Датчики электрического усилителя рулевого управления. Блок усилителя руля


Устройство и принцип действия Электрогидравлического усилителя руля

259 033

Электрогидравлический усилитель руля (рулевое управление EPHS - Electrically Powered Hydraulic Steering) известен с начала выпуска автомобиля Lupo FSI. Он поставляется фирмами TRW-Fahrwerksysteme и KOYO.

Сохраняя наилучшие свойства традиционных гидроусилителей руля, новый усилитель обладает рядом преимуществ.

Преимущества электрогидравлического усилителя руля:

повышенная комфортность управления автомобилем,

легкость маневрирования при низких скоростях, но

непосредственное управление при больших скоростях (фактор безопасности).

снижение расхода топлива в результате потребления энергии в соответствии с потребностью и независимо от режима работы двигателя.

Внимание, указание

 

Введение.....................................................4

Схема системы.............................................8

Устройство и принцип действия...................10

Блок-схема.................................................20

Техническое обслуживание........................21

Проверьте ваши знания ..............................24

Предметный указатель...............................26

Необходимое для работы усилителя давление рабочей жидкости создается гидронасосом.

У известных усилителей традиционной конструкции привод этого насоса осуществляется непосредственно от двигателя автомобиля.

При этом часть мощности двигателя постоянно затрачивается на привод гидронасоса.

Максимальное усиление руля требуется при маневрировании автомобиля, но при этом вал двигателя обычно вращается с минимальной частотой.

Насос рассчитывается на мощность, требуемую в этом случае. Чем быстрее производится поворот управляемых колес, тем больше должны быть частота вращения вала насоса и соответствующий ей расход рабочей жидкости. При высоких частотах вращения вала двигателя автомобиля избыточная рабочая жидкость сливается через байпас.

В новой системе усилие водителя на рулевом колесе также поддерживается за счет давления рабочей жидкости, но последнее создается шестеренным насосом, который приводится от электродвигателя, т. е. независимо от двигателя автомобиля.

Регулирование гидравлического контура аналогично ему у усилителей традиционной конструкции.

Новым является регулирование усилителя руля в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля.

Для этого в корпусе поворотного золотника дополнительно установлен датчик усилителя руля (см. рис. ниже), который передает сигнал, соответствующий скорости поворота рулевого колеса, на электронный блок управления.

Этот сигнал передается на блок управления непосредственно через кабель датчика.

Помимо этого в блоке управления усилителем обрабатывается информация о скорости автомобиля, которая поступает в него через шину данных CAN.

Блок управления усилителем руля J500

G250

Компания Volkswagen использует рулевые механизмы фирм TRW-Lenksysteme и KOYO.

259_002

259_001

Принцип действия агрегатов обеих фирм одинаковый. Они отличаются только способом определения скорости поворота рулевого колеса. Их можно определить по внешнему виду датчика усилителя руля.

Чтобы увидеть датчик усилителя руля, необходимо у установленного на подъемнике автомобиля повернуть колеса вправо (и посмотреть по направлению стрелки на рис. справа).

На рисунке в середине виден рулевой механизм фирмы TRW. Его можно узнать по плоской и широкой форме корпуса датчика (подробное описание приведено на стр. 13)

На рисунке внизу изображен рулевой механизм фирмы KOYO с датчиком цилиндрической формы (подробное описание его приведено на стр. 15).

Отдельные детали рулевых механизмов и приводов названных выше фирм не взаимозаменяемы. Различны не только электрические и электронные компоненты, но и механические детали, например, рулевые тяги и их наконечники.

Обзор системы и ее компонентов

Контрольная лампа системы Servotronic (K92)

После включения зажигания загорается контрольная лампа K92 системы Servotronic. Ее свечение сопровождает процесс внутреннего тестирования системы.

Если контрольная лампа не гаснет после запуска двигателя и окончания цикла тестирования, возможно что в памяти системы зарегистрированы неисправности.

Датчик усилителя руля G250

Этот датчик находится в корпусе поворотного золотника, входящего в состав рулевого механизма.

Он служит для измерения угла поворота рулевого колеса и определения скорости его поворота.

При выходе этого датчика из строя работоспособность рулевого механизма сохраняется.

В этом случае усилитель переходит на запрограммированный резервный режим работы. Усилия на рулевом колесе при этом возрастают.

Неисправности регистрируются в памяти блока управления усилителем J500.

На приведенном рядом рисунке изображен датчик усилителя руля фирмы TRW.

На этом рисунке изображен датчик усилителя руля фирмы KOYO.

Датчик угла поворота рулевого колеса G85

Датчик угла поворота рулевого колеса расположен на рулевой колонке между подрулевыми выключателями и рулевым колесом. Этот датчик устанавливается только на автомобили, оснащенные электронной системой курсовой стабилизации ESP. При его наличии отпадает необходимость в датчике усилителя руля G250.

