Гидроусилитель рулевого управления это: Гидроусилитель рулевого управления: устройство и принцип работы

Содержание

Гидроусилитель руля: назначение и устройство

Для чего нужен ГУР? Большинство автолюбителей ответят: “Для того, чтобы легче крутить руль”. И будут правы, но отчасти. Кроме повышения комфорта, гидроусилитель позволяет уменьшить передаточное число рулевого управления. Что это дает? Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие нужно прилагать для поворота колес. Но количество оборотов руля от упора до упора при этом будет равным 4-5. Уменьшая передаточное число, можно довести количество оборотов руля до 2-3. Управляемость, маневренность и острота реакций автомобиля улучшается, что особенно важно в аварийной ситуации, когда может не хватить времени для вращения руля с перехватами. Кроме того, у гидроусилителя есть еще несколько и преимуществ, и недостатков, о которых будет сказано ниже.

Гидроусилитель может устанавливаться на автомобили с рулевым управлением разных типов: червячным, винт-шариковая гайка. Мы расмотрим самый распространенный вариант – рейку. В состав системы гидроусиления входят:

насос;
распределитель;
силовой цилиндр;
бачок и соединительные шланги.

Рейки с силовыми цилиндрами и насосыУстройство насосаРаспределительный золотниковый клапанСхема ГУРРабота золотникового клапана

Насос гидроусилителя, как и любой другой насос, предназначен для создания и поддержания необходимого давление в системе и циркуляции рабочей жидкости (специального масла). Конструкция насоса может быть разной. Самые распространенные – лопастные, характеризующиеся высоким к.п.д. и износоустойчивостью. Насос крепится на двигателе и приводится в действие с помощью ремня от коленвала.

Распределитель, в зависимости от положения руля, направляет поток жидкости в соответствующую полость силового цилиндра или обратно в бачок. Он устанавливается на рулевом валу. Основные части распределителя – золотниковый клапан и торсион. Клапан состоит из двух цилиндрических частей с каналами для жидкости: внешней и внутренней. Торсион – это тонкий пружинистый металлический стержень, способный закручиваться под действием крутящего момента. Один конец торсиона соединен с рулевым валом, а второй – с шестерней, входящей в зацепление с рейкой. Внутренняя часть золотникового клапана соединяется с верхней частью торсиона, а внешняя – с его нижней частью.

Силовой цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Рабочая жидкость передает усилие от насоса через распределитель к силовому цилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем может быть расположен фильтр, а в пробке — щуп для измерения уровня. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и силовой цилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.

Содержание статьи

1 Принцип действия
2 Преимущества и недостатки
3 Электрогидравлический усилитель

Принцип действия

Как все это работает? Когда руль неподвижен (автомобиль стоит на месте, или движется по прямой), и система гидроусиления не задействована, в распределителе совмещены маслопроводы подачи и стока. Жидкость вхолостую перекачивается насосом через распределитель обратно в бачок. Когда водитель поворачивает руль, тем самым он закручивает торсион, а вместе с ним крутится и внутренняя часть золотникового клапана. Внешняя же часть пока остается неподвижной. Таким образом совмещаются каналы подачи жидкости в соответствующую полость силового цилиндра (в зависимости от того, в какую сторону повернут руль). Из другой полости силового цилиндра жидкость по открывшимся каналам сливается в бачок.Чем на больший угол повернут руль, тем сильнее закручивается торсион. Поэтому большим оказывается и размер перепускного отверстия, а, значит, и усилие, воздействующее на рейку. Рейка, перемещаясь, раскручивает через шестерню нижний конец торсиона, а вместе с ним и внутреннюю часть золотника. Обе части клапана возвращаются в исходное положение, и жидкость вновь перекачивается через распределитель в бачок.

