Системы рулевого управления с электрогидравлическими усилителями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Системы рулевого управления с электрогидравлическими усилителями

Электрогидравлические системы рулевого управления с усилителем, иногда аббревиируемые как ЭГУР, и также иногда называемые «гибридными» системами, используют такую же вспомогательную гидравлическую технологию как и в стандартной системе, но гидравлическое давление в них обеспечено насосом, который приводится в движение электродвигателем, вместо ременного привода от двигателя.

В 1965 Форд экспериментировал с парком «управление моментального поворота запястьем» оборудованного Mercury Park Lanes, который заменял обычный большой руль двумя 5-дюймовыми (127-миллиметровыми) кольцами, с быстротой передаточного отношения 15:1, и электрический гидравлический насос в случае, если двигатель остановился.

В 1990 Тойота представила свое второе поколение MR2 с рулевым управлением с электрогидравлическим усилителем. Это должно было исключить управление гидравлическими линиями от двигателя (которые были расположены позади водителя в MR2) до центральной стойки.

В 1994 Фольксваген произвел 3-ю марку Гольфа Ecomatic, который использовал электрический насос так, чтобы рулевое управление с усилителем могло работать, в то время как двигатель был выключен компьютером, чтобы сэкономить топливо. Электрогидравлические системы могут быть найдены в некоторых автомобилях Форд, Фольксваген, Ауди, Пежо, Ситроен, Шкода, Suzuki, Opel, Тойота, Хонда, и Мазда.

Servotronic обеспечивает точную зависимость рулевого управления с усилителем от скорости, в котором количество подключенных сервомоторов, зависит от скорости движения, и таким образом предоставляет даже больше комфорта водителю. Количество усиления сильнее при низких скоростях, например, при парковке автомобиля. Большая поддержка облегчает маневрирование автомобиля. На более высоких скоростях электронная система датчиков постепенно уменьшает уровень усиления управления. Таким образом, водитель может управлять автомобилем еще более точно (с рулевым управлением со стандартным усилителем при повышении скорости гидроусилитель полностью отключается). Servotronic используется многими автомобилестроителями, включая Ауди, General Motors, БМВ, Фольксваген, Вольво, Порше. Servotronic -- торговая марка AM General Corp.

Вот уже сто с лишним лет руль - главный орган управления автомобилем - связан с колесами механически. Революцию произвел новый компактный седан премиум класса Infiniti Q50.

«Управление по проводам» или «drive-by-wire» пришло в автопром из авиации. Одним из первых органов управления автомобилем, получивших привод «по проводам», стала дроссельная заслонка (получилась «электронная» педаль газа). Позже потерял механическую связь с золотником выбора режимов и селектор «автомата» (вспомните нынешний джойстик BMW). Но ни тормоза, ни рулевое управление by-wire серийно никогда не использовались. Причина очевидна: на этих двух системах лежит слишком большая ответственность.

Что будет, если откажет «электронная» педаль газа? Вы по-прежнему сможете маневрировать или тормозить. Тем не менее и датчик положения педали акселератора, и датчик положения дроссельной заслонки для надежности продублированы. Риск при сбое в рулевом управлении by-wire крайне велик. Поэтому в самолетах важнейшие системы резервируются трех - и даже четырехкратно, и поэтому путь к повороту «по проводам» завершился только сейчас.

В Infiniti назвали свою систему Direct Adaptive Steering (DAS) - «прямое адаптивное рулевое управление». Она будет опцией для модели Q50. В основе DAS - три почти равноценных электронных блока управления (ЭБУ), обрабатывающих информацию от большого количества датчиков (скорость автомобиля, угол поворота руля, поперечное ускорение и пр.). Каждый из ЭБУ имеет связь с двумя другими через высокоскоростную шину данных. Блоки постоянно проверяют вычисления друг друга, и каждый при отказе «коллег» способен взять управление на себя (трехкратное резервирование). На рулевой рейке расположено два электромотора с червячной передачей и соответственно два вала-шестерни. Вновь обеспечивается резервирование на случай отказа, а кроме того, одна из шестерен соединяется с рулевым валом. «Каким еще рулевым валом?» - спросите вы, ведь речь идет об управлении «по проводам». Все верно, однако на случай, если электрика/электроника выйдет из строя полностью, в рулевой вал врезано специальное резервное сцепление. Оно нормально разомкнуто, но стоит произойти серьезному сбою, как сцепление тут же замыкается, восстанавливая механическую связь руля и колес.

