autoExpert





autoExpert » СТАТЬИ » Системы автомобиля » Усилитель руля по требованию. Часть 2

Усилитель руля по требованию. Часть 2


Продолжаем рассказ об электромеханических системах усилителя руля ZF Servolectric (autoExpert № 11`2013, № 1`2014). В этой статье более подробно коснемся электрической части механизмов, а также рассмотрим взаимозаменяемость трех поколений электроусилителей VW Passat. Об устройстве, особенностях и преимуществах подобных систем на семинаре украинским механикам рассказывал инженер ZF Services Дирк Фукс.

Усилитель руля по требованию. Часть 2

Достоинства электромеханического усилителя руля Servolectric
Система Servolectric обеспечивает комфортность руления, присущую качественным гидравлическим рулевым системам. Кроме того, вождение по наклонным дорожным поверхностям или при сильном боковом ветре осуществляется без необходимости постоянного приложения водителем усилий за счет компенсирующего действия системы.

Встроенный блок управления дает автопроизводителям возможность адаптировать рулевую систему Servolectric ко многим специфическим требованиям. Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет использовать усилитель для стабилизации автомобиля при резком объезде неожиданно возникшего препятствия, удержания автомобиля на полосе движения, помощи при парковке и т.д. Датчики момента на рулевом колесе, угла и скорости приращения угла поворота руля, вмонтированные в корпус рулевой колонки, могут передавать информацию на блоки управления шасси и даже на спутниковые навигационные системы.

Усилитель руля по требованию. Часть 2

Servolectric обладает функциями автовозврата руля в "ноль" и автоматического удержания колес в среднем положении, например при воздействии бокового ветра или поперечного усилия, вызываемого уклоном дорожного полотна. Блок управления усилителем по величинам момента на рулевом колесе, скорости автомобиля, частоты вращения коленчатого вала, угла и скорости поворота рулевого колеса рассчитывает усилие, необходимое для возврата к прямолинейному движению, и поддерживает его до изменения условий. Поэтому, один раз "подправив" автомобиль, водитель не должен больше "подруливать", чтобы тот продолжал прямолинейное движение.

Немаловажное отличие электро- от гидроусилителя: первый потребляет энергию только при "рулении" автомобилем, в отличие от насоса гидроусилителя, соединенного с работающим двигателем постредством поликлинового ремня и постоянно дающего дополнительную нагрузку на двигатель. Электрическое рулевое управление обеспечивает экономию до 700 грамм топлива на 100 км! Только из-за "включения по потребности".

История вопроса
Изначально перед инженерами VW стояла задача сделать новое поколение модели Пассат (вышедшее на рынок в 2006 году) на новой платформе. Новый автомобиль должен был лишиться дорогой многорычажной подвески, однако её уникальным кинематическим свойствам и управляемости должна была наследовать новая модель! Решить эту задачу на традиционной компоновке МакФерсон в сочетании с гидравлической рулевой системой, как на Пассат B5 без ущерба для комфорта и управляемости оказалось невозможно. Свойства многорычажной подвески с высоко расположенной рулевой рейкой с гидроусилителем смогла компенсировать только новая система рулевого управления, которая "электрически" выполняла сугубо "механические" свойства предшественника. Измененная в добавок геометрия передних колес в сочетании с новыми возможностями, которые несла с собой электрическая рулевая рейка, позволила добиться желаемого результата в новой модели. Простая подвеска на одном поперечном рычаге + электрическая рулевая система = управляемость как в старой модели + экономия топлива + новые возможности (Park Assist, Active Steering и т.д.).

Структурные элементы ЭМУР и принцип их взаимодействия
Структура электромеханического усилителя рулевого управления организована следующим образом. Блок управления усилителем рулевого механизма получает данные с датчика крутящего момента на рулевом колесе, датчика угла поворота руля, датчика частоты вращения коленвала (в дизельных двигателях - через блок управления непосредственным впрыском), а также датчиков вращения колес через блок управления ABS. В свою очередь, блок управления усилителем выдает информацию на блок управления ABS, диагностический интерфейс сопряжения шин данных и блок индикации на приборной панели. И, естественно, управляющие команды - на серводвигатель усилителя.Усилитель начинает действовать при повороте рулевого колеса и вместе со значениями крутящего момента на рулевом колесе считываются показания датчиков угла и скорости поворота руля. Блок управления усилителем рассчитывает необходимый крутящий момент двигателя усилителя с учетом скорости автомобиля и частоты вращения коленчатого вала, при этом учитываются сохраняемые в памяти прибора характеристики. Электродвигатель усилителя через червячную передачу и приводную шестерню действует на рейку рулевого механизма одновременно с шестерней, приводимой от рулевого колеса. Рейка перемещается под действием суммы усилий от двигателя усилителя и рулевого колеса.

