Электромеханический усилитель руля фольксваген

Содержание

Электроусилитель руля — принцип работы, устройство, назначение

Электроусилитель рулевого управления, который известен под более простым названием как «Электроусилитель руля» — конструкторская особенность рулевого управление, где поворот руля облегчает электропривод. В настоящее время электроусилитель руля, все больше вытесняет гидроусилитель. Ряд его преимуществ в сравнении с гидроусилителем:

— можно регулировать характеристики рулевого управления с большим удобством;

— уменьшение расхода топлива (в среднем до 0,5 литров на 100 км пути).

Также, использование электроусилителя, позволило создать и использовать системы активной безопасности:

— система курсовой устойчивости;

— система автоматической парковки;

— система аварийного рулевого управления;

— система помощи движения по полосе.

Существует два варианта использования электроусилителя руля:

— усилия электродвигателя передается на вал рулевого колеса;

— усилие электродвигателя на рейку рулевого управления.

Самым востребованным считается вариант с усилием на рулевую рейку. Он более известен под названием: «электромеханический усилитель руля». У него существует также две известные конструкции:

— с двумя шестернями;

— с параллельным приводом.

Электроусилитель руля состоит из следующих устройств:

Схема электроусилителя рулевого управления с двумя шестернями

В данной схеме электроусилитель руля объединен с рулевым механизмом в одном блоке. В конструкции электроусилителя используется асинхронный электродвигатель.

Механическая коробка передает крутящий момент электродвигателя к рейке рулевого механизма. В варианте с двумя шестернями, одна из них передает крутящий момент на рейку рулевого управления от рулевого колеса, другая шестерня — от электродвигателя усилителя. Именно для такого случая на рейке есть два участка зубьев, один из которых служит приводом для усилителя.

Схема электромеханического усилителя руля с параллельным приводом

В отличии от варианта с двумя шестернями, в варианте с параллельным приводом, для передачи усилия от электродвигателя на рейку используется специальный шариковый механизм и ременная передача.

Система управления включает в себя:

— электронный блок управления;

Входные датчики представляют из себя: датчик угла поворота руля и датчик крутящего момента на рулевом колесе. Система управлением электроусилителем, использует и сторонние системы, такие как ABS (система недопущения блокировки всех колес при экстренном торможении) и блок управления двигателя (датчик частоты коленчатого вала).

Электронный блок управления

Блок управления считывает показатели с датчиков, далее он обрабатывает данные и в соответствии с алгоритмом своей работы, оказывает необходимое воздействие на исполнительное устройство — электродвигатель. Электродвигатель является главным исполнительным устройством, которое облегчает поворот руля благодаря усилию электродвигателя.

Сам электроусилитель может работать в нескольких режимах:

— активный возврат колес в среднее положение;

— поддержание среднего положения колес.

Поворот автомобиля естественно осуществляется поворотом рулевого колеса. Через торсион, крутящий момент рулевого колеса передается на рулевой механизм. Закрутку торсиона измеряет датчик крутящего момента, угол поворота руля — датчик угла поворота рулевого колеса. В дальнейшем все данные: угол поворота рулевого колеса, частота вращение коленчатого вала, скорость автомобиля, передаются блок управление, которые уже решает как дальше работать исполнительному устройству.

Получается, что поворот колес автомобиля происходит объединенными усилиями, которые передаются от рулевого колеса и электродвигателя усилителя.

При небольших скоростях руль становиться легким, обычно это при парковке, или сильно крутых поворотах. Электронная система обеспечивает максимальный крутящий момент электродвигателя, тем самым руль получает большие углы поворота. Максимальный крутящий момент электродвигателя обеспечивает значительное усиление рулевого управления.

При высоких скоростях на поворотах получится тяжелый руль, крутящий момент при этом наименьший. Но система управления может реактивное усилие, которое возникает при повороте колес — возврат колес в среднее положение.

Систему управления часто поддерживает среднее положение колес в условиях разного давления в шинах или допустим сильного бокового ветра и производит необходимую коррекцию. Также, в алгоритме блока управления предусмотрена компенсация увода переднеприводного автомобиля. А в активных системах безопасности электроусилитель действует самостоятельно.