В случае отказа системы гидроусиления потери управления не происходит, поскольку рулевой вал через торсион механически соединен с ведущей шестерней. Согласно нормам безопасности усилие на рулевом колесе легкового автомобиля не должно превышать 15 кг для полностью работоспособной и 30 кг — для неисправной системы рулевого управления. Быстродействие усилителя должно быть таким, чтобы при скорости вращения руля не менее полутора оборотов в секунду его не «закусывало».

Преимущества и недостатки

К перечисленным выше преимуществам ГУРа можно добавить смягчение ударов, передаваемых на руль от неровностей дороги и более четкое удержание автомобиля на выбранной траектории. Каким образом это происходит? Если, наехав на препятствие, колеса стремятся повернуться в сторону, это вызывает смещение рулевой рейки, ведущей шестерни и закручивание нижней части торсиона. Срабатывает золотниковый клапан, но “в обратную сторону”, так как усилие пришло не от руля, а от колес. Поэтому система будет не способствовать повороту колес, а противодействовать ему. То же самое происходит и при внезапном проколе шины: ГУР помогает автомобилю сохранять траекторию, а водителю – удержать руль в руках. Таким образом, усилитель повышает безопасность движения, а за счет повышения комфортности вождения снижает утомляемость водителя.

А теперь о недостатках. Во-первых, постоянно работающий насос отбирает часть мощности двигателя, даже когда ГУР не задействован. Причем производительность насоса должна быть такой величины, чтобы обеспечить легкий поворот колес на стоящем автомобиле – когда сопротивление максимально. Но ведь большую часть времени автомобиль движется, и усилий для поворота колес при этом нужно намного меньше! Вот и получается, что значительная часть отобранной у двигателя мощности пропадает впустую.

Во-вторых, производительность насоса зависит от оборотов двигателя – чем они выше, тем большее давление создает насос. А по идее все должно быть как раз наоборот – при малых скоростях движения необходимо максимальное усиление, а при высоких – небольшое. В простом гидроусилителе отсутствует возможность регулирования коэффициента усиления.

Из этого обстоятельства проистекает третий недостаток – противоречие между коэффициентом усиления и информативностью руля. Легкость и комфортность управления на малых скоростях имеет обратную сторону – “пустоту” руля на больших. Машина слишком “остро” реагирует на каждое движение руля, а отсутствие ощущения сопротивления (“обратной связи”) при повороте колес не дает возможности водителю правильно оценить их положение. Отчасти решить проблему помогают рейки с переменным передаточным отношением: в центре шаг зубьев небольшой, а к краям увеличивается. В этом случае при малых углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато на развороте крутить руль приходится меньше. Чем плох этот вариант? А тем, что передаточное отношение зависит от угла поворота руля, а не от скорости движения. Поэтому конструкторы стали искать другие пути.

Электрогидравлический усилитель

ЭГУР с электромагнитных клапаномЭГУР с электронасосомСхема работы ЭГУР с электронасосом

На помощь механике и гидравлике, как всегда, пришла электроника. В результате такого симбиоза появился электрогидравлический усилитель. Впервые его применили на автомобилях “Аudi” под названием “Servotronic”. Существует два типа ЭГУРа: с электромагнитным клапаном и с электронасосом. Управляет работой усилителя электронный блок на основании показаний датчиков скорости, поворота руля, оборотов коленвала. Набор датчиков может меняться в зависимости от модели автомобиля.

В первой конструкции в распределитель ГУРа дополнительно встраивается электромагнитный клапан и камера обратного действия с поршнем. При повороте колес на месте или при движении с малой скоростью клапан открыт, давление в системе максимально – руль крутить легко. При наборе скорости клапан, управляемый блоком, пропорционально закрывается. В результате давление в системе уменьшается, а усилие на руле увеличивается. Таким образом, получаем искомое чувство “обратной связи”.