! Важно. Сигнал, несущий информацию о скорости автомобиля, поступает с блока управления системой ABS. При отсутствии сигнала скорости запускается резервная программа. Действие усилителя сохраняется при этом в полной мере, но развиваемые им усилия не зависят от скорости автомобиля,
т. е. функция Servotronic отсутствует. Водитель может узнать об отсутствии этого сигнала по желтому свечению контрольной лампы.


Усилитель руля по требованию. Часть 2

Три поколения взаимозаменяемых реек на VW
Концерн ZF разработал электромеханический усилитель руля (ЭМУР) специально для VW Passat. Однако в серию он был запущен на модели Touran. За 11 лет на моделях Touran, Golf, Passat и других родственных автомобилях концерна VW (Audi, Skoda, Seat), выпускалось три различные генерации рулевых реек Servolectric. Начиная с 2009 г. и по сегодняшний день автомобили комплектуются рейкой исключительно III поколения, а предыдущие модификации больше не выпускаются.

Системы Servolectric для всего семейства автомобилей VAG обладают обратной совместимостью, т.е. III поколение может быть установлено взамен снятым с производства. Хотя новые механизмы согласованы с измененными электронными системами, но обладают определенными отличиями от предыдущих серии.

Для того чтобы установить III поколение Servolectric вместо I и II поколения, для начала необходимо определить, какой именно ЭМУР установлен в первичной комплектации автомобиля. Это можно сделать по VIN-номеру кузова или по десятизначному номеру ZF, указанному в табличке на рулевом механизме. Определить соответветствие транспортного средства и номеров изделий можно в online-каталоге WebCat, программах InCat и Tecdoc. Для того чтобы установить III поколение ЭМУР вместо I или II, необходимо установить соответствующий комплект кабелей. Также в последней модификации рулевого механизма не используется четвертая точка крепления, и, возможно, потребуется переоснащение кронштейна навесных агрегатов.

Датчик угла поворота рулевого колеса
Датчик угла поворота рулевого колеса расположен под кольцами подушки безопасности. Он установлен на рулевой колонке между подрулевыми переключателями и рулевым колесом. Сигнал датчика передается через шину CAN в блок управления электронными приборами. 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.

Усилитель руля по требованию. Часть 2

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 производится с помощью оптоэлектронной пары источник-приемник. Рассмотрим для простоты работу кольца для определения изменений угла поворота. С одной стороны кольца с прорезями находится источник света, а с другой стороны - приемник. Сравнивая эти сигналы система может определить, насколько повернуты кольца. При этом исходной точкой для отсчета является показание абсолютной части датчика. Когда свет через прорезь попадает на приемник, на его выходе формируется электрический сигнал. Когда источник света перекрывается, электрический сигнал пропадает. Когда кольцо поворачивается, на выходе фотоприемника формируется последовательность электрических импульсов. То же самое происходит на выходе фотоприемника при повороте кольца для абсолютных измерений. Эти последовательности электрических импульсов обрабатываются в блоке управления рулевого механизма. Сравнивая эти сигналы система может определить, насколько повернуты кольца. При этом исходной точкой для отсчета является показание абсолютной части датчика.

! Рекомендация
При выходе датчика из строя запускается аварийная программа. Отсутствующий сигнал от датчика заменяется постоянной резервной величиной. Усилитель рулевого управления остается в рабочем состоянии, но, ориентируясь только по показаниям датчика момента на рулевом колесе, блок управления ЭМУР уже не может реализовать такие функции: активная обратная реакция, программные установки конечных положений, корректировка прямолинейного движения. О наличии неисправности сигнализирует свечение контрольной лампы электромеханического усилителя рулевого управления.

