Как работает гидроусилитель руля

Гидроусилитель рулевого управления

Гидроусилителем рулевого управления (обиходное название – гидроусилитель руля) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью гидравлического привода. Гидроусилитель руля является самым распространенным видом усилителя рулевого управления.

Простейший гидроусилитель руля имеет привод гидронасоса от коленчатого вала двигателя. У такого усилителя производительность прямо пропорциональна частоте вращения колнечатого вала двигателя, что противоречит реальным потребностям рулевого управления (при максимальной скорости движения требуется минимальный коэффициент усиления, и наоборот).

Наиболее совершенным с точки зрения потребительских свойств и конструкции является электрогидравлический усилитель руля. Преимуществами электрогидравлического усилителя являются компактность, возможность функционирования на неработающем двигателе, экономичность за счет включения в нужный момент. В конструкции данного гидроусилителя предусмотрена возможность электронного регулирования коэффициента усиления. Поэтому, наряду с комфортностью управления усилитель может обеспечить легкость маневрирования на малых скоростях, что недоступно обычному гидроусилителю.

Электрогидравлический усилитель рулевого управления состоит из насосного агрегата, гидравлического узла управления и системы управления.

Насосный агрегат представляет собой объединенный блок, включающий гидравлический насос, электродвигатель насоса и бачок для рабочей жидкости. На насосный агрегат устанавливается электронный блок управления.

Гидравлический насос может быть лопастного или шестеренного типа. Наиболее простым и надежным является шестеренный насос.

Гидравлический узел управления является исполнительным механизмом усилителя руля. Он включает торсион с поворотным золотником и распределительной гильзой и силовой цилиндр с поршнем.

Гидравлический узел управления объединен с рулевым механизмом. Шток поршня силового цилиндра является продолжением рейки рулевого механизма.

Система управления обеспечивает работу гидроусилителя. На современных автомобилях используется электронная система управления, которая обеспечивает регулирование коэффициента усиления в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля. Усилитель с такими характеристиками называется адаптивным усилителем рулевого управления.

На автомобилях концерна Volkswagen и BMW электронная система управления гидравлическим усилителем руля имеет торговое название Servotronic.

Система Servotronic включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительное устройство.

Входными датчиками системы являются датчик усилителя руля (датчик угла поворота рулевого колеса – на автомобилях, оборудованных ESP), датчик спидометра. Помимо датчиков, система использует информацию о частоте вращения коленчатого вала двигателя, поступающую от системы управления двигателем.

Электронный блок управления гидроусилителем руля принимает и обрабатывает сигналы датчиков и в соответствии с установленной программой воздействует на исполнительное устройство.

В разных модификациях системы Servotronic используются следующие исполнительные устройства: электродвигатель насоса, электромагнитный клапан в гидросистеме. В первом случае изменение производительности гидроусилителя осуществляется за счет изменения скорости вращения электродвигателя. Во-втором, за счет изменения проходного сечения гидросистемы (открытие-закрытие клапана).

Работа гидроусилителя руля

При прямолинейном движении автомобиля гидравлический узел управления обеспечивает циркуляцию жидкости по кругу (от насоса по каналам напрямую в бачек).

При повороте рулевого колеса происходит закрутка торсиона, которая сопровождается поворотом золотника относительно распределительной гильзы. По открывшимся каналам жидкость поступает в одну из полостей (в зависимости от направления поворота) силового цилиндра. Из другой полости силового цилиндра жидкость по открывшимся каналам сливается в бачек. Поршень силового цилиндра обеспечивает перемещение рейки рулевого механизма. Усилие от рейки передается на рулевые тяги и далее приводит к повороту колес.

При осуществлении поворота на небольшой скорости (при парковке, маневрах в ограниченном пространстве) гидроусилитель руля работает с наибольшей производительностью. На основании сигналов датчиков электронный блок управления увеличивает частоту вращения электродвигателя насоса (обеспечивает открытие электромагнитного клапана). Соответственно увеличивается производительность насоса. В силовой цилиндр интенсивнее поступает специальная жидкость. Усилие на рулевом колесе значительно снижается.

С увеличением скорости движения частота вращения электродвигателя насоса снижается (срабатывает электромагнитный клапан и уменьшает поперечное сечение гидросистемы).

Работа гидравлического усилителя осуществляется в пределах поворота рулевого колеса и ограничивается предохранительным клапаном.