Выходит достаточно громоздко, и пока рано говорить о выигрыше в массе, зато система DAS сделала то, чему инженеры из отдела шасси посвящают значительную часть работы, - исключила передачу малейших паразитных колебаний и вибраций на «баранку» при работе подвески на любых неровностях. Кстати, в BMW сумели добиться почти такого же эффекта и с обычным электрическим усилителем руля. Алгоритм работы DAS следующий: водитель начинает вращать рулевое колесо, датчик передает в ЭБУ информацию об угле и скорости его поворота, ЭБУ обрабатывает эту и другую информацию и дает команду двум электромоторам повернуть колеса на требуемый угол. Интересно, что если в обычных системах момент сопротивления повороту руля возникает из-за стабилизации управляемых колес и сил трения в пятне контакта и шарнирах механизма, то в DAS он создается искусственно специальным электродвигателем на рулевой колонке, также управляемым ЭБУ. Причем момент сопротивления тоже зависит от показаний множества датчиков. Так, если колеса попали на лед или возникла недостаточная поворачиваемость (об этом сообщили датчики системы ESP), то момент сопротивления падает (как и в традиционной системе по законам физики). В Infiniti утверждают, что DAS дает водителю даже больше информации о происходящем с передними колесами, чем обычная рулевая система, а пауза между управляющим воздействием на руль и поворотом занимает еще меньше времени (между прочим, ее полное отсутствие пагубно влияет на удобство и безопасность)..

Уже более 50 лет вращать руль в пассажирских автомобилях нам помогают различные усилители. Самый возрастной «помощник» - гидравлический, чуть помоложе - электрогидравлический, и самый юный - электрический. Как они устроены и какой усилитель лучше?

Усилители руля появились еще в первой половине XX века, причем этому способствовала острая необходимость, а не «вечный двигатель прогресса». Водителям просто не хватало сил, чтобы повернуть руль на тяжелой грузовой технике. Первые механизмы работали на сжатом воздухе, то есть были пневматическими, но их быстро вытеснили гидроусилители (ГУР). На серийный легковой автомобиль его впервые установили в начале 50-х. Современный ГУР устроен следующим образом Часть рулевой рейки с жестко закрепленным на ней поршнем движется внутри гидроцилиндра (ГЦ). Он разделяется поршнем рейки на две камеры, к каждой из которых присоединяется трубка подачи рабочей жидкости (используется минеральное масло) от узла распределителя. Давление жидкости создает насос (например, пластинчатый), приводимый от коленчатого вала посредством ремня. Жидкость забирается из бачка, подается к узлу распределителя и далее - либо в правую, либо в левую камеру ГЦ. Сила давления жидкости на поршень перемещает рейку, облегчая работу водителя.

Почему перемещение рейки (читай, поворот колес) происходит в строгом соответствии с углом поворота руля? Ведь сила давления жидкости может переместить рейку в одно из крайних положений! Вся соль кроется в устройстве распределителя. Внутри него проходит торсион - упругая часть рулевого вала, скручивающаяся при воздействии на «баранку». Один конец торсиона жестко соединен с шестерней и втулкой распределителя, на другом конце закреплен золотник. Важно то, что втулка и золотник не связаны между собой непосредственно, а лишь установлены соосно. Если воздействия на руль нет, все полости распределителя сообщаются между собой, и жидкость с малым давлением прокачивается по контуру «насос-распределитель-бачок». Что происходит, когда водитель поворачивает руль, читайте во врезке.

Поскольку труднее всего вращать руль на парковке, когда двигатель работает на холостых оборотах, насос должен развивать максимальную мощность именно в этих условиях. В движении помощи от усилителя почти не требуется, но обороты насоса увеличиваются вслед за оборотами двигателя, и избыточное давление стравливается через перепускной клапан. Получается, что часть мощности коленвал понапрасну отдает насосу, а водитель испытывает дискомфорт на скорости из-за слишком «легкого» руля. Во избежание последнего в ГУР применяют электронно-управляемые гидравлические подсистемы, обеспечивающие оптимальное усилие на руле в зависимости от скорости. Однако насос продолжает вращаться с избытком оборотов. Избавиться от прямой связи коленвала и насоса позволяет электрогидравлический усилитель руля (ЭГУР). Он практически идентичен ГУР, за исключением привода насоса от собственного электродвигателя. Блок управления ЭГУР рассчитывает необходимые обороты насоса исходя из скорости и угла поворота руля, скорости автомобиля, а также оборотов ДВС, при этом, когда машина едет по прямой, насос поддерживает лишь минимальное давление жидкости. Экономия топлива составляет около 0,2 л/100 км. рулевой автомобиль электрогидравлический усилитель