Во второй, более совершенной конструкции, гидронасос заменен электронасосом, т.е. приводится не от коленвала, а отдельным электромотором. Управляет его работой опять же блок управления. На малых скоростях скорость вращения насоса максимальна, а на больших – ограничивается блоком управления. Поэтому чем выше скорость движения – тем “тяжелее” становится руль. Замена гидронасоса электронасосом позволяет снизить расход топлива до 0,2 л на 100 км.

Настраивая программу работы блока управления, можно адаптировать ЭГУР к различным моделям автомобилей. Более подробно о конструкции и принципе действия электрогидравлического усилителя можно прочитать здесь (формат PDF).

Гидроусилитель руля (ГУР) — устройство, принцип работы, недостатки

В последнее время, практически все автомобили комплектуются гидроусилителем рулевого управления. Гидроусилитель руля (ГУР) изначально был предназначен для грузовых автомобилей, а также многих всевозможных видов различной техники сельскохозяйственного назначения. В то время данное устройство было предназначено вовсе не для улучшения комфорта. Это связано с тем, что руль многих грузовых автомобилей практически невозможно повернуть без усилителя. Сейчас же он упрощает поворот колес и легковых автомобилей, уменьшая передаточное число механизма и диаметр рулевого колеса. Что же такое гидроусилитель руля и как он работает, а также рассмотрим его достоинства и недостатки.

Гидроусилитель — что это и зачем

Как вы уже поняли, изначально он создавался для упрощения поворота рулевого колеса на специальных автомобилях, где он затруднен в связи с большим передаточным числом рулевого механизма. Сейчас же это устройство успешно применяется практически на всех автомобилях, делая их маневреннее и отзывчивее на повороты руля.

Практика показала, что применение гидроусилителя сокращает количество оборотов руля и помогает избежать множества аварийных ситуаций, путем резкого маневра в противоположную сторону. Сделать это с обычным рулевым механизмом даже реечного типа достаточно проблематично.

Схема устройства ГУР

Всего существует два вида гидроусилителей рулевого механизма: стандартный и ЭГУР, который комплектуется специальным электронным блоком управления и электромагнитным клапаном. В целом их конструкция схожа и прекрасно впишется в любой рулевой механизм. Сейчас же, большая часть автомобилей комплектуется рулевой рейкой, поэтому рассмотрим устройство ГУР и ЭГУР на ее примере.

В состав основных частей гидроусилителя входят:

Распределитель золотникового типа
Специальный насос
Бачок, в котором хранится рабочая жидкость
Рабочий цилиндр
Система шлангов патрубков для перемещения жидкости

ЭГУР же может дополнительно комплектуется датчиком скорости, электромагнитным клапаном и специальным блоком управления.

Рабочий цилиндр и распределитель устанавливаются на рулевую рейку и представляют с ним единое целое. Назначение насоса заключается в том, чтобы создать необходимое давление жидкости и приводится в движение при помощи ременной передачи от коленчатого вала двигателя.

Как работает усилитель рулевого управления + Видео

После запуска двигателя, масляный насос начинает вращаться и создает давление внутри системы. Если руль стоит прямо, то жидкость просто циркулирует по системе, минуя золотниковую часть устройства. Однако, после поворота руля в какую либо сторону, рулевой вал воздействует на специальный торсион, который открывает золотник в какую-либо сторону. Таким образом, в работу начинает входить одна из полостей рабочего цилиндра, что упрощает усилие, прилагаемое на руль, колеса начинают поворачиваться быстрее.

Как только руль выворачивается до упора, масло достигает пиковой величины давления, оказываемого на рабочий цилиндр. В этом случае, чтобы избежать повреждений, срабатывает специальный клапан, который открывается и выпускает всю рабочую жидкость в свободную циркуляцию внутри системы. После возврата руля в исходное положение, клапан запирается, и рабочий цилиндр давит уже в другую полость, делая поворот руля быстрее.