Как работает гидроусилитель руля и как он устроен

• Как работает гидроусилитель руля и как он устроен
• Принцип работы гидроусилителя руля
• Видео: Общее устройство и принцип работы системы рулевого управления
• Устройство ГУР
• Насос
• Распределитель
• Цилиндр
• Типы гидроусилителей рулевого управления
• На каких отечественных авто есть гидроусилитель

Основное назначение гидравлического усилителя руля (ГУР) — повышение безопасности во время движения авто и обеспечение комфорта. Это современное устройство позволяет облегчить контроль над управлением автомобилем даже при резких поворотах и в случае повреждения шины одного из передних колёс. Срок службы рулевого усилителя зависит от своевременно проведённого ремонта и надлежащего техобслуживания.

Принцип работы гидроусилителя руля

Предназначение гидроусилителя — существенно облегчить физические усилия водителя при непосредственном манипулировании рулём.

К основным функциям системы ГУР относятся:

• манёвренность. Система гидравлического усилителя позволяет уменьшить число совершаемых поворотов руля, когда есть потребность переместить его из крайних положений;
• уменьшение силы удара, приходящегося на руль, при движении по неровной поверхности, а также при контакте с преградами, например, камнями;
• сохранение работоспособности рулевого механизма при поломке усилителя.

Принцип работы гидроусилителя зависит от положения колёс автомобиля. Так, если машина стоит без движения, а её колеса направлены прямо, то усилитель в этот момент находится в неработающем состоянии, а жидкость размеренно циркулирует внутри системы. Вращение руля передаёт крутящий момент на вал распределителя, затем на торсион. Сила трения не позволяет осуществить поворот колёс, поэтому поворотный золотник в такой ситуации остаётся без движения.

Распределительный вал движется вдоль золотника и открывает клапан для прохождения жидкости в один из цилиндров ГУР. Подача жидкости в конкретный цилиндр зависит от стороны, в которую поворачиваются колёса (вправо-влево). Через обратный трубопровод масляное средство из цилиндра переходит в бачок. Колёса осуществляют поворот за счёт давления, которое оказывает масло на поршень, а также шток, приводящие в движение рулевую рейку.

Если движение машины остановлено, а колёса при этом повёрнуты в сторону, то рулевая рейка продолжает двигаться и вращать поворотный золотник. В результате золотник выравнивается вдоль распределительного вала. После этого вал принимает среднее положение, а жидкость перестаёт работать и просто продолжает качаться насосом, распределяясь по системе.

Когда руль машины находится в одном из крайних положений, распредвал не принимает нейтральную позицию, из-за чего жидкость начинает циркулировать прямо внутри насоса. В этот момент гидроусилитель начинает шуметь, так как на него оказывается большое давление. Чтобы привести усилитель в рабочее состояние, нужно изменить положение колёс. ГУР не работает без продольной тяги, так как без неё возможен поворот только одного колеса.

Видео: Общее устройство и принцип работы системы рулевого управления

Устройство ГУР

Комплектация ГУР довольна проста. Все детали выполняют свою определённую функцию, обеспечивая бесперебойную работу усилителя.

Гидроусилитель состоит из таких элементов, как:

• насос;
• распределитель;
• гидроцилиндр;
• жидкость (масло);
• трубопровод (соединительные трубки).

Схема конструкции ГУР выглядит следующим образом:

1. К корпусу распределителя присоединены механизм рулевого управления и рулевая рейка.
2. Насос соединяется с распределителем специальными клеммами. От насоса расходятся соединительные трубки к распределителю и бачку.
3. Бачок соединяется с распределителем трубкой.

Далее следует подробно рассмотреть, каковы предназначение и функции каждого элемента в отдельности.

Насос

Насос продуцирует давление, благодаря чему жидкость проходит по системе через все её компоненты. Привод насоса происходит посредством ременной передачи энергии от коленвала. Пластинчатые насосы наиболее популярны, так как обладают повышенным КПД и долговечностью.

Вращаясь, пластинки черпают масло и, подгоняемые давлением, которое вырабатывает насос, подают его через распределительную часть в гидроцилиндр. Давление внутри насоса провоцируется специализированным клапаном. Мощность этого давления может достигать примерно 100 бар.