Сигнал этого датчика подается через шину данных CAN на вход блока управления антиблокировочной системой (АБС) J104 и на вход блока управления усилителем рулевого механизма J500, которые получают таким образом информацию о величине угла поворота рулевого колеса.

Блок управления усилителем руля J500

Блок управления встроен в насосный агрегат. Сигналы датчика обрабатываются в нем для регулирования частоты вращения шестеренного насоса в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости автомобиля.

Требуемая производительность насоса считывается с многопараметровой характеристики, записанной в памяти блока управления усилителем рулевого механизма. Блок управления распознает неисправности, возникающие в процессе эксплуатации автомобиля, и регистрирует их в своей памяти.

В блок управления встроены устройства защиты от повторного включения и от перегрева агрегата.

Контрольная лампа системы Servotronic K92

Блок-схема системы

Преимущества электрогидравлического усилителя руля

259 007

Движение по автобану

Движение по дороге местного значения

Движение в городе

 

Традиционный гидроусилитель руля

Электрогидравлическое рулевое управление EPHS

В сравнении с традиционным усилителем руля вновь разработанный электрогидравлический усилитель имеет ряд преимуществ:

- снижение энергетических затрат до 85%,

- меньшее воздействие на среду обитания в результате сниженных энергетических затрат и меньшего количества рабочей жидкости в гидравлической системе,

- снижение расхода топлива в реальных ездовых циклах приблизительно на 0,2 л на 100 км,

- повышение активной безопасности в результате снижения усилий на рулевом колесе при маневрировании и обеспечения непосредственного управления при движении с повышенными скоростями.

При движении по автобану традиционный усилитель руля потребляет большую избыточную мощность из-за высокой частоты вращения вала двигателя, т. е. при малых скоростях поворота рулевого колеса и высокой частоте вращения вала двигателя насос усилителя подает слишком большое количество избыточной рабочей жидкости, которую приходится сбрасывать через перепускной клапан.

Наибольшее снижение энергетических затрат новый электрогидравлический усилитель обеспечивает при движении по автобану с низкими скоростями поворота рулевого колеса и согласованной со скоростью автомобиля объемной подачей насоса.

Даже при движении в городе имеет место значительное снижение энергетических затрат (см. приведенную выше диаграмму).

Насосный агрегат V119 усилителя руля состоит из шестеренного насоса и электродвигателя.

Вместо лопастного насоса у известных усилителей руля в насосном агрегате электрогидравлического усилителя используется шестеренный насос.

Этот насос приводится не от двигателя автомобиля, а от встроенного в насосный агрегат электродвигателя.

Электродвигатель работает только при включенном зажигании и работающем двигателе автомобиля.

Блок управления усилителем получает сигналы с датчиков скорости поворота рулевого колеса, скорости автомобиля и частоты вращения вала его двигателя и в зависимости от них изменяет частоту вращения электродвигателя шестеренного насоса и соответственно производительность последнего или объемный расход рабочей жидкости.

t

Общие сведения

Электрогидравлический усилитель руля работает в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости автомобиля.

Защита от повторного включения

Электрогидравлический усилитель руля оснащен устройством защиты от повторного включения насоса, выключающего его при неисправности системы, выхода его из строя или наезда автомобиля на препятствие. В последнем случае защиту от повторного включения можно привести в исходное состояние только с помощью диагностического прибора.

В других случаях блокировка снимается выключением зажигания и повторным запуском двигателя. После выключения перегретого агрегата необходимо выждать приблизительно 15 минут, чтобы он успел достаточно остыть. Если после этой паузы запуском двигателя не удается возвратить защиту в исходное состояние, следовательно повреждена бортовая сеть или неисправен насосный агрегат. В этих случаях следует провести сеанс самодиагностики и при необходимости заменить насосный агрегат.

Насосный агрегат

Насосный агрегат выполнен в виде единого блока.

Кронштейн насосного агрегата закреплен болтами на лонжероне между передним бампером и колесной нишей.

Насосный агрегат подвешен к кронштейну посредством упругих резиновых элементов.

Пробка бачка

В состав насосного агрегата входят:

- гидравлический модуль с шестеренным насосом, редукционным клапаном и электродвигателем,

- бачок для рабочей жидкости,

- блок управления усилителем руля.

Насосный агрегат не требует какого-либо обслуживания. Его детали смазываются рабочей жидкостью.

Разбирать насосный агрегат не следует: ремонту он не подлежит.

Насос связан с рулевым механизмом посредством нагнетательного шланга.

Сливной трубопровод соединен с бачком для рабочей жидкости.

Штуцер для сливного трубопровода

Бачок для рабочей жидкости

Шестеренный насос

Штуцер нагнетательного шланга

Резиновый элемент

Блок управления усилителем

Электродвигатель

Электронный блок управления усилителем J500

Этот блок входит в состав насосного агрегата.