Отличие электрогидроусилителя состоит в том, что он оборудован системой, которая позволяет менять давление рабочей жидкости внутри системы в зависимости от скорости движения автомобиля. Это осуществляется при помощи датчика скорости, частоты вращения коленчатого вала или датчика угла поворота рулевого колеса. Такое новшество позволяет отключать ЭГУР при движении на большой скорости, чтобы избежать слишком резких маневров и сделать руль более информативнее на какие-либо отклонения. Когда скорость автомобиля равна нулю, или слишком мала, то ЭГУР начинает работать на полную силу, создавая максимально допустимое давление в системе. Контроллер же нужен для более плавного или резкого открытия клапанов в зависимости от скорости движения автомобиля.

Недостатки

Несмотря на все удобство, такое устройство имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ременная передача, которая отбирает у двигателя определенную величину мощности и некоторая часть его КПД затрачивается на приведение в действие насоса. Таким образом, ГУР увеличивает расход топлива автомобиля и снижает его мощность.

Кроме того, гидроусилитель нуждается в тщательном уходе, потому как его неожиданный отказ воспринимается водителем, как клин рулевого колеса. Понимая это не сразу, неопытные шоферы бросаются в панику и допускают случайные столкновения с определенными препятствиями. Прежде всего, нужно поддерживать постоянную затяжку хомутов гидросистемы, а, во-вторых, менять жидкость ГУР два раза в год и следить за состоянием гидронасоса.

Бачок с рабочей жидкостью должен быть обязательно заполнен ею до необходимого уровня, иначе давление будет слишком избыточным или недостаточным.

Гидравлический Против. Рулевое управление с электроусилителем

Как можно легко маневрировать тысячами фунтов стали, просто поворачивая руль? Спасибо гидроусилителю руля.

Современное рулевое управление с усилителем появилось в 1951 году с выпуском автомобиля Chrysler Imperial, в котором для облегчения управления автомобилем использовалась гидравлическая мощность. Сегодня многие автомобили перешли на электроусилитель руля.

Но в чем разница между электрическим и гидравлическим усилителем руля? Продолжайте читать, чтобы узнать о недостатках и преимуществах рулевого управления с электроусилителем по сравнению с гидравлическим и о том, как выявить потенциальные проблемы с вашей системой.

Что такое гидроусилитель руля?

Проще говоря, гидроусилитель руля снижает усилие, необходимое для поворота рулевого колеса в автомобиле. Без электрического или гидравлического усилителя рулевого управления рулевое колесо было бы тяжелым и его было бы трудно поворачивать. Если у вас когда-нибудь отключался гидроусилитель руля, вы знаете, что прохождение поворотов, парковка и маневрирование — особенно на низких скоростях — внезапно становятся полноценной тренировкой верхней части тела.

Рулевое управление с гидравлическим и электрическим усилителем

В современных автомобилях есть три типа усилителя руля: электрический, гидравлический и гибридная гидроэлектрическая система. Ниже мы обсудим разницу между электроусилителем руля и гидравлическим усилителем руля.

В системе рулевого управления с полностью электрическим усилителем (EPS) для помощи водителю используется электродвигатель, который размещается либо на рулевой рейке, либо на рулевой колонке. Датчики, прикрепленные к двигателю, измеряют, какой крутящий момент или вращательное усилие водитель прикладывает к рулевому колесу. Затем датчики используют эту информацию, чтобы решить, какая помощь требуется водителю для поворота передних колес.

Скорость — самый важный фактор, определяющий объем помощи, оказываемой EPS. Вы можете заметить, что рулевое колесо очень легко поворачивается на низких скоростях, например, во время парковки, что упрощает маневрирование. На более высоких скоростях большее сопротивление рулевого колеса обеспечивает большую устойчивость.

Гидравлические системы, однако, используют гидравлическую жидкость, питаемую насосом гидроусилителя рулевого управления, чтобы помочь водителям поворачивать колесо. В то время как EPS питается от бортовой сети автомобиля с напряжением 12 вольт (или выше), насос гидроусилителя руля приводится в действие поликлиновым ремнем или другим приводным ремнем, соединенным с двигателем. Насос гидроусилителя руля использует жидкость гидроусилителя руля для создания гидравлического давления на рулевой механизм или шестерню, которую водитель должен перемещать, чтобы повернуть колеса.

