль почти не связан с рулевым механизмом и лишь управляет системой клапанов. Впрочем, в Ситроене при отсутствии давления связь все же появляется, только люфт в четверть оборота руля не позволяет использовать систему иначе как в аварийной ситуации. А когда все работает, колеса точно следуют повороту руля, на который не проходят ни удары, ни вибрации от колес и который сам стремится вернуться в нулевое положение

Усилие на руле при этом создается в зависимости от скорости движения машины специальной системой с электронным управлением и гидроприводом. Помимо сложности такая система еще и полностью лишает водителя обратной связи с дорогой, так что минусов у нее хватало. Зато ее ценили за комфорт – можно ехать хоть на трех колесах, все равно машина будет двигаться прямо. Разумеется, развития система не получила, устанавливалась она только на наследника модели – Citroen XM. Но зато в 2014 году идея получила достойное продолжение.

Об Infiniti вы, наверное, все уже знаете от нас же – тут начинка другая, полностью электронная, усилие на руле полностью искусственное, но точное. Машина сама умеет исправлять ошибки водителя и, конечно же, тоже не передает на руль «лишние» вибрации и шум. О достоинствах и недостатках можно дискутировать, но пока это тоже лишь дорогая игрушка, и до массового применения далеко, однако технология определенно заслуживает внимания.

Вместо заключения

К сожалению, за кадром остались такие интересные вещи, как полноуправляемые шасси и адаптивные рулевые механизмы с гидро- и электроприводом, но этим темам мы обещаем посвятить отдельные полноценные материалы.

Источник