Входящие сигналы

- Частота вращения вала двигателя автомобиля.

- Скорость автомобиля.

- Скорость поворота рулевого колеса.

Основные функции

Блок управляет приводом шестеренного насоса в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости автомобиля.

Дополнительные функции

- Защита усилителя руля от перегрева.

- Защита от повторного включения при неисправности.

Бортовая диагностика

259_010

Блок управления распознает возникающие в процессе эксплуатации неисправности и регистрирует их в ПЗУ.

Функции насоса

Зажигание

Двигатель автомобиля

Насос

Поддержка усилий на руле

включено

работает

работает

действует

выключено

не работает, автомобиль неподвижен

не работает

не действует

Режимы работы усилителя руля

Скорость автомобиля

Скорость поворота руля

Производительность насоса

Поддержка усилий на руле

малая, например, при маневрировании

большая

высокая

большая (управление легкое)

большая, например, при движении по автобану

малая

низкая

малая (повышенные усилия на руле)

Датчик усилителя руля G250

Использование сигнала

По сигналу датчика блок управления усилителем распознает повороты рулевого колеса.

 

CAN CAN 15

Чем быстрее поворачивается рулевое колесо, тем выше должна быть частота вращения насоса усилителя и больше его производительность (если не принимать во внимание скорость автомобиля).

Аварийная функция

При выходе датчика из строя усилитель переходит на работу по аварийной программе.

При этом функции усилителя сохраняются, но усилия на рулевом колесе возрастают.

Бортовая диагностика

Датчик контролируется системой бортовой диагностики.

Неисправности регистрируются в памяти блока управления усилителем руля.

Введя команду 02 «Вывести данные из регистратора неисправностей», можно определить:

- короткое замыкание на «корпус»,

- разрыв или короткое замыкание на «плюс»,

- другие неисправности.

Схема включения

G250 датчик усилителя руля

J500 блок управления усилителем руля

259_012

Функции

Датчик G250 усилителя руля расположен в верхней части редуктора рулевого механизма и охватывает его входной вал. Он служит для измерения угла поворота рулевого колеса, который используется далее для расчета скорости его поворота. Но он не позволяет определять абсолютное значение угла поворота (угол поворота рулевого колеса пропорционален углу поворота управляемых колес)!

Емкостной датчик

Между пластинами девяти малогабаритных конденсаторов вращается ротор, закрепленный на входном вале редуктора рулевого механизма. При этом емкость пластинчатых конденсаторов изменяется.

Встроенная в датчик электроника преобразует изменение емкости в сигналы угла и скорости поворота рулевого колеса, которые поступают на вход блока управления усилителем руля.

Схема датчика при виде сверху

Схема, поясняющая принцип изменения емкости конденсаторов

259_014

Датчик усилителя руля G250

Функции

Датчик G250 усилителя руля расположен в верхней части редуктора рулевого механизма у его входного вала. Он служит для измерения угла поворота рулевого колеса, который используется далее для расчета скорости его поворота. Но он не позволяет определить абсолютное значение угла поворота (угол поворота рулевого колеса пропорционален углу поворота управляемых колес)!

Обработка сигнала

По сигналу датчика блок управления усилителем распознает повороты рулевого колеса.

Чем быстрее поворачивается рулевое колесо, тем выше должна быть частота вращения насоса усилителя и больше его производительность (если не принимать во внимание скорость автомобиля).

Аварийная функция

При выходе датчика из строя усилитель переходит на работу по аварийной программе. При этом функции усилителя сохраняются, но усилия на рулевом колесе возрастают.

Бортовая диагностика

Датчик контролируется системой бортовой диагностики.

Неисправности регистрируются в памяти блока управления усилителем руля.

Введя команду 02 «Вывести данные из регистратора неисправностей», можно определить:

- короткое замыкание на «корпус»,

- разрыв или короткое замыкание на «плюс»,

- другие неисправности.

Схема включения

G250 датчик усилителя руля

J500 блок управления усилителем руля

259 029

Принцип действия датчика Холла

Датчик Холла является электронным переключателем.

Он состоит из ротора с 60 магнитами, расположенными в форме кольца, и интегральной схемы (ИС) на элементе Холла. В ИС имеется полупроводящий слой, по которому течет ток питания. Ротор вращается с зазором относительно ИС. Благодаря большому количеству расположенных в роторе магнитов угол поворота рулевого колеса удается определить с достаточной точностью.

Входной вал редуктора рулевого механизма

Ротор с 60 магнитами

Зазор

259 037

Положение одного из магнитов ротора вблизи ИС называют состоянием магнитного барьера. При этом на полупроводниковом слое внутри ИС возникает определенное напряжение. Величина этого напряжения зависит от напряженности магнитного поля между постоянными магнитами ротора.