Электрическая часть электромеханического усилителя руля Volkswagen

Датчик угла поворота рулевого колеса (G85), датчик крутящего момента на рулевом колесе (G269), датчик частоты вращения коленчатого вала (G28), двигатель электромеханического усилителя (V187), блок управления усилителем (J500), контрольная лампа усилителя (K161), принципиальная схема усилителя.

Датчик угла поворота рулевого колеса (G85)

Датчик угла поворота рулевого колеса (G85) расположен под возвратным и скользящим кольцами подушки безопасности. Он установлен на рулевой колонке между подрулевыми переключателями и рулевым колесом. Этот датчик генерирует сигнал, соответствующий углу поворота рулевого колеса. Сигнал датчика передается через шину CAN в блок управления электронными приборами на рулевой колонке J527, в котором он подвергается дальнейшей обработке.

Последствия при выходе датчика из строя

При неисправности датчика подключается резервная функция, в соответствии с которой вместо переменного сигнала датчика в систему управления вводится постоянный сигнал. При этом действие усилителя полностью сохраняется. О неисправности в системе усилителя водитель узнает по вспышкам контрольной лампы K161.

Принцип действия датчика

Основными деталями датчика угла поворота рулевого колеса являются:

  • кодирующий диск с двумя кольцами и
  • фотоэлектрические пары, каждая из которых содержит источник света и фотоэлемент.

На кодирующем диске предусмотрены два кольца: внешнее кольцо служит для определения абсолютных значений угла поворота рулевого колеса, а внутреннее кольцо – для определения приращений этого угла.

Кольцо приращений разделено на 5 сегментов по 72°. Оно используется в сочетании с одной фотоэлектрической парой. В пределах каждого из сегментов кольцо имеет несколько вырезов. Чередование вырезов в пределах одного сегмента не изменяется, а в отдельных сегментах оно отличается. Благодаря этому осуществляется кодирование сегментов.

Внешнее кольцо служит для определения абсолютных значений угла поворота рулевого колеса. Он используется в сочетании с шестью фотоэлектрическими парами. Датчик угла поворота рулевого колеса позволяет отсчитывать его в пределах до 1044°. Отсчет угла производится путем суммирования числа градусов. При переходе через метку, соответствующую 360°, датчик регистрирует завершение поворота на один полный оборот. Конструкцией рулевого механизма предусмотрена возможность поворота рулевого колеса на 2,76 оборота.

Измерение угла поворота производится по сигналам фотоэлектрического датчика, взаимодействующего с подвижным экраном. Если для упрощения рассмотреть только кольцо приращений, можно увидеть источник света с одной его стороны и фотоэлемент с другой.

При прохождении луча света через вырез на кольце на выводах фотоэлемента возникает напряжение. Если этот луч прерывается выступом кольца, напряжение исчезает.

При перемещении кольца возникает определенная последовательность импульсов напряжения.

Последовательность импульсов возникает также на каждой фотоэлектрической паре, взаимодействующей с кольцом абсолютных значений. Все эти последовательности импульсов обрабатываются в блоке управления электронными приборами на рулевой колонке.

Сравнение сигналов позволяет определить продвижение колец от начала отсчета, которое определяется по специальному сигналу, поступающему с кольца абсолютных значений.

Датчик крутящего момента на рулевом колесе (G269)

Крутящий момент на рулевом колесе измеряется датчиком G269, установленным непосредственно на хвостовике шестерни вала рулевого управления. Принцип работы датчика основан на магниторезистивном эффекте. Чтобы обеспечить необходимую надежность датчика, он выполнен по дуплексной схеме (с дублирующими чувствительными элементами).

Датчик крутящего момента расположен там, где вал рулевого управления соединяется с рулевым механизмом посредством торсиона. На конце вала рулевого управления установлен магнитный диск, по окружности которого расположены 24 зоны с чередующейся полярностью. При измерении крутящего момента в каждый данный момент используется только одна пара полюсов.

С магнитным диском взаимодействует магниторезистивный чувствительный элемент, установленный на хвостовике приводной шестерни. При воздействии на рулевое колесо конец вала рулевого управления поворачивается относительно хвостовика приводной шестерни в соответствии с величиной передаваемого крутящего момента. При этом магнитный диск также поворачивается относительно чувствительного элемента датчика, а соответствующий крутящему моменту сигнал датчика передается в блок управления усилителем.