Типы насосов:

• регулируемый. Уровень давления поддерживается за счёт производительности такого насоса;
• нерегулируемый. Давление остаётся неизменным при помощи специального редукционного клапана. Клапан гидравлического либо пневматического типа автоматически регулирует степень давления на маслянистую жидкость.

Распределитель

Распределитель ГУР находится на валу рулевого механизма либо на приводе руля. Его предназначением являются распределение и подача масляной жидкости в полое пространство цилиндра либо в бачок. Через соединительные трубки масло поступает от насоса в распределительную коробку и далее распространяется по системе.

Элементы распределителя:

• торсион. Спиралевидный стержень, который под влиянием вращающего момента начинает крутится;
• поворотный золотник;
• вал распределителя.

Золотник и вал — цилиндры, имеющие колеи для прохождения жидкости.

Цилиндр

Гидроцилиндр находится в рейке, состоит из поршня и штока. Они заставляют двигаться реечный элемент под влиянием давления, которое осуществляет масло. Соединительные трубки, выдерживающие высокое давление, пропускают масло от распределителя к цилиндру и далее к насосу.

По трубкам с низким давлением масло проходит из бака в полость насоса, затем в распределительную коробку и назад — в бачок. Задача цилиндра — проталкивать рейку, которая приводит колёса в движение.

Типы гидроусилителей рулевого управления

Целесообразность применения различных типов гидроусилителей обусловлена задачами, которые перед ними ставятся, и особенностями каждой системы в отдельности. Также выбор конкретного усилителя определяется динамическими и техническими характеристиками привода.

Типы регулируемых дросселей:

• золотниковые. Подходят для контроля скорости на машинах, оснащённых силовыми двигателями;
• сопло-заслонка. Благодаря повышенной чувствительности широко используется в мостовых гидроусилителях. Среди недостатков — низкий уровень КПД, при повышенных нагрузках потребляет больше энергии, что сказывается на производительности двигателя;
• струйные. Главными достоинствами этого типа усилителя являются нетребовательность к качеству масла, простота в эксплуатация и долговечность, отсутствие трения в распределителе;
• электроусилитель. Предназначен для обеспечения работы рулевого механизма в случае прекращения работы двигателя.

На каких отечественных авто есть гидроусилитель

В советский период ГУР устанавливался только на грузовых машинах типа МАЗ и КрАЗ. В последнее время легковые автомобили отечественного производства всё чаще оснащаются гидроусилителями для повышения уровня безопасности во время движения.

Среди популярных моделей авто различают:

Производители этих моделей допускают установку ГУР в качестве страховки рулевого механизма. Главным условием является использование качественного масла, без примесей и содержания загрязняющих веществ.

Главной задачей ГУР является облегчение вождения автомобиля за счёт снижения усилий при осуществлении оборотов руля. Рассмотренное устройство позволяет контролировать движение при резких поворотах: оно успешно показало себя в работе легковых отечественных моделей машин. Чтобы гидроусилитель прослужил долго и гарантировал безопасность при вождении авто, необходимо осуществлять определённый уход, который включает регулярную замену масла и своевременный техосмотр.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Типы рулевого механизма

Сначала — о рулевых механизмах. Один из них, знакомый по «Жигулям», носит название «червяк-ролик» из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары. Полное название — «винт-шариковая гайка-рейка-сектор». Такой механизм считается устаревшим.

С распространением на легковых авто переднего привода, получил распространение тип рулевого механизма — «шестерня-рейка» или реечный. Механизм «шестерня-рейка» легче и технологичнее, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность управления.

Недостатки рулевого усилителя

Неоспоримое преимущество рулевого усилителя — облегчение работы рук при парковке, когда приходится совершать много оборотов баранки при максимальном усилии. Но усилитель обладает еще одним полезным свойством — он ослабляет передачу на руль ударов от неровностей дороги.

Недостатки? Владельцы автомобилей с ГУР часто жалуются на отсутствие или нехватку реактивного усилия на руле. В этом виноват гидроусилитель — он слишком активно помогает водителю, убирая ту толику возвращающего усилия, которая обеспечивает «чувство автомобиля».

Чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку тугой, нужно увязать массу факторов: производительность насоса, геометрию передней подвески, углы установки колес, параметры задней подвески, характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Поэтому, безупречные с этой точки зрения автомобили попадаются редко и многие фирмы жертвуют информативностью в пользу комфорта.