-

Если в результате вращения ротора очередной магнит выходит из зоны магнитного барьера, его магнитное поле перестает действовать на ИС. При этом напряжение на элементе Холла снижается и ИС разрывает цепь датчика.

t (s)

Ш

Датчик угла поворота рулевого колеса G85

Функции

Датчик G85 передает через шину данных CAN сигнал, соответствующий углу поворота рулевого колеса, на входы блока управления АБС J104 и блока управления усилителем руля J500. По этому сигналу можно определить не только угол, но и направление поворота рулевого колеса.

Устройство и принцип работы датчика описаны на стр. 19 Программы самообучения 204 «Электронная система курсовой стабилизации».

Использование сигнала

Сигнал датчика используется в блоке J500 управления усилителем руля наряду с сигналами скорости автомобиля и частоты вращения вала двигателя автомобиля для регулирования частоты вращения насоса усилителя и соответствующего ей объемному расходу рабочей жидкости.

Аварийная функция

При выходе датчика из строя усилитель переходит на работу по аварийной программе.

При этом функции усилителя сохраняются, но усилия на рулевом колесе возрастают.

Бортовая диагностика

После замены блока управления или датчика необходимо заново провести калибровку для определения его нейтрального положения. Датчик контролируется системой бортовой диагностики. Неисправности регистрируются в памяти блока управления усилителем руля.

Введя команду 02 «Вывести данные из регистратора неисправностей», можно определить:

- отсутствие связи с датчиком угла поворота рулевого колеса,

- ошибку установки,

- механические неисправности,

- неисправность самого датчика,

- неопределенный вид сигнала.

Схема включения

G85 датчик угла поворота рулевого колеса J500 блок управления усилителем руля

259 034

Гидравлический узел управления усилителем

Торсион

Датчик усилителя руля (G250)

Сливной трубопровод

От шестеренного насоса

Обратный клапан

' Распределительная гильза

Поворотный золотник

Гидравлический узел управления усилителя а другой - с приводной шестерней и

содержит, как и другие известные распределительной гильзой.

гидроусилители руля, торсион, один конец которого соединен с поворотным золотником,

Движение по прямой

При движении автомобиля по прямой поворотный золотник и распределительная гильза удерживаются торсионом в нейтральном положении. Датчик усилителя руля не вырабатывает сигнал скорости поворота рулевого колеса.

Рабочая жидкость сливается в бачок, проходя через узел управления практически без повышения давления.

Управляющие пазы в золотнике и в распределительной гильзе находятся относительно друг друга в таком положении, при котором рабочая жидкость поступает в обе полости силового цилиндра и вытекает из них в бачок через сливные пазы в распределительной гильзе.

Распределительная гильза

Приток

 

К левой полости силового цилиндра

 

К правой полости силового цилиндра

К левой полости силового цилиндра

К правой полости силового цилиндра

Поршень Силовой цилиндр

Положения «Поворот вправо» и «Поворот влево» гидравлически идентичны им у известных гидроусилителей руля.

Поворот влево

В результате закрутки торсиона происходит поворот золотника относительно распределительной гильзы. В данном случае управляющие пазы золотника открывают доступ рабочей жидкости в правую полость силового цилиндра.

Рабочая жидкость, поступающая в силовой цилиндр под давлением, поддерживает действие рулевого управления.

Одновременно золотник перекрывает доступ рабочей жидкости в левую часть силового цилиндра и открывает слив из нее.

Под действием давления в правой полости силового цилиндра рабочая жидкость вытесняется из левой полости в сливной трубопровод.

После завершения процесса поворота управляемых колес торсион возвращает золотник и распределительную гильзу в нейтральное положение.

G22 датчик скорости автомобиля G250 датчик усилителя руля J220 блок управления системой Motronic J285 блок управления с дисплеем в

комбинации приборов J500 блок управления усилителем руля J519 блок управления бортовой сетью J533 диагностический интерфейс связи с

шиной данных K92 контрольная лампа система Servotronic S предохранитель

Пример: рулевой механизм фирмы TRW без электронной системы стабилизации (ESP)

259 022

Условные обозначения:

Входной сигнал Выходной сигнал «Плюс»

«Корпус»

Шина данных CAN (входной и выходной сигнал)

Блок-схема не является полноценной схемой электрооборудования.

Проверка уровня рабочей жидкости

Рулевой механизм фирмы TRW

Уровень рабочей жидкости контролируется посредством указателя, закрепленного на завинчивающейся пробке бачка.

Нижняя метка

Пробка бачка с указателем уровня

Бачок для рабочей жидкости

Уровень холодной рабочей жидкости должен соответствовать нижней метке на указателе.

Уровень горячей рабочей жидкости (при температуре двигателя выше 500C) должен находиться приблизительно посередине между нижней и верхней метками.

