27Авг

Общее устройство и работа рулевого управления: Рулевое управление.

Содержание

Общее устройство и работа рулевого управления

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 10Следующая ⇒

При повороте происходит изменение положения поперечной тяги относительно передней оси, вследствие чего внутреннее к центру поворота колесо поворачивается на угол α, больший, чем угол β поворота наружного колеса.

В двухосных и трехосных автомобилях, имеющих сближенные оси задней тележки, управление осуществляется, как правило, поворотом передних колес (рис. 2, а, в).

Для улучшения маневренности и проходимости по пересеченной местности со сложной геометрией иногда в трехосных автомобилях управляемыми выполняют колеса передней и задней осей (рис. 2, б). В этом случае промежуточную ось размещают посередине базы автомобиля.
В большинстве четырехосных автомобилей с колесной формулой 8×8 с учетом конкретного назначения управляемыми делают колеса двух передних осей (рис. 2, г).

Расположение рулевого колеса может быть справа или слева в зависимости от принятой в той или иной стране системы дорожного движения.

Наиболее распространенное в мире — правостороннее движение, при котором руль располагается в кабине водителя (кузове легкового автомобиля) слева. Правое расположение руля, в соответствии с принятым левосторонним движением по дорогам, применяется в Японии и Великобритании.
При этом рулевое колесо, установленное с левой или правой стороны автомобиля, обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода, а также усилителя рулевого управления (рис. 3).
Рулевой механизм служит для увеличения вращающего момента, прикладываемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.
Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к управляемым колесам, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы.
Усилитель (если он применяется) служит для снижения усилия на рулевом колесе, уменьшения обратной связи от колес к рулевому колесу, и, в конечном итоге, для повышения безопасности движения и удобства управления автомобилем.

Применение рулевого управления без усилителя или с усилителем зависит от типа и назначения автомобиля. Рулевые управления без усилителя обычно устанавливаются на легковых автомобилях особо малого и малого классов, а также грузовых автомобилях малой грузоподъемности. На остальных автомобилях и автобусах обычно используют усилители рулевого управления.

Рулевой механизм автомобиля включает в себя рулевое колесо 1, рулевую колонку 2 и исполнительный рулевой механизм 3. Рулевой привод представляет собой кинематическую систему, состоящую из рулевых тяг и рычагов: сошки 11, продольной тяги 10, поворотных рычагов 7, 9 и поперечной тяги 8.

При повороте рулевого колеса вращение передается посредством рулевой колонки редуктору рулевого механизма 3. Последующее перемещение сошки

11 через продольную тягу и поворотный рычаг поворачивают левую цапфу (для автомобилей с левым расположением руля) с поворотным кулаком 6, а вместе с ней и левое колесо и далее через поворотные рычаги 7 и поперечную тягу 8 правую цапфу вместе с правым колесом.

В зависимости от принятых компоновочных и технических решений при конструировании автомобилей разных типов, общее устройство и составные элементы рулевого механизма и рулевого привода могут отличаться. Конструкция рулевого управления во многом зависит от типа подвески управляемых колес автомобиля.

 




рулевого механизма; привода рулевого механизма; усилителя рулевого управления; — Студопедия

Выводы по вопросу.

Назначение, расположение, общее устройство и работа рулевого управления: рулевого механизма; привода рулевого механизма; усилителя рулевого управления; привода управляемых колёс

Рассмотрим рулевое управление автомобиля КАМАЗ 4310. Рулевое управление (рис. 2), включает в себя рулевой механизм, привод рулевого механизма, усилитель рулевого управления и привод управляемых колёс.

Рис. 2. Рулевое управление КамАЗ – 4310 (СЛАЙД № 7)

1, 2, 10 – поворотные рычаги; 3 – продольная рулевая тяга; 4- сошка; 5 – рулевой механизм; 6 – угловой редуктор; 7 – распределитель рулевого усилителя; 8 – карданный вал; 9- масляный радиатор; 11 – труба рулевой колонки; 12 – рулевое колесо; 13 – поперечная рулевая тяга; 14 – масляный насос рулевого усилителя.

.

Рулевая колонка.(СЛАЙД № 8)

В состав рулевой колонки входит рулевое колесо 5 (рис. 3), вал рулевой колонки 7, установленный на подшипниках 8, 11 в трубе 4 , карданный вал 2 и угловой редуктор 1.

Рис. 3. Рулевая колонка (СЛАЙД № 9)

1 – угловой редуктор; 2 – карданный вал; 3 – крон-штейн; 4 – труба колонки; 5 – рулевое колесо; 6 – гайка; 7 – вал рулевой колонки; 8, 11 – шариковый радиально-упорный подшипник; 9 – разжимное кольцо; 10 – кольцо упорное; 12 – кольцо уплотнительное; 13 – обойма; 14 – стопорная шайба; 15 – гайка; 16 – стяжной болт; 17 – стопорная шайба; 18 – гайка; 19 – рулевой механизм; 20 – сошка

Основание рулевой колонки представляет собой трубу 4, которая в верхней части крепится с помощью кронштейна 3, к силовым элементам кабины, в нижней части – через фланец к полу кабины. В трубе 4, на двух шариковых подшипниках 8 и 11, установлен вал рулевой колонки 7. Шариковые подшипники 8 и 11 смазываются смазкой, заложенной при сборке. В нижней части вала установлена уплотнительное кольцо 12 с обоймой 13 и регулировочная гайка 15, с помощью которой производится регулировка осевого зазора в подшипниках. Самоотворачивание регулировочной гайки предотвращается стопорной шайбой 14, ушко которой загибается в паз гайки. В верхней части вала на шлицах установлено рулевое колесо 5.

Карданный вал (рис. 4) соединяет вал рулевой колонки с угловым коническим редуктором Карданный вал двухшарнирный, с шарнирами неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках и шлицевым соединением.

Рис. 4. Карданный вал рулевой колонки (СЛАЙД № 10)

1, 10 – вилка; 2 – уплотнительное кольцо; 3 – обойма уплотнительного кольца; 4 – упорное кольцо; 5 – крестовина; 6 – игольчатый подшипник; 7 – шлицевой стержень; 8 – уплотнительное кольцо; 9 – обойма; 11 – вилка со шлицевой втулкой; 12 – вилка со шлицевым стержнем;13 – стяжной болт; 14 – гайка

Каждый шарнир состоит из двух вилок 1 и 12, соединенных крестовиной 5, на шипах которой установлены игольчатые подшипники 6. Подшипники закреплены от осевого перемещения в вилках упорными кольцами 4. В каждый игольчатый подшипник при сборке заложено 1-1,2 г смазки № 158. Пополнять смазочный материал в процессе эксплуатации не требуется. Для удержания смазочного материала в подшипнике и предохранения его от попадания пыли и влаги установлено уплотнительное кольцо 2 с обоймой 3.


Карданный вал имеет скользящее шлицевое соединение, обеспечивающее возможность изменения расстояния между шарнирами при перемещениях кабины. Перед сборкой в шлицевую втулку закладывается 28-32 г смазочного материала, а на шлицы наносится тонкий слой смазки. Для удержания смазочного материала и предохранения соединения от попадания пыли и влаги установлено уплотнительное кольцо 8 с обоймой 9.

Верхняя вилка карданного вала с помощью шлиц и стяжного болта крепится к валу рулевой колонки (рис. 3), нижняя – к валу ведущей конической шестерни углового редуктора. При сборке карданного вала необходимо следить за тем, чтобы оси отверстий под подшипники наружных вилок находились в одной плоскости. Устанавливают карданный вал вилкой со шлицевой втулкой вверх.

Угловой редуктор обеспечиваетпередачу вращения от карданного вала на винт рулевого механизма, рад. 290.

Редуктор включает в себя две конические шестерни 4 и 14 (рис. 5), смонтированные в корпусе 13.

Рис. 5. Угловой редуктор (СЛАЙД № 11)

1 – ведущее зубчатое колесо; 2 – манжета; 3 – крышка корпуса; 4 – корпус ведущего зубчатого колеса; 5, 7, 10 – шариковые подшипники; 6 – регулировочные прокладки; 8, 15, 19, 21 – уплотнительные кольца; 9, 18 – упорные кольца; 11 – ведомое зубчатое колесо; 12 – упорная крышка; 13 – корпус; 14 – распорная втулка; 16 – гайка крепления подшипников; 17 – шайба; 20 – защитная крышка


Угловой редуктор устанавливается на картере рулевого механизма (рис. 6) и крепится к нему шпильками. Передаточное число углового редуктора равно 1. Конические зубчатые колеса выполнены со спиральными зубьями. Ведущая коническая шестерня, выполненная вместе с валом, установлена в двух шариковых подшипниках 5, которые фиксируются на валу гайкой 16. Вал ведущей конической шестерни уплотняется манжетой 2, которая закрыта крышкой 20, плотно посаженной на вал. Ведомая коническая шестерня 11 также установлена в шариковых подшипниках 7 и 10. Оптимальное взаимное положение зубчатых колес достигается регулировочными прокладками 6.

Смазывание деталей углового редуктора производится маслом, поступающим из рулевого усилителя.

Ведомая коническая шестерня имеет внутренние шлицы, через которые усилие передается на винт рулевого механизма.

рулевого механизма; привода рулевого механизма; усилителя рулевого управления; привода управляемых колёс

 

Рассмотрим рулевое управление автомобиля КАМАЗ 4310. Рулевое управление (рис. 2), включает в себя рулевой механизм, привод рулевого механизма, усилитель рулевого управления и привод управляемых колёс.

 

 

Рис. 2. Рулевое управление КамАЗ – 4310 (СЛАЙД № 7)

1, 2, 10 – поворотные рычаги; 3 – продольная рулевая тяга; 4- сошка; 5 – рулевой механизм; 6 – угловой редуктор; 7 – распределитель рулевого усилителя; 8 – карданный вал; 9- масляный радиатор; 11 – труба рулевой колонки; 12 – рулевое колесо; 13 – поперечная рулевая тяга; 14 – масляный насос рулевого усилителя.

 

.

 

Рулевая колонка.(СЛАЙД № 8)

В состав рулевой колонки входит рулевое колесо 5 (рис. 3), вал рулевой колонки 7, установленный на подшипниках 8, 11 в трубе 4 , карданный вал 2 и угловой редуктор 1.

 

 

Рис. 3. Рулевая колонка (СЛАЙД № 9)

1 – угловой редуктор; 2 – карданный вал; 3 – крон-штейн; 4 – труба колонки; 5 – рулевое колесо; 6 – гайка; 7 – вал рулевой колонки; 8, 11 – шариковый радиально-упорный подшипник; 9 – разжимное кольцо; 10 – кольцо упорное; 12 – кольцо уплотнительное; 13 – обойма; 14 – стопорная шайба; 15 – гайка; 16 – стяжной болт; 17 – стопорная шайба; 18 – гайка; 19 – рулевой механизм; 20 – сошка

 

Основание рулевой колонки представляет собой трубу 4, которая в верхней части крепится с помощью кронштейна 3, к силовым элементам кабины, в нижней части – через фланец к полу кабины. В трубе 4, на двух шариковых подшипниках 8 и 11, установлен вал рулевой колонки 7. Шариковые подшипники 8 и 11 смазываются смазкой, заложенной при сборке. В нижней части вала установлена уплотнительное кольцо 12 с обоймой 13 и регулировочная гайка 15, с помощью которой производится регулировка осевого зазора в подшипниках. Самоотворачивание регулировочной гайки предотвращается стопорной шайбой 14, ушко которой загибается в паз гайки. В верхней части вала на шлицах установлено рулевое колесо 5.


Карданный вал (рис. 4) соединяет вал рулевой колонки с угловым коническим редуктором Карданный вал двухшарнирный, с шарнирами неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках и шлицевым соединением.

 

Рис. 4. Карданный вал рулевой колонки (СЛАЙД № 10)

1, 10 – вилка; 2 – уплотнительное кольцо; 3 – обойма уплотнительного кольца; 4 – упорное кольцо; 5 – крестовина; 6 – игольчатый подшипник; 7 – шлицевой стержень; 8 – уплотнительное кольцо; 9 – обойма; 11 – вилка со шлицевой втулкой; 12 – вилка со шлицевым стержнем;13 – стяжной болт; 14 – гайка

 

Каждый шарнир состоит из двух вилок 1 и 12, соединенных крестовиной 5, на шипах которой установлены игольчатые подшипники 6. Подшипники закреплены от осевого перемещения в вилках упорными кольцами 4. В каждый игольчатый подшипник при сборке заложено 1-1,2 г смазки № 158. Пополнять смазочный материал в процессе эксплуатации не требуется. Для удержания смазочного материала в подшипнике и предохранения его от попадания пыли и влаги установлено уплотнительное кольцо 2 с обоймой 3.

Карданный вал имеет скользящее шлицевое соединение, обеспечивающее возможность изменения расстояния между шарнирами при перемещениях кабины. Перед сборкой в шлицевую втулку закладывается 28-32 г смазочного материала, а на шлицы наносится тонкий слой смазки. Для удержания смазочного материала и предохранения соединения от попадания пыли и влаги установлено уплотнительное кольцо 8 с обоймой 9.

Верхняя вилка карданного вала с помощью шлиц и стяжного болта крепится к валу рулевой колонки (рис. 3), нижняя – к валу ведущей конической шестерни углового редуктора. При сборке карданного вала необходимо следить за тем, чтобы оси отверстий под подшипники наружных вилок находились в одной плоскости. Устанавливают карданный вал вилкой со шлицевой втулкой вверх.

Угловой редуктор обеспечиваетпередачу вращения от карданного вала на винт рулевого механизма, рад. 290.

Редуктор включает в себя две конические шестерни 4 и 14 (рис. 5), смонтированные в корпусе 13.

 

 

Рис. 5. Угловой редуктор (СЛАЙД № 11)

1 – ведущее зубчатое колесо; 2 – манжета; 3 – крышка корпуса; 4 – корпус ведущего зубчатого колеса; 5, 7, 10 – шариковые подшипники; 6 – регулировочные прокладки; 8, 15, 19, 21 – уплотнительные кольца; 9, 18 – упорные кольца; 11 – ведомое зубчатое колесо; 12 – упорная крышка; 13 – корпус; 14 – распорная втулка; 16 – гайка крепления подшипников; 17 – шайба; 20 – защитная крышка

 

Угловой редуктор устанавливается на картере рулевого механизма (рис. 6) и крепится к нему шпильками. Передаточное число углового редуктора равно 1. Конические зубчатые колеса выполнены со спиральными зубьями. Ведущая коническая шестерня, выполненная вместе с валом, установлена в двух шариковых подшипниках 5, которые фиксируются на валу гайкой 16. Вал ведущей конической шестерни уплотняется манжетой 2, которая закрыта крышкой 20, плотно посаженной на вал. Ведомая коническая шестерня 11 также установлена в шариковых подшипниках 7 и 10. Оптимальное взаимное положение зубчатых колес достигается регулировочными прокладками 6.

Смазывание деталей углового редуктора производится маслом, поступающим из рулевого усилителя.

Ведомая коническая шестерня имеет внутренние шлицы, через которые усилие передается на винт рулевого механизма.

 

Рулевой механизм.

Рулевой механизм КамАЗ-4310 имеет шарико-винтовую рулевую передачу, крепится к переднему кронштейну левой рессоры болтами. Передаточное число рулевого механизма 21,7.

Картер 14 (рис. 6) рулевого механизма выполненный из высокопрочного чугуна, имеет цилиндрическую полость, в которой перемещается поршень-рейка, и является одновременно рабочим цилиндром рулевого гидроусилителя. Полость картера закрыта тремя крышками: передней 4, задней 13, и боковой 30. Между крышками и картером установлены резиновые кольца. В нижней части картера ввернута сливная магнитная пробка 16.

В картере расположена рулевая передача, состоящая из винта 17, шариковой гайки 18, установленной в расточке поршня-рейки 15 и зубчатого сектора 10, выполненного заодно с валом сошки. Ведущим элементом рулевого механизма является винт, который через шлицы, нарезанные в средней его части, связан с ведомой шестерней конического редуктора. Шариковая гайка 18 связана с винтом 17 через шарики, которые при его повороте перекатываются по винтовым канавкам, выполненным с большой точностью в гайке и на рабочей поверхности винта, что уменьшает потери на трение в сопряжении винт-гайка.

В паз гайки установлен штампованный желоб, состоящий из двух половин полукруглого сечения, который соединяет концы винтовой канавки гайки, образуя замкнутый винтовой канал, по которому циркулирует тридцать один шарик, из них восемь находятся в обводном канале, образованном половинками желоба.

Гайка после сборки с винтом и шариками устанавливается в поршень-рейку 15 и фиксируется двумя установочными винтами 9, которые фиксируются в затянутом положением кернением.

Поршень-рейка 15 представляет собой фасонную деталь, выполняющую одновременно функцию поршня в силовом цилиндре рулевого усилителя и функцию рейки в рулевом механизме. Для этого ее наружная поверхность имеет точно обработанные цилиндрические пояски с уплотнительными кольцами, обеспечивающие герметичность сопряжения поршень-цилиндр при высоком давлении рабочей жидкости.

 

Рис. 6. Рулевой механизм (СЛАЙД № 12)

1 – передняя крышка; 2 – распределитель рулевого усилителя; 3, 29 – упорные кольца; 4 – плавающая втулка; 5, 7 – уплотнительные кольца; 6, 8 – распорные кольца; 9 – установочный винт; 10 – вал сошки; 11 – перепускной клапан; 12 – защитный колпачок; 13 – задняя крышка; 14 – картер рулевого механизма; 15 – поршень-рейка; 16 – магнитная пробка; 17 – винт; 18 – шариковая гайка; 19 – желоб; 20 – шарик; 21 – рулевая передача; 22 – упорный роликовый подшипник; 23 – пружинная шайба; 24 – гайка; 25 – упорная шайба; 26 – регулировочная шайба; 27 – регулировочный винт; 28 – контргайка регулировочного винта; 30 – боковая крышка

 

В поршне-рейке выполнено ступенчатое отверстие, где размещается шариковая гайка и винт рулевого механизма. Между цилиндрическими поясками нарезаны зубья рейки, которые взаимодействуют с зубьями сектора 10 вала сошки.

Толщина зубьев сектора вала сошки и поршня-рейки переменная по длине, что позволяет изменять зазор в зацеплении посредством осевого перемещения зубчатого сектора с помощью регулировочного винта 28, ввернутого в боковую крышку 30.

Вал сошки установлен в картере на подшипниках скольжения, которые смазываются маслом, применяемым в рулевом усилителе. Выход вала уплотняется самоподжимной манжетой, и специальной эластичной накладкой, установленной между сошкой и картером рулевого механизма, препятствующей попаданию пыли и грязи в рабочую зону манжеты .

 

Привод управляемых колес.

В состав привода управляемых колес входят: сошка 4 (рис. 2), продольная рулевая тяга 3, три поворотных рычага 1, 2, 10 и поперечная рулевая тяга 13. (СЛАЙД № 13)

Сошка 2 кованая, устанавливается на шлицах вала и фиксируется гайкой. Самоотворачивание гайки предотвращается стопорной шайбой, ушко которой связано с сошкой, а ее край отгибается на грань гайки. Правильная установка сошки на валу обеспечивается сдвоенным шлицем. В нижнее конусное отверстие устанавливается шаровой палец продольной рулевой тяги.

Продольная рулевая тяга цельнокованая, на концах имеет шаровые шарниры, каждый из которых состоит из корпуса, выполненного вместе с тягой 1 (рис.7), в отверстие которого запрессован верхний вкладыш 4 и установлен шаровой палец 5 с нижним вкладышем 6 и пружиной 7.

 

 

Рис. 7. Продольная рулевая тяга (СЛАЙД № 14)

1 – тяга; 2 –защитный чехол; 3 – пресс-масленка; 4 – верхний вкладыш; 5 – шаровой палец; 6 – нижний вкладыш; 7 – пружина; 8 – стопорная шайба; 9 – резьбовая пробка

 

В собранном состоянии нижний вкладыш 6 поджимается к шаровому пальцу 5 пружиной 7, что обеспечивает беззазорную работу шарового шарнира. Закрывается шаровой шарнир с одной стороны резьбовой пробкой, зафиксированной с помощью стопорной шайбы, а с другой стороны эластичным защитным чехлом. Полость шарового шарнира заполняется консистентной смазкой Литол-24 через пресс-масленку 3.

Задний шарнир продольной рулевой тяги связан с поворотным рычагом 1 (рис. 8), установленном на корпусе левого поворотного кулака. Рычаг выполнен вместе с крышкой подшипника верхнего шкворня поворотного кулака и крепится с помощью шпилек и гаек к корпусу поворотного кулака.

Два других поворотных рычага 4 и 6 отлиты заодно с корпусами поворотных кулаков и соединены между собой с помощью поперечной тяги 5.

 

Рис. 8. Рулевая трапеция (СЛАЙД № 15)

1 – верхний поворотный рычаг; 2 – продольная рулевая тяга; 3 – балка моста; 4 – правый поворотный рычаг; 5 – поперечная рулевая тяга; 6 – левый поворотный рычаг

 

Поперечная рулевая тяга трубчатая, изогнутая, с двумя резьбовыми наконечниками 14 (рис. 10). Каждый наконечник имеет шаровой шарнир, состоящий из корпуса с установленными в нем шаровым пальцем 6 и двумя вкладышами 5,7, которые поджимаются к нему пружиной 8. Снизу шарнир закрыт крышкой 10, которая через уплотнительную прокладку 9 крепится тремя болтами 12 к корпусу шарнира. Сверху шарнир герметизируется эластичным защитным чехлом 1.

Полость шаровых шарниров наконечников поперечной рулевой тяги заполняется консистентной смазкой Литол-24 через пресс-масленку 2. Корпус шарнира имеет внутреннюю резьбу, для крепления к тяге. Кроме того, для повышения надежности резьбового соединения, в корпусе выполнен продольный разрез, позволяющий после монтажа наконечника на тягу с помощью двух стяжных болтов 13 стянуть разрезную часть наконечника, обеспечив прочное соединение наконечника с тягой.

Изменением положения наконечников на тяге регулируется схождение управляемых колес, которое должно составлять 1-2 мм (рис. 9).

 

Рис. 9. Поперечная рулевая тяга (СЛАЙД № 16)

1 – защитный чехол; 2 – пресс-масленка;; 3,11 – пружинная шайба; 4 – гайка; 5 – верхний вкладыш; 6 – шаровой палец; 7 – нижний вкладыш; 8 – пружина; 9 – уплотнительная прокладка; 10 – крышка; 12 – болт крепления крышки; 13 – стяжной болт; 14 – наконечник; 15 – поперечная тяга

 

Общее устройство рулевого управления

Для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению предназначено рулевое управление, которое состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Чтобы автомобиль двигался на повороте без бокового, скольжения колес, все колеса должны совершать качение по дугам, описанным из одного центра, лежащего на продолжении задней оси автомобиля. При этом внешнее переднее колесо описывает дугу большего радиуса, а внутреннее — меньшего радиуса.

Это достигается поворотом колес на разные углы: внутреннее колесо поворачивается на больший угол, внешнее — на меньший, что обеспечивается рулевой трапецией.

