Гидроусилитель руля, современная концепция

Гидроусилитель руля - специальная система, усиливающая крутящий момент и передаточное число на руле и передающая его на управляемые колеса. Главная цель системы гидроусилителя руля  - обеспечить водителю полный контроль над траекторией движения независимо от веса и скорости автомобиля.

История возникновения

 Имя изобретателя гидравлического усилителя руля точно не известно. Первые упоминания о подобной системе датируются 1876 годом, когда некий  Фитц (Fitts), применил его на своем паровом автомобиле: слишком тяжелая машина плохо слушалась руля. Запатентовал гидроусилитель руля американец Роберт Твайфорд в 1900 году, в 1903 году его применили на серийном грузовике. В первой половине ХХ века гидроусилитель руля применялся редко и только на тяжелых машинах: грузовиках и бронеавтомобилях в виду своей дороговизны. Только в 50-е годы гидроусилитель руля стал массово применяться в серийных легковых автомобилях.

Преимущества применения гидроусилителя руля:

• уменьшает усилия необходимые для поворота рулевого колеса;
• обеспечивает необходимую траекторию поворота без изменений;
• улучшает маневренность автомобиля;
• полная обратная связь - водитель «чувствует» дорогу;
• смягчает отдачу от ударов, вызванных наездом колес на неровности и выбоины на дороге;
• меняет «чувствительность» руля в зависимости от скорости движения;
• повышает безопасность движения в случае разрыва шин передних колес (блокирует самопроизвольный поворот);
• при отказе системы остается возможность управлять автомобилем.

Недостатки:

• высокая стоимость, бюджетные автомобили так и не получили гидравлический усилитель на руль;
• дополнительные затраты мощности двигателя для вращения вала насоса.

Существует два основных типа гидравлических усилителя руля: совмещенный с рулевым механизмом и с продольной тягой.

Устройство и основные компоненты гидравлического усилителя руля, совмещенного с продольной тягой рис.1:

Насос (1) - агрегат, обеспечивающий необходимое давление, а также циркуляцию рабочей жидкости в гидросистеме.

  Наиболее массово используется конструкция роторного гидронасоса - рис.2, благодаря его надежности и высокой производительности.

Рис.3 - варианты конструктивного исполнения насосов автомобильных гидросистем различных производителей.

 Для оптимального размещения составляющих гидроусилителя руля насос (1) часто объединяют с бачком (4) в один компактный агрегат - рис.4:

Насос приводится в действие коленвалом двигателя с помощью ременной передачи.

Корпус рулевой рейки (2) на рис.1. Представляет собой агрегат, заключающий в себе рулевую рейку с гидроцилиндрами и распределитель.

Распределитель, узел (3) на рис.1. Предназначен для направления рабочей жидкости под давлением в рабочий цилиндр и ее отток обратно в бачок, в зависимости от положения руля. Главный подвижный элемент распределителя - золотник бывает двух типов:

• осевой - перемещается поступательно;
• роторный - вращается;

Бачок (4) для масла - представляет собой емкость для рабочей жидкости.

Внутри фильтр для масла, а в пробке датчик уровня жидкости - щуп:

Соединительные шланги (5). Обеспечивают необходимую циркуляцию рабочей жидкости в системе гидроусилителя руля. Шланги высокого давления соединяют насос с распределителем и передают давление в гидроцилиндры. По шлангу низкого давления жидкость возвращается обратно в бачек, а из бачка - к насосу. Рис.8 - шланги гидроусилителя руля и фитинги для подсоединения.

Рабочая жидкость гидроусилителя руля обеспечивает функционирование системы - передает давление от насоса к рабочим цилиндрам, смазывает трущиеся детали  механизмов. Представляет собой индустриальное (машинное) масло с модификаторами, подобная смесь стала отдельным продуктом - жидкостью для гидроусилителей или автоматических трансмиссий.

Принцип работы системы гидравлического усилителя руля.

При работающем двигателе автомобиля, ременная передача приводит в движение вал насоса гидроусилителя. Насос создает давление в системе и с помощью шлангов высокого давления передает его на распределитель. В зависимости от положения руля: влево, прямо, вправо, блок золотников распределяет рабочую жидкость под давлением в необходимый гидроцилиндр, облегчая водителю поворот. Если движение прямолинейное, то положение золотников обеспечивает простую циркуляцию рабочей жидкости. Если система гидроусилителя вышла из строя, то рулевой вал управляет машиной, используя зубчатую передачу: шестерня - рейка (продольная тяга) или червячную (поворот рулевой сошки).

Гидравлический усилитель, совмещенный с рулевым механизмом, рис.9.

Основные компоненты, а именно, насос, бачок и соединительные шланги, аналогичны с системой гидроусилителя, совмещенного с продольной тягой. Главное отличие заключается в том, что усилие рулевого вала передается на рулевую сошку.

Рис.10 - комплект системы гидроусилителя руля, совмещенного с рулевым механизмом. Насос объединен с бачком в один общий агрегат.

Комбинированный или электрогидравлический усилитель руля. Представляет из себя гидроусилитель руля, соединенный с электронными компонентами двух типов:

• С электромагнитным клапаном, управляемым датчиком скорости. На малой скорости клапан максимально открыт, обеспечивая высокое давление в системе и высокую чувствительность руля. На высокой скорости движения автомобиля клапан прикрывается, и управление лишается ненужной ему чувствительности, делая маневрирование плавным и безопасным.
• С электронасосом, которым управляет датчик скорости. В этом случае насос приводится в движение собственным электродвигателем. Такое инженерное решение позволяет задать необходимое давление в гидросистеме в зависимости от  задач маневрирования. Например, при парковке скорость автомобиля низкая, а давление в гидроусилителе высокое, и это облегчает управление водителю. И наоборот, при высокой скорости движения машины, обороты электромотора, вращающего насос снижаются - управление становиться «тяжелее». Регулировка частоты вращения электродвигателя позволяет плавно менять чувствительность гидроусилителя руля. Кроме этого, такая схема экономит около 2% топлива, что немаловажно.

Гидроусилитель руля, основные правила эксплуатации

Для поддержания системы гидравлического усилителя руля в рабочем состоянии следует выполнять следующие шаги:

• Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации, основные рекомендации которой могут быть разными для разных автомобилей.
• Поддерживать необходимый уровень рабочей жидкости в системе. С периодичностью 1-2 года менять масло и фильтр в бачке.
• Следить за состоянием шлангов и мест их подсоединения - система должна быть герметична.
• Проверять силу натяжения ременного привода.
• Работа гидросистемы в крайних положениях руля недопустима.

Соблюдение правил эксплуатации системы гидроусилителя руля является важным фактором условия безопасного движения.

Современный автомобиль немыслим без системы гидравлического усилителя руля, которая сочетает в себе комфортную и безопасную езду по разным типам дорог и даже бездорожью.