Чтобы узнать больше о системах рулевого управления, ознакомьтесь с этой статьей: Как работает система рулевого управления автомобиля?

Преимущества рулевого управления с гидравлическим усилителем

Рулевое управление с гидравлическим усилителем является доминирующей системой рулевого управления уже более 50 лет. Благодаря этому сроку пребывания он выиграл от десятилетий разработки и тонкой настройки. Сторонники метода гидравлической помощи выделяют одно важное преимущество: способность чувствовать дорогу через руль.

Более четкая обратная связь с дорогой или ощущение руля делает вождение более плавным, поскольку водитель может лучше понять, как ведет себя автомобиль. В некотором смысле дорога общается с водителем через рулевое колесо, что позволяет принимать более интуитивные решения и делает вождение в целом более безопасным. По этой причине многие водители спортивных и гоночных автомобилей высокого класса предпочитают гидроусилитель. Это позволяет им принимать более быстрые и обоснованные решения при движении на высокой скорости.

Недостатки рулевого управления с гидроусилителем

Несмотря на то, что гидроусилитель руля использовался так долго, у него есть несколько недостатков. Во-первых, гидравлическая мощность требует использования гидравлической жидкости, также известной как жидкость для гидроусилителя руля. Хотя некоторые производители автомобилей не требуют, жидкость для гидроусилителя руля можно заменять регулярно — примерно каждые пять лет или 50 000 миль. Более того, если эта жидкость в какой-либо момент вытечет ниже определенного порога, вы можете потерять помощь гидроусилителя руля.

Во-вторых, гидроусилитель «всегда включен», то есть двигатель должен постоянно работать, чтобы гидроусилитель руля работал. Системы, для работы которых требуется механическая энергия двигателя, могут повлиять на эффективность использования топлива и расход бензина.

Наконец, системы рулевого управления с гидравлическим усилителем более сложны и требуют большего количества деталей, чем система рулевого управления с электрическим усилителем. Таким образом, они могут занимать больше места в моторном отсеке.

Преимущества электроусилителя руля

С начала 2000-х годов электроусилитель руля стал нормой для большинства автомобилей. В первую очередь это связано с тем, что система EPS, как правило, проще и легче в обслуживании, чем ее гидравлический аналог. Электрическим системам не требуется жидкость гидроусилителя руля для работы, и они потребляют мощность только тогда, когда это необходимо, что делает их более экономичными, чем гидравлические системы.

Более того, EPS обеспечивает современные функции помощи водителю, на которые мы привыкли полагаться, такие как автоматическая парковка и помощь в удержании полосы движения. Это также будет важно, когда мы движемся к будущему самоуправляемых автомобилей.

По сравнению с рулевым управлением с гидравлическим усилителем EPS лучше компенсирует несоосность колес и условия вождения, влияющие на рулевое управление, например сильный ветер и неровности поверхности. А поскольку система полностью электронная, проще настроить точность усиления с помощью простых обновлений программного обеспечения.

Недостатки рулевого управления с электроусилителем

Несмотря на то, что системы рулевого управления с электроусилителем теперь входят в стандартную комплектацию, у них все еще есть несколько недостатков. В отличие от традиционных гидравлических систем, в более ранних системах EPS изначально не было ощущения рулевого управления или обратной связи с дорогой, которая помогала водителям информировать водителей о том, как ведет себя их автомобиль. В наши дни производители в значительной степени исправили эту проблему, сделав рулевое управление с электрическим и гидравлическим усилителем почти неотличимым.