Сторонами трапеции являются балка переднего моста, боковые рычаги и поперечная рулевая тяга. Ввиду того, что длина поперечной тяги несколько меньше, чем расстояние между шкворнями поворотных цапф, колеса могут поворачиваться на разные углы, что необходимо для поворота колес без пробуксовки при движении автомобиля.

С увеличением грузоподъемности автомобиля или пассажировместимости автобуса возрастают усилия, необходимые для поворота направляющих колес. Поэтому на автобусах ЛиАЗ-677, ПАЗ-672, Икарус-260 имеются гидроусилители рулевых приводов, которые облегчают управление автобусом, поглощают удары, передаваемые на рулевое колесо, и повышают безопасность движения, т. е. позволяют легче сохранить первоначальное направление движения при проколе шин переднего колеса. Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей: рулевого механизма и привода.

Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого колеса на рулевой привод и уменьшения усилия при повороте автомобиля.

Рулевой механизм состоит из рулевого колеса, рулевого вала, рулевой колонки, внутри которой проходит рулевой вал, рулевой передачи червяка и ролика, помещенных в картере.

Распространено несколько типов рулевых передач: червячные с роликом (ЛАЗ-695Н, ПАЗ-672), червячные с сектором (ЛиАЗ-677, ЛАЗ-698), винт с гайкой-рейкой (МАЗ-500, ЗИЛ-130, Икарус-260).

Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам.

Рулевой привод состоит из рулевой сошки, продольной рулевой тяги, верхнего рычага левой поворотной цапфы, правого и левого нижних рычагов поворотных цапф и поперечной рулевой тяги.

На автобусах ЛиАЗ, ПАЗ, Икарус, кроме перечисленных деталей в рулевой привод включен гидроусилитель.

Рулевое управление — презентация онлайн

1. Рулевое управление

Преподаватель Янченко М.М.
Рулевое управление предназначено для
обеспечения движения автомобиля в
заданном водителем направлении и наряду
с тормозной системой является важнейшей
системой управления автомобилем. На
большинстве легковых автомобилей
изменение направления движения
осуществляется за счет поворота передних
колес (кинематический способ поворота).
Изменить направление движения можно и
за счет подтормаживания отдельных колес.
Силовой способ поворота положен в основу
работы системы курсовой устойчивости.

3. Рулевое управление современного автомобиля имеет следующее устройство:

рулевое колесо с рулевой колонкой;
рулевой механизм;
рулевой привод.

4. Схема рулевого управления

Рулевое колесо воспринимает от водителя
усилия, необходимые для изменения
направления движения, и передает их
через рулевую колонку рулевому
механизму. Рулевое колесо выполняет
также и информационную функцию. По
величине усилий, характеру вибраций
происходит передача водителю
информации о характере движения.
Диаметр рулевого колеса легковых
автомобилей находится в пределе 380 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550
мм. Рулевое колесо спортивных
автомобилей имеет меньший диаметр.
Рулевая колонка обеспечивает соединение
рулевого колеса с рулевым механизмом.
Рулевая колонка представлена рулевым валом,
имеющим несколько шарнирных соединений. В
конструкции рулевой колонки предусмотрена
возможность складывания при сильном
фронтальном ударе, что позволяет снизить
тяжесть травмирования водителя. На
современных автомобилях предусмотрено
механическое или электрическое
регулирование положения рулевой колонки.
Регулировка может производиться по
вертикали, по длине или в обоих
направлениях. В целях защиты от угона
осуществляется механическая или
электрическая блокировка рулевой колонки.
Рулевой механизм предназначен для
увеличения, приложенного к рулевому
колесу усилия, и передачи его рулевому
приводу. В качестве рулевого механизма
используются различные типы редукторов,
которые характеризуются определенным
передаточным числом. Наибольшее
распространение на легковых автомобилях
получил реечный рулевой механизм.
Реечный рулевой механизм включает
шестерню, установленную на валу рулевого
колеса и связанную с зубчатой рейкой. При
вращении рулевого колеса рейка
перемещается в одну или другую сторону и
через рулевые тяги поворачивает колеса. В
ряде конструкций рулевого механизма
применяется рейка с переменным шагом зубьев
(в средней части зубья нарезаны с меньшим
шагом). Это обеспечивает легкое
маневрирование автомобиля при парковке.
Реечный рулевой механизм располагается, как
правило, в подрамнике подвески автомобиля.
Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda,
Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают
на некоторых легковых автомобилях рулевые
механизмы с четырьмя управляемыми
колесами. Данное техническое решение
обеспечивает лучшую управляемость и
устойчивость при движении автомобиля на
высокой скорости (при этом передние и задние
колеса повернуты в одну сторону), а также
высокую маневренность при движении с
небольшой скоростью (передние и задние
колеса повернуты в разные стороны).
Необходимо отметить, что эффект
«подруливания» задних колес при
движении автомобиля на высокой скорости
достигается и пассивными средствами. При
повороте автомобиля резинометаллические
упругие элементы задней подвески
деформируются за счет крена кузова и
воздействия боковых сил, тем самым
обеспечивают незначительные углы
поворота колес.
Рулевой привод предназначен для
передачи усилия, необходимого для
поворота, от рулевого механизма к
колесам. Он обеспечивает оптимальное
соотношение углов поворота управляемых
колес, а также препятствует их повороту
при работе подвески. Конструкция
рулевого привода зависит от типа
применяемой подвески.
Наибольшее распространение получил
механический рулевой привод, состоящий
из рулевых тяг и рулевых шарниров.
Рулевой шарнир выполняется шаровым.
Шаровой шарнир состоит из корпуса,
вкладышей, шарового пальца и защитного
чехла. Для удобства эксплуатации шаровой
шарнир выполнен в виде съемного
наконечника рулевой тяги. По своей сути
рулевая тяга с шаровой опорой выступает
дополнительным рычагом подвески.
Рулевое управление характеризуется
множеством кинематических параметров,
основными из которых являются четыре угла
(схождения, развала, поперечного и
продольного наклона оси поворота колеса) и
два плеча (обкатки и стабилизации). В общем
виде конструкция рулевого управления
представляет собой компромисс
кинематических параметров, т.к. вынуждена
объединять противоречащие друг другу
устойчивость движения и легкость управления.
Для уменьшения усилий, необходимых для
поворота рулевого колеса, в рулевом приводе
применяется усилитель рулевого управления.
Применение усилителя обеспечивает точность
и быстродействие рулевого управления,
снижает общую физическую нагрузку на
водителя, а также позволяет устанавливать
рулевые механизмы с меньшим передаточным
числом. В зависимости от типа привода
различают следующие виды усилителей
рулевого управления: гидравлический,
электрический и пневматический.
Большинство современных автомобилей
имеют гидравлический усилитель рулевого
управления (другое название – гидроусилитель руля).
Разновидностью гидроусилителя является
электрогидравлический усилитель рулевого управления,
в котором гидронасос имеет привод от
электродвигателя. В последние годы на автомобилях
все шире применяется электрический усилитель
рулевого управления (другое название –
электроусилитель руля). Крутящий момент от
электродвигателя может передаваться непосредственно
на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку.
Электроника позволяет использовать электроусилитель
руля для автоматического управления автомобилем,
например в системе автоматической парковки, системе
помощи движению по полосе.
Усилитель рулевого управления, в котором
поворотное усилие изменяется в
зависимости от скорости автомобиля,
называется адаптивным усилителем
рулевого управления. Известной
конструкцией адаптивного усилителя
рулевого управления является
электрогидравлический
усилитель Servotronic.
Инновационными являются система активного
рулевого управленияот BMW, система
динамического рулевого управления от Audi, в
которых передаточное число рулевого
механизма изменяется в зависимости от
скорости движения автомобиля. Компания BMW
добавила в рулевой вал сдвоенный
планетарный редуктор, корпус которого может
поворачиваться с помощью электродвигателя и
в зависимости от скорости движения
автомобиля менять передаточное отношение
рулевого механизма.
Перспективной является конструкция рулевого
управления, в которой отсутствует
механическая связь рулевого колеса и ведущих
колес, т.н. рулевое управление по проводам.
Система обеспечивает независимое
воздействие на каждое колесо с помощью
электропривода. Серийное применение
рулевого управления по проводам сдерживает
скорее психологический фактор, связанный с
высоким риском аварии в случае отказа
системы.

19. Система активного рулевого управления

(Active Front Steering, AFS)
предназначена для:
изменения передаточного отношения
рулевого механизма в зависимости от
скорости движения;
корректирования угла поворота передних
колес при прохождении поворотов и
торможении на скользком покрытии.
Система AFS является совместной
разработкой фирм Bosch и ZF. В настоящее
время система устанавливается на
большинство моделей автомобилей BMW в
качестве опции и является фирменным
атрибутом данной марки. Конкурентными
преимуществами данной системы являются
повышение комфорта и безопасности при
эксплуатации автомобиля.
Система активного рулевого управления в
своей работевзаимодействует с другими
системами, в т.ч. с гидроусилителем руля
Servotronic, системой динамической
стабилизации DSC.

22. Система AFS имеет следующее общее устройство:

планетарный редуктор;
система управления.

23. Схема системы активного рулевого управления

Планетарный редуктор служит для
изменения скорости вращения рулевого
вала. Он устанавливается на рулевом валу.
Планетарный редуктор включает солнечную
шестерню, блок сателлитов и коронную
(эпициклическую) шестерню. На входе
рулевой вал соединен с солнечной
шестерней, на выходе – с блоком
сателлитов.
Эпициклическая шестерня имеет возможность
вращения. При неподвижной шестерне
передаточное число планетарного редуктора
равно единице и рулевой вал передает
вращение напрямую. Вращение
эпициклической шестерни в одну или другую
сторону позволяет увеличить или уменьшить
передаточное число планетарной передачи,
чем достигается изменение передаточного
отношения рулевого механизма. Вращение
шестерни обеспечивает электродвигатель,
соединенный с ее внешней стороной
посредством червячной передачи.
Для реализации функций системы
активного рулевого управления
создана система управления. Электронная
система управления включает следующие
элементы:
входные датчики;
электронный блок управления;
исполнительные устройства.
Входные датчики предназначены для
измерения параметров работы системы и
преобразования их в электрические сигналы.
Система AFS в своей работе использует
следующие датчики:
датчик положения электродвигателя;
датчик суммарного угла поворота;
датчик угла поворота рулевого колеса;
датчики системы динамической стабилизации
(скорости вращения автомобиля вокруг
вертикальной оси и вертикального ускорения).
Датчик суммарного угла поворота рулевого
механизма может не устанавливаться, в
этом случае угол рассчитывается
виртуально на основании сигналов других
датчиков.
Электронный блок управления принимает
сигналы от датчиков, обрабатывает их и в
соответствии с заложенным алгоритмом
формирует управляющие воздействия на
исполнительные устройства. Электронный блок
управления имеет соединение и осуществляет
взаимодействие с блоками управления других
систем автомобиля:
системы Servotronic;
системы динамической стабилизации DSC;
системы управления двигателем;
системы доступа в автомобиль.
Исполнительными механизмами системы
AFS являются:
электродвигатель;
сигнальная лампа на панели приборов.
Электродвигатель обеспечивает вращение
эпициклической шестерни планетарного
редуктора. Электродвигатель
оборудованаварийным электромагнитным
фиксатором, блокирующим червячную
передачу. В исходном положении передача
заблокирована. При подаче тока на
электродвигатель, срабатывает электромагнит,
и фиксатор, преодолевая усилие пружины,
освобождает ротор электродвигателя. При
возникновении неисправности в системе AFS,
прекращается подача тока на
электродвигатель, фиксатор блокирует
червячную передачу.
Возникновение неисправностей в системе
сопровождается срабатыванием сигнальной
лампы на панели приборов. При этом на
информационном дисплее появляется
сообщение системы самодиагностики.
Система AFS активируется при запуске
двигателя. Работа системы заключается в
изменении передаточного отношения
рулевого механизма в зависимости от
скорости и условий движения.
При совершении маневров на низкой скорости в
соответствии с сигналом датчика угла поворота
рулевого колеса включается электродвигатель.
Электродвигатель через червячную пару передает
вращение на эпициклическую шестерню
планетарного редуктора. Вращение шестерни в
определенном направлении с максимальной
скоростью обеспечивает наименьшее передаточное
отношение рулевого механизма, которое достигает
значения 1:10. При этом руль становиться острым,
уменьшается число оборотов рулевого колеса от
упора до упора, чем достигается высокий комфорт
в управлении.
С ростом скорости движения выполнение
поворотов сопровождается уменьшением
частоты вращения электродвигателя,
соответственно увеличивается
передаточное отношение рулевого
механизма. На скорости 180-200 км/ч
передаточное отношение достигает
оптимального значения 1:18.
Электродвигатель при этом перестает
вращаться, а усилие от рулевого колеса
передается на рулевой механизм напрямую.
С дальнейшим ростом скорости
электродвигатель снова включается, при этом
вращение производится в противоположную
сторону. Передаточное отношение рулевого
механизма может достигать величины 1:20.
При данном передаточном отношении рулевое
управление обладает наименьшей остротой,
увеличивается число оборотов рулевого колеса
от упора до упора, тем самым
обеспечивается безопасность
маневрирования на высоких скоростях.
Если при прохождении поворота
фиксируется избыточная
поворачиваемость автомобиля (потеря
сцепления задних колес с дорогой) система
AFS на основании сигналов датчиков системы
DSC самостоятельно корректирует угол
поворота передних колес. В результате чего
сохраняется курсовая устойчивость
автомобиля. В случае, когда система активного
рулевого управления не может полностью
обеспечить устойчивость автомобиля,
подключается система динамической
стабилизации.
Аналогичным образом система активного
рулевого управления стабилизирует
движение автомобиля при торможении на
скользком покрытии, чем достигается
повышение эффективности
антиблокировочной системы тормозов ABS
и сокращение тормозного пути.
Система активного рулевого управления
постоянно включена и не имеет
возможности отключения.

39. Рулевой механизм

является основой рулевого
управления, где он выполняет следующие
функции:
увеличение усилия, приложенного к рулевому
колесу;
передача усилия рулевому приводу;
самопроизвольный возврат рулевого колеса в
нейтральное положение при снятии нагрузки.
По своей сути рулевой механизм является
механической передачей (редуктором),
поэтому основным его параметром
являетсяпередаточное число.
В зависимости от типа механической
передачи различают следующие типы
рулевых механизмов:
реечный;
червячный;
винтовой.

41. Реечный рулевой механизм

является самым
распространенным типом механизма,
устанавливаемым на легковые автомобили.
Реечный рулевой механизм имеет
следующее устройство: шестерня, рулевая
рейка. Шестерня устанавливается на валу
рулевого колеса и находится в постоянном
зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.

42. Схема реечного рулевого механизма

Работа реечного рулевого механизма осуществляется
следующим образом. При вращении рулевого колеса
рейка перемещается вправо или влево. При движении
рейки перемещаются присоединенные к ней тяги
рулевого привода и поворачивают управляемые колеса.
Реечный рулевой механизм отличает простота
конструкции, соответственно высокий КПД, а также
высокая жесткость. Вместе с тем, данный тип рулевого
механизма чувствителен к ударным нагрузкам от
дорожных неровностей, склонен к вибрациям. В силу
своих конструктивных особенностей реечный рулевой
механизм устанавливается на переднеприводных
автомобилях с независимой подвеской управляемых
колес.

44. Червячный рулевой механизм

состоит из глобоидного червяка
(червяка с переменным диаметром), соединенного с рулевым валом,
и ролика. На валу ролика вне корпуса рулевого механизма
установлен рычаг (сошка), связанный с тягами рулевого привода.
Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по
червяку, качание сошки и перемещение тяг рулевого привода, чем
достигается поворот управляемых колес.
Червячный рулевой механизм обладает меньшей чувствительностью к
ударным нагрузкам, обеспечивает большие углы поворота
управляемых колес и соответственно лучшую маневренность
автомобиля. С другой стороны червячный механизм сложен в
изготовлении, поэтому дорог. Рулевое управление с таким
механизмом имеет большое число соединений, поэтому требует
периодической регулировки.
Червячный рулевой механизм применяется на легковых автомобилях
повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых
колес, легких грузовых автомобилях и автобусах. Ранее такой тип
рулевого механизма устанавливался на отечественной «классике».

45. Винтовой рулевой механизм

объединяет
следующие конструктивные элементы:
винт на валу рулевого колеса;
гайку, перемещаемую по винту;
зубчатую рейку, нарезанную на гайке;
зубчатый сектор, соединенный с рейкой;
рулевую сошку, расположенную на валу
сектора.

46. Схема винтового рулевого механизма

Особенностью винтового рулевого механизма является
соединение винта и гайки с помощью шариков, чем
достигается меньшее трение и износ пары.
Принципиально работа винтового рулевого механизма
схожа с работой червячного механизма. Поворот
рулевого колеса сопровождается вращением винта,
который перемещает надетую на него гайку. При этом
происходит циркуляция шариков. Гайка посредством
зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним
рулевую сошку.
Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным
механизмом имеет больший КПД и реализует большие
усилия. Данный тип рулевого механизма
устанавливается на отдельных легковых автомобилях
представительского класса, тяжелых грузовых
автомобилях и автобусах.

48. Гидроусилитель рулевого управления

Гидроусилителем рулевого управления
(обиходное название –гидроусилитель
руля) называется конструктивный
элемент рулевого управления автомобиля, в
котором дополнительное усилие при
повороте рулевого колеса создается с
помощью гидравлического привода.
Гидроусилитель руля является самым
распространенным видом усилителя
рулевого управления.
Простейший гидроусилитель руля имеет
привод гидронасоса отколенчатого вала
двигателя. У такого усилителя
производительность прямо
пропорциональна частоте вращения
колнечатого вала двигателя, что
противоречит реальным потребностям
рулевого управления (при максимальной
скорости движения требуется минимальный
коэффициент усиления, и наоборот).
ММ
Наиболее совершенным с точки зрения
потребительских свойств и конструкции
являетсяэлектрогидравлический усилитель руля.
Преимуществами электрогидравлического
усилителя являются компактность, возможность
функционирования на неработающем двигателе,
экономичность за счет включения в нужный
момент. В конструкции данного гидроусилителя
предусмотрена возможность электронного
регулирования коэффициента усиления. Поэтому,
наряду с комфортностью управления усилитель
может обеспечить легкость маневрирования на
малых скоростях, что недоступно обычному
гидроусилителю.
Электрогидравлический усилитель рулевого
управления имеет следующее устройство:
насосный агрегат;
гидравлический узел управления;
система управления.
Насосный агрегат представляет собой объединенный блок,
включающий гидравлический насос, электродвигатель насоса
и бачок для рабочей жидкости. На насосный агрегат
устанавливаетсяэлектронный блок управления.
Гидравлический насос может быть лопастного или
шестеренного типа. Наиболее простым и надежным является
шестеренный насос.
Гидравлический узел управления является исполнительным
механизмом усилителя руля. Он включает:
торсион с поворотным золотником и распределительной
гильзой;
силовой цилиндр с поршнем.
Гидравлический узел управления объединен с рулевым
механизмом. Шток поршня силового цилиндра является
продолжением рейки рулевого механизма.
Система управления обеспечивает работу
гидроусилителя. На современных
автомобилях используется электронная
система управления, которая обеспечивает
регулирование коэффициента усиления в
зависимости от скорости поворота
рулевого колеса и скорости движения
автомобиля. Усилитель с такими
характеристиками называется адаптивным
усилителем рулевого управления.
На автомобилях концерна Volkswagen и BMW
электронная система управления гидравлическим
усилителем руля имеет торговое название Servotronic.
Система Servotronic включает:
входные датчики;
электронный блок управления;
исполнительное устройство.
Входными датчиками системы являются датчик
усилителя руля (датчик угла поворота рулевого колеса –
на автомобилях, оборудованных ESP), датчик
спидометра. Помимо датчиков, система использует
информацию о частоте вращения коленчатого вала
двигателя, поступающую от системы управления
двигателем.
Электронный блок управления гидроусилителем руля
принимает и обрабатывает сигналы датчиков и в
соответствии с установленной программой воздействует
на исполнительное устройство.
В разных модификациях системы Servotronic
используются следующие исполнительные
устройства:
электродвигатель насоса;
электромагнитный клапан в гидросистеме.
В первом случае изменение
производительности гидроусилителя
осуществляется за счет изменения скорости
вращения электродвигателя. Во-втором, за
счет изменения проходного сечения
гидросистемы (открытие-закрытие клапана).
Работа гидроусилителя руля
При прямолинейном движении автомобиля
гидравлический узел управления обеспечивает
циркуляцию жидкости по кругу (от насоса по
каналам напрямую в бачек).
При повороте рулевого колеса происходит
закрутка торсиона, которая сопровождается
поворотом золотника относительно
распределительной гильзы. По открывшимся
каналам жидкость поступает в одну из полостей (в
зависимости от направления поворота) силового
цилиндра. Из другой полости силового цилиндра
жидкость по открывшимся каналам сливается в
бачек. Поршень силового цилиндра обеспечивает
перемещение рейки рулевого механизма. Усилие
от рейки передается на рулевые тяги и далее
приводит к повороту колес.
При осуществлении поворота на небольшой
скорости (при парковке, маневрах в
ограниченном пространстве) гидроусилитель
руля работает с наибольшей
производительностью. На основании сигналов
датчиков электронный блок управления
увеличивает частоту вращения
электродвигателя насоса (обеспечивает
открытие электромагнитного клапана).
Соответственно увеличивается
производительность насоса. В силовой
цилиндр интенсивнее поступает специальная
жидкость. Усилие на рулевом колесе
значительно снижается.
С увеличением скорости движения частота
вращения электродвигателя насоса
снижается (срабатывает электромагнитный
клапан и уменьшает поперечное сечение
гидросистемы).
Работа гидравлического усилителя
осуществляется в пределах поворота
рулевого колеса и ограничивается
предохранительным клапаном.

59. Электроусилитель рулевого управления

Электроусилителем рулевого управления
(обиходное название –элетроусилитель руля)
называется конструктивный элементрулевого
управления автомобиля, в котором
дополнительное усилие при повороте рулевого
колеса создается с помощью электрического
привода. В конструкции современного
автомобиля электроусилитель рулевого
управления постепенно заменяет
гидроусилитель руля. К 2016 году каждый
второй легковой автомобиль будет оснащен
гидроусилителем руля.
Основными преимуществами электроусилителя
руля в сравнении с гидроусилителем рулевого
управления являются:
удобство регулирования характеристик
рулевого управления;
высокая информативность рулевого
управления;
высокая надежность в связи с отсутствием
гидравлической системы;
топливная экономичность, обусловленная
экономным расходованием энергии (снижение
расхода топлива до 0,5 л. на 100 км).
Электроусилитель рулевого управления
открыл широкие возможности для создания
различных систем активной безопасности:
система курсовой устойчивости;
система автоматической парковки;
система аварийного рулевого управления;
система помощи движению по полосе.
Различают две основных схемы компоновки
электроусилителя рулевого управления:
усилие электродвигателя передается на вал рулевого
колеса;
усилие электродвигателя передается на рейку рулевого
механизма.
Наиболее востребован электроусилитель с приводом на
рулевую рейку. Другое его название электромеханический усилитель рулевого управления.
Известными конструкциями такого усилителя являются:
электромеханический усилитель руля с двумя
шестернями;
электромеханический усилитель руля с параллельным
приводом.
Электромеханический усилитель рулевого
управления имеет следующее устройство:
электродвигатель усилителя;
механическая передача;
система управления.
Электроусилитель руля объединен с рулевым
механизмом в одном блоке. В конструкции
усилителя используется, как правило,
асинхронный электродвигатель.
Механическая передача обеспечивает передачу
крутящего момента от электродвигателя к
рейке рулевого механизма. В электроусилителе
с двумя шестернями одна шестерня передает
крутящий момент на рейку рулевого механизма
от рулевого колеса, другая – от
электродвигателя усилителя. Для этого на
рейке предусмотрены два участка зубьев, один
из которых служит приводом усилителя.