Верхняя метка

259 023

259 024

Рулевой механизм фирмы KOYO

Уровень рабочей жидкости в бачке усилителя фирмы KOYO контролируется также посредством указателя уровня, закрепленного на завинчивающейся пробке бачка.

При контроле уровня должны соблюдаться те же условия, что и при обслуживании усилителя фирмы TRW. Однако, указатель уровня выполнен в данном случае в виде плоского щупа.

Верхняя метка

Нижняя метка

259_025

Уровень рабочей жидкости проверяется следующим образом.

3.

4.

Отвернуть пробку.

Обтереть указатель уровня тряпочкой.

Завернуть пробку бачка от руки. Отвернуть пробку бачка и определить уровень рабочей жидкости посредством указателя.

Бортовая диагностика

Передача диагностических данных производится через шину CAN. Межсетевой преобразователь (Gateway) передает сигналы с шины CAN на провод K.

Система бортовой диагностики контролирует электрические и электронные компоненты усилителя руля. Блок управления распознает возникающие в процессе эксплуатации автомобиля неисправности и регистрирует их в своем ПЗУ, которое сохраняет данные и при отключении аккумуляторной батареи. Случайные неисправности в ПЗУ не регистрируются.

Контрольная лампа K92

При включении зажигания загорается контрольная лампа K92 системы Servotronic. Она продолжает гореть в течение процесса внутреннего тестирования системы.

Если после пуска двигателя и окончания тестирования лампа не гаснет, возможно, что была зарегистрирована неисправность системы.

За неисправностями могут скрываться серьезные дефекты электрических компонентов системы.

Бортовая диагностика

Проведения сеанса бортовой диагностики возможно только при включенном зажигании.

Сеанс бортовой диагностики можно провести с помощью тестера систем автомобиля V.A.G 1552, диагностического прибора V.A.G 1551 или диагностической, измерительной и информационной системы VAS 5051.

Запуск сеанса диагностики производится

обращением по адресу

44 - Lenkhilfe (усилитель руля).

Затем могут быть введены следующие команды:

01 - запросить данные о модификации блока управления,

02 - вывести данные из регистратора неисправностей,

05 - погасить данные в регистраторе неисправностей,

06 - завершить вывод данных,

07 - закодировать блок управления,

08 - вывести блок данных измерений.

 

  • < Назад
  • Вперёд >

portal-diagnostov.ru

Электроусилители рулевого управления | Усилители

Главным преимуществом электрического привода рулевого управления относительно гидроусилителя является отсутствие гидравлики, а значит насоса гидроцилиндра, шлангов. Это позволяет уменьшить массу усилителя рулевого управления и объем занимаемый управлением в подкапотном пространстве.

Известно, что ряд факторов приводит к уводу автомобиля от прямолинейного движения, например разное давление воздуха в шинах, разная степень износа протектора, боковой ветер, поперечный уклон дороги. Применение электромеханического усилителя позволяет активно поддерживать возврат управляемых колес в среднее положение. Эта функция называется «активной самоустановкой» колес. Благодаря ее действию водитель лучше чувствует среднее положение рулевого управления, она облегчает также вождение автомобиля по прямой при воздействии на него различных внешних сил.

Если при движении по прямой на автомобиль действует боковой ветер или поперечное усилие, вызываемое уклоном дорожного полотна, усилитель создает постоянный поддерживающий момент, который освобождает водителя от необходимости создавать реактивные усилия на рулевом колесе.

Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем на примере автомобиля Opel Corsa показано на рисунке:

Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем

Рис. Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем:1 – электроусилитель; 2 – карданный вал рулевого управления; 3 – рейка привода рулевого управления

Электроусилитель может приводить вал рулевого управления на рулевой колонке, шестерню привода рейки или непосредственно саму рейку.

Электроусилитель рулевого управления на примере автомобиля Opel Corsa

Рис. Электроусилитель рулевого управления на примере автомобиля Opel Corsa:1 – электродвигатель; 2 – червяк; 3 – червячное колесо; 4 – скользящая муфта; 5 – потенциометр; 6 – кожух; 7 – рулевой вал; 8 – разъем датчика момента на рулевом валу ; 9 — разъем питания электродвигателя

Разрез электроусилителя рулевого управления с приводом рулевого управления на рулевой колонке показан на рисунке:

Разрез электроусилителя рулевого управления

Рис. Разрез электроусилителя рулевого управления:1 – трехфазный синхронный электродвигатель; 2 – якорь; 3 – обмотка статора; 4 – датчик положения якоря; 5 – червячное колесо; 6 – рулевой вал; 7 – червяк

Электроусилитель через червячную передачу связан с валом рулевого управления. В зависимости от полярности напряжения питания электродвигатель вращается в ту или иную сторону, помогая водителю поворачивать колеса. Крутящий момент величиной силы тока, определяемой блоком управления действующим согласно заложенной в него программе и сигналам, поступающим от соответствующих датчиков.