Последствия при выходе датчика из строя

При неисправности датчика крутящего момента необходимо заменить рулевой механизм в сборе. Неисправность датчика влечет за собой отключение усилителя рулевого механизма. Однако, усилитель отключается не мгновенно, а постепенно. Чтобы обеспечить «плавное» отключение усилителя, блок управления им вырабатывает резервный сигнал, образуемый из сигналов угла поворота рулевого колеса и угла поворота ротора электродвигателя усилителя. При неисправности датчика контрольная лампа K161 горит красным светом.

Датчик частоты вращения ротора

Датчик частоты вращения ротора является составной частью электродвигателя усилителя V187. Доступ к датчику возможен только после разборки электродвигателя.

Использование сигнала датчика

Действие датчика частоты вращения ротора также основано на магниторезистивном принципе. Конструктивно он аналогичен датчику крутящего момента на рулевом колесе G269. Измерение частоты вращения двигателя усилителя V187 позволяет управлять им с высокой точностью.

Последствия при выходе датчика из строя

При выходе датчика из строя вместо его сигнала используется величина скорости поворота рулевого колеса. При этом действие усилителя ослабляется. Благодаря этому при выходе датчика из строя предотвращается внезапное прекращение поддерживающего усилия. О неисправности датчика водитель может узнать по красному свечению контрольной лампы K161.

Скорость автомобиля

Сигнал, несущий информацию о скорости авто, поступает с блока управления системой ABS.

Последствия при отсутствии сигнала скорости

При отсутствии сигнала скорости запускается резервная программа. Действие усилителя сохраняется при этом в полной мере, но развиваемые им усилия не зависят от скорости авто, т. е. функция Servotronic отсутствует. Водитель может узнать об отсутствии этого сигнала по желтому свечению контрольной лампы K161.

Датчик частоты вращения коленчатого вала (G28)

Частота вращения коленчатого вала измеряется датчиком Холла, ввернутым в корпус уплотнения коленчатого вала.

Использование сигнала датчика

По сигналам этого датчика блок управления двигателем определяет частоту вращения и точное положение коленчатого вала.

Последствия при неисправности датчика

При выходе из строя датчика частоты вращения коленчатого вала питание усилителя осуществляется от клеммы 15. При этом контрольная лампа K161 не включается.

Двигатель электромеханического усилителя (V187)

Электродвигатель V187 бесщеточный, асинхронный. Он усиливает действие рулевого механизма, развивая крутящий момент до 4,1 Н·м. Асинхронные двигатели отличаются отсутствием постоянного магнитного поля и обмотки возбуждения. Их называют асинхронными, потому что частота вращения ротора не соответствует частоте вращения магнитного поля, создаваемого переменным током. Различие этих частот является признаком асинхронности.

Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции (благодаря отсутствию щеток) и соответственно высокой надежностью.

Благодаря малой инерционности эти двигатели особенно пригодны для поддержки быстрых поворотов управляемых колес. Корпус электродвигателя изготовлен из алюминиевого сплава. Развиваемый двигателем крутящий момент преобразуется в червячном редукторе и передается на приводную шестерню усилителя, которая создает тяговое усилие на рейке рулевого механизма.

На свободном конце вала двигателя закреплен постоянный магнит, используемый для определения частоты вращения ротора. По сигналу датчика частоты вращения ротора блок управления определяет скорость поворота рулевого колеса.

Последствия при неисправности электродвигателя

К преимуществам асинхронного двигателя относится возможность его свободной прокрутки от рулевого механизма при отсутствии напряжения на его клеммах.

При выходе из строя электродвигателя действие усилителя прекращается. Управление автомобилем полностью сохраняется при незначительном увеличении сопротивлений в рулевом механизме. Даже при коротком замыкании в цепи двигателя его блокирование невозможно. О неисправности электродвигателя свидетельствует красное свечение контрольной лампы K161.

Блок управления усилителем (J500)

При неисправности блока управления усилителем J500 его необходимо заменить в сборе. После замены блока управления следует активизировать многопараметровую характеристику, записанную в его постоянном запоминающем устройстве. Для этого используется измерительно-диагностический комплекс VAS 5051.