65. Схема электромеханического усилителя руля c параллельным приводом

В электроусилителе с параллельным приводом
усилие от электродвигателя передается на рейку
рулевого механизма с помощью ременной
передачи и специального шариковинтового
механизма.
Система управления электроусилителем руля
включает следующие элементы:
входные датчики;
электронный блок управления;
исполнительное устройство.
К входным датчикам относятся датчик угла
поворота рулевого колеса и датчик крутящего
момента на рулевом колесе. Система управления
электроусилителем руля также использует
информацию, поступающую от блока
управления ABS (датчик скорости автомобиля)
и блока управления двигателем (датчик частоты
коленчатого вала двигателя).
Электронный блок управления обрабатывает
сигналы датчиков. В соответствии с заложенной
программой вырабатывается соответствующее
управляющее воздействие на исполнительное
устройство – электродвигатель усилителя.
Электроусилитель руля обеспечивает работу
рулевого управления автомобиля в следующих
режимах:
поворот автомобиля в обычных условиях;
поворот автомобиля на малой скорости;
поворот автомобиля на большой скорости;
активный возврат колес в среднее положение;
поддержание среднего положения колес.
Поворот автомобиляосуществляется поворотом
рулевого колеса. Крутящий момент от рулевого колеса
передается через торсион на рулевой механизм.
Закрутка торсиона измеряется датчиком крутящего
момента, угол поворота рулевого колеса – датчиком
угла поворота рулевого колеса. Информация от
датчиков, а также информация о скорости автомобиля,
частоте вращения коленчатого вала двигателя,
передаются в электронный блок управления.
Блок управления рассчитывает необходимую величину
крутящего момента электродвигателя усилителя и путем
изменения величины силы тока обеспечивает ее на
электродвигателе. Крутящий момент от
электродвигателя передается на рейку рулевого
механизма и далее, через рулевые тяги, на ведущие
колеса.
Таким образом, поворот колес автомобиля
осуществляется за счет объединения усилий,
передаваемых от рулевого колеса и электродвигателя
усилителя.
Поворот автомобиля на небольшой скорости обычно производится
при парковке. Он характеризуется большими углами поворота
рулевого колеса. Электронная система управления обеспечивает в
данном случае максимальный крутящий момент электродвигателя,
соответствующий значительному усилению рулевого управления
(т.н. «легкий руль»).
При повороте на высокой скорости, напротив электронная система
управления обеспечивает наименьший крутящий момент и
минимальное усиление рулевого управления (т.н. «тяжелый руль»).
Система управления может увеличивать реактивное усилие,
возникающее при повороте колес. Происходит т.н. активный возврат
колес в среднее положение.
При эксплуатации автомобиля нередко возникает потребность
вподдержании среднего положения колес (движение при боковом
ветре, разном давлении в шинах). В этом случае система управления
обеспечивает коррекцию среднего положения управляемых колес.
В программе управления электроусилителя руля предусмотрена
компенсация увода переднеприводного автомобиля, вызванного
различной длиной приводных валов.
В ряде систем активной безопасности электроусилитель
функционирует без участия водителя. В системе курсовой
устойчивости он обеспечивает обратное подруливание колес, а в
парковочном автопилоте — автоматическую параллельную и
перпендикулярную парковку.

70. Датчик угла поворота рулевого колеса

является
одним из датчиков положения, которые
широко используются в электронных системах
автомобиля. В отличие от других датчиков
датчик угла поворота рулевого колеса
определяет угловое перемещение в широком
диапазоне (свыше 720° в каждую сторону или
четыре полных оборота рулевого колеса).
Датчик устанавливается на рулевой колонке
между переключателем и рулевым колесом,
реже – на рулевом механизме.
Датчик угла поворота рулевого колеса служит для определения угла
поворота (относительный угол), направления поворота (абсолютный
угол) и угловой скорости рулевого колеса. Перечень функций
определяется потребностями конкретной системы автомобиля. Таким
образом, с помощью датчика угла поворота рулевого колеса
определяется направление движения, которое задает водитель.
Датчик угла поворота рулевого колеса используется в нескольких
автомобильных системах:
система курсовой устойчивости;
адаптивный круиз-контроль;
система помощи движению по полосе;
электрогидравлический усилитель рулевого управления;
электромеханический усилитель рулевого управления;
система активного рулевого управления;
система адаптивного освещения;
активная подвеска.
В качестве датчика угла поворота рулевого колеса используется
несколько типов датчиков, построенных на различных физических
принципах измерений:
потенциометрический датчик;
оптический датчик;
магниторезистивный датчик.

72. Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса

относится к контактным
датчикам. Он включает два потенциометра,
закрепленных на рулевой колонке. Один
потенциометр смещен относительно другого
на 90°, что позволяет определять
относительный и абсолютный углы поворота
рулевого колеса. Изменение сопротивления
потенциометра пропорционально углу
поворота рулевого колеса. Ввиду невысокой
надежности, связанной с наличием подвижных
контактов, потенциометрические датчики в
рулевом управлении в настоящее время почти
не применяются.

73. Оптический датчик угла поворота рулевого колеса

Более совершенным сенсорным устройством является бесконтактный
оптический датчик угла поворота рулевого колеса. Датчик
объединяет кодирующий диск, источники света, светочувствительные
элементы, блок определения полных оборотов вращения.
Кодирующий диск жестко закреплен на рулевой колонке. Он имеет
два сегментарных кольца – внутреннее и наружное. На внутреннем
кольце равномерно по окружности размещены прямоугольные
отверстия, на наружном кольце отверстия расположены
неравномерно. Конструкция внутреннего кольца позволяет
определять величину угла поворота рулевого колеса. С помощью
внешнего кольца оценивается направление вращения рулевого
колеса в любой момент времени.
Между кольцами расположены источники света – светодиоды.
Снаружи колец установлены светочувствительные элементы –
фоторезисторы. Количество светодиодов и фоторезисторов
различается в зависимости от конструкции датчика. При попадании
луча света от светодиода на датчик, в электрической цепи
генерируется напряжение, при отключении света – напряжение
падает. На основании импульсов напряжения электронный блок
управления рассчитывает угол и направление поворота рулевого
колеса.

74. Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса

является более
универсальным устройством, т.к. помимо
относительного и абсолютного угла
поворота рулевого колеса позволяет
определять его угловую скорость.
Конструктивно датчик включает два
магниторезистивных элемента,
закрепленных в корпусе датчика.
Магниторезисторы взаимодействуют с
двумя подвижными магнитами.
В основе датчика лежат гигантские
магниторезисторы (GMR) или анизотропные
магниторезисторы (AMR). Каждый из магнитов
вращаются посредством зубчатой передачи.
Приводные зубчатые колеса имеют различное
количество зубьев, отличающееся на единицу.
Измерения построены на том, что для каждого
положения рулевого колеса существует свое
положение магнитов, которое фиксируют
магниторезисторы. На основании этого
электронный блок управления определяет
величину угла поворота, его направление и
скорость.

76. Датчик крутящего момента на рулевом колесе

В основу работы электрического усилителя
рулевого управленияположена величина
крутящего момента на рулевом колесе. Чем
больше усилие прикладывает водитель к
рулевому колесу (создает крутящий момент),
тем больше должно быть дополнительное
усилие со стороны усилителя руля. Величину
крутящего момента на рулевом колесе
оценивает датчик крутящего момента. В ряде
конструкций датчик крутящего момента
объединен сдатчиком угла поворота рулевого
колеса
Различают несколько конструкций датчиков
крутящего момента на рулевом колесе,
построенных на различных физических
принципах: оптический, индуктивный,
датчик Холла, магниторезистивный датчик.
Все перечисленные виды датчиков
бесконтактные измерительные устройства.
Помимо физических принципов, датчики
различаются быстротой и точностью
измерения. Самым распространенным
является датчик крутящего момента,
построенный на эффекте Холла.

78. Схема датчика крутящего момента

Датчик крутящего момента встроен в рулевую
колонку. На валу рулевой колонки установлен
многополюсной магнит, имеющий несколько
пар полюсов. На валу-шестерне имеется два
статора с зубьями особой формы. Вал рулевой
колонки и вал-шестерня связаны друг с другом
торсионом — стержнем, обладающим
крутильной жесткостью. Чувствительным
элементом датчика крутящего момента
является неподвижный датчик Холла,
закрепленный на корпусе. Для повышения
надежности измерений в конструкции датчика
крутящего момента используется два датчика
Холла, т.н. схема с резервной цепью.
Принцип действия датчика построен на измерении
угла закручивания торсиона, который
пропорционален крутящему моменту на рулевом
колесе. В исходном положении (нейтральное
положение рулевого управления) зубцы статоров
расположены строго между полюсами магнитов,
что соответствует минимальному сигналу датчика.
При повороте рулевого колеса торсион
закручивается. Соответственно многополюсный
магнит поворачивается относительно статоров.
Максимальный сигнал датчика достигается, когда
зубья каждого из статоров встают напротив
полюсов магнита. В этом положении создается
максимальный магнитный поток, который
фиксируется датчиками Холла. Все остальные
положения датчика являются промежуточными.
Необходимо отметить, что угол закручивания торсиона
очень небольшой, поэтому диапазон измерения датчика
составляет 4-5° в каждую сторону. Датчик крутящего
момента, построенный на эффекте Холла, позволяет
добиться высокой точности измерения порядка 0,002°.
Для компенсации температурных перемещений при
измерении датчик крутящего момента может иметь
встроенный датчик температуры.
Во многом схожую конструкцию
имеет магниторезистивный датчик крутящего момента.
Оценка крутящего момента в нем также производится
по углу закручивания торсиона. На валу рулевой
колонки расположен многополюсный магнит, на валушестерне два магниторезистивных чувствительных
элемента. При повороте магнитного диска
магниторезистивные элементы фиксируют изменение
магнитного потока и формируют электрический сигнал.
При эксплуатации электроусилителя рулевого
управления необходимо помнить, что выход из строя
датчика крутящего момента приводит к отключению
усилителя, к счастью это происходит плавно.

Принцип работы рулевого управления | Авто Брянск

Основным узлом в любом транспортном средстве является рулевое управление. Для чего же нужно рулевое управление? За все время совершенствования конструкции системы, основной принцип работы рулевого управления остался прежним. Он заключается в преобразовании и передачи физического усилия водителя во время воздействия на руль автомобиля на колеса. Другими словами узел рулевого управления обеспечивает обратную связь, позволяя изменять траекторию движения транспортного средства.

Устройство рулевого управления

Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:
  • колеса;
  • рулевой привод;
  • механизм рулевого управления;
  • тяги и колонка.

Схема взаимодействия руля автомобиля с ведущей колесной парой не является сложной. Водитель через привод передает усилие на рулевой механизм, который обеспечивает поворот колес. Помимо этого, узел, обеспечивая обратную связь, предоставляет информацию о состоянии дорожного покрытия. Согласно вибрациям рулевого колеса максимально точно определяется тип движения, на основании чего происходит диагностика и корректируется управление машиной.

Средний диаметр руля легкового транспорта составляет примерно 400 мм. В грузовой и специальной технике руль несколько больше, а в спорткарах меньше.

Что входит в рулевое управление?

Между рулем и механизмом расположена рулевая колонка, которая представлена прочным валом с шарнирными соединениями. Особенностью конструкции колонки является минимальный риск получения травматизма водителя в случае ДТП, поскольку при сильном лобовом столкновении происходит ее схлопывание. Для комфортной эксплуатации транспортного средства, положение рулевой колонки настраивается при помощи механического либо электрического привода. Помимо этого, предусмотрена система блокировки механизма, которая позволяет предотвратить угон автомобиля.

Главное назначение рулевого управления заключается в увеличении механического усилия водителя и его передача на колеса. Для этого в конструкцию системы включен специальный редуктор. На легковых автомобилях в основном используют следующие типы рулевого управления:

  1. Реечный механизм, конструкция которого состоит из набора смонтированных на валу шестерней, агрегатируемых с рейкой, на одной из ее плоскостей по всей длине нанесены специальные зубцы. При вращении руля усилие через колонку передается рулевой рейке, в результате чего она свободно перемещается, взаимодействуя с рулевыми тягами и поворачивая колеса. Необходимо заметить, что рулевое управление автомобилем может иметь рейку, на которой располагаются зубья с переменным шагом. Такая конструкция значительно повышает эффективность управления транспортным средством.
  2. Червячный рулевой механизм. Его принцип функционирования следующий: «червяк» при взаимодействии с ведомой шестерней передает усилие сошке. В свою очередь, сошка рулевого управления взаимодействует с одной из тяг, конец которой заканчивается маятниковым рычагом. Этот рычаг смонтирован на опоре. При повороте руля сошка приводит в движение боковую тягу одновременно со средним рычагом, который взаимодействует со второй боковой тягой и изменяет ее положение. Благодаря этому осуществляется поворот ступиц управляемых колес.

Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля

Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.

Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.

В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:

  • плечи;
  • угол схождения;
  • развал;
  • продольный и поперечный наклон.

Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.

Роль усилителя в системе рулевого управления

Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:
  1. Электрический.
  2. Пневматический.
  3. Гидравлический.

Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.

Что такое автоматическое рулевое управление?

Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.

Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.

Рулевое управление — одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств — это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.

Устройство системы рулевого управления

Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

  • Рулевое колесо (руль) — предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
  • Рулевая колонка — выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
  • Рулевой механизм — выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
  • Рулевой привод — состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
  • Усилитель рулевого управления — повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
  • Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или «демпфер», электронные системы).

Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.

Виды рулевого управления

В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:

  • Реечный — самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
  • Червячный — обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
  • Винтовой — принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.

В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:

  • С гидравлическим усилителем (ГУР). Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
  • С электрическим усилителем (ЭУР). Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
  • С электрогидравлическим усилителем (ЭГУР). Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

  • Активного рулевого управления (AFS) — система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
  • Динамического рулевого управления — работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
  • Адаптивного рулевого управления для транспортных средств — главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

  • Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
  • Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
  • Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
  • При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

  • 10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
  • 20° для автобусов и подобных транспортных средств;
  • 25° для грузовых автомобилей.

Особенности правостороннего и левостороннего руля

В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).

В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.

В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.

Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.

Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).

Первые автомобили, в частности, автомобиль Карла Бенца, который считается первым в мире серийным авто, были трехколесными. Почему? Да просто конструкторы не могли придумать, как заставить оба передних колеса синхронно поворачивать в одну сторону. Поэтому переднее колесо было одно, а вместо привычной сегодня «баранки» стоял рычаг.

Но такое положение вещей не продлилось долго. Следующие «самоходные телеги» уже имели 4 колеса и худо-бедно справлялись с маневрами. Так начало развиваться рулевое управление, назначение которого не изменилось за все годы существования автомобиля.

Устройство и принцип работы типичного рулевого управления

На абсолютном большинстве автомобилей рулевое управление реализовано по одинаковому принципу. Конечно, есть отличия (например, тип усилителя руля), но тип общей компоновки не меняется.

Классификация рулевого управления

Принципиальных отличий между разными типами рулевого управления нет, но часто его классифицируют по типу редуктора рулевого механизма:

Тип редуктора «шестерня-рейка».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «шестерня-рейка» 1 — руль; 2 — рулевой вал с шестерней; 3 — рейка; 4 — рулевые тяги; 5 — поворотные рычаги; 6 — колеса.

Это самая распространенная разновидность рулевого редуктора, которая за годы использования показала свою надежность.

Принцип действия очень простой: на рулевом валу (который отходит от рулевой колонки) закреплена продолговатая шестерня. Рулевая рейка имеет зубчатый участок, который входит в зацепление с этой шестерней. При вращении руля шестерня вращается на месте и толкает зубчатую рейку в одну или другую сторону. Соответственно приходят в действие и рулевые тяги.

Передаточное число на рейке может быть неизменным, а может меняться ближе к краям. Получить такой эффект просто: нужно изменить наклон зубьев на рейке. Благодаря этому для поворота на большой угол не нужно «крутить баранку» до посинения, количество оборотов руля для маневра сокращается.

Тип редуктора «червяк-ролик».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «червяк-ролик»: 1 — руль; 2 — рулевой вал с червяком; 3 — ролик с валом сошки; 4 — рулевая сошка; 5 — средняя тяга; 6 — боковые тяги; 7 — поворотные рычаги; 8 — колеса; 9 — маятниковый рычаг; 10 — шарниры рулевых тяг.

Этот тип редуктора можно назвать устаревшим, поскольку его давно перестали устанавливать на автомобили. Тем не менее, он еще встречается на старых машинах.

В основе заложена червячная передача, в которой червяк закреплен на дополнительном валу рулевой колонки. При повороте руля вращается червяк и приводит в движение ролик, стоящий с ним в зацеплении.

Сдвигаясь по нарезке червяка, ролик заставляет вращаться вал, на который он установлен и к которому присоединен рычаг рулевой сошки. Вал вращается, рулевая сошка описывает полукруг, приводит в действие остальные элементы рулевого привода (среднюю тягу, маятниковый рычаг, боковую тягу, поворотные кулаки колес).

Винтовой тип редуктора.

По принципу действия он очень похож на червячный редуктор. Однако на дополнительном валу рулевой колонки установлен не червяк, а винт. Он входит в зацепление с гайкой, на наружную сторону которой нанесен зубчатый обод. Когда вращается винт, гайка поворачивается в одну или другую сторону и поворачивает рулевую сошку, а она уже направляет остальные компоненты рулевого привода.

В усовершенствованных моделях на винт ставится шариковая шайба, которая служит промежуточным элементом между ним и гайкой. При вращении винта шарики сдвигают шайбу, а она поворачивает гайку.
Когда на легковые автомобили начали массово устанавливать гидроусилитель руля (ГУР), червячный редуктор вышел из обихода – к нему ГУР не поставишь. На его место пришел реечный привод, а винтовой «перекочевал» на тяжелые автомобили.

Кроме редуктора, в рулевом механизме могут отличаться типы передачи усилия на управляемые колёса. Более простой считается конструкция с реечным редуктором: от рулевой рейки отходят две рулевые тяги, которые крепятся к поворотным кулакам колес. Для того, чтобы соединение было подвижным, но без люфтов, используются шаровые наконечники.

На редуктор с червячной или винтовой передачей подходит другой тип рулевого механизма. Его называют рулевой трапецией и состоит он из довольно сложной системы рычагов. Сложность конструкции оправдывается большей мощностью, так что рулевая трапеция с винтовым редуктором ставится на грузовые автомобили, в то время как рулевая рейка лучше подходит для легковых.

И, наконец, систему рулевого управления классифицируют по типу усилителя: ГУР, ЭГУР и ЭУР.

  1. ГУР – гидравлический усилитель, классический тип. Он и сегодня ставится на автомобили, но постепенно уступает дорогу более современным видам усилителя;
  2. ЭГУР – электрогидравлический усилитель руля. В нём электромотор выполняет вспомогательную функцию, в то время как основная работа выполняется гидравликой;
  3. ЭУР – электроусилитель, современный способ управлять автомобилем. Электромотор умножает усилие, которое водитель прикладывает к рулю, то есть работает без каких-либо гидравлических элементов.

Основные неисправности рулевого управления

Конструкторы делают элементы рулевого управления из надежных износостойких материалов. Однако любая деталь имеет свой ресурс и свой запас прочности, так что рано или поздно в рулевом управлении начинают появляться неисправности и дефекты. Они достаточно типичные для большинства автомобилей.

  1. Износ шарниров рулевых тяг. По сути, любой шарнир в рулевом управлении – слабое место, особенно это касается конструкции рулевой трапеции. Однако рулевые тяги постоянно страдают от нагрузок, ударов и агрессивного вождения, и их шарниры выходят из строя чаще всего. Как только шарнирное соединение выходит из строя, оно дает о себе знать стуком во время выполнения поворота или просто езды по неровной дороге.
  2. Износ рулевых наконечников. Совершенно стандартная ситуация, поскольку рулевые наконечники считаются расходниками, особенно на наших дорогах. Шаровые шарниры защищены пыльниками и смазкой, но со временем вода попадает под пыльник, шарнир изнашивается и начинает люфтить. Водитель чувствует проблему как увеличение свободного хода руля и ухудшение управляемости. При появлении таких симптомов нужно поскорей принять меры. Замена рулевых наконечников – стандартная процедура, которую выполнят на любом СТО.
  3. Износ подшипника рулевой колонки. Такая поломка происходит редко, но требует срочных мер по устранению. Если подшипник изнашивается, рулевой вал начинает шататься, а водитель чувствует это как «биение руля». Лучше сразу обратиться в сервис, чем ставить на своей машине интересные опыты.
  4. Нарушение настроек колес. Неотбалансированные колёса будут ощущаться водителем как пульсация рулевого колеса при движении. Это не только доставляет дискомфорт, но и влияет на срок службы самих колес и смежных элементов.

Основные требования к рулевому управлению

Существуют стандартные требования, которые предъявляются к системе рулевого управления. Если система этим требованиям соответствует, ее можно считать исправной.

  1. Угол свободного хода руля. Это тот угол поворота, который делается «вхолостую», до начала поворота колес. В норме для легковых автомобилей он должен быть не боле 10 градусов, и если свободный ход постепенно увеличивается, это говорит о необходимости регулировки или ремонта.
  2. Система должна правильно «рулить»! То есть, нормально держать автомобиль при езде по прямой, точно выполнять маневры, не отклоняться от заданной траектории.
  3. Руль должен легко поворачиваться во время выполнения маневров. Усилители для того и придумали, чтобы на дороге водитель думал о дороге, а не о том, хватит ли ему сил на следующий поворот. Если управление тугое, требует значительных усилий, проблему нужно найти и решить.
  4. Строго выверенное число полных оборотов руля от среднего до крайнего положения. Для выполнения поворота водитель не должен выкручивать руль до бесконечности.
  5. Система должна работать даже после того, как отключится усилитель руля. В дороге может случиться всё, что угодно, в том числе утечка гидравлической жидкости или отказ электродвигателя в ЭУР. При этом автомобиль должен сохранить управляемость. Да, усилий это потребует больше, но и остановка будет там, где захочет водитель.