Вал электродвигателя, при подаче на двигатель напряжения помогает поворачивать вал привода рулевого колеса через червяк и червячное колесо. Для поддержания постоянной обратной связи с дорогой входной и выходной валы электроусилителя соединены друг с другом через торсион. Приложение усилия к рулевому управлению как со стороны водителя, так и со стороны дороги приводит к закручиванию торсиона до 3-х градусов и изменению взаимной ориентации входного и выходного валов. Это служит сигналом для включения в работу электроусилителя. В зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости автомобиля электродвигатель подкручивает выходной вал, снижая усилие. Работает электродвигатель и при обратном ходе, он помогает возвращать колеса автомобиля и рулевое колесо в первоначальное положение. Торсион при поворотах всегда остается немного скрученным, гарантируя тем самым на руле то усилие, которое необходимо водителю, чтобы чувствовать дорогу.

Один из датчиков находится на торсионе, соединяющем половинки разрезанного рулевого вала, и следит за его закручивани­ем. С ростом усилия на руле сильнее за­кручивается торсион – больший ток идет на электромотор усилителя, что соответст­венно увеличивает помощь водителю.

Второй датчик следит за скоростью автомобиля. Чем она меньше, тем эффективнее помощь в повороте рулевого управления и наоборот, а после 75 км/ч усилитель вообще выключается чтобы не создавать дополнительного сопро­тивления, редуктор и электро­мотор разъединяются.

Третий датчик контролирует частоту вращения коленчатого вала двигателя и следит, чтобы усилитель работал только одновременно с ним. Это делается в целях экономии электроэнергии, потому что электроусилитель может потреблять до 105 А.

Производитель автомобилей Ауди предлагают систему реечного электроусилителя с двумя шестернями.

Схема реечного электроусилителя с двумя шестернями

Рис. Схема реечного электроусилителя с двумя шестернями:1 – датчик момента на рулевом колесе; 2 – электронный блок управления; 3 – электродвигатель усилителя; 4 – шестерня усилителя; 5 ­– рейка; 6 – датчик угла поворота рулевого колеса; 7 – торсион вала рулевого управления; 8 – шестерня рулевого механизма

Усилитель действует на рейку рулевого механизма через шестерню 3, которая установлена параллельно с основной шестерней рулевого механизма 2. Шестерня усилителя 3 приводится от электродвигателя 4. Передаваемый на шестерню 2 рулевого механизма крутящий момент измеряется датчиком момента 1. Величина развиваемого усилителем крутящего момента устанавливается электронным блоком управления 5 в зависимости от момента на рулевом колесе, скорости автомобиля, угла поворота колес, скорости поворота рулевого вала и других вводимых в него данных.

Электродвигатель и редуктор размещены в общем алюминиевом корпусе 2. На конце вала двигателя нарезан червяк 3.

Chervyachnaya peredacha privoda shesterni usilitelya

Рис. Червячная передача привода шестерни усилителя:1 – электродвигатель; 2 – корпус; 3 – червяк; 4 – вал привода; 5 – демпфер

Червячная передача служит для привода шестерни усилителя. Между червячным колесом и шестерней установлен демпфер 5, который исключает резкое нарастание усилия на рейке при включении усилителя. Положение (угол поворота) ротора электродвигателя определяется с помощью датчика поворота 6. Этот датчик расположен под возвратным и скользящим кольцами подушки безопасности. Он установлен на рулевой колонке между подрулевыми переключателями и рулевым колесом. Датчик генерирует сигнал, соответствующий углу поворота рулевого колеса.

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 1 с шестью фотоэлектрическими парами, которое служит для определения абсолютных значений угла поворота рулевого колеса, и внутреннее кольцо 2 – 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.

Схема датчика угла поворота рулевого колеса

Рис. Схема датчика угла поворота рулевого колеса:1 – внешнее кольцо абсолютных значений; 2 – внутреннее кольцо приращений; 3 – фотоэлектрическая пара.

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.

На рулевом колесе установлен датчик момента 3.

Датчик момента на рулевом колесе

Рис. Датчик момента на рулевом колесе:1 – рулевой вал; 2 – магнитное кольцо; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – вал шестерня; 5 – витой кабель; 6 – торсион

Действие этого датчика основано на магниторезистивном эффекте. На рулевом вале 1 установлено магнитное кольцо 2, которое жестко связано с верхней частью торсиона 6. Чувствительный элемент 3 датчика соединен с валом шестерни рулевого механизма 4 и связан таким образом с нижней частью торсиона. Сигнал снимается с датчика через витой кабель 5. Торсион закручивается точно в соответствии с усилиями, прилагаемыми к рулевому валу. При этом магнитное кольцо 2 перемещается относительно чувствительного элемента 3 датчика. В результате действия магниторезистивного эффекта изменяется сопротивление чувствительного элемента, величина которого определяется блоком управления.

