23 февраля 2016г.
Усилители рулевого управления автомобиля используют для облегчения работы водителя и снижения передаточного отношения рулевого механизма. Применяются гидроусилители ГУР, комбинированные электрогидро-усилители КЭГУР и чисто электроусилители руля ЭУР (редукторные и безредукторные).
ГУР имеют следующие преимущества:
1. Поглощают ударные нагрузки от неровностей дороги за счет практически несжимаемой жидкости;
2. Позволяют получить изменяемый коэффициент усиления за счет регулировки давления жидкости;
3. Увеличивают срок службы рулевых механизмов, которые смазываются под давлением.
Наиболее часто в системах ГУР используют насосы лопаточного типа. При вращении приводного вала насоса лопатки перемещаются по фигурной внутренней поверхности корпуса насоса, прижимаясь к ней под действием центробежной силы. В процессе вращения вала за счет специальной формы внутренней поверхности корпуса происходит изменение объема, ограниченного двумя соседними лопатками. При увеличении объема насос всасывает жидкость, а при уменьшении – нагнетает. Поскольку привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, его производительность и давление зависят от числа оборотов двигателя. Для поддержания расчетного давления используется нагнетательный клапан.
Усилие, создаваемое гидроусилителем зависит от того, настолько повѐрнут золотник относительно корпуса распределителя. Поворот золотника относительно корпуса распределителя происходит за счет скручивания пружинного торсиона. Угол поворота золотника зависит от усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. Чем больше усилие, направленное на поворот рулевого колеса, тем больше поворот золотника относительно корпуса, и тем быстрее жидкость проходит через распределитель.
КЭГУР создает дополнительное усилие, используя гидравлический привод. Преимуществами КЭГУР являются: возможность работы при выключенном двигателе и большая экономичность по сравнению с гидроусилителем за счет включения в необходимый момент. Конструкция данного варианта исполнения устройства предусматривает регулировку коэффициента усиления электронным способом. Данная функция позволяет водителю маневрировать при малых скоростях.
В зависимости от типа и скорости движения КЭГУР может работать в следующих режимах:
При прямолинейном движении гидравлический узел обеспечивает циркуляцию жидкости в системе по кругу.
При повороте рулевого колеса:
1. Происходит закрутка торсиона, что воздействует на золотник и поворачивает его относительно распределительной гильзы.
2. Открывшиеся каналы позволяют жидкости поступить в одну из полостей силового цилиндра, а из другой полости жидкость возвращается в бачок.
3. Поршень силового цилиндра благодаря этому осуществляет перемещение рулевой рейки.
4. Усилие, появившееся на рулевой рейке, передается на рулевую тягу и приводит к повороту колеса. На скорости до 40 км/ч при повороте рулевого колеса:
1. Датчики передают сигналы на электронный блок управления, и увеличивается частота вращения электродвигателя насоса, что приводит к открытию электромагнитного клапана.
2. Происходит увеличение производительности насоса, и в силовой цилиндр интенсивнее поступает жидкость. Это приводит к снижению усилий, прилагаемых к рулевому колесу.
На скорости более 40 км/ч при повороте рулевого колеса происходят срабатывание электромагнитного клапана и уменьшение поперечного сечения гидравлической системы за счет уменьшения частоты вращения электродвигателя насоса.
На автомобилях малого и среднего класса распространѐн вариант компоновки, когда электродвигатель и редуктор размещены в общем корпусе на рулевом валу. В этом случае ЭУР располагается в салоне, под приборной панелью [1].
На практике применяется схема электроусилителя с приводом, параллельным оси рулевой рейки. Он включает в себя рулевой механизм с ременным приводом шариковой гайки, который создает дополнительное усилие при повороте рулевого колеса. Это дополнительное усилие, величина которого зависит от степени потребности в нѐм, создаѐтся управляемым электродвигателем. Эта система облегчает водителю управление автомобилем в зависимости от дорожных условий.
Система работает следующим образом:
1. Усилитель рулевого управления включается в работу сразу, как только водитель повернѐт рулевое колесо.
2. В результате усилия, приложенного к рулевому колесу, закручивается торсионный стержень, соединѐнный с валом с шестернѐй рулевой колонки. Датчик момента поворота рулевого колеса измеряет это закручивание, определяет по нему величину момента и передаѐт эту информацию блоку управления.
3. Датчик угла поворота даѐт текущее значение угла поворота рулевого колеса.
4. Блок управления в зависимости от момента усилия, приложенного к рулевому колесу, скорости автомобиля, числа оборотов двигателя и параметрической характеристики, заложенной в блоке управления, определяет величину необходимого поддерживающего усилия и включает электродвигатель. Данные об угле поворота рулевого колеса и скорости используются, например, для корректирования прямолинейного движения.
5. Поддержка усилия для привода рулевого управления осуществляется посредством гайки на шариках. Привод данной гайки осуществляется от электродвигателя посредством зубчатого ремня.
6. Сумма усилия, прилагаемого к рулевому колесу, и силы поддержки от электродвигателя даѐт результирующее усилие, которое прилагается к зубчатой рейке.
Описанное в работе [2] представление ЭМУР в виде классической двухмассовой системы (рулевое колесо – торсион – рулевой механизм) позволило выделить в относительно самостоятельные подсистемы его механическую часть и исполнительный механизм. Подобное представление существенно упрощает процесс получения математической модели ЭМУР, сводя ее к совокупности двух независимых составляющих.
В результате анализа рассмотренных схем усилителей руля для автомобиля нами выбран усилитель руля ЭУР с электромашинным приводом ЭМУР, применяемый крупными автопроизводителями в современных автомобилях. Он обладает повышенной надежностью и исключает потери мощности ДВС на работу ГУР.
Список литературы
1. Дентон Т. Автомобильная электроника. Самое полное описание электрических и электронных систем автомобилей /Том Дентон; пер. с англ., - М. : НТ Пресс, 2008.-576 с.: ил.
2. Никулин Г.Л., Французова Г.А. Упрощенная математическая модель электроусилителя руля автомобиля.- Сборник научных трудов НГТУ.-2005.-№1, с.1-4.