При замене датчика угла поворота может возникнуть проблема в связи с утратой нулевого положения рейки. Поэтому, прежде чем поменять датчик, необходимо помнить, что в ЭМУР нулевое положение устанавливается при программировании настроек в системе, так как не равно количество оборотов в разную сторону. Поэтому осевое смещение в системе электроусилителя не рекомендуется менять, а при изменении необходимо вернуться к исходным значениям. Так как датчик угла поворота соединен также с блоками управления ESP и ABS, то необходимо сделать установку базовых величин для рейки. Для этого нужно предварительно выровнять руль. После перепрограммирования регулировка развала-схождение не требуется, но необходимо вращением достигнуть крайнего правого положения руля.

Датчик момента усилия на рулевом колесе
Момент усилия, приложенного водителем к рулевому колесу, является основой для расчета поддерживающего усилия со стороны усилителя рулевого управления. Величина момента усилия на рулевом колесе измеряется непосредственно на вале-шестерне рулевой колонки с помощью датчика момента. При этом производится измерение угла поворота входного вала рулевой колонки относительно вала-шестерни, и измеренная величина преобразуется в аналоговый электрический сигнал.

В датчике момента поворота входной вал рулевой колонки и вал-шестерня соединены между собой торсионным стержнем. 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. Два статора, каждый с восемью зубцами, соединены с валом-шестерней и вращаются вместе с ним.

В исходном положении зубцы статоров располагаются точно между соответствующими полюсами находящихся по кругу магнитов. Датчики Холла закреплены на корпусе и при вращении рулевого колеса остаются неподвижными. 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.

Датчик является бесконтактным, и его работа основана на магниторезистивном эффекте. Величина и направление магнитного потока между статором 1 и статором 2 находится в прямой зависимости от момента усилия на рулевом колесе и измеряется с помощью двух линейных датчиков Холла (схема с резервной цепью). В зависимости от усилия, приложенного к рулевому колесу, и от соответствующего угла закручивания торсионного стержня сигнал датчика Холла изменяется от нуля до максимального значения.

При неисправности датчика крутящего момента единственно верное решение - замена рулевого механизма в сборе. Неисправность датчика влечет за собой отключение усилителя рулевого механизма, но не мгновенное, а плавное, для чего блок управления вырабатывает резервный сигнал, образуемый из сигналов угла поворота рулевого колеса и угла поворота ротора электродвигателя усилителя. О наличии неисправности сигнализирует свечение красным цветом контрольной лампы электромеханического усилителя рулевого управления.

Усилитель руля по требованию. Часть 2

Электродвигатель усилителя руля
Электродвигатель усилителя рулевого управления установлен в корпусе рулевого механизма, и его вал расположен параллельно рулевой рейке. Поддерживающее усилие для рулевого механизма передается от электродвигателя на зубчатую планку посредством червячной передачи. Максимальный крутящий момент электродвигателя, направленный на поддержку рулевого усилия, составляет 4,5 Нм. Двигатель электромеханического усилителя рулевого управления является 3-х фазным асинхронным электродвигателем.

По сравнению с синхронным двигателем (в котором ротор вращается синхронно с магнитным полем статора), асинхронный обладает рядом преимуществ: он легче, более долговечен, потому что не имеет щеток, а в качестве ротора в нем используется постоянный магнит. Этот электромотор не требует настроек, экономичен и обладает быстрой реакцией отклика. Асинхронный двигатель обладает высоким электрическим КПД, поскольку отсутствует необходимость расходовать энергию на ток возбуждения, как у синхронного двигателя. Благодаря этому снижается потребление электроэнергии по сравнению с другими системами рулевого усилителя.

При выходе из строя электродвигателя усилитель рулевого управления не работает, однако и не заклинивает, поскольку даже при коротком замыкании асинхронный двигатель будет свободно проворачиваться.

Датчик частоты вращения ротора является составной частью электродвигателя усилителя. Доступ к датчику возможен только после разборки электродвигателя. Действие датчика частоты вращения ротора также основано на магниторезистивном принципе. Конструктивно он аналогичен датчику крутящего момента на рулевом колесе. Измерение частоты вращения двигателя усилителя V187 позволяет управлять им с высокой точностью.
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.