Если системой управления обнаружен дефект датчика, она производит «мягкое» отключение усилителя. При этом усилитель не отключается полностью, а переводится на режим управления по резервному сигналу, который образуется в блоке управления из сигналов угла поворота рулевого вала и частоты вращения ротора двигателя усилителя.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Датчики электрического усилителя рулевого управления

Как правило, в современных легковых автомобилях все чаще применяют электрический усилитель рулевого управления. В интернете и специализированной литературе довольно подробно написано, для чего он нужен и как устроен. Для автолюбителя и работника автосервиса (любящего свою работу) уровень такого предоставленного материала иногда вполне достаточен.

Но для инженера или разработчика, к сожалению, он довольно скуден и поверхностен, а иногда и не совсем точен. На примере одной конструкции, весьма уважаемого производителя, попробую изложить дополнительную информацию, которую я получил при разборке данного устройства. Касается это в основном датчиков, определяющих работу данного устройства, и пример реализации их подключения. Возможно, это будет полезно, хотя бы студентам и инженерам. Для людей, профессионально занимающимся разработкой автомобилей это изложение покажется, наверное, смешным.

Итак, есть такой узел, один вал (назовем выходной) которого управляет углом поворота передних колес, а к другому противоположному валу (назовем входной вал) прикреплен руль. К рулю (рулевому колесу) прилагает усилие тело своими руками, (стандартным весом по ГОСТу 75кг, имеющее право на управление автомобилем, и совершающее обдуманные законопослушные действия) в надежде изменить угол поворота колес. При этом на каждое это колесо приходится часть веса автомобиля, и довольно таки существенное (300 — 600 кг), и при диаметре рулевого колеса, не превышающем полметра, усилие, которое надо прилагать к рулю, на неподвижном автомобиле, без дополнительного усилителя, очень чрезмерно для большинства, по мнению медиков, здоровых людей. Для облегчения усилия, требуемого прилагать к рулевому колесу, ставят электромотор, который прилагает дополнительное усилие к выходному валу. Какое дополнительное усилие, и в какую сторону надо прилагать электромотору, определят электронный блок усилителя рулевого управления, с помощью датчика усилия, которое прилагает водитель к рулевому колесу. Датчик этот расположен, как правило, в месте соединения выходного и входного вала. А соединяются эти валы между собой с помощью гибкого элемента (как правило, торсиона, параметры которого имеют заданные значения), который гибко деформируется (закручивается) в ту или иную сторону, на угол, пропорционально по степени прилагаемого усилия между рулевым колесом, и силой сопротивления передних колес автомобиля их повороту. Электромотор применяют, как правило, теперь бес коллекторный, трехфазный. Для управления вращением электромотором требуется схема, формирующая из постоянного тока бортовой сети переменное напряжение из трех фаз. Контролировать правильное вращение электромотора, помогает еще один датчик – датчик вращения и угла поворота его оси. Сигналы с этих датчиков, и поступают электронный блок усилителя рулевого управления. Внутри которого также находится схема управления электромотором. Сам это блок связан внутренней сетью управления с другими электронными блоками автомобиля.

Электронная начинка этого блока содержит довольно таки производительный микроконтроллер (примерно уровня STM32F4xx и даже выше), контроллер управления трехфазным мотором, цепи предотвращения работы и отключения электрических цепей при возникновении нештатной работы или внутренней неисправности.

Наверное, вы уже устали читать, приступим к разборке (фотографии простые, извиняюсь за качество). Я буду применять иногда свои выдуманные названия к предметам, извините и поправьте если что.

Датчик усилия (далее ДУ), представляет собой систему из:

— Кольцевого многополюсного магнита (далее КМ), напрессованного на входной вал.

— Кольцевого селектора (далее КС) магнитного поля, напрессованного на выходной вал. Он состоит и пластикового цилиндрического корпуса, с двумя магнитопроводящими кольцами, которые имеют клювообразные элементы, на стороне, обращенной к КМ. Эти клювообразные элементы соответствуют количеству и положению магнитных полюсов на КМ.

— Датчика магнитного поля (далее ДМ), закрепленного уже на неподвижном корпусе усилителя рулевого управления, и состоящего из двух магнитопроводящих полуколец, передающих магнитное поле от КС к двум датчикам холла.

Начну иллюстрации:

Так выглядят еще не разъединённые входной и выходной вал:

Вынимаем шпильку и разъединяем: (Кольцевой трансформатор=кольцевой селектор)

Дальше:

Напрессованный КС, КМ, видны пазы входного и выходного вала, ограничивающие угол закручивания торсиона, и даже если он сломается, рулевое управление будет сохранено. Задача торсиона, не передавать весь крутящий момент, а только его измерить:

Слева — корпус ДМ, справа — КС.

