Усилитель рулевого управления с Electronic Variable Orifice

 

                                                  Содержание

Введение………………………………………………………….3

Устройство……………………………………………………….4

Виды………………………………………………………………7

Усилитель рулевого управления с Electronic Variable Orifice (EVO)………8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Рулевое управление предназначено для обеспечения  движения автомобиля в

заданном водителем  направлении и наряду с тормозной системой является

важнейшей системой управления автомобилем. На большинстве  легковых

автомобилей изменение  направления движения осуществляется за счет

 поворота передних  колес (кинематический способ поворота). Изменить

направление движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес.

Силовой способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рулевое управление современного автомобиля имеет следующее  устройство:

• рулевое колесо с рулевой колонкой;
• рулевой механизм;
• рулевой привод.

Схема рулевого управления

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 - 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов, которые характеризуются определенным передаточным числом. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получил реечный рулевой механизм.

Реечный рулевой  механизм включает шестерню, установленную  на валу рулевого колеса и связанную  с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и  через рулевые тяги поворачивает колеса. В ряде конструкций рулевого механизма применяется рейка  с переменным шагом зубьев (в средней  части зубья нарезаны с меньшим шагом). Это обеспечивает легкое маневрирование автомобиля при парковке. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамнике подвески автомобиля.

Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают на некоторых легковых автомобилях рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами. Данное техническое решение обеспечивает лучшую управляемость и устойчивость при движении автомобиля на высокой скорости (при этом передние и задние колеса повернуты в одну сторону), а также высокую маневренность при движении с небольшой скоростью (передние и задние колеса повернуты в разные стороны).

Необходимо отметить, что эффект «подруливания» задних колес при движении автомобиля на высокой скорости достигается и пассивными средствами. При повороте автомобиля резинометаллические упругие элементы задней подвески деформируются за счет крена кузова и воздействия боковых сил, тем самым обеспечивают незначительные углы поворота колес.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески. Конструкция рулевого привода зависит от типа применяемой подвески.

Наибольшее распространение  получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и  рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровой шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровой шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвески.

Рулевое управление характеризуется  множеством кинематических параметров, основными из которых являются четыре угла (схождения, развала, поперечного и продольного наклона оси поворота колеса) и два плеча (обкатки и стабилизации). В общем виде конструкция рулевого управления представляет собой компромисс кинематических параметров, т.к. вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость движения и легкость управления.

Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется  усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и  быстродействие рулевого управления, снижает общую физическую нагрузку на водителя, а также позволяет устанавливать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом. В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический, электрический и пневматический.

Большинство современных  автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название – гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидронасос имеет привод от электродвигателя. В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название – электроусилитель руля). Крутящий момент от электродвигателя может передаваться непосредственно на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку. Электроника позволяет использовать электроусилитель руля для автоматического управления автомобилем, например в системе автоматической парковки, системе помощи движению по полосе.

Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости  от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной  конструкцией адаптивного усилителя  рулевого управления является электрогидравлический  усилитель Servotronic.

Инновационными  являются система активного рулевого управленияот BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.

Перспективной является конструкция рулевого управления, в  которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих  колес, т.н. рулевое управление по проводам. Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.

Усилители рулевого управления — системы и механизмы в рулевом управлении, предназначенные для снижения управляющего усилия, прикладываемого к рулевому колесу, с целью повышения комфорта и снижения утомляемости водителя.

На легковых автомобилях усилители  рулевого управления являются, как  правило, опцией (необязательным компонентом), в то время как на грузовых автомобилях  и тракторах являются неотъемлемым элементом конструкции, обеспечивающим функционирование (мышечного усилия водителя недостаточно).

Виды

• Электроусилитель руля (ЭУР)
• Электрогидроусилитель руля (ЭГУР)
• Гидроусилитель руля (ГУР)
• Механический усилитель руля (условно) — рулевой механизм с увеличенным (по сравнению с обычным) передаточным отношением.
• Пневмоусилитель руля (например на ЗиУ-5)

История

Первые усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах в конце 30-х годов 20-го века. Сначала использовали пневмоусилители — они были несложными и запитывались от компрессора уже существующих пневматических тормозов. Но гидравлика, хотя была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней и остановились конструкторы легковых автомобилей. В Америке, в 1951 году серийные автомобили Chrysler Crown Imperial стали впервые оснащать гидравлическими усилителями Hydraguide в качестве стандартного оборудования. В Европе в 1954 году гидроусилитель появился на Citroen DS 19.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усилитель рулевого управления автомобиля с электронным  регулированием 

 Системы рулевого  управления с усилителем находят  широкое применение. Однако без применения электроники усилители, как правило, имеют постоянный коэффициент усиления, что негативно сказывается на слишком больших и слишком малых скоростях движения автомобиля: на малой скорости требуются большие усилия на рулевом колесе, а на большой скорости — малые. 

 Разработки с  целью повышения эффективности  рулевого управления базируются на прогрессе в области электронной техники и имеют два направления: 1) управление, реагирующее на скорость движения автомобиля; 2) управление, реагирующее на частоту вращения коленчатого вала двигателя.  