Принципиальные отличия между «левым» и «правым» рулем

В отношении праворульных автомобилей до сих пор ведутся споры. Сторонники утверждают, что те машины, которые делались японскими или английскими инженерами «как для себя», выше по качеству, чем аналогичные модели, но выпущенные на экспорт. Сложно сказать, действительно ли это так, но факт остается фактом: есть отдельная категория автолюбителей, которые предпочитают только машины с правым рулем.

Основное отличие рулевого управления автомобилей с правым рулем – зеркальное расположение элементов. Например, размещение редуктора на рулевой рейке. И сам редуктор рассчитан на другую сторону подключения.

А можно ли переделать праворульную машину на леворульную? Купить автомобиль с правым рулем и затем перенести руль влево можно, и есть даже СТО, которые специализируются на таких услугах. Но цена такого тюнинга немаленькая, поскольку «перекраивать» придется много. Это не просто руль на другой стороне, отличается очень многое, от зеркал до головного света.

Заключение

Рулевое управление – система достаточно живучая. Если не считать регулярную замену расходников, моно проездить на своей машине долгие годы и ни разу его не ремонтировать. Однако если случается проблема или просто какие-то странные постукивания-пошатывания не дают покоя, лучше не затягивать с визитом на СТО. В системе рулевого управления все элементы взаимосвязаны, и поломка одного ведет к поломке другого. Грамотная диагностика и своевременный ремонт уберегут от проблем и лишних расходов.

Открытый урок на тему Рулевое управление автомобилей

План урока

________ Сабактың жоспары /план урока № ______ /

Бағдарламаның тақырыбы /Тема программы/

Устройство автомобилей

Сабақтың тақырыбы /Тема урока/

Рулевое управление. Назначение, основные части РУ. Их виды. Рулевой привод. Схема поворота автомобиля

Сабақтың мақсаты /Цель урока/

Білімберулік /Образовательная/

Обобщение сведений, полученных на предыдущих уроках об виды кузовов, их отличия и классификация.

— Проконтролировать усвоение учащимися всех составных систем и механизмов кузова

— Повторить основные сведения по типам кузовов

— Познакомить учащихся с устройством назначением и работой рулевого механизма

— Обработка навыков по классификации видов РУ и методам поворота автомобиля

Жетілдіру /Развивающая/

Способствовать формированию навыков и умений о назначении и конструкции РУ, их строении и порядку работы. Развивать инициативу, творческий потенциал и умения пользоваться дополнительной литературой и материалами

Тәрбиелік /Воспитательная/

Способствовать формированию навыков коммуникативной культуры, повышению личной уверенности каждого учащегося, его самореализации, ответвенности за себя и других членов коллектива. Воспитывать полиязычную личность

— аккуратность и точность при выполнении работы;

— воспитание интересов к профессиональной деятельности

Әдістемелік мақсат /Методическая/

Определить эффективность развития критического мышления учащихся при организации их работы с различными источниками информации, средствами информационного обучения

Сабақтың типі /Тип урока/

Урок изучения нового материала с мультимедийной поддержкой /технология интерактивного обучения, ориентированного на результат, модель – прямое преподавание/

Оқу әдістірі мен тәсілдері /Методы и приемы обучения/

Технология интерактивного обучения ориентированного на результат с «Технологией критического мышления», элемент кооперированного обучения, наглядный, практический

— объяснительно- иллюстрированный (рассказ, беседа, демонстрация)

— проблемно-поисковый (выполнение практических заданий, ситуационные задачи)

— исследовательский (сбор и анализ теоретического материала)

— учетно-контрольный (контроль со стороны учителя, самоконтроль, наблюдение со стороны учителя

Ұйымдастыру формасы /Формы проведения/

Индивидуальная и Групповая

Пәнаралық байланыстар /Межпредметные связи/

ИВТ,

Черчение

Техническая механика

Технология металлов

Устройство автомобилей

Өдipic оқумен байланыс /Связь с производ. обучением/

тема «Рулевое управление. Назначение, основные части РУ. Их виды. Рулевой привод. Схема поворота автомобиля»

Әдебиеттер /Литература/

Тур Е.Я., Серебряков К.Б., Жолобов А.А., «Устройство автомобилей» М., «Машиностроение», 1990 г

Вишняков Н.Н., и другие, «Автомобиль. Основы конструкции», М., «Машиностроение», 1986 г

Сабақтың оқу-материалдық жабдықтауы /Учебно-материальное

оснащение урока/

Слайд-презентации, рабочая тетрадь, учебное портфолио, флипчарт, натуральные образцы, дидактический раздаточный материал

Сабақтың кұрылымы

/Структура урока/

п/п

Название этапа

Задачи

времен

Основной вид деятельности со средствами ИКТ

Функции и виды деятельности преподавателя

Формы и виды деятельности

учащихся

Примечание

1

Организационный

Приветствие,

отметка отсутствующих, цель, девиз

5

2

Актуализация знаний

Повторение ранее изученного материала

5

просмотр слайдов Исключительное Лото

— обсуждение

Ранее изучены тем урока

Обобщение классификации кузовов автомобилей

3

Мотивация любви к профессии

Определить верно-ли суждение

5

Работа по карточкам

Актуализация знаний прошлой темы

Совместная проверка и оценка занний

3

Мотивационный

Осмысление «Синквейна»

5

— создание проблемной ситуации методом «Синквейн» обобщение результатов работов и вывод результатов на мульмедиапроектор

— формулирование целей урока

Формирует способность мыслить от малого к большому охватывая весь процесс

4

Изучение нового материала

Объяснение темы, сопровождающееся демонстрацией слайдов на экране

Ознакомление с терминологией по теме урока

30

просмотр слайдов презентации

Изложение учебного материала с демонстрацией слайдов по теме Рулевое управление автомобилей

— инсерт, заполнение рабочих тетрадей по теме

5

Минута релаксации

Ролевая игра «Ряд-развал-схождение»

5

Ролевая игра

6

Осмысление нового материала

Видео-закрепление

10

Электронные задания на слайдах

Просмотр видеоматериала

Осмысление нового материала по видео

7

Закрепление нового материала

Задание «Тест»

10

Электронные задания на слайдах

Ответы на тестовые задания

8

Подведение итогов.

Выставление оценок

3

обсуждение деятельности учащихся подведение итогов,

вынос результатов на проектор

Анализ и оценка приобретенных знаний

9

Домашнее задание

Указание лит-ры, параграфа и т.д.

2

объяснение домашнего задания

Руководство по проектированию

TSPS Руководство по проектированию

TSPS

Patriot State был учебным кораблем Массачусетской морской академии с 1986 по 1998 год.


Т.С. Система рулевого управления Patriot State предназначена для управления рулем направления в ответ на команды штурвала с мостика. Система состоит из следующих подсистем. Команды управления подаются на рулевую стойку с двойным управлением , расположенную на мостике корабля.В рулевом машинном отделении команды принимаются двумя линейными гидроагрегатами л и компенсационными гидронасосами и передаются на два радиально-поршневых насоса Hele Shaw . Радиально-поршневые насосы направляют гидравлическое масло под давлением к четырем гидроцилиндрам, которые перемещают руль направления. Точное управление положением руля осуществляется с помощью дифференциальной передачи и следящего механизма . Аварийный ручной насос поставляется для использования в случае выхода из строя обычной гидравлической системы, а также для заполнения и опорожнения системы, и все гидравлические компоненты системы связаны вместе с системами трубопроводов высокого и низкого давления . .

Каждый из вышеупомянутых компонентов будет подробно рассмотрен ниже.

Технические характеристики конструкции рулевого управления

Максимум. Крутящий момент руля направления вперед при угле поворота руля 35° 3 048 000 дюйм-фунтов
Максимум. Крутящий момент руля направления назад при угле поворота руля 35 ° 4 370 000 дюйм-фунтов
Максимум. Давление вперед при угле поворота руля 35° 735 psi
Максимум. Давление на корме при угле поворота руля 35 ° 1055 фунтов на квадратный дюйм
Настройка предохранительного клапана 1300 фунтов на квадратный дюйм
Угол руля H.О. до H. O. 70 °
Время - Х.О. к Х.О. (работает один энергоблок) 2-1/3° в секунду
Время - Х.О. к Х.О. (оба энергоблока работают) 4-2/3° в секунду
Количество оборотов трюкового колеса (70° по горизонтали до 70° по горизонтали) 9,1
 

Общее устройство системы рулевого управления

Двойной пульт управления гироскопом

Стойка управления гироскопом Sperry с двойным управлением обеспечивает три типа управления рулем направления: автоматическое управление с использованием входных данных гирокомпаса для поддержания выбранного курса, ручное управление с отслеживанием и ручное управление без отслеживания.Перемещение селекторного переключателя на рулевой стойке позволяет переключаться с одного типа управления рулем направления на другой.

Независимо от того, какой тип управления рулем используется, электрический сигнал направляется на один из двух независимых электрогидравлических органов рулевого управления, расположенных в рулевом машинном отделении.

Основой каждой системы автоматического рулевого управления (левого или правого борта) является мостик потенциометра. Каждый мост содержит два потенциометра, соединенных по схеме сбалансированного моста Уитстона.Один потенциометр каждого моста называется потенциометром управления. Он расположен на рулевой стойке и позиционируется как рулевым колесом, так и гирокомпасом, который воздействует на него через механическую дифференциальную передачу.

Другой потенциометр каждого моста Уитстона называется повторным потенциометром. Он расположен в линейных гидроагрегатах и ​​управляется аппаратурой позиционирования рулей.

Когда потенциометр управления поворачивается либо рулевым колесом, либо гирокомпасом, появляется D.C. сигнал, называемый сигналом ошибки курса, направляется на управляемый соленоидом ходовой клапан, расположенный в каждой линейной гидравлической силовой установке. Полярность и величина этого сигнала курсовой ошибки указывают на направление и величину требуемого корректирующего действия руля направления.

Когда линейная гидравлическая силовая установка передает эту команду руля на радиальные поршневые насосы, потенциометр следящего или повторяющегося обратного хода генерирует сигнал постоянного тока, противоположный по полярности посылающему сигналу. Когда величина этого противоположного сигнала увеличивается до уровня сигнала ошибки курса, действующая команда гидравлической силовой установки становится равной нулю, и действие руля прекращается.Таким образом, обеспечивается полный последующий контроль.

Двойной кабель соединяет рулевую стойку в рулевой рубке с гидроагрегатами, расположенными в рулевом машинном отделении. Световые индикаторы на рулевой стойке показывают, какая система работает и есть ли питание в другой системе.

Линейная гидравлическая силовая установка

Линейная гидравлическая силовая установка состоит из двустороннего гидравлического цилиндра управления, направляющего и перепускного клапанов, установленных на коллекторе, параллельной рейки, внешних концевых выключателей, внутреннего концевого перепускного реле и потенциометра повторного возврата.

Блок питания получает электрические сигналы от рулевой колонки двойного управления гироскопом. В ответ на эти сигналы шток поршня позиционируется с помощью гидравлической жидкости, подаваемой под давлением агрегатами гидравлического насоса Vickers. Позиционный шток, в свою очередь, непосредственно соединен через дифференциальную передачу с плавающим кольцом радиально-поршневого насоса Hele Shaw. Величина хода поршня пропорциональна порядку рулевого управления двойного управления гироскопом.Кроме того, предусмотрены ограничения для предотвращения чрезмерного хода поршня.

Линейная гидравлическая силовая установка

Поршневая операция

Управляющим элементом линейной гидравлической силовой установки является гидрораспределитель, представляющий собой четырехходовой клапан с электромагнитным управлением и пилотным управлением. Управляющий сигнал с рулевой стойки включает один из соленоидов в клапане. Соленоид отодвигает золотник пилота от центра, таким образом направляя управляющую жидкость для смещения золотника главного клапана.Это соединяет одну сторону цилиндра с входным давлением, а другую сторону с обратной линией, заставляя шток поршня и, следовательно, плавающее кольцо насоса Hele Shaw двигаться. Направление потока и, следовательно, направление движения управляющего цилиндра будет зависеть от того, на какой соленоид подается питание от рулевого управления.

Параллельная рейка, которая активирует потенциометр повторного возврата и концевые выключатели, прикреплена к поршню и перемещается вместе с ним.

Когда шток поршня достигает заданного положения, электрический контрольный сигнал уравновешивает сигнал приказа, тем самым обесточивая ходовой клапан.

Перепускной клапан в силовом агрегате открывается, когда автоматическое или ручное электрическое управление не используется, позволяя маслу свободно течь из одного конца цилиндра силового агрегата в другой. В этом случае рулевым механизмом корабля можно управлять с помощью отдельных средств, при этом гидравлический силовой агрегат все еще подключен. Когда система находится под напряжением, гидравлическое давление закрывает клапан, чтобы разрешить работу. Перепускной клапан представляет собой четырехходовой клапан с гидравлическим приводом и пружинным смещением, для работы которого требуется давление не менее 50 фунтов на квадратный дюйм.

Хотя байпасный клапан четырехходового типа, его использование в этой системе ограничено либо открытым, либо закрытым положением. Это достигается путем блокировки одного набора портов.

Когда система не работает или в случае, если она должна выйти из строя, перепускной клапан позволяет маслу течь с одной стороны управляющего цилиндра на другую, так что шток поршня может перемещаться с помощью альтернативного средства рулевого управления, такого как как трюковое колесо или телемотор. Когда насос включается для запуска системы в работу, в системе сразу же создается давление благодаря обратному клапану.Это давление закрывает перепускной клапан, позволяя управляющему цилиндру реагировать на работу направляющего клапана.

Концевые выключатели, реле и следящий потенциометр

Гидравлический силовой агрегат содержит две пары концевых выключателей, обозначенных как внутренние концевые выключатели и внешние концевые выключатели. Внутренние концевые выключатели обычно ограничивают электрическую работу до десяти градусов движения руля в любом направлении, чтобы оптимизировать работу при автоматическом рулевом управлении.Таким образом, когда сигнал ошибки имеет тенденцию выводить цилиндр за пределы умеренных углов поворота руля направления, внутренний концевой выключатель размыкает цепь к возбужденному соленоиду направляющего клапана. Внешние концевые выключатели настроены на размыкание цепи соленоида в положении руля направления. Кроме того, эти переключатели всегда настроены так, чтобы поршень не ударялся о механические упоры. В ручно-электрическом режиме рулевого управления реле в силовом агрегате, управляемое с рулевого поста, замыкает цепи на внутренних концевых выключателях и допускает полный руль направления до угла, определяемого внешними концевыми выключателями.

В нормальном режиме обе пары концевых выключателей замкнуты. На тот или иной соленоид гидрораспределителя подается управляющий сигнал от С1 до С+ или от С2 до С+ в зависимости от направления перекладки руля. Клапан работает, чтобы направить масло для перемещения поршня и штока. Это также перемещает прикрепленную стойку. Рейка приводит в движение шестерню, которая через зубчатую передачу соединяется с кулачковым валом концевого выключателя. Шестерни выбираются на заводе в соответствии с ходом штока поршня, так что кулачковый вал поворачивается на 270° при перемещении штока из одного положения в другое.Кулачки устанавливаются на валу во время установки для конкретных ограничений, требуемых конкретным судном.

Концевые выключатели LHPU

Внутренние концевые выключатели

Когда шток поршня перемещается достаточно, чтобы получить угол руля порядка 10°ee в любую сторону от миделя, кулачок последовательно с электромагнитным клапаном, находящимся под напряжением, размыкает концевой выключатель, и рулевой механизм удерживается в этом положении до тех пор, пока не будет подан управляющий ток к другому соленоиду.Если требуется менее 10 °ee руля, внутренний концевой выключатель не сработает.

Внешние концевые выключатели

В ручном электрическом режиме работы кулачковый переключатель на рулевой стойке подает питание на реле обхода внутреннего ограничения в силовом агрегате, когда рулевой поворачивает руль приблизительно на 8°ee. Ток, подаваемый от LL1 к C+, заставляет катушку реле R1 замыкать контакты R1-1 и R1-2 на внутренних концевых выключателях. Таким образом, хотя кулачки размыкают внутренние концевые выключатели, каждый контур от C1 или C2 через соленоид клапана до C+ остается закрытым.За несколько секунд до максимального хода кулачок размыкает нормально замкнутый внешний концевой выключатель мгновенного действия, обесточивая соленоид гидрораспределителя и удерживая рулевой механизм в этом положении до тех пор, пока рулевой не прикажет вернуть руль на мидель. Таким образом, внешние концевые выключатели определяют жесткость руля направления и предотвращают выход силовой установки за механические пределы хода.

Распределительный вал также приводит в движение вращающийся грязесъемник маслонаполненного потенциометра с проволочной обмоткой сопротивлением 5000 Ом.Этот потенциометр точно расположен так, что, когда шток поршня находится в среднем положении, скользящий элемент потенциометра имеет среднее сопротивление. Таким образом, потенциометр выдает электрический сигнал, пропорциональный положению силового агрегата, для подключения к следящей цепи автоматического или ручного электрического рулевого управления. Другими словами, этот потенциометр повторного возврата генерирует дополнительный сигнал, который отправляется на рулевую стойку. Соленоид направляющего клапана обесточивается, когда следящий сигнал отменяет управляющий сигнал.

На обоих концах штока поршня силового агрегата установлена ​​вилка, одна из которых механически соединена через дифференциальную передачу с крейцкопфом роторного насоса Hele Shaw. Силовой агрегат способен передавать усилие около 6800 фунтов в виде толчка или тяги.


Прямые комментарии Уильяму Хейнсу [email protected]
Пн, 1 июля 1996 г.
Руководство по проектированию TSPS © Массачусетская морская академия,

, 1995 г.

JH Электрогидравлический рулевой механизм с электромагнитным управлением и большим углом наклона|JAPAN HAMWORTHY CO., ООО

Рулевой механизм

Контур

Широкоугольный электрогидравлический рулевой механизм с электрогидравлическим приводом с электромагнитным клапаном (рулевой механизм JH) способен поворачивать руль под таким широким углом, как 70° по левому борту и 70° по правому борту, и является оптимальным для того, чтобы руль направления Schilling проявлял свой особый характер.

Рулевой механизм JH имеет рабочие характеристики, соответствующие требованиям к крутящему моменту рулей Schilling.

В рулевом механизме JH используются гидронасосы постоянного нагнетания, вписывающего типа и гидроцилиндры поршневого типа двустороннего действия.

Рулевой механизм управляется клапанами с электромагнитным управлением, поэтому конструкция чрезвычайно проста, а эксплуатация проста.

Рулевой механизм имеет компактную конструкцию и отличается высокой точностью управления и хорошим откликом.

Рулевой механизм устроен таким образом, что ошибка установки может компенсироваться сферическими подшипниками, используемыми в качестве шарнирных частей.

Рулевой механизм был одобрен основными классификационными обществами.

Рулевые механизмы были установлены на борту самых разных кораблей и получили признание публики.

Рулевые механизмы легко подключаются к любой системе рулевого управления и автоматизированной системе и работают очень эффективно.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КОНТУР
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Модель Лh4 JH7 Jh20 Jh22 Jh27 Jh32 Jh40
Крутящий момент под углом 40 т-м 3 7 10 12 17 22 30
Макс.угол поворота руля Степень 70°×2
Скорость руля Секунда 18/35°-30°(28/35°-30°)
Радиус действия мм 270 360 470 630
Диаметр поршня мм 100 140 160 180
Шток поршня диам. мм 65 85 90 100
Номинальная гидр.давление кгс/см 2 170 160 168 148 168 188 168
Сброс давления кгс/см 2 220 200 210 185 210 235 210
Двигатель Обычно 1 насос кВт 3.7 5,5 7,5 7,5 11 15 18,5
Обычно 2 насоса 2,2 2.2 3,7 3,7 5,5 7,5 11
Ширина мм 360 480 670 840
Длина мм 1255 1355 1590 1735 2040 2185 2700

Замечаний:
1.Каждый крутящий момент, указанный в таблице, основан на значении при угле поворота руля 40°.
2. Более крупные шестерни более 30 т-м также доступны по запросу.

Знакомство с продуктами Top

Всего систем рулевого управления | Сперри Марин

Northrop Grumman Sperry Marine предлагает полный спектр систем рулевого управления для многих типов судов и яхт. Благодаря модульной конструкции можно легко удовлетворить множество различных требований, от прогулочных лодок до мега-яхт и судов с несколькими рулями.Все компоненты системы рулевого управления связаны надежной технологией CAN-bus.

Ключевые преимущества системы рулевого управления:

 

  • Разработан для простой и понятной работы
  • Модульная конструкция для легкой установки и гибкой интеграции с другими элементами управления
  • Высококачественные компоненты и лопастные насосы для долговечности и надежности
  • Встроенная надежность с технологией шины CAN
  • Удобная эксплуатация с функцией переключения или передачи позиций рулевого управления

Модульная концепция конфигурации Total Steering Systems использует стандартные компоненты, сконфигурированные практически в любой требуемой конфигурации, такие как:

  • Интерфейс механического руля направления — Существуют различные методы интерфейса механического руля направления
  • Ручное гидравлическое рулевое управление — эта конфигурация состоит из гидравлического насоса с ручным приводом, напрямую соединенного с рулевым колесом или штурвалом
  • Одиночная электрогидравлическая система рулевого управления — Эта конфигурация обеспечивает электронное управление гидравлической системой, обеспечивая точное управление рулем направления.Несколько рулей в этом случае механически связаны и приводятся в действие одним или двумя гидроцилиндрами
  • .
  • Двойная электрогидравлическая система рулевого управления — Эта конфигурация обеспечивает электронное управление гидравлической системой, обеспечивая отказоустойчивую работу в случае одного руля или полностью независимое управление несколькими рулями без механического соединения

Дополнительные преимущества системы рулевого управления с несколькими положениями и автопилотами делают систему гидравлического рулевого управления многочисленной.

Гибкая архитектура

Система рулевого управления Total Steering System от Northrop Grumman Sperry Marine представляет собой сложную систему рулевого управления, которая обеспечивает надежность, безопасность и выдающийся функциональный диапазон. Усовершенствованная система рулевого управления имеет модульную архитектуру и отвечает индивидуальным требованиям заказчика. Его можно использовать для всех судов с одинарным и двойным рулем, а также для судов с носовым и кормовым мостиками или носовыми и кормовыми рабочими станциями.

Легко интегрируется с самоадаптирующимся автопилотом


 

Адаптивный автопилот снижает активность руля в зависимости от погодных условий и состояния моря.Меньшая активность руля приводит к меньшему расходу топлива, что делает решение более экономичным.

Для систем рулевого управления без руля, таких как азиподы и водометы, требующих специальных управляющих сигналов, Northrop Grumman Sperry Marine может поставить адаптивный и легко интегрируемый автопилот NAVIPILOT 4000. 

Индивидуальные рамы консоли


 

Northrop Grumman Sperry Marine предлагает индивидуальные рамы консолей различных размеров и конфигураций. Эти рамы предварительно смонтированы, настроены и полностью протестированы, чтобы сократить затраты на установку и время ввода в эксплуатацию.Мы обеспечиваем быструю, простую и экономичную установку на борту, поэтому решения Northrop Grumman Sperry Marine идеально подходят как для новых проектов, так и для проектов модернизации.