Гидроусилитель руля — ГУР

Исполнительный механизм гидроусилителя, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом — их называются интегральными. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF — то же, что и в автоматических коробках передач.

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок.
Насос ГУР, приводимый ремнем от коленвала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в распределитель. Задача распределителя — отслеживать усилие на руле и дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство — чаще всего торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен — соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок. Водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются — торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство. Когда баранка повернута до упора, срабатывают предохранительные клапаны, сбрасывая давление масла и сохраняя детали от повреждения.

Электроусилитель руля — ЭУР

Это усилители руля, в которых не осталось гидравлики! На торсионе стоит датчик и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Преимущества:

• независимость работы усилителя от оборотов двигателя
• информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля)
• независимость работы усилителя руля от температуры
• экономичность
• надежность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей)
• не требует обслуживания (замены и доливки рабочей жидкости)
• выше симметричность руля (отсутствие разницы усилия в левом и правом положении)

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя выше КПД гидронасоса.

Электроусилитель в зависимости от массы и компоновки автомобиля. 1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка
Вариант для авто малого класса — усилитель встроен в рулевую колонку	Вариант для автомобилей среднего класса	Вариант для авто большого класса — электропривод усилителя интегрирован с рулевой рейкой

Рулевой механизм с переменным отношением

А нельзя ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления — мешает, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на меньший угол.

Для этих целей используется рейка с переменным профилем: в около нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.

Из чего состоит и как работает гидроусилитель руля?

Автомобилисты старшего поколения хорошо помнят, как нелегко было поворачивать колеса старых машин на стоянке либо при движении на малой скорости. Решением проблемы стал гидравлический усилитель (ГУР), который сначала был добавлен в рулевой механизм грузовиков, а затем перекочевал и на легковые автомобили. Его задача – помочь водителю преодолеть сопротивление механизмов и силу трения шин о дорожное покрытие, тем самым облегчая вращение баранки. Автолюбителям, уделяющим пристальное внимание обслуживанию собственного «железного коня», не помешает ознакомиться, как работает гидроусилитель руля и узнать его слабые места.

Конструкция механизма

Гидравлический усилитель рулевого колеса состоит из нескольких элементов, соединенных между собой маслопроводами:

• насос, чей ротор приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала двигателя;
• распределитель, направляющий усилие в нужную сторону;
• гидроцилиндр с поршнем, жестко связанный с рулевым механизмом (рейкой или тягами);
• расширительный бачок с запасом гидравлической жидкости (масла).

Насос располагается неподалеку от шкива коленчатого вала и соединен с ним приводным ремнем. В зависимости от конструкции авто этот же привод может крутить вал генератора и помпы. Управляющий клапан, он же — распределитель встроен в механизм рулевого вала и реагирует на поворот баранки в ту или иную сторону благодаря специальному устройству – торсиону.

Местонахождение гидроцилиндра зависит от типа рулевого механизма. В большинстве автомобилей он вмонтирован в рейку и представляет собой поршень, толкающий ее в необходимом направлении. В машинах с червячным приводом руля (так называемой рулевой колонкой) цилиндр – это отдельный агрегат. К нему присоединены тяги, отвечающие за поворот передних колес.

Перечисленные элементы объединены в одну систему патрубками, рассчитанными на высокое давление, по которым циркулирует рабочее тело – масло. Его запас находится в расширительном бачке, установленном в наиболее высокой точке системы.

Принцип действия усилителя

Главная особенность ГУР состоит в том, что система включается в работу сразу после запуска двигателя авто, поскольку вал насоса вращается синхронно с коленвалом силового агрегата. Пока водитель не трогает руль, создаваемое в маслопроводах давление сбрасывается в расширительный бачок. Принцип работы гидроусилителя руля заключается в преобразовании давления жидкости, создаваемого насосом, в механическую работу, совершаемую поршнем гидроцилиндра. ГУР функционирует по такому алгоритму:

1. Масло перекачивается по системе, а избыток давления направляется в расширительную емкость, пока водитель не начнет поворачивать рулевое колесо.
2. Во время поворота баранки торсион распределителя улавливает направление вращения, за счет чего срабатывает один из двух клапанов, открывающий проток гидравлической жидкости к поршню цилиндра.
3. Масло надавливает на поршень с одной стороны, заставляя его толкать рейку либо тягу в нужном направлении, пока водитель не перестанет поворачивать руль. Когда рулевое колесо останавливается в любом положении, распределитель закрывает клапан, а поршень прекращает подталкивать рейку.
4. При вращении баранки в обратную сторону первый клапан закрывается и тут же срабатывает второй. Жидкость поступает к поршню с другой стороны, заставляя его перемещаться и толкать рейку в другом направлении.