Блок управления усилителем J500 установлен непосредственно на электродвигателе, благодаря чему отпадает необходимость в сложной внешней электропроводке к агрегатам рулевого управления.

В блок управления поступают сигналы:

  • с датчика угла поворота рулевого колеса G85,
  • с датчика частоты вращения коленчатого вала G28,
  • с датчиков крутящего момента на рулевом колесе и частоты вращения ротора двигателя, а также данные
  • о скорости авто и
  • об идентификации ключа зажигания с блока управления индикатором в комбинации приборов J285.

По этим сигналам блок управления усилителем определяет текущую потребность в поддержке рулевого управления, рассчитывает необходимую силу тока и непосредственно управляет электродвигателем V187.

Контрольная лампа усилителя (K161)

Контрольная лампа находится в комбинации приборов. Она информирует водителя о неисправностях или помехах в работе электромеханического усилителя. При возникновении той или иной неисправности лампа может загореться желтым или красным светом. Желтый свет предупреждает о небольшой неисправности. Если лампа горит красным светом, необходимо безотлагательно обратиться в службу сервиса. Одновременно с загоранием лампы красным светом трижды подается предупредительный звук гонга.

При включении зажигания контрольная лампа загорается красным светом, свидетельствуя о проведении контрольного тестирования системы электромеханического усилителя.

Лампа выключается только после поступления сигнала о полной исправности системы. Тест проводиться в течение приблизительно двух секунд. При пуске двигателя лампа гаснет.

Особенности работы усилителя руля

Работа усилителя при буксировке автомобиля

Усилитель нормально работает, если

  • скорость автомобиля превышает 7 км/ч и
  • зажигание включено.

Работа усилителя при разряженной аккумуляторной батарее

Система управления усилителем способна распознавать пониженное напряжение батареи и соответственно реагировать на него. При напряжении ниже 9 В мощность усилителя снижается вплоть до полного его выключения. При этом контрольная лампа горит красным светом.

При кратковременных снижениях напряжения до 9 В и ниже контрольная лампа зажигается желтым светом.

Принципиальная схема усилителя руля

A – провод Low шины CAN;
B – провод High шины CAN;
G269 – датчик крутящего момента на рулевом колесе;
J500 – блок управления усилителем;
S – предохранитель;
V187 – двигатель электромеханического усилителя.

Электромеханический усилитель руля

Благодаря новой прогрессивной системе рулевого управления водителю приходится совершать меньше движений рулём, чтобы вписаться в нужный поворот. Таким образом, на дороге с крутыми виражами ему придётся меньше перехватывать руль.

Подробно об электромеханическом усилителе руля нового Passat:

1.Пакет оснащения для оптимальной динамики. Электромеханический усилитель руля предлагается на новом Passat в комбинации со спортивной подвеской или системой адаптивного управления шасси DCC.

2.Уменьшение радиуса. С установленной на борту системой электромеханического усилителя руля поворот рулевого колеса до упора производится за 2,1 оборота, без нее — за 2,75 оборота.

3.Прогрессивное передаточное отношение. Традиционные рулевые механизмы работают с постоянным передаточным числом. Новая система рулевого управления использует прогрессивное передаточное отношение.

4.Переменный шаг зубчатой рейки. В техническом плане прогрессивное рулевое управление отличается от базового механизма, в основном, зубчатой рейкой с переменным шагом и электродвигателем повышенной мощности.

5.Нет компромиссам. В отличие от рулевого механизма с постоянным передаточным отношением, который всегда вынужден искать компромисс между динамикой и комфортом, в этом случае шаг зубчатой рейки значительно изменяется по мере хода руля.

6. Высокая точность маневрирования. Система обеспечивает при среднем радиусе руления более комфортное управление и более точное маневрирование даже на самых высоких скоростях.

7.Улучшенная динамика. На извилистых загородных трассах и в поворотах водитель почувствует улучшение динамики автомобиля за счёт более прямого передаточного отношения.

8.Больший комфорт. На малых скоростях, например, в городе или на парковке, управляемость Passat существенно улучшается благодаря уменьшенному радиусу поворота руля.