Для получения дополнительной информации о системах рулевого управления Northrop Grumman Sperry Marine свяжитесь с нами.
 

 

 

 

AutoInfoMe: автомобильное рулевое управление

Автомобиль был изобретен более 100 лет назад. В виде важная часть автомобиля, автомобильная система рулевого управления была создана с эволюция автомобиля в конфигурации, функциях и внешнем виде.Рулевое управление системы в основном представляет собой механическую связь или механизм, с помощью которого водитель может контролирует и управляет движением или направлением движения автомобиля. Вместе с разработка самой автомобильной техники и производительности, автомобильное рулевое управление система нуждается в инновациях за счет увеличения динамизации и управляемости системы шаг за шагом. Чтобы адаптироваться к мутативной среде, необходимо точка для системы рулевого управления, как повысить ее гибкость и изменчивость.

В ранние времена, когда автомобиль был просто изобрели, водитель поворачивал ручку или рельс с рулевым валом в его рука для вождения.Рулевой механизм автомобиля был шестеренчато-рейочным. самый ранний предок автомобильного рулевого механизма. Передаточное отношение рулевого механизма было 1 к 1. Для движения требовалось много энергии. Когда автомобильный предварительно положительный двигатель были разработаны в 1891 году, был увеличен вес головы автомобиля, таким образом, вибрация системы рулевого управления может передаваться водителю при повороте рукоятки. или рельс, и это заставляло водителя чувствовать себя слишком усталым. Как одношарнирный механизм, исходную ручку или рейку с рулевым валом следует усовершенствовать, а ее гибкость должна быть увеличена, чтобы избежать недостатка.В ранние времена, системы ручки или рельса с рулевым валом все просты, и они только имеют функцию поворота вправо или влево. Позже рулевое колесо было применено в автомобили. После 1990 года функции рулевого колеса стали более разнообразными. Добавлены некоторые дополнительные функции, где преимущество многофункционального руль заключается в том, что водителям не нужно перемещаться в таком большом пространстве, и они могут удобно управлять автомобилем для многих функций. Из ручки или рельса система рулевого управления до многофункционального рулевого колеса, а затем развивается до концептуальная система без рулевого колеса, это правильный процесс от простого систему в сложную систему, а затем в простую систему.

3.2 Функции системы рулевого управления:


Функции рулевой системы: позволять качание колес влево или вправо для поворота автомобиля по желанию водитель (позволить водителю вести транспортное средство). Он преобразует вращательное движение руля в угловой поворот передних колес. Это обеспечивает курсовая устойчивость с помощью правильной геометрии рулевого управления. Это помогает минимизируйте износ шин, обеспечивая надлежащий контакт с дорогой. Оптимизирует срок службы шин также.Он умножает усилия водителя, выступая в качестве рычага, чтобы достаточно легко крутить колеса. Это помогает в достижении эгоцентризма усилия по поддержанию правильных рулевых механизмов. Он поглощает большую часть дорожные удары, тем самым предотвращая их передачу в руки водитель без особой нагрузки на него. 3.3 Требования к системе рулевого управления:

1. Правильно разработанная система рулевого управления, работает хорошо и направляет транспортное средство в правильном направлении направление.
2. Это должно удовлетворять условию Аккермана.
3. Когда рулевое колесо отпущено, колеса должны автоматически вернуться в исходное положение. прямолинейном положении и должен оставаться устойчивым в этом положении.
4. рулевое управление должно иметь как можно более низкое передаточное число, чтобы обеспечить легкость управления. умение обращаться.
Рулевое управление механизм должен быть очень точным, простым в установке и обращении или усилия должны быть минимальными, чтобы управлять.
5. Это должна обеспечивать максимальную курсовую устойчивость автомобиля. Дорога потрясает колеса не передаются в руки водителя; он должен поглощать дорожные толчки.
6. Это должен постоянно держать колесо в движении, не натирая его. Дорога.
7. Эта система должна ассоциироваться с контролем скорости.
8. Это должен быть легким и стабильным. Он должен легко эксплуатироваться с меньшими затратами на техническое обслуживание.
9. Это должен иметь самоцентрирующееся действие в некоторой степени.
10. на систему рулевого управления не должны воздействовать боковые тяги, силы на поворотах и эффекты ветра.
11. Хороший рулевой механизм должен быть сконструирован таким образом, чтобы он не допускал бокового проскальзывания передних колес при управлении.
12. Должна быть истинная качка колес во время руления. Передние колеса должны позволять поворачиваться влево и вправо для управления транспортным средством.
13. Должна быть определенная степень необратимости, чтобы удары дорожного покрытия не передаются на руки водителя.

3.4 Принцип правильного рулевого управления:

Механизм рулевой тяги автомобиля основан на «системе Аккермана». Принцип рулевого управления», в то время как «Принцип правильного рулевого управления» является основу этой связи.В механизме состоит из поперечной связи, соединенной на короткие оси и передние колеса через короткие рычаги. Они образуют коленчатый рычаг рычаг. При прямолинейном движении автомобиля поперечина остается параллельной короткие звенья оба составляют угол α от горизонтальной оси шасси. Этот система обеспечивает изменение направления движения автомобиля и поддерживать положение по решению водителя, не напрягая его. Элегантный и простой механизм, приближенный к идеальному рулевому управлению, был запатентован в Англии в 1818 году Рудольфом Акерманом, и хотя он назван в его честь, Фактическим изобретателем был немецкий каретный строитель по имени Георг Ланкенспергер, который разработал его двумя годами ранее.

Правильное рулевое управление достигается, когда все четыре колеса отлично катятся при любых условиях эксплуатации. Принимая витков (рис. 3.1) условие идеальной прокатки выполняется, если оси передние колеса при изготовлении встречаются с осью заднего колеса в одной точке. Тогда эта точка — мгновенный центр (I) геометрии рулевого управления. Видно, что внутреннее колесо должно повернуться на больший угол, чем внешнее колесо. Чем больше угол поворота, тем меньше радиус поворота.Однако есть максимум, на который мы можем пойти в отношении угла поворота рулевого колеса. Это было найдено что угол поворота (внутреннего колеса) может иметь максимальное значение около 44º. Крайние положения с обеих сторон называются положениями блокировки. диаметр наименьшего круга, который может пройти внешнее переднее колесо автомобиля и полученный, когда колеса находятся в их крайних положениях, известен как поворотный круг.

Рис. 3.1: Принцип правильного рулевого управления

Для правильного управления
           cot φ = y+c / b, (φ=угол внутренней замок)

= г/б + к/б

= cotθ + c/b, (θ= угол внешнего замка)

детская кроватка φ ₋ детская кроватка θ = с/б ….(уравнение правильное рулевое управление). Вышеупомянутое уравнение представляет основное условие для рулевой механизм для идеального качения всех колес.

Условием правильного рулевого управления является то, что все четыре колеса должны вращаться вокруг одного и того же мгновенного центра I, лежащего на оси задних колес. Ось внутренних колес составляет больший угол θ чем угол φ, образуемый осью внешнего колеса; это «принцип механизма правильного рулевого управления». И этот принцип следует гораздо более известному «принципу Аккермана». Управляемая геометрия».Термин «геометрия рулевого управления» (также известный как «передняя часть геометрия») относится к угловому соотношению между подвеской и рулевым управлением. детали, передние колеса и дорожное покрытие. Поскольку выравнивание имеет дело с углами и влияет на рулевое управление, метод описания измерений центровки называется геометрия руля. Существует пять углов геометрии рулевого управления: развал, кастер. ,Схождение, Наклон оси рулевого управления и Схождение на поворотах. Намерение Аккермана геометрия заключается в том, чтобы избежать необходимости бокового скольжения шин при следовании по путь вокруг кривой.И за тем же кривым путем оба задних колеса также вращаться с немного отличающейся скоростью друг от друга, чтобы удовлетворить правильное состояние рулевого управления, чтобы принцип Аккермана работал идеально. переход задних колес и их регулирование поддерживаются «дифференциальная единица», которая играет жизненно важную, но скрытую роль в правильном рулевой механизм. И поэтому это самый скрытый компонент для рулевого управления геометрия из системы главной передачи. Линия траектории кривой передних колес и центральная линия осей задних колес всегда пересекается в одной общей точке, называемой «I». (мгновенный центр), и это возможно только при правильном функционировании рулевого управления и дифференциала.

3.5 Общее расположение системы рулевого управления:

В эволюции автомобильной системы рулевого управления два в первую очередь применяется привод замещающего вала передних колес; рулевая рейка конструкция зубчатой ​​передачи стала теоретизироваться позже, и она была точно обработана, таким образом Шестеренчато-реечный рулевой механизм применяется в автомобилях формально. С автомобильная техника совершенствуется, автомобильная система рулевого управления также быстро развивались. Там была тяга, которая соединяла навесное оборудование рулевой вал друг к другу.Специальная рулевая рейка управляла рулевой тягой. двигаясь вправо и влево, и заставляли внутреннее и внешнее колеса вращаться. Механизм с шестеренчатым редуктором сделал автомобильную систему более гибкой к контроль и изолированная вибрация. Ручка и рейка заменены на круглые руль. А круговой руль с рулевым валом переместился на справа или слева. Прежняя вертикальная фиксация превратилась в градиентную фиксацию. как для руля, так и для рулевого вала.

В любом автомобиле главным элементом является рулевое управление.В основном рулевое управление связано с передними осями с помощью зубчатого механизма. На передней ось, установлены колеса, а с помощью руля водитель может поворачивайте автомобиль вправо, влево или прямо. Общее расположение автомобильной рулевой системы – это рулевое колесо, рулевая колонка и ее вал, рулевой редуктор и рулевые тяги. И это было показано в Рисунок 3.2.

Рис 3.2 Общее устройство рулевого управления автомобиля
1. Рулевое колесо : Колесо, поворачиваемое водителем автомобиль, корабль и т. д., когда он или она хочет изменить направление движения средство передвижения. В ранние времена существовало два вида появления автомобилей. механизм управления. Они представляли собой простую ручку и две перекрещенные рейки. Идеи исходил от штурвала парохода. После 1986 года появление механизм управления автомобилем был в основном доработан под руль. 2. Рулевая колонка и вал : вал, соединяющий рулевое колесо с рулевой механизм в сборе.Его также называют рулевым валом, в совокупности называемым система рулевого управления, рулевая колонка и вал соединяют рулевое колесо к остальной части системы рулевого управления, расположенной рядом с колесами или в них. Самый современный Автомобили поставляются с телескопическим рулевым валом, состоящим из двух стальных труб, одна из которых который твердый, а другой полый. Твердая трубка скользит внутри полой трубка, позволяющая ей разрушиться в случае столкновения. Рулевой вал также имеет рулевую муфту, расположенную внизу, которая служит для поглощения вибрации, а также допуская небольшие отклонения, происходящие в выравнивании между рулевым механизмом и валом.Многим современным автомобилям не хватает клиренса для облегчения прямого соединения рулевого вала и шестерни. Это наклоняемая колонна для движения вперед и назад полностью регулируется, чтобы сделать вождение намного удобнее. 3. Рулевой механизм : Шестерня установлена ​​на нижнем конце рулевой колонки, которые используются для увеличения силы поворота водителя. Это преобразует вращательное движение руля в прямолинейное движение. 4. Рычаг сошки : передает движение коробки передач на рулевая тяга.Рычаг сошки приварен к коробке передач. 5. Рулевая тяга : Система, соединяющая рулевое колесо к переднему колесу и позволяет колесу менять направление в реакция на команду водителя. Рулевая тяга – это устройство различные ссылки, а именно; рука питмана (перетащите руку), перетащите звено / центральное звено / нажмите или тяга, рулевые тяги и поворотный кулак/рулевой рычаг.

Управление крутящим моментом систем рулевого управления с электроусилителем на основе усовершенствованного управления активным подавлением помех

В системе рулевого управления с электроусилителем (EPS) низкочастотные возмущения, такие как сопротивление дороги, неравномерное механическое трение и изменение параметров двигателя, могут вызывать колебания крутящего момента на рулевом колесе и прерывистость.Для улучшения плавности крутящего момента на рулевом колесе в статье предлагается усовершенствованный метод управления крутящим моментом электродвигателя ЭУР. Установлен целевой алгоритм крутящего момента, который связан с параметрами процесса рулевого управления, такими как угол поворота рулевого колеса и угловая скорость. Затем разрабатывается целевая стратегия управления крутящим моментом с обратной связью, основанная на улучшенном ADRC, для оценки и компенсации внутренних и внешних возмущений системы, чтобы уменьшить влияние возмущения на крутящий момент рулевого управления.Результаты моделирования показывают, что чувствительность и помехоустойчивость улучшенного ADRC лучше, чем у обычных ADRC и PI. Эксперимент с транспортным средством показывает, что предложенный метод управления имеет хорошую стабильность тока двигателя, плавность крутящего момента и гибкость при наличии низкочастотных возмущений.

1. Введение

Система рулевого управления с электроусилителем (EPS) обладает такими преимуществами, как безопасность, энергосбережение и удобное рулевое управление [1], которая постепенно заменила механические и гидравлические силовые системы для достижения вспомогательной функции рулевого управления с усилителем в системе рулевого управления. [2–4].Однако система EPS также вызывает некоторые проблемы. Например, применение двигателя и механизма замедления в ЭУР неизбежно увеличивает инерцию системы рулевого управления и вносит неизвестное дополнительное трение. Шум дискретизации контроллера EPS и неточность модели управления также вызовут помехи. Эти проблемы могут вызвать разрывы и колебания крутящего момента рулевого управления, особенно когда изменяется крутящий момент сопротивления рулевого управления, что в значительной степени вызвано неизвестными дорожными неровностями. Частота вышеуказанного возмущения очень низкая, даже близкая к диапазону входного сигнала.Трудно отфильтровать с помощью фильтра. Поэтому важно улучшить реакцию и сохранить стабильность при возникновении неизвестных помех.

В последние годы было предложено множество стратегий управления для улучшения ощущения рулевого управления и чувствительности к крутящему моменту для управления EPS [5–7]. В [8] стратегия ПИД-регулятора используется для создания замкнутого контура по крутящему моменту, в котором дифференциальная операция создает высокочастотный шум, заглушающий дифференциальные сигналы. Поэтому разработчики склонны использовать стратегию PI в практических приложениях.Однако, когда неизвестное возмущение нагрузки резко меняется, стратегия PI быстро увеличивает усиление мощности, чтобы сократить время отклика, что легко вызывает колебания системы, что приводит к неравномерному крутящему моменту.

С развитием современной технологии теории управления многие интеллектуальные методы управления были применены в управлении крутящим моментом EPS. В [9–11] генетический алгоритм и оптимизация роя частиц используются для нахождения оптимальных параметров усиления. В [12] предложены оптимизация муравьиной колонии и оптимизация роя частиц для нахождения оптимальных параметров PID, которые могут улучшить отзывчивость и стабильность.Однако все эти алгоритмы относятся к случайному алгоритму, у которого есть некоторые проблемы, такие как локальное оптимальное решение, преждевременная сходимость и большие вычисления.

Некоторые ученые применяют наблюдатель адаптивного скользящего режима для отслеживания изменения крутящего момента, чтобы обеспечить надежность системы рулевого управления, а высокочастотный шум дифференциального сигнала устраняется с помощью фильтра Калмана [13–15]. Управление режимом скольжения представляет собой импульсное управление, которое вызывает колебания крутящего момента и влияет на плавность хода.Кроме того, расчет фильтра Калмана относительно велик, поэтому его трудно применять на практике.

Многие другие ученые применяли теорию H-∞ к управлению крутящим моментом. В [16–18] установлен H-∞-регулятор модели системы рулевого управления. В [19] H-2 и H-∞ объединяются для разработки наблюдателя для нахождения оптимального решения. Ключ H-∞ состоит в том, чтобы выяснить частотный диапазон различных ошибок в модели системы и определить индекс оптимального решения.Однако значения индекса всегда основаны на опыте проектирования, а точность управления зависит от модели системы, которая зависит от типа транспортного средства. Следовательно, алгоритм нежелателен для инженерных приложений.

Стратегия активного подавления помех (ADRC) была предложена в конце 1990-х годов [20], которая не только вобрала в себя современную теорию управления «описанием внутренних механизмов системы», но и основана на стратегии управления «устранение ошибки за ошибкой». ». Ядро ADRC используется для объединения внутренних и внешних возмущений системы в общее возмущение, которое оценивается наблюдателем расширенного состояния (ESO) и компенсируется регулятором с обратной связью [21].Тогда система может иметь хорошую реакцию и способность противостоять помехам в среде с неизвестными помехами.

Из-за нелинейности и непредсказуемости помех для обеспечения быстрого реагирования используется нелинейный наблюдатель расширенного состояния (NESO). Однако расчет NESO очень велик, что не подходит для инженерного применения. Расчет линейного наблюдателя расширенного состояния (LESO) невелик, но скорость отклика LESO плохая. Система управления должна учитывать как скорость реагирования, так и расчет.

В данной статье исследуется точность управления крутящим моментом двигателя постоянного тока с постоянными магнитами при воздействии низкочастотных помех. Структура двигателя проста и содержит небольшое количество неизвестных параметров, что обеспечивает высокую точность оценки помех. Кроме того, по мере того, как расчетная частота нарушений становится низкой, расчетное бремя ESO становится небольшим. Таким образом, предлагаемая стратегия ADRC имеет хороший контрольный эффект при низкочастотных помехах.

В этом документе предлагается метод управления крутящим моментом, основанный на улучшенном ADRC.Возмущение системы оценивается и компенсируется параллельным линейным наблюдателем расширенного состояния (P-LESO) вместо обычного ESO, чтобы обеспечить хорошую реакцию и избежать чрезмерных вычислений.

Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 приведены математические модели системы рулевого управления и алгоритм целевого момента рулевого управления. В разделе 3 дифференциаторы слежения (TD), P-LESO и уравнение управления с обратной связью применяются к управлению крутящим моментом рулевого управления, и выполняется проверка моделирования.В разделе 4 представлен эксперимент с транспортным средством для проверки эффективности алгоритма. Наконец, в разделе 5 приведены некоторые хорошие выводы.

2. Анализ динамики системы EPS
2.1. Упрощенная модель системы EPS

На рис. 1 показана упрощенная модель системы EPS, которая включает в себя два конца реактивной штанги, соединенные с рулевым колесом и рулевой колонкой соответственно. Датчик крутящего момента, установленный на торсионной штанге, определяет переменную формы, чтобы обеспечить сигнал для контроллера ECU, который может управлять двигателем для обеспечения вспомогательного крутящего момента.Вспомогательный момент двигателя усиливается механизмом замедления для преодоления внутреннего трения и момента сопротивления дороги [22].


Уравнение крутящего момента для верхнего конца реактивной штанги можно выразить следующим образом: где T sw — крутящий момент на рулевом колесе; T s – крутящий момент моментной штанги, измеряемый датчиком крутящего момента; c sw — демпфирование руля; ω — угловая скорость рулевого колеса; J sw — вращательная инерция рулевого колеса; а a sw — угловое ускорение рулевого колеса.

На самом деле момент инерции J sw и демпфирование рулевого колеса c sw слишком малы, чтобы их можно было учитывать. Таким образом, уравнение (1) может быть упрощено как

Уравнение крутящего момента для нижнего конца стержня крутящего момента может быть выражено как где G — передаточное отношение механизма замедления; T e — электромагнитный момент двигателя; J p – вращательная инерция рулевой колонки; a p — угловое ускорение рулевой колонки; c p — демпфирование рулевой колонки; ω p – угловая скорость рулевой колонки; T r — момент сопротивления дороге.Кроме того, электромагнитный момент двигателя может быть выражен следующим образом: где K m — постоянный момент двигателя, а i — ток двигателя.

Поскольку двигатель жестко связан с механизмом замедления, ω m выражается как угловая скорость двигателя и тогда ω p может быть записано как

7 С помощью уравнений (2)–(5) уравнение крутящего момента на рулевом колесе может быть выражено как

. Можно видеть, что на крутящий момент на рулевом колесе сильно влияют помехи на дороге и система демпфирования.Внешнее возмущение может быть выражено как функция a ( t ). Чтобы обеспечить плавный и стабильный крутящий момент рулевого управления, влияние других условий помех необходимо компенсировать путем управления током двигателя.

Упрощенная математическая модель двигателя может быть выражена следующим образом: где u — напряжение двигателя; R – эквивалентное сопротивление якоря двигателя; p — дифференциальный оператор; L m — индуктивность двигателя; K e — коэффициент противо-ЭДС двигателя.

Основными параметрами в приведенном выше уравнении показаны в таблице 1.

7 9058 9 9 2 C P R

G 16.5
J J P 9 P 0.041
N · M · S · S · RAD -1 0.25-0.4
Ω 0.16-0.3
л м мГн 0,1
К е V · S · RAD -1 -1 0.053
K M N · M · A -1 0,053
8
2.2. Алгоритм целевого крутящего момента на рулевом колесе

Во избежание влияния неосновных факторов на алгоритм алгоритм управления целевым крутящим моментом, используемый в данном исследовании, устанавливается при следующих условиях: конструкция системы рулевого управления транспортного средства жестко связана без силовой деформации в рулевой механизм автомобиля; угол бокового увода шины при рулевом управлении игнорируется.

Как правило, требования автомобиля к крутящему моменту на рулевом колесе зависят от условий движения.Когда автомобиль движется с низкой скоростью или неподвижен, крутящий момент рулевого управления должен быть гибким и легким. По мере увеличения скорости автомобиля крутящий момент на рулевом колесе следует соответствующим образом увеличивать, чтобы автомобиль мог сопротивляться воздействию боковых сил при движении по прямой. В случае постоянной скорости автомобиля по мере увеличения угла поворота рулевого колеса крутящий момент на рулевом колесе должен увеличиваться, чтобы обеспечить ощущение рулевого управления; когда угловая скорость рулевого колеса велика, это означает, что направление транспортного средства быстро меняется, и крутящий момент на рулевом колесе должен быть соответствующим образом увеличен для обеспечения стабильности работы транспортного средства.Следовательно, алгоритм управления целевым крутящим моментом на рулевом колесе может быть выражен как где — целевой крутящий момент на рулевом колесе; скорость автомобиля; θ — угол поворота руля; θ d – мертвая зона по углу поворота рулевого колеса; ω — угловая скорость рулевого колеса; ω k — предельная угловая скорость рулевого колеса; и , K θ и K ω являются параметрами управления, которые непосредственно влияют на ощущение руля водителем.Соответствующий алгоритм управления целевым крутящим моментом рулевого управления можно настроить в соответствии с различными типами транспортных средств, предпочтениями вождения и фактическими условиями работы.