Конструкция гидравлических усилителей сложна и состоит из множества компонентов, часть из которых требует высокой точности при производстве. Трубопроводы ограничивают выбор компоновки, а утечка жидкости наносит вред окружающей среде. Этих минусов лишен электроусилитель руля (ЭУР). Если ЭГУР требует постоянной прокачки жидкости (пусть под малым давлением), то ЭУР включается только по требованию, экономя еще больше топлива. Электромотор воздействует либо на рулевой вал, либо непосредственно на рейку, а его работу контролирует блок управления. Какой же усилитель лучше? Эксперимент американского издания «Car and driver» показал, что по субъективным ощущениям ЭУР предпочтительнее, однако, когда в дело включились датчики (поперечных ускорений, момента на рулевом колесе и угла его поворота и пр.), результаты получились интереснее. На парковке меньшие усилия требуются при ГУР, он же обеспечивает больший возвращающий момент в около нулевой зоне на больших скоростях (удобнее), однако в быстрых поворотах более линейные свойства проявляет ЭУР. Как и любое инженерное решение, выбор между ГУР и ЭУР - это система компромиссов. В наше время современный автомобиль представляет собой сложную систему, оснащенную электронными и автоматическими системами, которые предназначены для улучшения динамики автомобиля, его экологичности, стабильности движения, комфорта водителя и пассажиров, безопасности. Легкое и информативное рулевое управление является одним из важнейших требований безопасности и должно соответствовать любой дорожной ситуации. Система рулевого управления должна обеспечивать оптимальное усилие на руле при любых режимах работы, достаточное для его легкого вращения, но не избыточное, которое характеризуется отсутствием адекватной «обратной связи». Для повышения безопасности это условие должно работать, даже если двигатель автомобиля заглохнет. Гидроусилитель с механическим приводом от ДВС не может обеспечить вращение насоса гидроусилителя при глушении двигателя на ходу, вследствие чего резко возрастает усилие на рулевом колесе. Система с электрогидроусилителем позволит избежать этого благодаря отсутствию ременной связи с ДВС. Кроме того при использовании электромотора для привода насоса исчезает радиальная нагрузка на насос, которая присуща стандартному ременному приводу, что положительно сказывается на долговечности насоса.

Безопасность и надежность при эксплуатации изделия

1. Работы проводить в соответствии с требованиями "Межотраслевых правил по охране труда на автомобильном транспорте" ПОТ РМ-027-2003, инструкций по охране труда для слесарей, действующих на предприятии и раздела 2 данной инструкции.

2. Неправильное обращение, хранение, транспортировка, установка или демонтаж компонентов ЭГУР могут привести к непредусмотренному их срабатыванию и травмированию людей или к нарушению нормального функционирования системы в целом.

3. Компоненты ЭГУР многоразового действия. Не работающие, в результате действия системы, блок управления, датчики, светодиоды, электромотор, необходимо заменить или отдать специалисту для ремонта оборудования.

4. Компоненты ЭГУР (блок управления, датчики, светодиоды, электромотор), сработавшие или не сработавшие, но не своевременно, что могло повлечь ДТП, подлежат замене. Забракованные компоненты ЭГУР должны быть помещены в изолятор брака на складе хранения.

5. Замена компонентов ЭГУР проводится:

- при обнаружении неисправностей в компонентах ЭГУР;

- при повреждении компонентов ЭГУР;

- при несвоевременном срабатывании ЭГУР или отдельных его компонентов.

Меры безопасности при работе с ЭГУР

1. Внимание! При проведении ремонтных и регламентных работ на автомобилях, оборудованных ЭГУР, выключатель зажигания должен быть в состоянии "ВЫКЛЮЧЕНО", клемма провода "массы" должна быть отсоединена от аккумуляторной батареи.

Перед проверкой электропроводов ЭГУР на короткое замыкание или разрыв необходимо отсоединить колодки жгутов проводов от модулей ЭГУР (блок управления, датчики, светодиоды, электромотор).

2. Все работы, связанные с компонентами ЭГУР, необходимо выполнять в чистых хлопчатобумажных перчатках и очках.

3. Хранить компоненты ЭГУР необходимо в оригинальной упаковке, соответствующей классу опасности 1.4S или 1.4G по ГОСТ 19433. Место для хранения компонентов ЭГУР должно быть защищено от несанкционированного доступа лиц, не допущенных к обращению с ними. Не допускается складирование модулей ЭГУР совместно с автомобильными деталями и материалами, которые являются взрывоопасными, пожароопасными, легко воспламеняемыми или горючими.

4. При работе с компонентами ЭГУР запрещается:

- оставлять компоненты ЭГУР без присмотра;

- поднимать компоненты ЭГУР за подсоединенные к ним провода;

- разбирать компоненты ЭГУР;

- подключать компоненты ЭГУР к источнику энергии, за исключением случаев, описанных в данной инструкции;

- располагать компоненты ЭГУР вблизи открытого огня и источников тепла (обогревателей, печей);

- располагать компоненты ЭГУР рядом с жирами, кислотами, растворителями, горюче-смазочными и подобными материалами;

- располагать компоненты ЭГУР в местах проведения опасных работ (сварочных, окрасочных и т.п.);

- устанавливать на автомобиль компоненты ЭГУР имеющие механические повреждения;

- устанавливать на автомобиль компоненты ЭГУР после их падения с высоты более 1 м на твердую поверхность;

Размещено на Allbest.ru