Если повернуть рулевое колесо до упора и при этом увеличить обороты двигателя нажатием на педаль газа, то давление в контуре ГУР возрастет до максимума, что может привести к протечке сальников и разрыву шлангов. Поэтому производители автомобилей с гидроусилителем не рекомендуют держать руль в крайнем положении дольше 5 сек.

Если в силу различных причин двигатель заглохнет или откажет гидроусилитель руля, то у автомобилиста сохранится контроль над передними колесами. Правда, для поворачивания баранки придется прилагать значительные усилия.

Плюсы и минусы ГУР

Проверив на практике, как работает гидроусилитель руля в современном автомобиле, можно оценить все преимущества использования данного механизма:

1. Надежность. Гидравлическая система усиления испытана многолетней практикой на различных авто, поэтому в данный момент она устанавливается примерно на 60% выпускаемых машин.
2. ГУР способен развивать приличную мощность и преодолевать значительное сопротивление со стороны колес. Отсюда возникает возможность применять его на автомобилях любой грузоподъемности и габаритов.
3. Комфорт для водителя – главный плюс рулевого гидроусилителя. Он создавался именно с этой целью – облегчить человеку процесс управления машиной.
4. Улучшение управляемости. Поскольку баранка вращается легко, водитель получает возможность быстрее реагировать на изменение дорожной ситуации.

Помимо ГУР, на легковые автомобили ставятся усилители нового поколения, поворачивающие передние колеса с помощью электродвигателя (ЭУР). Но подобные системы пока не могут сравниться с гидравликой по стоимости, а потому ЭУР оснащается меньшее количество новых машин.

Использование гидроусилителей в рулевых механизмах дает еще один бонус производителям автомобилей. Поскольку они выполняют вместо водителя физическую работу, в конструкции можно применять рулевые механизмы с меньшим передаточным отношением. Для автолюбителя это значит, что количество оборотов рулевого колеса от одного крайнего положения до другого уменьшится, что повысит остроту управления. Правда, при отказе ГУР либо движении авто на буксире водителю будет гораздо труднее крутить баранку.

Гидравлическим усилителям свойственны следующие недостатки:

1. Чтобы не вызвать поломку, руль нельзя долго держать в любом крайнем положении, особенно на повышенных оборотах двигателя. Из-за критического давления масло может выдавить сальники и вытечь.
2. Устройство привода насоса задумано так, что он работает безостановочно вместе с силовым агрегатом. Из-за этого насос постоянно изнашивается, требует периодического обслуживания и отнимает часть энергии двигателя, увеличивая расход топлива.
3. Другие элементы системы тоже нужно обслуживать, а также следить за уровнем гидравлической жидкости в бачке.
4. В автомобилях бюджетной ценовой категории, оборудованных ГУР, руль становится неинформативным, особенно при езде на большой скорости.

В более дорогих машинах реализовано особое устройство насоса гидроусилителя руля, позволяющее уменьшать давление масла в системе при повышении оборотов. При этом руль «наливается» приятной тяжестью и ощущения пустоты при управлении на скорости не возникает.

Обслуживание гидроусилителя

Хозяин автомобиля, оснащенного ГУР, может самостоятельно выполнять следующие операции:

• следить за уровнем и состоянием жидкости в расширительной емкости;
• периодически осматривать патрубки и штуцеры на предмет растрескивания и протечек масла;
• менять гидравлическую жидкость с интервалом, указанным в инструкции по эксплуатации;
• отслеживать появление посторонних шумов, возникающих при критическом износе подшипников насоса;
• своевременно менять приводной ремень, чтобы он не оборвался где-нибудь по дороге.

Жидкость, залитая в систему гидроусилителя, служит не только рабочим телом, но и смазкой для насоса. Поэтому при доливке либо замене важно использовать рекомендуемые производителем масла, иначе агрегат может преждевременно выйти из строя.