3. Разработка усовершенствованной стратегии управления крутящим моментом ADRC

На рисунке 2 показаны блок-схемы управления электродвигателем EPS на основе ADRC, которые включают в себя замкнутый контур с внешним моментом и замкнутый контур с внутренним током. Датчик угла крутящего момента измеряет угол и крутящий момент рулевого колеса в режиме реального времени. Дифференциатор слежения (TD) вычисляет угол для получения угловой скорости и процесса перехода угла, которые используются алгоритмом целевого крутящего момента для получения целевого крутящего момента рулевого колеса.На крутящий момент рулевого колеса влияют такие факторы, как сопротивление дороги, механическое трение и крутящий момент двигателя. В соответствии с разницей между целевым крутящим моментом и измеренным крутящим моментом рулевого колеса ток двигателя регулируется ADRC, чтобы обеспечить соответствующий вспомогательный крутящий момент для достижения управления крутящим моментом с обратной связью. Между тем, неизвестное сопротивление дороги, неравномерное механическое трение и изменяющиеся параметры двигателя вызывают помехи в текущем управлении. Поэтому ADRC использует LESO для оценки этих возмущений и компенсирует их в текущем управлении с обратной связью.


3.1. Расчет угловой скорости с помощью TD

В алгоритме целевого крутящего момента скорость автомобиля и углы поворота рулевого колеса измеряются соответствующим датчиком. Угловая скорость обычно получается путем дифференцирования углового сигнала, который имеет много дифференциального шума. Передаточная функция обычного расчета угловой скорости имеет вид где ω c — угловая скорость, полученная обычным дифференциальным расчетом; θ — угол поворота рулевого колеса; и T является постоянной времени, представляющей размер шага системы.Следовательно, переменная α может быть определена как инерционная связь первого порядка θ , которая может быть выражена как

. аппроксимируйте входной сигнал θ , отстающий T во временной области. Уравнение аппроксимации может быть выражено как

Однако из-за помех от шума измерения датчика и шума дискретизации контроллера в практических приложениях угловой сигнал θ фактически состоит из реального углового сигнала θ a и сигнал угла возмущения θ n .Следовательно, когда начальное состояние системы равно 0, свойство свертки Лапласа показывает, что α может быть выражено как

Во втором члене уравнения (12) шум θ n ( τ ) — высокочастотный шум дискретизации, а среднее значение равно 0. Таким образом, α можно переписать как

Уравнение угловой скорости можно выразить как

Как видно из уравнения (14), чем меньше постоянная времени T , тем больше усиление шума.В практических приложениях размер шага системы обычно меньше 1 мс, а усиление шума является серьезным, что приводит к тому, что реальный сигнал заглушается.

В данной работе с целью уменьшения усиления шума для расчета угловой скорости используется ТД, где ω – приблизительная угловая скорость рулевого колеса, рассчитанная по ТД, а τ 1 и τ 2 — два соседних момента. Передаточная функция уравнения (15) равна

Оба τ 1 и τ 2 могут быть приблизительно записаны как τ , когда момент времени очень близок.Тогда уравнение (16) может быть выражено как где r является обратной величиной τ . После простой замены уравнения уравнение (17) может быть переписано как где θ 1 — процесс перехода θ . Из характера Лапласа видно, что θ 1 — выход θ через линейную систему второго порядка, а r — параметр демпфирования уравнения. Когда r  > 1, θ 1 следует за θ без выброса.Реализация уравнения (18) в пространстве состояний может быть выражена как

Уравнение (19) является общей формой TD во временной области, которая имеет следующие характеристики: θ , чтобы избежать ступенчатого воздействия, вызванного резкими изменениями θ . (2) Параметр r влияет на скорость отслеживания процесса перехода. Параметр r увеличивается с повышением требований к точности управления системой.(3) TD эффективно снижает влияние шума при вычислении дифференциального сигнала и повышает точность дифференциального сигнала.

На рис. 3 показан выход TD с различными параметрами переходной характеристики.

Из рисунка 3 видно, что когда параметр r увеличивается, θ 1 может отслеживать θ быстрее, а приблизительное дифференцирование становится более точным. В этой статье r  = 2500.

Для моделирования практических приложений добавьте к входному сигналу белый шум, амплитуда которого составляет 1% от фактического сигнала.Размер шага системы установлен на 1  мс. На рис. 4 показан выходной сигнал TD в переходной характеристике и синусоидальной характеристике.

Как видно из рис. 4, хотя шум составляет только 1% сигнала, дифференциальная ошибка обычных дифференциаторов слишком велика для применения. Дифференциальная ошибка с использованием TD составляет 0,3% от ошибки обычного дифференциального метода. Поэтому более точный сигнал угловой скорости рулевого колеса можно получить по ТД. Кроме того, может быть получен более точный алгоритм целевого крутящего момента.

3.2. Улучшенный дизайн стратегии ADRC и анализ стабильности

Основой замкнутого контура крутящего момента является завершение текущего замкнутого контура. Уравнение состояния двигателя устанавливается как где R 0 — статическое сопротивление двигателя; R n – изменение сопротивления при работе двигателя; и u и i – вход и выход уравнения состояния соответственно.

Для двигателя нарушения системы EPS, такие как трение в системе и сопротивление дороги, в конечном итоге отражаются на скорости двигателя, которую трудно точно оценить.Между тем, параметры двигателя, такие как сопротивление двигателя, изменяются в зависимости от рабочего состояния двигателя. Таким образом, входной ток двигателя зависит не только от напряжения двигателя, но и от внутренних и внешних помех. Для реализации основной идеи ADRC необходимы три шага: (1) внутренние и внешние возмущения системы рассматриваются как общее возмущение; 2) общая возмущенность оценивается по ESO; и (3) оцениваемый результат компенсируется звеном управления с обратной связью.Таким образом, уравнение состояния можно переписать так: где a 0 и b — параметры системы соответственно, а f — полное возмущение. На основе уравнения (21) устанавливается ESO, где z 1 — оценка текущего i ; z 2 – оценка общего возмущения; e i — ошибка между истинным значением и оценочным значением; β 1 и β 2 — коэффициенты усиления обратной связи соответственно; и является функцией обратной связи ошибки.Когда является линейной функцией, устанавливается LESO. Когда является нелинейной функцией, устанавливается NESO. Общая нелинейная функция имеет вид где α и δ — параметры функции.

Когда эффект оценки ESO хороший, пропорциональное управление может обеспечить хорошее управление по току с обратной связью. Таким образом, общая оценка возмущения компенсируется пропорционально, и уравнение управления током с обратной связью устанавливается следующим образом: где i 0 — целевой ток двигателя, полученный из управления целевым крутящим моментом с обратной связью; u 0 — пропорциональная обратная связь по ошибке между i 0 и z 1 ; K p – коэффициент пропорциональности; u — реальное выходное напряжение после компенсации помех.

На самом деле всегда существует ошибка наблюдения между оценкой возмущения и реальным возмущением: где f  ′ — ошибка наблюдения возмущения. При внедрении NESO и согласовании соответствующих параметров f  ′ мало, и система работает хорошо. Однако вычисление нелинейной функции очень тяжело для практического применения. С другой стороны, если вместо этого используется LESO, вычисление будет небольшим, но f  ′ будет большим, когда целевое усиление велико или частота помех высока.Серьезно пострадала скорость отклика и помехозащищенность ADRC.

Основная цель компенсации возмущений, основанная на принципе ADRC, состоит в том, чтобы преобразовать неизвестную модель системы в интегрирующую систему первого порядка, которую легко решить. Следовательно, ошибка наблюдения возмущения представляет собой разницу между заданным током и выходным током. Целевой ток является интегральной функцией первого порядка целевого напряжения:

Пока f  ′ компенсируется, точность оценки возмущения может быть улучшена. f  ′ считается выходом системы, где вход u 2 равен нулю. Затем устанавливается новый LESO2 для системы, оценивающий 90 554 f 90 555  ′. Новый LESO2 и исходный LESO1 образуют параллельный линейный наблюдатель расширенного состояния (P-LESO). Общее возмущение системы наблюдается и компенсируется LESO1, а ошибка наблюдения возмущения в LESO1 наблюдается и компенсируется LESO2. Следовательно, метод наблюдения P-LESO может уменьшить ошибку наблюдения возмущения и улучшить динамическую реакцию.P-LESO строится следующим образом: где z 11 — оценка выходного тока; z 12 – оценка общего возмущения системы; z 21 — оценка f  ′; и β 1 и β 2 являются настраиваемыми параметрами, и их значения будут непосредственно влиять на быстроту и точность оценки помех. На рисунке 5 показана блок-схема управления двигателем EPS на основе улучшенной стратегии ADRC с использованием P-LESO.


LESO1 выражается в виде пространства состояний:

Уравнение состояния где , которое является матрицей системы.

Согласно критерию устойчивости Рауса, когда β 1  > 0 и β 2  > 0, наблюдатель должен быть устойчивым. Между тем, системная матрица LESO2 имеет ту же форму, что и LESO1, и LESO2 также стабилен.

В системах EPS наблюдатель должен быстро и точно оценить низкочастотные (в пределах 10 Гц) помехи.Следовательно, полоса пропускания наблюдателя должна быть выше 100 Гц. δ 0 — ожидаемая ширина полосы наблюдателя. Когда β 1  = 2 δ 0 и ожидаемое уравнение характеристики наблюдателя имеет вид Преобразование Лапласа:

Согласно уравнению (32), оценочное возмущение и реальное возмущение можно представить как колебательную связь второго порядка.Таким образом, оценочное возмущение получается после двукратного выполнения низкочастотной фильтрации первого порядка для реального возмущения. Частота среза каждого уровня ФНЧ составляет δ 0 . Однако, когда β 1  = 2 δ 0 и , коэффициент демпфирования равен 1, и уравнение имеет два равных отрицательных действительных корня − δ 0 . В практических приложениях параметр устанавливается на избыточное демпфирование, чтобы предотвратить перерегулирование переходной характеристики.В этой статье β 1  = 250 и β 2  = 12000.

Преобразование Лапласа выполняется по уравнениям (26) и (29) для получения передаточной функции между входным напряжением и выходным током двигателя:

Согласно уравнению (33), связь между выходным током и входным напряжением в улучшенной стратегии ADRC состоит из инерционного звена первого порядка и дифференциального звена. При условии обеспечения стабильности системы вывод системы может быть скорректирован раньше, чтобы повысить скорость отклика.

3.3. Анализ моделирования улучшенного ADRC

В соответствии с рабочей ситуацией двигателя в системе EPS частота сигнала крутящего момента и угла находится в пределах 3 Гц, а типичная частота механического возмущения составляет от 10 Гц до 30 Гц, что является низким -частотное возмущение.

На рис. 6 показана оценка помех трех видов ESO на разных частотах. Когда возмущение составляет 1 Гц, все три наблюдателя хорошо согласуются с возмущением. Когда возмущение составляет 10 Гц, оценка возмущения LESO имеет разность фаз 45 градусов по сравнению с реальным возмущением, но P-LESO и NESO по-прежнему хорошо следуют друг за другом.Когда возмущение составляет 30 Гц, оценка возмущения LESO имеет разность фаз 90 градусов по сравнению с реальным возмущением, в то время как разность фаз P-LESO и NESO составляет 18 градусов. Таким образом, разработанный P-LESO может стабильно и точно оценивать типичную частоту механических помех.

На рис. 7 показаны ступенчатые реакции различных стратегий на типичные частотные сигналы при наличии помех.

Из рисунка 7 видно, что ADRC на основе различных ESO лучше, чем PI-регулирование, в подавлении шума и скорости отклика, особенно на более высоких частотах сигнала, независимо от того, какие ступени входной частоты сигнала или частоты помех.Когда частота сигнала низкая, чувствительность трех стратегий ADRC одинакова. Когда частота сигнала увеличивается, отзывчивость и помехоустойчивость P-LESO лучше, чем у LESO, который в основном такой же, как у NESO.

4. Эксперимент по стратегии управления

На основе теории и анализа моделирования характеристики управления крутящим моментом рулевого управления и током двигателя в улучшенном ADRC проверяются экспериментально с транспортным средством. Чтобы значительно сравнить различные стратегии управления, был выбран экспериментальный автомобиль с большим и неравномерным трением в системе рулевого управления, и экспериментальный автомобиль имеет несколько точек прерывистого момента сопротивления во всем диапазоне рулевого управления.Возмущение особенно заметно на неровной дороге, и автомобиль продолжает двигаться на малой скорости. Диапазон поворота руля может быть широким, но скорость руля, как правило, не превышает 1 об/с. С учетом коэффициента замедления максимальная скорость двигателя не превышает 1000 об/мин. Параметры системы управления экспериментами автомобиля показаны в таблице 2.

9 90-720
Нагрузка передней оси кг 635
Передаточное отношение 16.5
Рейтинг двигателя W 2
Максимальный крутящий момент двигателя N · M 2 9
Диапазон вращения рулевого колеса до 720158 -720 до 720

Стратегия управления двигателем улучшенного ADRC реализуется контроллером двигателя ядра cortex-M0. Размер шага управления системой составляет 1 мс, а частота возбуждения ШИМ составляет 20 кГц.Экспериментальный автомобиль показан на рисунке 8, включая систему рулевого управления, встроенный аппаратный контроллер, отладчик J-Link и главный компьютер.


Эксперимент 1. Экспериментальный автомобиль припаркован на неровной катящейся дороге, рулевое колесо которой вращается из точки разрыва момента сопротивления с постоянной скоростью 1 об/с. Затем взаимосвязь между целевым током и реальным током при различных стратегиях управления показана на рис. 9.
На рис. 9(a) при выборе ПИ-стратегии с высоким целевым усилением помехи, вызванные неравномерным трением, могут усиливаться в замкнутый процесс, в результате чего амплитуда колебаний тока достигает примерно 4 А.На рисунке 9(b) колебание крутящего момента с использованием стратегии ADRC может восстановить стабильность в течение 0,13  с, а амплитуда колебаний уменьшена до 1,5  A. На рисунке 9(c) колебание крутящего момента с использованием улучшенного ADRC может восстановить стабильность в течение 0,05 с, а амплитуда колебаний не превышает 1 А. По сравнению со стратегией PI и ADRC ток двигателя с использованием улучшенной стратегии ADRC более стабилен.

Эксперимент 2. Экспериментальный автомобиль припаркован на неровной дороге.Рулевое колесо вращается в полном диапазоне хода с разной скоростью вращения. Затем можно получить кривые угла и крутящего момента на рулевом колесе, которые показаны на рисунке 10.
На рисунке 10(a) показано, что при вращении рулевого колеса с низкой скоростью колебания крутящего момента на рулевом колесе с использованием стратегии PI увеличиваются до 2,5 N. ·м. Колебание крутящего момента при использовании двух стратегий ADRC составляет менее 1 Н·м. Реакция двух стратегий ADRC лучше, чем у стратегии PI, что делает процесс управления более плавным.В частности, при повороте рулевого колеса в диапазоне от 400 до 500° крутящий момент на руле при использовании стратегии PI превышает 4 Н·м, а крутящий момент на руле при использовании двух стратегий ADRC составляет 3 Н·м. Крутящий момент при использовании стратегии PI больше, чем при использовании стратегии ADRC, что влияет на гибкость рулевого управления.
На рис. 10(b) показано, что при вращении рулевого колеса с высокой скоростью колебания крутящего момента с использованием стратегии PI и стратегии ADRC увеличиваются до 3,5 Н·м. При использовании улучшенной стратегии ADRC колебание крутящего момента по-прежнему составляет менее 1 Н·м.На стадии большого угла, когда момент нагрузки сильно колеблется, момент рулевого управления с использованием стратегии PI превышает 5 Н·м, а момент рулевого управления с использованием стратегии ADRC составляет 4 Н·м. По сравнению со стратегией ADRC колебания крутящего момента при использовании улучшенной стратегии ADRC составляют 3 Н·м, что меньше на 25 %. Это указывает на то, что при быстром и резком изменении крутящего момента нагрузки стратегии PI и ADRC не могут своевременно обеспечить достаточный поддерживающий крутящий момент. Усовершенствованный ADRC по-прежнему отвечает требованиям к вспомогательному крутящему моменту, что позволяет поддерживать крутящий момент на рулевом колесе плавным и гибким.

Эксперимент 3. В целях безопасности скорость автомобиля установлена ​​на уровне 20 км/ч. Рулевое колесо многократно поворачивается влево и вправо со скоростью 0,5 об/с, чтобы маршрут движения автомобиля оставался приблизительно синусоидальным. Кривая зависимости крутящего момента на рулевом колесе от времени показана на рисунке 11.
На рисунках 11(a) и 11(b) показаны резкие колебания крутящего момента на рулевом колесе из-за неравномерного трения и неизвестного сопротивления дороги. Колебание крутящего момента при использовании стратегии PI и стратегии ADRC достигает значений выше 1 Н·м и 0.5 Н·м соответственно. Рисунок 11(c) показывает, что колебание крутящего момента при использовании улучшенного ADRC составляет менее 0,2 Н·м. По сравнению с тремя стратегиями управления улучшенная стратегия ADRC демонстрирует хорошую стабильность крутящего момента.

5. Заключение

В этой статье предлагается новый метод управления обратной связью по крутящему моменту электродвигателя EPS, преимуществами которого являются высокая помехозащищенность, плавное управление крутящим моментом и небольшие вычисления. ТД используется для расчета угловой скорости руля для решения задачи усиления шума при дифференциальном расчете.Усовершенствованная стратегия ADRC, основанная на методе P-LESO, предназначена для того, чтобы избежать использования нелинейных функций и снизить вычислительную нагрузку системы.

Результаты моделирования показывают, что улучшенная стратегия ADRC может эффективно уменьшить низкочастотные помехи внутри и снаружи системы. Процесс управления имеет лучшую отзывчивость и защиту от помех.

Эксперимент с транспортным средством показывает, что метод управления крутящим моментом на рулевом колесе улучшенной стратегии ADRC уменьшает колебания тока двигателя и делает крутящий момент на рулевом колесе более гибким, плавным и стабильным по сравнению со стратегией PI и стратегией ADRC.

В случае сопротивления дороги, механического трения и изменения параметров двигателя предлагаемый метод может по-прежнему поддерживать крутящий момент рулевого управления транспортного средства в соответствующем и стабильном диапазоне.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантами Национального научного фонда Китая (номер гранта 51575097) и фондов фундаментальных исследований центральных университетов (Китай) (номер 51575097).2572016АВ72).

Патент США на патент на электроусилитель рулевого управления (Патент № 6,148,948, выдан 21 ноября 2000 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к усовершенствованию устройства рулевого управления с электроусилителем, которое обеспечивает усиление мощности электродвигателя непосредственно в системе рулевого управления, чтобы уменьшить усилие, прилагаемое водителем к рулевому управлению вручную.

2. Описание предшествующего уровня техники

РИС.1 прилагаемых чертежей схематично показана общая конструкция рулевого управления с электроусилителем рассматриваемого типа. Устройство 1 рулевого управления с электроусилителем включает в себя электродвигатель 10, встроенный в систему рулевого управления, и блок 20 управления для управления усилением, подаваемым от электродвигателя 10, для уменьшения ручного усилия или силы рулевого управления, требуемой водителем.

Система рулевого управления включает рулевое колесо 2, прикрепленное к концу рулевого вала 3.Противоположный конец рулевого вала 3 соединен с одним концом соединительного вала 4 через первый карданный шарнир 4а, а другой конец соединительного вала 4 соединен через второй карданный шарнир 4b с шестерней 6 реечной передачи. — шестеренчатый механизм 5. Шестерня 6 находится в зацеплении со рейкой 7, которая представляет собой длинную планку с прорезанными на одной стороне зубьями шестерни 7а. Реечный механизм 5 преобразует вращательное движение шестерни 6 в осевое возвратно-поступательное движение рейки 7. Противоположные концы рейки 7 через тяги 8 соединены с управляемыми левым и правым передними колесами 9, 9.Когда рулевое колесо 2 вручную поворачивается или поворачивается в нужном направлении, реечный механизм 5 и рулевые тяги 8 заставляют передние колеса 9 поворачиваться в том же направлении, тем самым изменяя направление движения автомобиля. .

Чтобы уменьшить ручное усилие на рулевом колесе или усилие, требуемое водителем, электродвигатель 10 расположен концентрично по отношению к рейке 7 и передает вспомогательный крутящий момент (момент помощи при рулевом управлении) на рейку 7 через шарико-винтовой механизм 11.Шарико-винтовой механизм 11 преобразует мощность вращения электродвигателя 10 в осевую силу тяги, действующую на рейку 7. Шарико-винтовой механизм 11 обычно состоит из гайки 12, соединенной с ротором электродвигателя 10, и резьбового винта. часть 7b, образованная вдоль продольной части рейки 7. За счет резьбового соединения между гайкой 12 и резьбовой винтовой частью 7b усилие вращения гайки 12 преобразуется в осевое усилие тяги рейки 7.Таким образом, вспомогательный крутящий момент, создаваемый электродвигателем 10, преобразуется в осевую силу тяги зубчатой ​​рейки 7, за счет чего снижается усилие ручного управления, требуемое водителем для поворота рулевого колеса 2.

Секция определения крутящего момента рулевого управления (датчик крутящего момента рулевого управления) 18 обнаруживает крутящий момент Ts ручного управления, действующий на шестерню 6, и подает сигнал Tp крутящего момента, указывающий на обнаруженный крутящий момент Ts рулевого управления, в блок 20 управления. Блок 20 управления выводит на на основе сигнала Tp крутящего момента сигнал 20a управления двигателем для управления выходной мощностью (моментом помощи при рулевом управлении) электродвигателя 10.

РИС. 2 прилагаемых чертежей в виде блок-схемы показана общая компоновка первого известного блока управления. Блок 20А управления включает в себя секцию 201 определения целевого вспомогательного крутящего момента и секцию 202 привода двигателя. Секция 201 определения целевого вспомогательного крутящего момента определяет целевой вспомогательный крутящий момент на основе сигнала Tp крутящего момента и выводит определенный целевой вспомогательный крутящий момент в виде сигнал 201a целевого вспомогательного крутящего момента. Более конкретно, секция 201 определения целевого вспомогательного крутящего момента устанавливает целевой вспомогательный крутящий момент равным нулю, когда абсолютное значение крутящего момента рулевого управления меньше заданного порога мертвой зоны.Наоборот, когда абсолютное значение крутящего момента рулевого управления больше заданного порога мертвой зоны, целевой вспомогательный крутящий момент, который пропорционален крутящему моменту рулевого управления, выводится из секции 201 определения целевого вспомогательного крутящего момента. Целевой вспомогательный крутящий момент выводится из целевого вспомогательного крутящего момента. секция 201 определения ограничена ниже верхнего предела, даже когда крутящий момент руля чрезмерно увеличивается.

Секция 202 привода двигателя выдает на основе сигнала 201a целевого вспомогательного крутящего момента сигнал 20a привода двигателя для приведения в действие электродвигателя 10, так что целевой вспомогательный крутящий момент обеспечивается электродвигателем 10.

РИС. 3 показана блок-схема общего устройства второго обычного блока управления. Блок 20В управления включает в себя первую секцию 211 определения целевого вспомогательного крутящего момента, секцию 212 дифференцирования крутящего момента при рулевом управлении, вторую секцию 213 определения целевого вспомогательного крутящего момента, секцию суммирования или сумматора 214 и секцию 202 привода двигателя.

