Электромеханический усилитель руля – история
В 1981 году компания ZF разработала электромеханическую систему рулевого управления с усилителем, но из-за пространственных, технических и стоимостных требований она еще не была готова к серийному производству и прошло относительно много времени, прежде чем она появилась на дорогах. Наконец, 24 года спустя, ThyssenKrupp Presta SteerTec представила передовую электромеханическую систему рулевого управления с усилителем, положившую начало настоящему буму в этой отрасли.
Требования к системе помощи EPS ( электронный усилитель рулевого управления ) :
- Требуемый крутящий момент при парковке должен быть низким.
- Плавное и равномерное увеличение крутящего момента без раздражающих скачков.
- Определенное прямое положение вождения.
- Быстрая реакция рулевого управления.
- Быстрая дополнительная поддержка.
- Минимальное энергопотребление.
Противоположностью этим требованиям является твердое положение прямолинейного движения и низкий крутящий момент рулевого управления при парковке. Эту проблему можно решить, сделав вспомогательную силу зависимой от скорости движения, что, однако, существенно увеличивает стоимость гидросистемы.
Производимый в настоящее время электромеханический усилитель рулевого управления обычно увеличивает усилие в пятнадцать раз. Самым большим преимуществом является то, что EPS позволяет экономить топливо на 0,4 л/100 км по сравнению с электрогидравлической системой.
Электромеханический усилитель руля работает также с системой ESP и тормозной системой. Водитель передает запрос на поворот только через положение рулевого колеса. Например, если вы тормозите на дороге с переменным коэффициентом сцепления и автомобиль отклоняет в сторону, система ESP распознает это и выдает команды автоматической коррекции. Например, нет необходимости уменьшать тормозное давление на то или иное колесо, что привело бы к увеличению тормозного пути. Системная интеграция становится все более важной.
На крутящий момент и угол поворота можно в некоторой степени влиять независимо.
Преимущества
Нет необходимости использовать кабели, масляный бак и насос – значительная экономия при производстве автомобилей благодаря простоте установки.
Поскольку масло в качестве рабочего тела стало ненужным, электрическая система стала более экологичной. Это также приносит много эксплуатационных преимуществ, поскольку нет необходимости приобретать, а затем собирать и транспортировать отработанное масло.
Однако самым большим преимуществом является экономия топлива, поскольку мощность используется только при рулевом управлении.
Повышенная безопасность и комфорт работы.
Более простая и эффективная диагностика, чем при гидроусилителе рулевого управления.
Хорошо работает с различными системами помощи водителю.
Повышенная активная безопасность благодаря EPS
В опасных дорожных ситуациях, которые распознает электроника системы ESP, можно предупредить водителя, например, вибрацией рулевого колеса.
EPS также позволяет использовать вспомогательные системы. Например, интеллектуальная стабилизация ESP при боковом ветре. При обычном рулевом управлении передача данных между ESP и системой гидроусилителя рулевого управления отсутствует.
Возможность исправить ошибки вождения. Например, если машина непреднамеренно выезжает за пределы полосы движения, руль вибрирует, а если водитель не реагирует, система вмешивается сама.
Типы:
- EPS c – (колонка): электродвигатель на рулевой колонке
- EPS p – (шестерня): электродвигатель на пониженной передаче
- EPS dp – (двойная шестерня): две маленькие шестерни
- EPS apa – (параллельная ось): электродвигатель параллельно колонне
Электродвигатели для EPS должны отвечать очень строгим требованиям, ведь этот узел является «сердцем» системы гидроусилителя руля.
Основные ожидания:
хорошая производительность,
минимально возможные размеры и занимаемая площадь,
высокий и быстро достигаемый крутящий момент.
Следует отметить, что агрегаты, которые устанавливаются на рулевые колеса с гидроусилителем, не являются обычными электродвигателями серийного производства, а специально созданы для определенной цели.
Управляющая электроника обычно устанавливается непосредственно на рулевой колонке. Чаще всего используются синхронные двигатели с постоянными магнитами, но двигатели постоянного тока также используются в небольших автомобилях.
Напряжение 12В ограничивает возможности. Сеть кратковременно может быть нагружена током до 80 А. Это соответствует мощности 1 кВт. В синхронных двигателях используется электронная коммутация, управляемая датчиком угла ротора.
Реечный механизм требует большого усилия, а значит и большого тока потребления (120 А). Используемая высокая частота в сочетании с непосредственной близостью электроники к двигателю создает большую проблему с точки зрения электромагнитной совместимости электроники. Обмотка электродвигателя должна быть защищена от короткого замыкания.
Электроника ЭПС
Говоря об установке, стоит уделить несколько слов электронике. Как упоминалось выше, система обычно монтируется непосредственно на электродвигатель рулевого управления с электроусилителем.
Ингредиенты:
- Микропроцессорное управление, защищающее от сбоев и постоянно контролирующее систему.
- Соединение между датчиками и электроникой.
- Выходной каскад мощности, управляющий электродвигателем.
- Связь между отдельными компонентами осуществляется через последовательную шину данных.
Категоризация:
- Выбор на практике во многом зависит от размеров и ценовой категории автомобиля. На основе изложенного подхода можно провести следующую классификацию:
- Компактный (для сегмента C)
- Эта категория автомобилей имеет относительно низкую потребляемую мощность. На рулевой колонке могут разместиться электромеханический усилитель руля, его датчики, электродвигатель с приводом от шкива и электроника.
- Средняя категория (сегмент D)
- Этим автомобилям требуется больше мощности для управления реечным механизмом. Усилитель руля используется для передач, соединенных с реечным механизмом. Механическая часть также должна быть прочнее, чем в предыдущей категории.
- Высшая категория (из сегмента E)
- Чем больше масса автомобиля и больше его скорость, тем больше нагрузка на передние колеса и, следовательно, тем больше требуется рулевое усилие. Электродвигатель передает мощность непосредственно на рулевой механизм через шариковинтовую передачу.