Будова та принцип роботи рульової колонки з електропідсилювачем

Сьогодні рульовий механізм автомобіля неможливо уявити без підсилювача. І стосується це не тільки потужних позашляховиків або седанів бізнес-класу. Нині навіть водії компактних малолітражок почали цінувати комфорт керування. Однак під капотом таких машин нечасто є багато місця для встановлення рульової рейки з гідравлічним або навіть електричним підсилювачем. Але це не біда – розташувати помічника водієві можна навіть у рульовій колонці. Які плюси має така схема і як вона реалізована, розглянемо на прикладі популярного автомобіля Volkswagen Lupo 1.2 TDI 3L 1999-2005 років випуску.

Функції та переваги електричної рульової колонки

Одразу зауважимо, що електричну рульову колонку не можна розглядати лише як компромісний варіант підсилювання керма. Така схема крім іншого має свої суттєві переваги, а саме:

• контролює вхідні та вихідні сигнали, а також роботу компонентів інших вузлів рульового механізму;
• чіткіше передає водієві відчуття контакту з дорогою;
• допомагає вирівнювати кермо в прямому положенні;
• підсилює рульове управління в залежності від фактичних умов руху;
• працює лише тоді, коли водій обертає кермо, не споживаючи енергію на прямих ділянках.

Останній фактор сприяє тому, що така електромеханічна система сильно відрізняється за параметрами від традиційної гідравлічної. Згідно з дослідженнями фахівців компанії Volkswagen, на прикладі моделі Lupo відмінності виглядають наступним чином:

Не в останню чергу таке відбувається тому, що у гідравлічному підсилювачі керма усі компоненти його системи встановлені вже після рульового карданного валу, а в електромеханічному підсилювання здійснюється перед цим валом.

Ще один значний плюс – підсилювач керма в колонці розміщений в одному компактному блоці, тому йому немає необхідності в довгій складній електропроводці. Ну й нарешті саме, мабуть, цінне для водіїв – завдяки тому, що електродвигун, що підсилює обертання, приводить в дію черв'ячну передачу прямо біля керма, водій має безпосереднє його відчуття керма, тобто такий же самий зворотний зв'язок з дорогою, як і у випадку відсутності підсилювача.

Будова рульової колонки з електропідсилювачем

Основними компонентами верхньої частини рульового механізму при такої схемі є зображені на малюнку

• перемикачі покажчиків повороту і режимів склоочисника ,
• корпус рульової колонки,
• черв'ячна передача,
• блок управління електроніки рульової колонки,
• карданний вал рульового механізму.

Крім того, всередині встановлені дуже важливі для роботи системи датчики: положення керма та рульового моменту.

А ось так електрична рульова колонка виглядає в розтині всієї передньої частини автомобіля:

Тепер детальніше зупинимось на складових саме рульової колонки, яка обладнана електропідсилювачем керма. Їх можна поділити на дві групи:

1. Електричні.
2. Механічні.

До першої групи належать електронні компоненті вузла:

• електродвигун і його муфта;
• блок управління електропідсилювачем;
• датчики рульового моменту та положення керма в спільному корпусі.

Друга група використовується в усіх, не лише електромеханічних, колонках. Це:

• вали: рульовий та карданний;
• корпус рульової колонки, який регулюється за висотою;
• черв'ячний привід з черв'яком і шестернею;
• проміжний шпиндель;
• торсіонна тяга (штанга).

Ця тяга є центральною складовою частиною рульової колонки з електропідсилюванням. Торсіонна штанга механічно з'єднує проміжний шпиндель з черв'ячним приводним валом. Завдяки цьому обидві деталі можуть обертатися протилежно на невеликий кут. Його достатньо для того, щоб система розпізнала початок рульового управління.

Карданний вал складається з двох вилок, які з'єднані з коротким телескопічним важелем. Він дозволяє компенсувати довжину механізму регулювання висоти та забезпечує захист водія і пасажирів в разі лобового зіткнення. Якщо під час регулювання водій піднімає важіль угору, він стає коротшим, що зменшує відстань між кермом і рульовим механізмом. Якщо навпаки – телескопічний важіль подовжується. Діапазон регулювання у Volkswagen Lupo – 39 мм.

Черв'ячна передача знаходиться в алюмінієвому корпусі редуктора разом із електромотором. Черв'як на валу мотора входить в зачеплення з шестернею на рульовому валу, до дозволяє підсилювати обертання керма безпосередньо майже там, де це робить і водій. Вал двигуна з'єднаний з валом черв'яка за допомогою гнучкої гумової муфти, щоб пусковий момент двигуна  передавався максимально м'яко. Електродвигун має потужність 720 Вт і розвиває крутний момент 2 Нм. Електроніка розрахована так, щоб він мав надзвичайно короткий час відгуку, що б якомога швидше реагувати на рухи керма.

Над шестернею встановлений корпус датчиків положення керма кута повороту. Перший з'єднаний з валом черв'ячного редуктора. Він реєструє поточне положення керма або його блокування. Другий поєднаний з торсіонною балкою. Він обчислює кут повороту торсіонної штанги по відношенню до проміжного шпинделя. На основі цього сигналу блок керування обчислює крутний момент на основі цього сигналу. Якщо розрахований крутний момент перевищує значення 0,01 Нм, блок керування приймає рішення про необхідність підсилення рульового керування.

Також до корпусу черв'ячного приводу прикріплена болтами рама, в якій встановлений електронний блок управління підсилювачем керма. Він розраховує необхідну допомогу водієві на основі даних, отриманих від датчиків, та з урахуванням швидкості руху автомобіля. Корпус датчиків приєднаний до блоку управління дротами за допомогою 6-контактного роз'єму. Якщо блок керування виявляє несправність у системі гідропідсилювача керма, він вмикає сигнальну лампу у вигляді керма на панелі приладів.

Як відбувається підсилення рульового управління електромеханічного типу

Водій починає повертати кермо. Одночасно обертається торсіонна штанга. Датчик моменту, що обертається разом з торсіонною штангою, подає в блок управління сигнали, які вказують на величину і напрямок обертання крутного моменту керма. Блок на основі цих сигналів обчислює необхідну допомогу і активує електродвигун. Сукупність крутного моменту що діє на кермо, і крутного моменту допомоги становить ефективний крутний момент, що діє на рульову передачу.

Якщо водій збільшує крутний момент, прикладений до керма, електродвигун збільшує крутний момент. Якщо зменшує – кручення торсіонної штанги зменшується. Як наслідок, датчик крутного моменту керма подає менший сигнал на блок керування.

Коли водій відпускає кермо під час при проходженні повороту, напруга на торсіонній балці знімається. Одночасно електроніка деактивує електродвигун, бо допомога крутного моменту більше не потрібна. Але, якщо при цьому датчик положення керма реєструє, що транспортний засіб все ще рухається не прямо, то тоді електродвигун активується таким чином, щоб рульове колесо активно поверталося в пряме положення.

Ремонт рульової колонки з електропідсилювачем керма

Хоча описана конструкція є досить надійною, час і активна експлуатація часто призводять до несправностей. Деталі, які найчастіше виходять з ладу:

пластмасові кільця датчиків;

самі датчики;

хрестовини карданних валів.

Незважаючи на те, що електрична рульова колонка менш вразлива, ніж інші типи підсилювача керма, оскільки знаходиться всередині салону, вона теж може страждати від корозії. Окислюються контакти датчиків і блоку управління і навіть шліцьові з'єднання механічних деталей.