Гидравлическая vs электрическая рулевая рейка: различия и преимущества

Содержание:

• Что такое рулевая рейка и для чего она нужна
• Гидравлическая рулевая рейка
• Электрическая рулевая рейка
• Сравнение гидравлической и электрической рулевой рейки
• Преимущества и недостатки каждого типа
• Критерии выбора рулевой рейки
• Ответы на частые вопросы (FAQ)
• Заключение

В современных автомобилях используются два типа рулевых реек — с гидравлическим и электрическим усилением. В первом случае используется гидроцилиндр с насосом, во втором — электромотор с датчиками и ЭБУ. Оба механизма выполняют одну задачу, но по-разному. 

В этой статье разберем, чем отличается гидравлическая (ГУР) рейка от электрической (EPS), рассмотрим преимущества и недостатки каждого варианта.

Что такое рулевая рейка и для чего она нужна

Рулевая рейка используется в автомобиле для поворота колес вправо и влево в ответ на вращение руля водителем. Основной элемент этого механизма — зубчатая вытянутая деталь, которая превращает вращательное движение колонки в поступательное.

Частью этого узла является система усиления, которая может быть гидравлической или электрической. 

Общее описание устройства и принципа работы  

В традиционном варианте рулевое управление машины состоит из рейки, которая соединяется с валом руля с помощью зубчатой шестерни. Когда водитель вращает руль вправо или влево, шестерня двигает рейку в одну или другую сторону. Это движение передается колесам через рулевые втулки и поворотные кулаки.

Алгоритм работы, следующий:

1. Водитель машины поворачивает колесо, соединенное с валом. 
2. Шестерня вращается внутри рейки и сдвигает рейку в нужный бок благодаря зубчикам.
3. Один край рейки тянет, а другой — толкает тяги. В результате колесо смещается в нужную сторону.

В действительности схема работы сложнее, особенно если конструкцией предусмотрено гидроусиление. Кроме того, в инновационных автомобилях, например, Tesla Cyber Truck, для смещения колес используются электромоторы, то есть рейки как таковой там нет. 

Роль в системе управления автомобилем

В поворотном механизме рулевая рейка играет главную роль. От ее технического состояния зависит несколько моментов:

• Насколько хорошо автомобиль слушается руля и дает обратную связь водителю. Благодаря ей можно «чувствовать дорогу».
• Насколько безопасно управлять транспортным средством. Люфт и другие дефекты могут привести к аварии во время движения. 
• Насколько комфортно ехать на автомобиле. ГУР или ЭУР уменьшают усилие при вращении руля, а поломка этих систем намного усложняет парковку и маневрирование на месте. 

Гидравлическая рулевая рейка

Гидравлической называют рейку, которая оборудована механизмом гидроусиления. Для уменьшения усилия при повороте руля здесь используется гидравлическая энергия. Внутри установлен гидроцилиндр с двумя рабочими камерами, в которые поступает масло под давлением от насоса. 

Принцип работы  

Алгоритм работы рулевого управления с ГУР, следующий:

1. Водитель поворачивает роль и сообщает механическое движение зубчатой рейке. 
2. Одновременно с этим работает гидронасос, который поддерживает высокое давление масла в системе. Он может отбирать мощность от ДВС (классический ГУР) или иметь собственный электромотор, который вращает вал (ЭГУР).
3. Частью механизма является распределительный клапан, который направляет поток масла в правый или левый полуцилиндр, в зависимости от направления поворота. 
4. Во время поворота жидкость под давлением попадает в рабочую камеру и сдвигает поршень в нужном направлении. Он через шток передает это движение на колесо. 
5. После «отработки» жидкость поступает в расширительный бачок и готова к повторному циклу.

Таким образом, водитель практически не прикладывает усилий для поворота колес в сравнении с механической системой. 

Ключевые компоненты

Традиционный механизм гидроусиления состоит из таких компонентов:

• Насос ГУР — создает нужное давление масла для работы цилиндра;
• Рейка — в ней установлен цилиндр с двумя камерами и поршнем;
• Трубки — используются для подачи масла в гидроцилиндр и обратки;
• Расширительный бачок — нужен для хранения запаса рабочей жидкости и компенсации увеличения ее объема при нагреве;
• Распределительный клапан — направляет поток масла в нужный полуцилиндр в зависимости от направления поворота руля.

ГУР может отличаться в зависимости от типа насоса. Его вал вращает либо двигатель с отбором мощности с помощью ремня и шкивов, либо отдельный электромотор. 

Особенности эксплуатации и обслуживания

Рулевая рейка с ГУР — это проверенный временем механизм, который обеспечивает хорошую обратную связь водителю. Однако во время работы он отбирает часть мощности двигателя, даже если водитель не поворачивает. Система требует более тщательного обслуживания и состоит из большого количества деталей, которые могут выходить из строя. 

Система гидроусиления нуждается в обслуживании:

• Проверка уровня жидкости и замена масла с определенной периодичностью;
• Контроль герметичности шлангов и уплотнителей для предотвращения течей;
• Диагностика технического состояния — обнаружение шумов и следов утечек.

Если есть хоть малейшее подозрение в поломке или утечке масла, необходимо заехать на СТО, провести диагностику и устранить дефект. 

Электрическая рулевая рейка

Рулевая рейка с электрическим усилением — это более новая разработка, в которой для увеличения усилия используется электромотор. Она называется ЭУР или EPS от термина Electric Power Steering. В этом случае в системе отсутствует масло, что делает ее эксплуатацию более удобной. 

Частью механизма поворота являются датчики, которые считывают внешние показатели, а также электронный блок управления, который регулирует работу электромотора. 

