Гидро vs. Электро

Усилители руля сегодня — настолько распространенная «опция», что без них немыслимо даже представить себе современный автомобиль. Пока он работает — его не замечаешь, но как только он выходит из строя — банальная поездка по городу превращается в сущее мучение.

Как же устроено то, чем большинство водителей пользуется ежедневно? Для начала необходимо сказать, что существуют два основных типа усилителей рулевого управления, которые отличаются принципами работы и имеют свои особенности: гидравлический усилитель и электроусилитель руля.

Гидроусилитель руля

Гидроусилитель представляет собой закрытую систему циркуляции жидкости (гидронасос, бак с жидкостью и соединительные шланги) в комплексе с блоком распределения давления и гидроцилиндром. Эта хитрая система работает по следующей схеме:

1. Поршневой насос, приводимый в движение ремнем от коленвала, под высоким давлением нагнетает в систему масло, которе подается на распределительный механизм.
2. Распределитель связан с торсионом, встроенным в рулевой вал. В зависимости от усилия на руле изменяется диаметр выпускных отверстий, через которое масло выходит в полость гидроцилиндра. Когда руль не вращается масло в гидроцилиндр не поступает, а с увеличением рулевого усилия происходит раскрытие масляных каналов. Распределитель — одна из самых уязвимых частей ГУР, так как он чувствителен к качеству масла.
3. В полости гидроцилиндра масло приводит поршень и шток в движение, которое, в свою очередь, посредством сложной системы рычагов передается на передние колеса. Таким образом, масло передает гидроцилиндру энергию от поршневого насоса.
4. Соединительные шланги замыкают систему. Вышедшее из гидроцилиндра масло рециркулирует вновь и вновь. Выделяют шланги высокого и низкого давления. По первым масло движется от насоса к гидроцилиндру, а по вторым — вновь возвращается из гидроцилиндра в масляный бак и оттуда снова поступает в насос.

Особенности функционирования ГУР:

1. При отсутствии усилия на рулевом колесе (руль неподвижен) диаметр выпускных отверстий распределителя находится в промежуточном положении. Масло беспрепятственно циркулирует от насоса к гидроцилиндру и обратно по системе соединительных шлангов. Таким образом, энергия двигателя (как указывалось выше — насос приводится в движение ремнем от коленвала) тратится исключительно на перегонку масла по замкнутому кругу. Никакую функцию ГУР в это время не выполняет, так как колеса не поворачиваются.
2. Обязательным условием нормальной работы ГУР является герметичность системы, наличие достаточного объема масла и фильтра. Поэтому владельцы автомобилей с гидроусилителями должны время от времени контролировать уровень масла в системе, натяжение приводного ремня насоса и своевременно заменять масла и фильтры (используя рекомендованные производителем марки масел).

На сегодняшний день гидроусилитель представляет собой сложную и довольно капризную конструкцию, которая имеет определенные недостатки:

1. Требует ухода и обслуживания.
2. Колебания температуры изменяют физические свойства масла и влияют на эффективность устройства в целом.
3. Потребляет мощность двигателя, даже когда фактически не используется.

Поэтому не так давно на автомобилях появилась новая, более совершенная модель усилителя рулевого управления — электроусилитель.

Электроусилитель руля

Электроусилитель отличается тем, что непосредственно на рулевом вале установлен электродвигатель с блоком управления и датчиком крутящего момента. Когда водитель поворачивает руль, датчик воспринимает крутящий момент и подает сигнал электродвигателю, который и вращает рулевой вал в заданную сторону. На первый взгляд вся эта конструкция просто обязана быть громоздкой — электродвигатель, блок управления, датчики... Но на самом деле современные технологии уже давно сделали ЭУР мощными и компактными, так что их установка не требует дополнительного пространства — они компактнее традиционных ГУР.

Кроме того, ЭУР анализирует обороты двигателя и скорость автомобиля. На основании данных о скорости блок управления изменяет мощность электродвигателя — на малых скоростях он работает с максимальной нагрузкой, в то время как на высоких — с минимальной. Многие автомобили позволяют отсоединять блок ЭУР от датчика скорости (режим работы «City» включается кнопкой из салона автомобиля), таким образом заставляя усилитель работать с максимальной эффективностью и «облегчать» руль. Ну а обратная связь с двигателем нужна ЭУР для своевременного включения и отключения.

Работает он очень просто:

1. При повороте руля датчик ЭУР регистрирует параметры вращения торсионного вала.
2. Блок управления ЭУР получает данные о скорости автомобиля и оборотах двигателя и запускает электродвигатель.
3. Последний своей работой помогает водителю поворачивать колеса в нужную сторону.

Достоинства ЭУР в сравнении с ГУР:

1. Легкость и компактность конструкции.
2. Экономичность. В отличие от ГУР, электроусилитель потребляет энергию только во время своей непосредственной работы. ЭУР работает только тогда, когда водитель совершает движения рулем. При движении по прямой, например, ЭУР отключается. ГУР работает постоянно с момента запуска двигателя.
3. Работа ЭУР не подвержена влиянию перепада температур.
4. В отличие от ГУР, электроусилитель не требует ухода и обслуживания. Система полностью электрическая, гидравлика отсутствует (а соответственно — нет и потребности в замене масла).
5. ЭУР более надежен, так как состоит из меньшего числа компонентов.

При разработке усилителя конструкторы пытаются совместить несовместимые вещи. С одной стороны, гидроусилитель должен обеспечивать легкость управления автомобилем. В идеале руки водителя не должны уставать даже при активном вращении руля. Этот вопрос уже решен — все сервоприводы руля сегодня обеспечивают максимальный комфорт и легкость в управлении. С другой стороны — водитель должен «чувствовать» автомобиль, должна присутствовать так называемая «обратная связь» рулевого управления. В реальности же на высоких скоростях водителю часто не хватает этой самой «обратной связи» и возникает явление «пустого руля».

Так что есть еще над чем подумать инженерам. Но одно можно сказать с уверенностью уже сейчас — дни гидроусилителей сочтены. В ближайшем будущем мы станем свидетелями полного и повсеместного замещения гидравлических систем электрическими, как более простыми и надежными в эксплуатации.