Секция 211 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента определяет первый целевой вспомогательный крутящий момент на основе сигнала Tp крутящего момента и выводит определенный первый целевой вспомогательный крутящий момент в форме сигнала 211a первого целевого вспомогательного крутящего момента.Более конкретно, секция 211 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента устанавливает первый целевой вспомогательный крутящий момент равным нулю, когда абсолютное значение рулевого крутящего момента меньше, чем заданный порог мертвой зоны. Наоборот, когда абсолютное значение крутящего момента рулевого управления больше заданного порогового значения мертвой зоны и меньше заданного порогового значения, первый целевой вспомогательный крутящий момент, пропорциональный, с низким коэффициентом усиления, рулевому крутящему моменту, выводится из определения первого целевого вспомогательного крутящего момента. раздел 211.Крутящий момент рулевого управления, превышающий заданный порог, заставляет секцию 211 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента выводить первый целевой вспомогательный крутящий момент, пропорциональный, с высоким коэффициентом усиления, крутящему моменту рулевого управления. Выход первого целевого вспомогательного крутящего момента из секции 211 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента ограничивается ниже верхнего предела, даже когда крутящий момент рулевого управления чрезмерно увеличивается.

Секция 212 дифференцирования крутящего момента рулевого управления определяет изменение в единицу времени сигнала Tp крутящего момента и выводит определенное изменение в виде дифференциального сигнала 212a крутящего момента (Tp.multidot.s в диапазоне преобразования Лапласа).

Секция 213 определения второго целевого вспомогательного крутящего момента определяет второй целевой вспомогательный крутящий момент на основе дифференциального сигнала 212a крутящего момента и выводит определенный второй целевой вспомогательный крутящий момент в форме сигнала 213a второго целевого вспомогательного крутящего момента. Выход второго целевого вспомогательного крутящего момента из секции 213 определения второго целевого вспомогательного крутящего момента ограничивается ниже верхнего предела, даже когда значение дифференциального крутящего момента становится чрезмерно большим.

Сумматор 214 суммирует сигнал 211а, соответствующий первому целевому вспомогательному крутящему моменту, и сигнал 213а, соответствующий второму целевому вспомогательному крутящему моменту, и выводит результат арифметической операции (сложения) в форме сигнала 214а целевого вспомогательного крутящего момента.

РИС. 4 показана блок-схема третьего традиционного блока управления, который предназначен для управления вспомогательным крутящим моментом рулевого управления на основе крутящего момента рулевого управления и скорости рулевого управления. Блок 20C управления включает в себя первую секцию 221 определения целевого вспомогательного крутящего момента, третью секцию 222 определения целевого вспомогательного крутящего момента, секцию вычитания или вычитатель 223 и секцию 202 привода двигателя.

Секция 221 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента определяет первый целевой вспомогательный крутящий момент на основе сигнала Tp крутящего момента и выводит определенный первый целевой вспомогательный крутящий момент в форме сигнала 221a первого целевого вспомогательного крутящего момента. Секция или датчик 19 определения скорости рулевого управления, такой как показанный на фиг. 1 определяет скорость вращения руля (в дальнейшем именуемую «скоростью руления») s и выводит обнаруженную скорость руления в форме сигнала d скорости руления.theta.. Сигнал скорости рулевого управления d.theta. подается на блок 20С управления. Секция 222 определения третьего целевого вспомогательного крутящего момента выводит на основе сигнала dθ скорости рулевого управления третий сигнал 22a целевого вспомогательного крутящего момента для корректировки первого целевого вспомогательного крутящего момента. Устройство 223 вычитания вычитает сигнал 222а третьего целевого вспомогательного крутящего момента из первого сигнала 221а целевого вспомогательного крутящего момента и выводит результат арифметической операции (вычитания) в форме сигнала 223а целевого вспомогательного крутящего момента.

РИС. 5 показана блок-схема четвертого обычного блока управления, который предназначен для управления вспомогательным крутящим моментом рулевого управления в ответ на крутящий момент рулевого управления и скорость рулевого управления. Блок 20D управления обычно включает в себя первую секцию 231 определения целевого вспомогательного крутящего момента, секцию 232 дифференцирования крутящего момента при рулении, вторую секцию 233 определения целевого вспомогательного крутящего момента, третью секцию 234 определения целевого вспомогательного крутящего момента, блок 235 вычитания, сумматор 236 и секция моторного привода 202.

Секция 231 определения первого целевого вспомогательного крутящего момента определяет на основе сигнала Tp крутящего момента первый целевой вспомогательный крутящий момент, соответствующий крутящему моменту рулевого управления, и выводит определенный первый целевой вспомогательный крутящий момент в форме сигнала 231a первого целевого вспомогательного крутящего момента. Секция 234 определения третьего целевого вспомогательного крутящего момента выводит на основе сигнала dθ скорости рулевого управления сигнал 234a третьего целевого вспомогательного крутящего момента для корректировки первого целевого вспомогательного крутящего момента. Устройство 235 вычитания вычитает сигнал 234а третьего целевого вспомогательного крутящего момента из первого сигнала 231а целевого вспомогательного крутящего момента и выводит результат арифметической операции (вычитания) в виде сигнала 235а вычитания.Сигнал 235а вычитания подается на сумматор 236.

Секция 232 дифференцирования крутящего момента рулевого управления определяет изменение в единицу времени сигнала Tp крутящего момента и выводит определенное изменение в форме дифференциального сигнала 232a крутящего момента. Секция 233 определения второго целевого вспомогательного крутящего момента выводит сигнал 233a второго целевого вспомогательного крутящего момента на основе дифференциального сигнала 232a крутящего момента. Сумматор 236 суммирует сигнал 235 вычитания и второй сигнал 233а целевого вспомогательного крутящего момента и выдает результат арифметической операции (сложения) в виде сигнала 236а целевого вспомогательного крутящего момента.Сигнал 236a целевого вспомогательного крутящего момента подается в секцию 202 привода двигателя.

Вышеупомянутые обычные блоки 20A-20D управления, показанные на ФИГ. 2-5, соответственно, имеют различные проблемы, как описано ниже.

Обычный блок 20А управления, показанный на ФИГ. 2 управляет работой электродвигателя на основе только крутящего момента на рулевом колесе и, следовательно, может вызвать задержку реакции под действием инерционной силы, создаваемой двигателем, или трения, создаваемого в редукторе скорости (шарико-винтовой механизм). ).Поэтому трудно поддерживать реакцию на рулевое управление и стабильность системы управления с высокой степенью совместимости. Попытка увеличить коэффициент усиления рулевого управления для улучшения характеристик реакции приведет к ухудшению устойчивости системы управления, вызывая паразитные колебания системы управления.

В обычном блоке 20В управления, показанном на ФИГ. 3, дифференциальный сигнал крутящего момента рулевого управления используется для коррекции усилителя рулевого управления, чтобы тем самым улучшить характеристики отклика системы управления.Однако этот блок 20В управления имеет недостаток, заключающийся в том, что пик усиления (см. кривую, заштрихованную пунктирной линией, показанную на фиг. 8А) или большую задержку по фазе (см. кривую, заштрихованную штриховой линией, показанную на фиг. 8В) системы управления возникает, когда крутящий момент рулевого управления имеет низкую частоту примерно от 2 Гц до примерно 4 Гц. Пик усиления или фазовая задержка образуют точку резонанса, которая ухудшает характеристики управления блока 20В управления. Из-за чрезмерно высокой чувствительности рулевого управления в низкочастотном диапазоне рулевое колесо имеет тенденцию раскачиваться или иным образом становиться неустойчивым под воздействием внешних возмущений, исходящих от дорожных покрытий, когда автомобиль движется по пересеченной местности.Другой недостаток блока 20В управления, показанного на фиг. 3 заключается в том, что, когда крутящий момент рулевого управления ниже порога мертвой зоны первой секции 211 определения целевого вспомогательного крутящего момента, сигнал 214a, относящийся непосредственно к целевому вспомогательному крутящему моменту, выводится на основе только дифференциального значения крутящего момента рулевого управления. Такой сигнал 214а не может обеспечить надежное или положительное ощущение рулевого управления.

Обычные блоки управления 20C и 20D, показанные на ФИГ. 4 и 5 дополнительно включают в себя процесс управления, осуществляемый на основе скорости d рулевого управления.тета. для повышения точности рулевого управления. Поскольку первый целевой вспомогательный крутящий момент, определенный в ответ на крутящий момент Tp рулевого управления, корректируется путем вычитания из него третьего вспомогательного крутящего момента, соответствующего скорости dθ рулевого управления, устойчивость системы управления улучшается. Однако никаких улучшений в отношении отклика на рулевое управление не ожидается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышеизложенных недостатков целью настоящего изобретения является создание устройства рулевого управления с электроусилителем, которое способно обеспечить хорошую гармонию или совместимость между реакцией на рулевое управление и стабильностью системы управления.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство рулевого управления с электроусилителем, которое содержит: датчик крутящего момента на рулевом колесе для определения крутящего момента на рулевом колесе системы рулевого управления; датчик скорости рулевого управления для определения скорости рулевого управления системы рулевого управления; секцию дифференциации крутящего момента при рулевом управлении для получения дифференциального значения крутящего момента при рулевом управлении; блок определения сигнала управления двигателем для вычитания значения, соответствующего скорости рулевого управления, из значения, соответствующего крутящему моменту рулевого управления, и добавления упомянутого значения, соответствующего крутящему моменту рулевого управления, к значению, соответствующему дифференциальному значению крутящего момента рулевого управления, чтобы тем самым определить сигнал управления двигателем ; электродвигатель для обеспечения вспомогательного крутящего момента в системе рулевого управления; и секцию привода электродвигателя для приведения в действие электродвигателя на основе сигнала управления двигателем.Секция дифференциации крутящего момента рулевого управления предназначена для вывода дифференциального значения составляющей крутящего момента рулевого управления, которая не содержит составляющей, близкой к постоянному току, и высокочастотной составляющей.

Используемые здесь термины «сложение» и «вычитание» предназначены для обозначения сложения и вычитания векторных величин, каждая из которых имеет направление. Соответственно, сложение, достигаемое, когда крутящий момент рулевого управления, скорость рулевого управления и дифференциальный крутящий момент рулевого управления имеют одинаковое направление, и вычитание, достигаемое, когда крутящий момент рулевого управления, скорость рулевого управления и дифференциальный крутящий момент рулевого управления имеют разные направления, означают сложение абсолютных значений.И наоборот, сложение, достигнутое в отношении крутящего момента, скорости рулевого управления и дифференциального крутящего момента в различных направлениях, и вычитание, достигнутое в отношении крутящего момента, скорости рулевого управления и дифференциального крутящего момента в одном и том же направлении, означает вычитание абсолютных значений.

В соответствии с изобретением к значению, соответствующему крутящему моменту рулевого управления, добавляется значение, соответствующее дифференциальному значению составляющей крутящего момента рулевого управления, которая не содержит составляющей, близкой к постоянному току, и высокочастотной составляющей, и значение, соответствующее скорость рулевого управления вычитается из значения, соответствующего крутящему моменту рулевого управления.Полученное значение используется для управления усилителем рулевого управления (моментом вспомогательного рулевого управления), подаваемым от электродвигателя. При такой компоновке устройство рулевого управления с электроусилителем может предотвратить чрезмерное увеличение коэффициента усиления системы управления в низкочастотном диапазоне, таком как от 2 до 4 Гц, обеспечивая при этом улучшенные характеристики отклика системы усиления рулевого управления. Автомобиль, оснащенный электроусилителем рулевого управления, может демонстрировать высокую устойчивость при движении, не вызывая биения или колебаний рулевого колеса, даже когда автомобиль движется по пересеченной местности.Кроме того, даже когда крутящий момент на рулевом колесе мал, рулевое управление выполняется плавно с твердым или положительным ощущением рулевого управления.

Вышеупомянутые и другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при обращении к подробному описанию и прилагаемым листам чертежей, на которых показаны предпочтительные структурные варианты осуществления, включающие принципы изобретения. путь иллюстративных примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС.1 представляет собой схематический вид, показывающий общую конструкцию устройства рулевого управления с электроусилителем, к которому относится настоящее изобретение;

РИС. 2 представляет собой блок-схему, показывающую первый обычный блок управления устройством рулевого управления с электроусилителем для управления вспомогательным крутящим моментом рулевого управления на основе крутящего момента рулевого управления;

РИС. 3 представляет собой вид, аналогичный фиг. 2, показывающий второй обычный блок управления;

РИС. 4 представляет собой блок-схему, показывающую третий обычный блок управления, предназначенный для управления вспомогательным крутящим моментом рулевого управления на основе крутящего момента рулевого управления и скорости рулевого управления;

РИС.5 представляет собой вид, аналогичный фиг. 4, показывающий четвертый обычный блок управления;

РИС. 6 — блок-схема, показывающая общее расположение блока управления электроусилителем руля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 7A представляет собой блок-схему, показывающую пример структуры дифференциатора блока управления, показанного на фиг. 6;

РИС. 7B представляет собой блок-схему, показывающую другой пример структуры дифференциатора;

ФИГ.8А и 8В представляют собой графики, показывающие частотные характеристики системы усиления рулевого управления;

РИС. 9 — блок-схема, показывающая общую компоновку блока управления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 10 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между значением дифференциального крутящего момента рулевого управления и целевым значением коррекции;

РИС. 11 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между крутящим моментом рулевого управления и целевым значением;

РИС.12 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между скоростью рулевого управления и целевым значением коррекции; и

РИС. 13 представляет собой блок-схему, показывающую общую компоновку блока управления согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на

.

ФИГ. 6-13 прилагаемых чертежей, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или соответствующие части на нескольких видах.

РИС. 6 показана блок-схема общей конструкции блока 20 управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Блок 20 управления встроен в устройство 1 рулевого управления с электроусилителем, такое как показано на фиг. 1. Поскольку общая конструкция и работа системы 1 рулевого управления с электроусилителем уже описаны выше со ссылкой на фиг. 1, его дальнейшее описание может быть опущено во избежание дублирования.

Блок 20 управления обычно содержит секцию 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления, секцию 24 определения сигнала управления двигателем и секцию 31 привода двигателя.Секция 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления включает в себя полосовой фильтр (BPF) 22 и дифференцирующую схему или дифференциатор 23. Секция 24 определения сигнала управления двигателем включает в себя средство установки целевого сигнала или установщик 25, сумматор 26 и коррекцию целевого значения. средство установки сигнала или устройство 27 установки. Устройство 27 установки сигнала коррекции целевого значения имеет два умножителя 28 и 29 и один вычитатель 30.

Сигнал Tp крутящего момента, выдаваемый датчиком 18 крутящего момента рулевого управления, подается в блок 25 установки сигнала целевого значения и в секцию 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления.Устройство 25 установки сигнала целевого значения выдает сигнал целевого значения ITB на основе сигнала Tp крутящего момента. Сигнал целевого значения ITB поступает на сумматор 26.

Полосовой фильтр 22 секции 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления извлекает из сигнала Tp крутящего момента компонент сигнала заданной полосы частот в диапазоне, например, от примерно 2 Гц до примерно 100 Гц, который свободен от составляющая, близкая к постоянному току (далее именуемая «составляющая, близкая к постоянному току») и высокочастотная составляющая.Извлеченная составляющая 22а сигнала крутящего момента заданной полосы частот подается на дифференциатор 23. Дифференциатор 23 выполняет дифференцирование выделенной составляющей 22а сигнала крутящего момента и выводит результат дифференцирования в виде дифференциального сигнала dT крутящего момента при рулевом управлении. Сигнал дифференциального рулевого момента dT подается на умножитель 28.

Умножитель 28 умножает дифференциальный сигнал крутящего момента рулевого управления dT на заданный коэффициент KTD и выводит результат умножения (dT.multidot.KTD) в виде сигнала целевого значения коррекции 28a, который пропорционален дифференциальному крутящему моменту рулевого управления.

Сигнал скорости рулевого управления d.theta. Выходной сигнал датчика 19 скорости рулевого управления подается на умножитель 29. Умножитель 29 умножает сигнал скорости рулевого управления d·theta. на заданный коэффициент KTR и выводит результат умножения (d.theta..multidot.KTR) в форме сигнала 29a целевого значения коррекции, который пропорционален скорости рулевого управления.

Вычитатель 30 вычитает сигнал 29a целевого значения коррекции, соответствующий скорости рулевого управления, из сигнала 28a целевого значения коррекции, соответствующего дифференциальному крутящему моменту рулевого управления, и выводит результат вычитания или смещения (dT.multidot.KTD-d.theta.. multidot.KTR) в виде сигнала коррекции целевого значения ITC. Сигнал коррекции целевого значения ITC подается на сумматор 26.

Сумматор 26 суммирует сигнал ITB целевого значения и сигнал ITC коррекции целевого значения и выводит 10 результат сложения в виде сигнала IT целевого возбуждения.Целевой сигнал IT привода подается в секцию 31 привода двигателя. Секция 32 привода двигателя генерирует сигнал 20a привода двигателя на основе целевого сигнала IT привода и подает сигнал 20a привода двигателя на электродвигатель 10 (см. фиг. 1).

В блоке 20 управления вышеописанной конструкции сигнал Tp крутящего момента рулевого управления фильтруется полосовым фильтром 22 для извлечения составляющей сигнала заданной полосы частот, которая свободна от составляющей, близкой к постоянной, и высокочастотной составляющей ( гармоническая составляющая в целом).Извлеченная составляющая 22а сигнала дифференцируется дифференциатором 23 для создания дифференциального сигнала dT крутящего момента рулевого управления. Сигнал dT дифференциального крутящего момента при рулевом управлении умножается на заданный коэффициент KTD с помощью умножителя 28 для генерирования сигнала 28a целевого значения коррекции, который пропорционален дифференциальному крутящему моменту при рулевом управлении. Из дифференциального сигнала 28a крутящего момента рулевого управления сигнал 29a целевого значения коррекции, который соответствует скорости рулевого управления, вычитается вычитателем 30 для генерирования сигнала ITC коррекции целевого значения.Сигнал ITC коррекции целевого значения и сигнал ITB целевого значения, определенный в соответствии с крутящим моментом рулевого управления, суммируются сумматором 26 для генерирования целевого сигнала IT возбуждения. Целевой управляющий сигнал IT используется для управления усилением рулевого управления (моментом вспомогательного рулевого управления), подаваемым от электродвигателя 10 (фиг. 1).

Частично из-за того, что дифференциальный сигнал крутящего момента рулевого управления dT создается на основе составляющей сигнала Tp крутящего момента рулевого управления, которая не содержит составляющей, близкой к постоянному току, и высокочастотной составляющей, а частично из-за усиления (коэффициентов умножения) коррекции целевого значения секция 27 определения сигнала должным образом настроена заранее, блок 20 управления может предотвратить чрезмерное увеличение коэффициента усиления усилителя рулевого управления в диапазоне резонансных частот, одновременно улучшая характеристики отклика системы усиления рулевого управления.Такое расположение позволяет транспортному средству двигаться прямо, не вызывая биения или колебаний рулевого колеса, даже когда транспортное средство движется по пересеченной местности. Кроме того, даже когда сигнал ITB целевого значения, выдаваемый блоком 25 установки сигнала целевого значения, становится равным нулю из-за малого крутящего момента рулевого управления, операция рулевого управления может быть достигнута плавно с положительной подачей рулевого управления.

ФИГ. 7А и 7В показаны на блок-схеме два альтернативных примера дифференциатора 23. Дифференциатор 23а, показанный на фиг.7А, формируется фильтром верхних частот (ФВЧ), который сам по себе общеизвестен. Дифференциатор 23b, показанный на фиг. 7B состоит из фильтра нижних частот (ФНЧ) и сумматора. На фиг. 7А и 7Б буквы T и g — константы, а буква S — оператор Лапласа.

Датчик 19 скорости рулевого управления может быть заменен датчиком тока двигателя (не показан) и датчиком напряжения привода двигателя (не показан), в этом случае ток IM двигателя, определяемый датчиком тока двигателя, и напряжение VM привода двигателя, определяемое датчиком Датчик напряжения привода двигателя используется для определения угловой скорости вращения.тета.М электродвигателя в соответствии с уравнением: силовая постоянная. Исходя из определенной таким образом угловой скорости вращения двигателя θM, скорость рулевого управления dθ. можно получить путем оценки.

В блоке 27 определения сигнала корректировки целевого значения коэффициент KTD, используемый для умножения сигнала dT дифференциального крутящего момента рулевого управления, может быть установлен с использованием карты установки нелинейного коэффициента, в которой коэффициент KTD является переменным в зависимости от интенсивности дифференциальный сигнал рулевого крутящего момента dT.Альтернативно, коэффициент KTD может изменяться в зависимости от скорости транспортного средства. Аналогично, коэффициент KTR, используемый для умножения сигнала скорости рулевого управления на d.theta. может быть установлен с использованием карты установки нелинейного коэффициента, в которой коэффициент KTR является переменным в зависимости от интенсивности сигнала d theta скорости рулевого управления. В качестве альтернативы, коэффициент KTR может изменяться в зависимости от скорости транспортного средства.

ФИГ. 8А и 8В представляют собой графическое представление частотных характеристик системы усиления рулевого управления, в которой на фиг.8A показаны частотные характеристики коэффициента усиления управления, а на фиг. 8B показывает частотные характеристики фазы. На этих фигурах пунктирными линиями показаны характеристики обычных блоков 20В, 20D управления, показанных на фиг. 3 и 5, в то время как сплошные линии показывают характеристики блока 20 управления настоящего изобретения, показанного на фиг. 6.

В соответствии с традиционной системой управления, в которой целевой сигнал привода IT получается путем сложения компонента целевого значения ITB, определенного из обнаруженного значения крутящего момента на рулевом колесе Tp, и компонента целевого значения ITC, определенного из значения дифференциального крутящего момента на рулевом колесе dT, точка резонанса (где коэффициент усиления управления образует пик) формируется, как показано в кружке, показанном на фиг.8А. Наличие точки резонанса означает, что система усиления рулевого управления имеет тенденцию колебаться на этой резонансной частоте. Рулевое колесо может колебаться или колебаться, когда на него воздействует встречное воздействие со стороны дорожного покрытия или рулевого управления.

Для предотвращения увеличения усиления на резонансной частоте частотные характеристики полосового фильтра 22 устанавливаются такими, чтобы коэффициент вычитания . в точке резонанса примерно 0.6 и более; соответствующие коэффициенты умножения KTD и KTR устройства 27 установки сигнала коррекции целевого значения установлены надлежащим образом; и целевое значение 29a коррекции, соответствующее скорости рулевого управления, вычитается из целевого значения 28a коррекции, соответствующего дифференциальному крутящему моменту компонента, имеющего ограниченную полосу частот, чтобы получить значение, используемое в качестве корректирующего компонента ITC целевого значения. При таком расположении характеристика усиления на частотах в диапазоне от 2 до 4 Гц становится плоской, как показано сплошной линией на фиг.8А. Рулевое управление с электроусилителем, имеющее такую ​​кривую характеристики усиления, имеет высокий уровень отклика на рулевое управление и обладает высокой устойчивостью к внешним возмущениям, приводящим к раскачиванию или колебаниям рулевого колеса.

