◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
ИНТЕРАКТИВНЫЙ АТЛАС

Усилитель руля

Помогает водителю поворачивать

Усилитель руля: устройство и принцип работы

Как поворот руля становится поворотом колёс

  • Шестерня и рейка. Шестерня радиусом 8,84 мм за оборот сдвигает рейку на 55,5 мм. От упора до упора — 2,7 оборота руля и 150 мм хода рейки.
  • Вал с карданами. Колонка и шестерня не на одной оси, между ними вал с двумя карданами. При равных углах и вилках в одной плоскости шестерня вращается так же ровно, как руль.
  • Усилитель. Торсион закручивается на 1–3°, датчик меряет это и мотор или масло добавляют момент. На парковке нужно около 60 Н·м, водитель даёт 5.
  • Тяги и Аккерман. Тяги толкают рычаги кулаков. Рычаги наклонены внутрь, поэтому внутреннее колесо поворачивается на 37°, наружное на 29°, и машина не скребёт шинами.
Детали в модели «Рулевое управление»
  • Датчик момента (торсион). Торсион между верхним и нижним валом закручивается на 1–3° под усилием рук. Датчик измеряет этот угол, и блок решает, сколько помогать. Дальше примерно 5° закрутку ограничивает упор: если усилитель отказал, момент рук идёт через упор напрямую.
  • Электроусилитель (мотор и червяк). Мотор через червяк 16,5:1 доворачивает вал колонки — до 58 Н·м на парковке. На скорости блок снижает помощь, руль тяжелеет.
  • Гидроусилитель (распределитель и цилиндр). Поворотный золотник на валу шестерни направляет масло под давлением до 100 бар в левую или правую полость цилиндра; поршень на рейке толкает её.
  • Насос ГУР и бачок. Лопастной насос с приводом ремнём от двигателя даёт 6–8 л/мин. Клапан ограничивает давление на 90–100 бар.
Показ по шагам
  1. Руль прямо. Колёса стоят прямо, рейка в середине хода. Четыре узла: колонка, вал с карданами, механизм и тяги.
  2. Шестерня двигает рейку. Поворот руля вращает шестерню, её зубья толкают рейку. Один оборот руля — 55,5 мм хода рейки.
  3. Два кардана. Вал идёт к шестерне под углом. Два одинаковых шарнира с вилками в одной плоскости гасят неравномерность друг друга.
  4. Электроусилитель. Торсион закручивается под рукой, датчик это видит, мотор через червяк доворачивает вал. На парковке он делает 90% работы.
  5. Принцип Аккермана. Рычаги кулаков наклонены внутрь: внутреннее колесо поворачивается сильнее и оба катятся вокруг одного центра.
  6. Гидроусилитель. Золотник направляет масло под давлением в полость цилиндра, поршень на рейке толкает её в сторону поворота.
Что ломается и как это проявляется
  • Отказ ЭУР. Признаки: руль внезапно тяжёлый, особенно на парковке. На щитке горит лампа неисправности рулевого управления. Что проверить: предохранитель и массу ЭУР, напряжение сети (при 11 В и ниже помощь снижается), ошибки блока. Затем разъёмы мотора и датчика момента.
  • Сбит датчик момента. Признаки: машину тянет в одну сторону, руль вправо крутится легче, чем влево. Отпущенный руль сам уходит из нуля. Что проверить: ошибки и показания датчика момента сканером, калибровку нуля. Сначала исключить схождение и шины: тянуть может и они.
  • Мало масла в ГУР. Признаки: насос воет при повороте руля, особенно на месте и в мороз. Руль тяжелеет рывками, в бачке пена. Что проверить: уровень в бачке по меткам MIN/MAX, подтёки на шлангах, сальниках рейки и насоса. Найти течь, долить нужное масло и прокачать систему.
Упрощения модели
  • Ось шкворня в модели вертикальная, без продольного и поперечного наклона; поэтому руль не возвращается сам, а углы колёс считаются только по геометрии тяг.
  • Нагрузка на рейку посчитана упрощённо: сопротивление шин на месте плюс стабилизирующий момент от скорости. Реальные числа зависят от массы, шин и развала.
  • Без усилителя механизмы обычно делают медленнее (3,5–4 оборота), здесь передаточное число то же, поэтому момент получается очень большим.
  • Закрутка торсиона и смещение меток датчика момента показаны увеличенными, люфты в неисправностях тоже.
  • Торсион закручивается не больше чем на 5°, дальше момент передаёт упор. Упругость самого упора и вала не учтена.

Связанные узлы и детали

Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.

Обучение: как устроен автомобиль — курс с заданиями в 3D