Другим недостатком рулевого управления с электроусилителем является то, что его нельзя легко отремонтировать с помощью стандартных деталей и труда, как гидравлическую систему. Для систем EPS может потребоваться специальное оборудование и знания для диагностики и устранения проблем с электричеством, которые могут быть вызваны неисправностью бортового компьютера или различных датчиков. В результате ремонт блоков рулевого управления с электроусилителем обычно обходится дороже, чем ремонт гидравлических блоков.

Как определить проблемы с усилителем руля

Поскольку руки водителя всегда находятся на руле, проблемы с усилителем руля обычно быстро обращаются к вам. Если вы заметили какие-либо из следующих симптомов, возможно, вы имеете дело с неисправной системой рулевого управления с усилителем или с низким уровнем жидкости для рулевого управления с усилителем:

Плохая реакция автомобиля при рулевом управлении
Скулящие или стонущие звуки при рулевом управлении. Это также может указывать на низкий уровень жидкости
Тугой руль, для поворота которого требуется больше усилий, чем обычно

Теперь, когда вы знаете различия между гидравлическими и электрическими системами рулевого управления, плюсы и минусы каждой из них, а также как распознать проблемы с гидроусилителем руля, вы также знаете, что надлежащее техническое обслуживание вашей системы жизненно важно. Обратитесь в ближайший сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы получить услуги рулевого управления и подвески, полный осмотр автомобиля и многое другое.

Усилитель руля — как работает автомобильное рулевое управление

В усилителе руля есть несколько ключевых компонентов в дополнение к реечному механизму или механизму рециркуляции шариков.

«»

Насос

Гидравлический привод рулевого управления обеспечивается пластинчато-роторным насосом (см. схему ниже). Этот насос приводится в движение двигателем автомобиля через ремень и шкив. Он содержит набор выдвижных лопастей, которые вращаются внутри овальной камеры.

Когда лопасти вращаются, они вытягивают гидравлическую жидкость из обратного трубопровода под низким давлением и нагнетают ее в выпускное отверстие под высоким давлением. Количество потока, обеспечиваемого насосом, зависит от частоты вращения двигателя автомобиля. Насос должен быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечить достаточный поток при работе двигателя на холостом ходу. В результате насос перекачивает намного больше жидкости, чем необходимо, когда двигатель работает на более высоких оборотах.

В насосе имеется клапан сброса давления, чтобы гарантировать, что давление не станет слишком высоким, особенно при высоких оборотах двигателя, когда перекачивается очень много жидкости.

«»

Поворотный клапан

Система рулевого управления с усилителем должна помогать водителю только тогда, когда он прилагает усилие к рулевому колесу (например, при начале поворота). Когда водитель не прилагает усилий (например, при движении по прямой), система не должна оказывать никакой помощи. Устройство, воспринимающее усилие на руле, называется 9.0069 поворотный клапан .

Ключ поворотного клапана — торсион . Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который скручивается при приложении к нему крутящего момента. Верхняя часть стержня соединена с рулевым колесом, а нижняя часть стержня соединена с шестерней или червячной передачей (которая вращает колеса), поэтому величина крутящего момента в торсионе равна величине крутящего момента, водитель использует для поворота колес. Чем больший крутящий момент использует водитель для поворота колес, тем сильнее закручивается руль.

Вход от вала рулевого управления образует внутреннюю часть узла золотник-клапан . Он также соединяется с верхним концом торсиона . Нижняя часть торсиона соединяется с внешней частью золотника. Торсион также поворачивает выход рулевого механизма, соединяясь либо с шестерней, либо с червячной передачей, в зависимости от типа рулевого управления автомобиля.

Анимация, показывающая, что происходит внутри поворотного клапана, когда вы впервые начинаете поворачивать рулевое колесо

Когда стержень скручивается, он вращает внутреннюю часть золотникового клапана относительно внешней. Поскольку внутренняя часть золотникового клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), величина вращения между внутренней и внешней частями золотникового клапана зависит от того, какой крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу. .