Принцип работы ЭУР

Рулевая рейка с ЭУР работает под управлением ЭБУ, который принимает и анализирует сигналы от датчиковы, после чего включает электромотор в нужном режиме. 

Схема работы, следующая:

1. Водитель вращает руль, а датчики определяют направление и угол поворота.
2. Сигналы обрабатываются в ЭБУ, который определяет, куда нужно повернуть колеса и сколько усилия добавить. 
3. ЭБУ отправляет сигнал электромотору, который вращается и перемещает рейку в нужном направлении и с нужным усилием. 

Одна из особенностей этого механизма — адаптивность. Создаваемое усилие изменяется в зависимости от скорости. Чем быстрее едешь, тем меньше усиление. Это необходимо для сохранения стабильной езды. 

Кроме того, в ЭУР легко интегрировать автоматические системы управления — парковка, автопилот.

Основные элементы ЭУР

Стандартная рулевая рейка с ЭУР состоит из таких частей:

• Электромотор для перемещения рейки с редуктором для создания нужного усилия;
• Датчики крутящего момента и скорости для определения текущего состояния автомобиля;
• Электронный блок управления для анализа сигналов и выбора режимов электромотора;
• Программное обеспечение в ЭБУ.

Особенности эксплуатации и обслуживания

ЭУР работает независимо от ДВС и не отбирает у него мощность. Само оборудование более компактное, не используется масло. Доступно интеллектуальное управление для интеграции с системами помощи водителю. 

Однако электроусилитель более чувствительный к внешним воздействиям, а в случае поломки потребует больше денег на ремонт или замену. 

Обслуживать ЭУР можно только на специализированном СТО, где состояние оборудования тестируют с помощью компьютера. Важно защищать компоненты от влаги и грязи, а также своевременно обновлять прошивку блока управления. 

Сравнение гидравлической и электрической рулевой рейки

Гидравлическая и электрическая рулевые рейки имеют свои плюсы и минусы. Для выбора подходящего варианта управления рассмотрим все особенности в виде таблицы. 

Преимущества и недостатки каждого типа

Разберем подробнее, какие сильные и слабые стороны есть у рассматриваемых механизмов. 

Гидравлическая: плюсы и минусы

Главные преимущества рулевой рейки с механическим усилением:

• Надежный механизм, рассчитанный на интенсивную эксплуатацию. Его часто устанавливают на внедорожниках и гоночных автомобилях;
• Так как в системе поддерживается постоянное давление, рулевое управление становится более отзывчивым и мгновенно реагирует на действия водителя; 
• При управлении лучше чувствуется дорога, что особенно важно при езде по сложному покрытию и с большой скоростью;
• Эту систему легче ремонтировать, заменяя отдельные компоненты без установки новой рейки;
• ГУР работает без управления электроникой, поэтому нарушение работы бортового компьютера не повлияет на безопасность езды. 

При выборе автомобиля с ГУР нужно учитывать минусы этой системы:

• Насос постоянно отбирает мощность у двигателя, что немного снижает динамические характеристики автомобиля и повышает расход топлива;
• Приходится постоянно следить за герметичностью системы и устранять утечки масла, а также менять рабочую жидкость по мере износа;
• Из-за большого количества деталей увеличивается риск поломки какого-то компонента;
• В холодное время года рулевое управление будет работать хуже, пока масло не разогреется;
• Система гидроусиления не может адаптироваться под скорость движения машины.

Несмотря на некоторые недостатки, ГУР пока остается более популярной системой, и она установлена на большей части автомобилей — и новых, и прошлых лет выпуска. 

Электрическая: плюсы и минусы

У электрической системы также есть много преимуществ:

• Она не создает нагрузки на двигатель и генератор (батарею), так как мотор включается только при поворотах руля;
• ЭУР может адаптироваться под внешние условия. Например, создавать большее усилие при паровке, меньшее — при езде на большой скорости;
• Электромотор в рейке легко интегрировать с ADAC, чтобы обеспечить автоматическую парковку, контроль полосы или другую помощь водителю во время управления машиной;
• В системе отсутствует масло, поэтому не нужно следить за ее герметичностью и менять рабочую жидкость.

Недостатки у ЭУР также присутствуют. Наиболее существенные такие:

• В случае поломки придется менять дефектный компонент, что обходится очень дорого;
• Чувствительные электронные устройства могут ломаться из-за перегрева, попадания влаги или пыли;
• В случае сбоев в бортовой электрической сети усиление может перестать работать;
• Отремонтировать рулевую рейку с ЭУР в домашних условиях не получится из-за отсутствия нужных инструментов и программного обеспечения. 

Критерии выбора рулевой рейки

Выбирать тип усиления руля нужно при покупке автомобиля. ГУР и ЭУР устанавливают на этапе сборки транспортного средства на заводе. Впоследствии поменять тип усиления можно только в исключительных случаях и только путем серьезной модификации машины. На практике к этому прибегают редко. 

Во время выбора машины нужно учесть два момента:

• ГУР больше подойдет для больших автомобилей, которые эксплуатируются в тяжелых условиях;
• ЭУР идеален для легковых машин, которые используются для езды по городу и трассе. 

На практике водители часто останавливаются на конкретной модели авто и берут ее независимо от типа усилителя руля. 

Ответы на частые вопросы (FAQ)

Заключение

Гидравлические и электрические рейки имеют разные принципы работы, но выполняют одну задачу — помогают поворачивать колеса, чтобы водитель прилагал меньше усилий при вращении руля. 

Владельцу машины обязательно нужно знать, какой тип усиления установлен в его авто, чтобы понимать порядок обслуживания машины и проверки состояния рулевого механизма.