 В 1-м случае  коэффициент усиления изменяется  в соответствии со скоростью  автомобиля, во 2-м — с частотой вращения коленчатого вала двигателя. В обоих случаях цель изменения состоит в том, чтобы делать более легким управление на низкой скорости и менее чувствительным — на высокой. 

 Существуют также  системы, которые с помощью  микроЭВМ позволяют управлять рулевым усилителем по угловой скорости поворота рулевого колеса либо устанавливать его по желанию водителя.

Рис. 31. Принципиальная схема системы регулирования усилителя EVO:

1 — рулевой механизм; 2 специальный клапан; 3 — датчик углового перемещения рулевого колеса;

4 — ЭБУ; 5 — исполнительный механизм; 6 и 7 — соответственно сигнал и датчик скорости движения автомобиля  

 

 

  Отделение Saginaw концерна «Дженерал Моторс» разработало и уже серийно выпускает гидравлический усилитель рулевого управления с электронным регулированием, позволяющим изменять усилие на рулевом колесе в зависимости от скорости движения автомобиля. В конструкции заложена возможность настройки самим водителем. Принципиальная схема системы регулирования усилителя Electronic Variable Orifice (EVO) приведена на рис. 31. 

 Особенностью  конструкции нового усилителя  является то, что исполнительный механизм может быть установлен либо в насосе усилителя, либо в реечном рулевом механизме. В исполнительном механизме имеется дозирующий шток, перемещение которого относительно жиклера изменяет расход жидкости из насоса усилителя. Перемещением дозирующего штока управляет электронный блок управления, получающий сигналы 6 скорости движения автомобиля от центрального электронного управляющего модуля (датчика) 7. 

 При увеличении  скорости движения автомобиля  расход жидкости, подаваемой насосом  усилителя, уменьшается. Таким  образом обеспечивается небольшое усилие (водителя) на рулевом колесе при низких скоростях движения (при парковке автомобиля) и более высокое — при высоких скоростях движения, что позволяет более точно управлять автомобилем. Контроллер дозирующего штока допускает ступенчатое изменение его положения относительно жиклера, обеспечивая таким образом постепенное увеличение усилия на рулевом колесе по мере роста скорости движения автомобиля. 

 Электронный  блок управления 4 получает также сигналы от датчика 3 углового перемещения рулевого колеса, установленного на рулевой колонке. Этот датчик определяет быстрые изменения угла его поворота. Во время скоростных поворотов рулевого колеса усилитель обеспечивает максимальное снижение усилия на рулевом колесе, облегчая водителю выполнение маневра. Эта система работает при определенных параметрах, заложенных в конструкции. 

 Свойством нового  усилителя является сохранение  работоспособности при отсутствии электронного сигнала. В этом случае дозирующий шток немедленно выталкивается из жиклера под давлением масла, и усилитель работает на режиме полной мощности при всех скоростях движения автомобиля. 

 Одной из наиболее  интересных особенностей нового  усилителя является возможность  создания его параметров по  требованию заказчика. Характеристики усилителя обеспечиваются изготовителем по желанию потребителя. По заявлению отделения Saginaw, его конструкция может быть выполнена так, что водитель сможет самостоятельно отрегулировать зависимость усилия на рулевом колесе от скорости движения автомобиля в соответствии с индивидуальными требованиями к чувствительности рулевого управления. 

 Электронный  блок рулевого управления с  усилением по скорости автомобиля, выполненный в виде аналоговой  схемы, изображен на рис. 32. 

 На вход схемы  поступает сигнал от датчика  скорости. Выходным сигналом ЭБУ  является сигнал переменной скважности, приводящий в движение электромагнит  следящего действия. Этот электромагнит  отличается от обычного тем,  что может фиксировать четыре  клапана в произвольном положении,  пропорциональном среднему току. Управление электромагнитом обеспечивается сигналом с изменяющейся скважностью. Сигнал от датчика скорости с помощью преобразователя частоты в напряжение (/— U) преобразуется в напряжение, пропорциональное скорости, которое легко обрабатывается аналоговой схемой. На высокой скорости для увеличения рулевого усилия ток электромагнита должен расти. Но чтобы не допускать чрезмерного увеличения рулевого усилия на больших скоростях, значение тока остается неизменным при скорости выше 120 км/ч. Для этого вводится схема обнаружения скорости 120 км/ч. НапряжениеU, полученное в результате преобразования сигнала датчика скорости, напряжение епропорциональное падению напряжения (образуемому током Iо через электромагнит) на резисторе для измерения тока, сравниваются в усилителе сигнала рассогласования. Усилитель, содержащий интегрирующую схему на операционном усилителе, вырабатывает сигнал, скорректированный таким образом, что при наличии рассогласования через электромагнит всегда протекает ток, пропорциональный скорости. Схема сравнения в результате обработки скорректированного сигнала и сигналов треугольной формы е₀ генератора вырабатывает импульсы, скважность которых пропорциональна скорости. Этот сигнал через транзистор поступает на электромагнит. С увеличением тока степень открытия электромагнитного клапана и рулевое усилие возрастают.