Датчики холла (их два, тип мне неизвестен):

А так весь механизм выложен последовательно, все снято со своих мест:

Как возможно это работает:

В собранной конструкции, пока нет деформации торсиона, Полюса КМ расположены напротив клювообразных отводов двух магнитопроводящих колец КС в определенном положении. Наводимые магнитные поля через двух кольцевой приемник ДМ подводится к своему соответствующему датчику холла. И в этом состоянии магнитные поля, приводимые к датчикам холла одинаковы. При деформации торсиона, вследствие приложения усилия к рулевому колесу, положение КМ относительно клювообразных отводов КС меняется, и на двух магнитопроводящих кольцах КС создается разность магнитного поля. Которое подводится с помощью двух колец ДМ к датчикам холла. С двух датчиков холла, с их выходов, получается дифференциальное напряжение, прямо пропорциональное деформации торсиона, и соответственно, усилию на рулевом колесе. Но иногда может потребоваться калибровка показаний датчиков, что предусмотрено. Что можно увидеть на экране осциллографа?

КМ и КС расположены без смещения относительно друг друга:

Сигналы на выходах датчиков одинаковы:

Смещение в КМ относительно КС одну сторону:

Сигнал (один увеличивается, другой на столько же уменьшается):

Смещение в другу сторону:

Сигнал:

Плавно совмещаем КМ и КС:

В идеале, сигнал на выходе датчиков должен иметь такую характеристику:

Чрезмерно деформировать торсион, сломать его, не дают соответствующие пазы входного и выходного вала, находящиеся в определенном взаимном положении. Иногда, “разводят”, или неправильно ставят диагноз некоторые «спецы», резко вращая рулевое колесо из стороны в сторону, на заглушенном автомобиле. При этом из рулевой колонки доносится отчетливый стук, который пытаются выдать за проявление неисправности. А на самом деле звук этот и издают пазы при соударении, так как компенсировать деформацию торсиона при неработающем двигателе некому (не работает двигатель – зачем тебе и электроусилитель руля). В “гаражах” иногда работают вполне грамотные и опытные люди, но чек и квитанция это дополнительный страховой полис, мало ли. Не экономьте на правильном диагнозе. То же самое происходит и в работе золотника (гидравлического распределителя) гидравлического усилителя руля.

Электромотор, три фазы, магнитный ротор имеет четыре полюса:

Выходной вал электромотора, проходит через датчик вращения:

Датчик вращения электромотора приподнят, видно эксцентрик на валу (часть вращающегося трансформатора):

Датчик вращения и положения оси электродвигателя усилителя рулевого управления, называют его еще вращающимся трансформатором (далее ВТ), или ресольвером. В том месте, где расположен этот датчик, на оси электромотора имеется эксцентрик. Который при вращении, меняет расположение магнитного поля между полюсами трансформатора. Как взаимно расположены обмотки на полюсах, смотрите на рисунке далее (не указал фазировку, простите). В данном случае, ВТ имеет три обмотки, на одну подается опорное синусоидальное напряжение, а с двух других снимается синусоидальное напряжение, пропорциональное углу поворота оси электромотора. Для примера, подаем напряжение синусоидальной формы на обмотку “возбуждения” со звуковой карты компьютера, а с двух других обмоток будем снимать показания осциллографом. Эксцентриком будет служить простой металлический винт. Думаю картинки красноречивы и комментировать каждую не имеет смысла. Но рассматривая экран осциллографа, надо проявлять немного фантазии, ибо смотрим два канала, а синхронизация только по одному. Иногда один луч кажется двоится.

С разобранным корпусом для наглядности;

Подаем сигнал:

При отсутствии эксцентрика внутри ВТ

на выходе нет сигналов:

Вставляем имитатор эксцентрика и начинаем его крутить, и смотрим сигналы:

Не стал заморачиваться с анимацией, думаю и так понятно. Имея два таких сигнала, измеряя их амплитуду и фазу, можно с достаточной точностью и надежностью определять положение оси электродвигателя. Ну и для завершения, так примерно организованы входные и выходные цепи электронного блока усилителя руля (тестер и мои личные фантазии):

Все сигналы поступают для обработки в микроконтроллер на аналоговые входы. Выход TSY — напряжение питания датчиков холла. Магнитные датчики не так склонны к запотеванию и наличию грязи, как оптические, терпимы к высоким и низким температурам.

Но и лепить где попало неодимовые магниты в машине и дома, тоже не стоит. К тому же они могут привести к вреду здоровья при неправильном использовании.

Надеюсь не утомил.

С уважением, Астанин Сергей.

Готов к вопросам и комментариям тут.

Будем продолжать в таком духе и разбирать автоматические коробки передач и вариаторы тут :)?

we.easyelectronics.ru