Работа электроусилителя при буксировке неисправного автомобиля на СТО
При условии включенного зажигания и скорости выше 7 км/ч усилитель рулевого управления будет работать. Система рулевого управления распознает и соответствующим образом реагирует на слишком низкое напряжение. Если напряжение батареи падает до 9 В, то поддерживающее усилие снижается, и контрольная лампа электромеханического усилителя рулевого управления загорается желтым светом. Если напряжение батареи опускается ниже 9 В, усилитель рулевого управления отключается и контрольная лампа загорается красным светом. При кратковременном падении напряжения ниже 9 В контрольная лампа загорается желтым светом.

Блок управления электроусилителя
Блок управления с помощью винтов и клея закреплен на механизме рулевого привода. Контакты блока управления припаяны к контактам электродвигателя, и это соединение является неразъемным. Корпус рулевого механизма является хорошим теплоотводом для блока управления, поэтому даже при сильном тепловыделении в блоке управления заметного повышения температуры не происходит, и поддержка со стороны усилителя рулевого управления не снижается.

На основе входных сигналов, таких как: сигнал датчика угла поворота рулевого колеса, сигнал датчика числа оборотов двигателя, сигнал датчика момента поворота рулевого колеса и число оборотов электродвигателя, а также сигнал скорости автомобиля - блок управления принимает решение о необходимом уровне поддержки со стороны усилителя рулевого управления. Далее рассчитывается необходимая для привода электродвигателя величина и направление тока в статоре.

Для контроля температуры рулевого механизма в блоке управления имеется датчик температуры. Если температура поднимается выше 100°C, поддержка со стороны усилителя рулевого управления постепенно снижается. Если эффективность поддержки падает ниже 60%, контрольная лампа электромеханического усилителя рулевого управления начинает светиться желтым светом.

Вместо эпилога
Уровень технической подкованности украинского сервиса очень отстает от прогресса в технологиях мирового автомобилестроения. И развитие систем рулевого управления - лишнее тому подтверждение. Усвоив несложную калькуляцию, сервисмены могут уяснить для себя определенную стратегию: обслуживание современных автомобилей и оказание специализированного сервиса может и должно являться ядром бизнеса. Ведь одно обслуживание рулевых систем равносильно многим заменам масла или тормозных колодок. К тому же эти работы специфичны, поэтому клиентура будет увеличиваться, в том числе и благодаря рекомендациям водителей.

Усилитель руля по требованию. Часть 2

Передовые технологии используются на автомобилях, которые потенциально могут приносить хорошие деньги на автосервис. Но для этого недостаточно прочесть несколько журнальных публикаций. Опыт необходимо перенимать у непосредственных разработчиков и носителей, каким в современных рулевых системах является компания ZF Services.

За системами ЭМУР будущее, хотя пока еще в ассортименте ZF существует широкий диапазон решений из набора гидравлических и даже электро-гидравлических вариантов усилителей руля (давление масла для последних обеспечивается масляным насосом с электрическим приводом).

В Европе уже давно помимо специализированных центров по обслуживанию рулевых систем существуют центры по восстановлению этих агрегатов. Такой центр ZF открыл в России. Вопрос заключается в том - достаточно ли сервису оставаться в том состоянии, в котором он находится, или он будет подтягивать свою планку сам, параллельно развивая весь уровень сервиса в стране?

Это своеобразный призыв к представителям сервиса заниматься самообучением и повышать свой уровень. И звучит это совсем не на правах рекламы - на сегодняшний день на территории Украины попросту нет аналогов обучению в данной сфере и нет официальных сервисных центров по ремонту рулевого управления. И в рамках партнерских программ ZF в Украине уже есть целая сеть специализированных центров по установке амортизаторов для легковых и грузовых автомобилей, а также центров по обслуживанию трансмиссий для грузовых автомобилей и спецтехники. Это стало возможно только благодаря энтузиазму и стремлению заинтересованных предпринимателей, их желанию развиваться.

Подготовил Максим Белановский
Источник: журнал autoExpert №4-5`2014. При перепечатке ссылка на источник обязательна.

www.zf.com/ua


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 1)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Январь 2018 (4)
Декабрь 2017 (26)
Ноябрь 2017 (28)
Октябрь 2017 (26)
Сентябрь 2017 (26)
Август 2017 (44)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42