РИС. 9 показана блок-схема общей конструкции блока управления электроусилителем руля согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Блок 40 управления сконструирован с использованием микрокомпьютерной системы и включает в себя секцию 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления, секцию 41 определения сигнала управления двигателем и секцию 31 привода двигателя.Секция 41 определения сигнала управления двигателем включает в себя преобразователь 42 крутящего момента в сигнал управления, преобразователь 43 скорости в сигнал управления, вычитатель 44, преобразователь 45 дифференциального значения в сигнал управления и сумматор 46.

На фиг. 9, аналого-цифровой преобразователь (A/D) для выполнения аналого-цифрового преобразования сигнала Tp крутящего момента на рулевом колесе, выдаваемого датчиком 18 крутящего момента на рулевом колесе, и аналого-цифровой преобразователь для аналого-цифрового преобразования сигнал скорости рулевого управления d.theta. выходной сигнал датчика 19 скорости рулевого управления не показан на иллюстрации.

Сигнал Tp крутящего момента рулевого управления, выдаваемый датчиком 18 крутящего момента рулевого управления, подается в секцию 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления и преобразователь 42 сигнала управления крутящим моментом. Сигнал скорости рулевого управления d.theta. Выход датчика скорости рулевого управления 19 подается на преобразователь скорости в управляющий сигнал 43.

Секция 21 дифференциации крутящего момента при рулевом управлении выполняет дифференциальную операцию по отношению к компоненту сигнала Tp крутящего момента при рулевом управлении, имеющей заданную полосу частот (например, от 4 до 100 Гц), и выводит дифференциальный сигнал dT крутящего момента при рулевом управлении в заданной полосе частот.Секция 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления состоит, например, из полосового цифрового фильтра и дифференциального оператора. Сигнал дифференциального момента рулевого управления dT подается в значение дифференциала на преобразователь управляющих сигналов 45.

Преобразователь 45 дифференциального значения в управляющий сигнал имеет таблицу преобразования значения дифференциального крутящего момента рулевого управления в целевое значение коррекции (dT-HdT) для преобразования значения dT дифференциального крутящего момента рулевого управления в соответствующее ему целевое значение коррекции HdT.Таблица преобразования предпочтительно образована ПЗУ, в котором хранятся данные преобразования, теоретически или экспериментально определенные заранее. Дифференциальное значение для преобразователя 45 управляющего сигнала выводит целевое корректирующее значение HdT, соответствующее дифференциальному значению dT крутящего момента рулевого управления. Целевое значение коррекции HdT поступает на сумматор 46.

РИС. 10 представляет собой графическое представление взаимосвязи между значением dT дифференциального крутящего момента рулевого управления и целевым значением коррекции HdT.Как показано на этой ФИГУРЕ, когда значение dT дифференциального крутящего момента рулевого управления меньше заданного значения, целевое значение коррекции HdT устанавливается равным 0 (нулю). Когда значение dT дифференциального крутящего момента при рулевом управлении превышает заданное значение, целевое значение коррекции HdT увеличивается непосредственно со значением dT дифференциального крутящего момента при рулевом управлении. Целевое значение коррекции HdT имеет верхний предел.

Преобразователь 42 крутящего момента в управляющий сигнал имеет таблицу преобразования крутящего момента рулевого управления в целевое значение (Tp-ITB) для преобразования крутящего момента Tp рулевого управления в соответствующее ему целевое значение ITB.Таблица преобразования предпочтительно образована ПЗУ, в котором хранятся данные преобразования, теоретически или экспериментально определенные заранее. Преобразователь 42 крутящего момента в управляющий сигнал выводит целевое значение ITB, соответствующее крутящему моменту Tp рулевого управления. Целевое значение ITB подается на вычитатель 44.

РИС. 11 представляет собой графическое представление взаимосвязи между крутящим моментом Tp рулевого управления и целевым значением ITB. Как показано на этом рисунке, когда крутящий момент Tp рулевого управления меньше заданного значения, целевое значение ITB устанавливается равным 0 (ноль).Когда крутящий момент Tp рулевого управления становится больше заданного значения, целевое значение ITB увеличивается непосредственно с крутящим моментом Tp рулевого управления. Целевой ITB имеет верхний предел.

Преобразователь 43 скорости в управляющий сигнал имеет таблицу преобразования скорости рулевого управления в целевое значение коррекции (d.theta.-Hd.theta.) для преобразования скорости рулевого управления d.theta. до целевого значения коррекции Hd.theta. соответствующий ему. Таблица преобразования предпочтительно образована ПЗУ, в котором хранятся данные преобразования, теоретически или экспериментально определенные заранее.Преобразователь 43 сигнала управления скоростью выдает целевое значение коррекции Hd.theta. соответствующей скорости рулевого управления d.theta. Целевое значение коррекции Hd.theta. подается на вычитатель 44.

РИС. 12 графически представлено соотношение между скоростью рулевого управления d.theta. и целевое значение коррекции Hd.theta. Как показано на этом рисунке, когда скорость рулевого управления d.theta. меньше заданного значения, целевое значение коррекции Hd.theta. устанавливается равным 0 (ноль).Когда скорость рулевого управления d.theta. становится больше заданного значения, целевого значения коррекции Hd.theta. увеличивается непосредственно со скоростью рулевого управления d.theta. Целевое значение коррекции Hd.theta. имеет верхний предел.

Вычитатель 44 вычитает целевое значение коррекции Hd.theta. соответствующей скорости рулевого управления, от целевого значения ITB, соответствующего крутящему моменту Tp рулевого управления, и подает смещение (ITB-Hd.theta.) на сумматор 46. Сумматор 46 суммирует сигнал смещения (ITB-Hd.theta.) и целевое значение коррекции HdT, соответствующее дифференциальному крутящему моменту, и выводит результирующий сигнал (ITB-Hd.theta.+HdT), указывающий целевое значение возбуждения IT. Целевое значение IT возбуждения, выдаваемое сумматором 46, подается в секцию 31 привода двигателя, которая приводит в действие электродвигатель 20 на основе целевого значения IT возбуждения.

При таком расположении блок 40 управления, показанный на ФИГ. 9 позволяет электродвигателю 10 генерировать усилие рулевого управления (вспомогательный крутящий момент), соответствующее операции рулевого управления (крутящий момент Tp рулевого управления и скорость d рулевого управления.theta.), принимаемая водителем, и применяет вспомогательную мощность к системе рулевого управления. Более конкретно, изменение крутящего момента Tp при рулевом управлении обнаруживается блоком 21 дифференциации крутящего момента при рулевом управлении для создания дифференциального значения dT крутящего момента при рулевом управлении, которое, в свою очередь, преобразуется в целевое корректирующее значение HdT с помощью преобразователя 45 дифференциального значения в управляющий сигнал. Целевое значение коррекции HdT, соответствующее значению dT дифференциального крутящего момента рулевого управления, добавляется к целевому значению ITB, соответствующему крутящему моменту Tp рулевого управления, посредством сумматора 46.При таком расположении надлежащий вспомогательный крутящий момент при рулевом управлении обеспечивается немедленно в ответ на операцию рулевого управления, даже при резком манипулировании рулевым колесом. Кроме того, целевое значение ITB корректируется путем вычитания из него целевого значения коррекции Hd.theta. которая определяется преобразователем 43 сигнала скорости в управляющий сигнал в ответ на скорость руления d.Theta. Поскольку вспомогательный крутящий момент рулевого управления уменьшается с увеличением скорости d.theta. рулевого управления, становится возможным предотвратить ненужное усиление рулевого управления. от подачи в ответ на внезапную операцию рулевого управления водителем.Таким образом, усилитель рулевого управления подается таким образом, что вспомогательный крутящий момент изменяется плавно, тем самым делая устройство рулевого управления с электроусилителем превосходным по характеристикам рулевого управления.

РИС. 13 показана блок-схема общей конструкции блока управления электроусилителем руля согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Блок 51 управления сконструирован с использованием микрокомпьютерной системы и включает в себя секцию 21 дифференциации крутящего момента рулевого управления, секцию 51 определения сигнала управления двигателем и секцию 31 привода двигателя.Блок 51 определения сигнала управления двигателем включает в себя преобразователь 42 крутящего момента в сигнал управления, преобразователь 43 скорости в сигнал управления, преобразователь 45 дифференциального значения в сигнал управления, датчик 52 состояния рулевого управления, блок 53 вычисления сигнала управления обратным ходом, датчик прямого хода. секция 54 вычисления сигнала управления ходом, секция 55 выбора, секция 56 определения направления крутящего момента при рулевом управлении, секция 57 вычисления управляющего сигнала несовпадения направления, секция 58 вычисления управляющего сигнала согласования направления и секция 59 переключения.

На фиг. 13, аналого-цифровой преобразователь (A/D) для выполнения аналого-цифрового преобразования сигнала Tp крутящего момента на рулевом колесе, выдаваемого датчиком 18 крутящего момента на рулевом колесе, и аналого-цифровой преобразователь для аналого-цифрового преобразования сигнал скорости рулевого управления d.theta. выходной сигнал датчика 19 скорости рулевого управления не показан на иллюстрации. Преобразователь 42 крутящего момента в управляющий сигнал, преобразователь 43 скорости в управляющий сигнал и дифференциальное значение в преобразователь 45 управляющего сигнала такие же, как показано на фиг.9.

Датчик 52 состояния рулевого управления имеет функцию оценки знака, в которой код знака F указывает направление сигнала Tp крутящего момента рулевого управления, а код знака G указывает направление сигнала скорости рулевого управления d.theta. сравниваются, и когда два кода знака согласуются друг с другом (F=G: ход рулевого управления вперед), выводится, например, сигнал состояния рулевого управления St на высоком (H) уровне, а когда два кода знака в несогласии друг с другом (F.noteq.G: обратный ход рулевого управления), выводится сигнал состояния рулевого управления St на низком уровне (L). Сигнал состояния рулевого управления St подается в секцию выбора 55.

Блок 53 вычисления сигнала управления обратным ходом суммирует сигнал ITB целевого значения, соответствующий крутящему моменту Tp рулевого управления, выдаваемому преобразователем 42 крутящего момента в управляющий сигнал, и сигнал коррекции целевого значения Hd.theta. соответствующей скорости рулевого управления d.theta. выход из преобразователя 43 сигнала скорости в управляющий сигнал и выводит результирующий суммарный сигнал (ITB+Hd.тета.) в раздел выбора 55.

Секция 54 вычисления сигнала управления ходом вперед вычитает сигнал коррекции целевого значения Hd.theta. из сигнала целевого значения ITB, соответствующего крутящему моменту рулевого управления Tp, и выводит результирующий сигнал смещения (ITB-Hd.theta.) в секцию выбора 55.

Секция 55 выбора выбирает и выводит сигнал смещения (ITB-Hd.theta.), когда сигнал St состояния рулевого управления находится на уровне H (условие хода рулевого управления вперед).И наоборот, когда сигнал St состояния рулевого управления находится на уровне L (условие обратного хода рулевого управления), выбирается суммарный сигнал L (ITB+Hd.theta.) и выводится из секции 55 выбора. Первое целевое корректирующее значение (ITB.+). -.Hd.theta.), выбранный в соответствии с прямым или обратным ходом операции рулевого управления, подается в блок 57 вычисления управляющего сигнала несогласия направления и блок 58 вычисления сигнала согласования направления.

Секция 56 определения направления крутящего момента рулевого управления имеет функцию оценки знака, аналогичную функции датчика 52 состояния рулевого управления.С помощью функции оценки знака сравниваются код F знака, указывающий направление крутящего момента рулевого управления, и код знака H, указывающий направление значения dT дифференциального крутящего момента рулевого управления из секции 21 дифференцирования крутящего момента рулевого управления, и когда два кода знака согласуются друг с другом (F=H), выводится, например, сигнал Ht направления крутящего момента рулевого управления с высоким уровнем (H), а когда два знаковых кода не совпадают друг с другом (F.noteq.H ), сигнал Ht направления крутящего момента рулевого управления выводится на низком (L) уровне.Сигнал направления рулевого крутящего момента Ht подается на блок коммутации 59.

Секция 58 вычисления сигнала управления несовпадением направления вычитает целевое значение коррекции HdT, выводимое из дифференциального значения для преобразователя 45 управляющего сигнала, в ответ на значение dT дифференциального крутящего момента рулевого управления, из первого целевого значения коррекции (ITB.+-.Hd.theta). .), подаваемый из секции 55 выбора, и выводит результирующий сигнал смещения в качестве второго целевого значения коррекции (ITB+Hd.theta.-HdT), (ITB-Hd.theta.-HdT) —HdT коррекция вычитания—. Второе целевое значение коррекции (ITB+Hd.theta.-HdT), (ITB-Hd.theta.-HdT) 12 подается на блок коммутации 59.

Секция 58 вычисления управляющего сигнала согласования направления суммирует первое целевое значение коррекции (ITB.+-.Hd.theta.), поступающее из секции 55 выбора, и целевое значение коррекции HdT, выводимое из дифференциального значения в преобразователь 45 управляющего сигнала, и выводит результирующий суммарный сигнал в качестве второго целевого значения коррекции (ITB+Hd.theta.+HdT), (ITB-Hd.theta.+HdT) —коррекция сложения HdT—. Второе целевое значение коррекции (ITB+Hd.theta.+HdT), (ITB-Hd.theta.+HdT) к секции коммутации 59.

Секция 59 переключения выбирает второе целевое значение коррекции (ITB+Hd.theta.+HdT), (ITB-Hd.theta.+HdT) и выводит то же самое, что и целевое значение привода IT, когда сигнал направления крутящего момента рулевого управления Ht на уровне H (F=H). И наоборот, когда сигнал Ht направления крутящего момента рулевого управления находится на уровне L (F.noteq.H), секция 59 переключения выбирает второе целевое значение коррекции (ITB+Hd.theta.-HdT), (ITB-Hd.theta.-HdT) и выводит то же самое, что и целевое значение привода IT.

Целевое значение IT возбуждения подается в секцию 31 привода двигателя, которая управляемо приводит в действие электродвигатель 20 на основе целевого значения IT возбуждения.

Благодаря датчику 52 состояния рулевого управления и блоку определения направления крутящего момента при рулевом управлении, которые предусмотрены в дополнение к блоку 21 дифференциации крутящего момента при рулевом управлении и преобразователю 45 дифференциального значения в управляющий сигнал, блок 50 управления, показанный на фиг.13, может без задержки обеспечивать усиление мощности рулевого управления (момент помощи при рулевом управлении), когда изменение сигнала Tp крутящего момента рулевого управления превышает заданное значение из-за внезапной операции рулевого управления. Кроме того, благодаря сочетанию условий рулевого управления (ход вперед или обратный ход) и условия согласования/несоответствия направления крутящего момента усиление усилителя рулевого управления обеспечивается в оптимальном состоянии.

Как описано выше, по отношению к значению, соответствующему крутящему моменту рулевого управления, добавляется значение, соответствующее дифференциальному значению составляющей крутящего момента рулевого управления, которая не содержит составляющей, близкой к постоянному току, и высокочастотной составляющей, и значение, соответствующее из скорости рулевого управления вычитается, и полученное значение используется для управления усилением рулевого управления (крутящим моментом рулевого управления), подаваемым от электродвигателя.С этой аранжировкой. устройство рулевого управления с электроусилителем может предотвратить чрезмерное увеличение коэффициента усиления системы управления в низкочастотном диапазоне, таком как от 2 до 4 Гц, при одновременном повышении характеристик отклика системы усиления рулевого управления. Автомобиль, оснащенный электроусилителем рулевого управления, может демонстрировать высокую устойчивость при движении, не вызывая биения или колебаний рулевого колеса, даже когда автомобиль движется по пересеченной местности. Кроме того, даже когда крутящий момент рулевого управления очень мал, рулевое управление может выполняться плавно и надежно с положительным ощущением рулевого управления.

Очевидно, что в свете изложенного выше учения возможны различные незначительные изменения и модификации. Следует понимать, что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения настоящее изобретение E/: может быть реализовано иначе, чем конкретно описано.

Патент США на систему холостого хода во время работы рулевого управления с усилителем. Патент (Патент № 4,225,003, выдан 30 сентября 1980 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе холостого хода транспортного средства, имеющего средства рулевого управления с усилителем, и, в частности, к системе холостого хода, приспособленной для увеличения числа оборотов холостого хода двигателя с помощью средств блокировки путем обнаружения некоторого изменяющегося состояния в системе рулевого управления, вызванного рулевым управлением, выполняемым во время работы автомобиля на холостом ходу.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Как правило, средство рулевого управления с усилителем, используемое в транспортном средстве, сконструировано таким образом, чтобы обеспечить выходное средство от сервомеханизма, который установлен в механизме ручного рулевого управления транспортного средства; адаптирован для обеспечения функции слежения за манипуляциями с рулевым колесом. Хотя рабочая среда для них может быть получена механически, электрически или из других источников, в настоящее время наиболее распространена гидравлическая энергия.

Существует риск заглохнуть двигатель на холостом ходу или при низких оборотах двигателя, особенно в случае рулевого управления во время неподвижного состояния автомобиля.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание системы холостого хода, имеющей механизм увеличения оборотов холостого хода двигателя в ответ на некоторое отклонение от стандартного режима рулевого управления в средстве рулевого управления с усилителем, когда транспортное средство управляется во время холостого хода. двигателя, тем самым увеличивая обороты двигателя на холостом ходу с помощью механизма увеличения холостого хода по сигналу, полученному при обнаружении отклонения, чтобы инициировать операцию рулевого управления с усилителем и предотвращать непреднамеренную остановку двигателя из-за движения рулевого управления во время холостой ход автомобиля.

Путем обеспечения системы холостого хода в соответствии с настоящим изобретением в транспортном средстве, имеющем средства рулевого управления с усилителем, можно обнаружить некоторые изменения, происходящие в системе рулевого управления, и мгновенно инициировать увеличение оборотов холостого хода двигателя. Таким образом, даже в случае, когда насос рулевого управления подвергается некоторой нагрузке из-за операции рулевого управления, двигатель может быть обеспечен значительной мощностью, достаточной для того, чтобы справиться с такой нагрузкой, чтобы предотвратить полную остановку двигателя.В частности, система холостого хода согласно настоящему изобретению очень эффективна для операции рулевого управления в случае, когда транспортное средство стоит на месте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 — общий вид системы гидроусилителя руля автомобиля;

РИС. 2 — продольный разрез коробки передач рулевого механизма с усилителем;

РИС. 3 схематично показан частичный вид в перспективе и частичный разрез коробки передач, показанной на фиг.2;

РИС. 4 схематично иллюстрирует принцип работы коробки передач системы гидроусилителя руля;

РИС. 5 представляет собой блок-схему одного варианта осуществления системы холостого хода системы рулевого управления с усилителем в соответствии с настоящим изобретением; и

РИС. 6 показаны особенности работы откидных клапанов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ссылаясь теперь на прилагаемые чертежи и, в частности, на ФИГ. 1, которая показывает общую компоновку системы рулевого управления с усилителем, сила, действующая на лопастной насос 1, являющийся источником гидравлического давления, и на систему рулевого управления, регистрируется во время управления транспортным средством.Эта сила регулирует гидравлическое давление в системе, а встроенный редуктор 3, преобразующий регулируемое гидравлическое давление в механическую энергию, соединен со шлангом подачи давления 2, обратным трубопроводом 4 и маслоохладителем 5 и образует замкнутый контур. ИНЖИР. 2 показан вид в разрезе типичной коробки передач, в которой крутящий момент передается от рулевого колеса через тонкий торсионный вал 6 на червячный вал 7, на котором соосно расположены заслонки 11 и 12. Цилиндр 9 включает в себя скользящий поршень 10, и поршень 10 приводится в зацепление с центральным валом 8 с помощью червяка, сформированного на его части.ИНЖИР. 3 представляет собой частичный разрез коробки передач, на котором заслонки 11 и 12, соединенные с торсионным валом, показаны отодвинутыми на некоторое расстояние от внутренней части коробки передач для пояснения чертежа. На фиг. 4, первые заслонки V 1 и V 2 действуют как направляющие регулирующие клапаны, а вторые заслонки V 3 и V 4 действуют как регулирующие клапаны. На фиг. 4, который представляет собой схематическую иллюстрацию принципа действия коробки передач, все клапаны открыты, когда рулевое колесо находится в нейтральном положении и нет разницы давлений между точками а и b.Когда рулевое колесо поворачивается влево, клапаны V 1 и V 4 открыты, а клапан V 2 закрыт. Таким образом, гидравлическое давление в точке а увеличивается, и поршень 10 толкается вправо на чертеже, а секторный вал 8 вращается, чтобы помочь водителю управлять автомобилем. В случае правого поворота действие вышеупомянутого механизма будет обратным. Таким образом, система в соответствии с настоящим изобретением предназначена для надлежащего обнаружения некоторых различных явлений, таких как смещение поршня, перепад давления между точками а и b и другие изменения, присутствующие в системе рулевого управления с усилителем, и, используя эту обнаруженную информацию, в качестве средства управления системой информация блокируется движением дроссельной заслонки двигателя, чтобы увеличить число оборотов двигателя на холостом ходу.

На фиг. 5, который показывает вариант осуществления системы холостого хода согласно настоящему изобретению, рабочей средой системы является перепад давления между точками а и b на фиг. 4. Пути потока гидравлической жидкости в заслонке с клапаном 11, 12 и камере 9 цилиндра показаны в верхней части чертежа, а нижняя ее часть представляет собой систему холостого хода в соответствии с настоящим изобретением, которая включает в себя реле давления 13, источник электроэнергии 14, вакуумный переключающий клапан ВСК, вакуумная линия 15, исполнительный механизм диафрагменного типа 16, регулируемый блокировочный механизм 17, взаимодействующий с дроссельной заслонкой, и всасывающая вакуумная линия 18.

Во время работы, когда рулевое колесо поворачивается в одном направлении, заслонки 11 и 12 поворачиваются, как показано на ФИГ. 6, и, соответственно, создается разница давлений между точками а и b, как указано выше. Эта разница давлений определяется реле 13 давления для приведения в действие VSV только во время работы рулевого управления с усилителем транспортного средства, в результате чего срабатывание VSV проходит через линию связи 15 для передачи вакуума из вакуумной линии 18 впускного коллектора. через ВСВ в диафрагменную камеру механизма диафрагменного типа 16.Вакуум заставляет дроссельную заслонку 19 открываться на требуемую степень во взаимодействии со стержневым механизмом 17, который приспособлен для блокировки с диафрагмой 16.

Несмотря на раскрытие конструкции и функции настоящего изобретения в описании с использованием одного варианта осуществления, который выполняет операцию холостого хода дроссельной заслонки путем измерения разницы давлений между двумя указанными точками, конечно, можно использовать одну различные показания, представленные в некоторых частях системы рулевого управления во время работы рулевого управления с усилителем, путем обнаружения функциональных отклонений, перемещений частей или изменений состояния и использования любого из них в качестве рабочей среды.Например, можно использовать настоящую систему холостого хода в сочетании с устройством холостого хода для системы охлаждения известного уровня техники, чтобы приводить в действие систему холостого хода, когда либо система охлаждения, либо система рулевого управления с усилителем требуется для работы в режиме холостого хода.