Снова рад видеть вас, мои уважаемые читатели! Мы с вами знаем, насколько стремительно развивается современный автопром, особенно в части всевозможной электроники. Среди множества высокотехнологичных приблуд, устанавливаемых на транспортные средства, зародилось отдельное направление — активный усилитель руля автомобиля.
Производителями придумана масса технологий, упрощающих руление, и одной из них мы уделим внимание в этой статье.
Итак, просим любить и жаловать — система активного рулевого управления AFS.
Активный усилитель руля: история и суть изобретения
Надо сказать, что испробовать все прелести данной технологии могут лишь счастливые обладатели автомобилей марки BMW, выпущенных после 2003 года. Суть её состоит в том, чтобы менять реакцию колёс на вращение руля в зависимости от скорости машины.
Так, к примеру, если вы решили припарковаться в сложном для этого месте, Вам не придётся крутить баранкой по нескольку оборотов, чтобы вывернуть колёса – электроника отследит скорость, и передаточное число рулевого механизма снизится до минимума.
На больших скоростях такая реакция наоборот вызывает дискомфорт и даже опасна, поэтому передаточное число увеличивается, и машина реагирует на руль более плавно.
Система AFS была разработана двумя столпами автомобильной электроники и компонентов – компаниями Bosch и ZF. Патент на изобретение, лежащее в основе активного рулевого управления, был выкуплен ими ещё в 1990 году, а полноценные работы над серийным внедрением технологии начались лишь 7 лет спустя.
Как мы уже вспоминали, в серию AFS пошла в 2003 году и с этого момента является одной из фирменных «фишек» баварских автомобилей.
Активный усилитель руля. Устройство
Вы, наверное, думаете, что система активного рулевого управления очень сложна? На самом деле это не так, и принцип её работы довольно прост. Ключевыми элементами AFS являются:
- планетарный редуктор;
- блок управления;
- комплект датчиков.
Конструктивно данная технология неразрывно связана с механизмом рулевого управления. В целом всё выглядит так: в разрез рулевого вала вмонтирован блок с планетарным редуктором, внутри которого находятся так называемые солнечная и эпициклическая шестерни, блок сателлитов и электродвигатель.
Все эти элементы работают сообща лишь для одной цели – менять передаточное число между рулём и колёсами.
Руководит процессом электронный блок управления на основе данных, поступающих от целой армии датчиков, а именно: датчика угла поворота руля, суммарного угла поворота механизма, положения электродвигателя, а также спидометра и датчиков системы динамической стабилизации.
Переварив всю информацию, блок управления посылает команду на исполнительный механизм, коим является электромотор планетарного редуктора, который вращает эпициклическую шестерню.
Именно от направления и частоты её вращения зависит передаточное число, ощущаемое нами как изменение остроты руля в зависимости от скорости автомобиля. Вот такая история.
Похожие системы, меняющие чувствительность баранки есть и других автопроизводителей, например у Toyota — VGRS (Variable Gear Ratio Steering) , но работает она у японцев по иному принципу и это уже другая история.
На этом, друзья, разрешите подвести черту под этим рассказом. Не забывайте подписываться и следить за обновлениями нашего блога. Будет интересно!
Рассмотрим принцип работы системы активного рулевого управления, плюсы и минусы, устройство и схему. В конце статьи видео-обзор активного рулевого управления для автомобилей BMW.
Содержание статьи:
- Что такое AFS
- Устройство
- Схема механизма
- Принцип работы
- Плюсы и минусы
- Стоимость ремонта и деталей
- Видео
Активное рулевое управление – усовершенствованная технология обычного рулевого управления. Чаще всего в перечне систем автомобиля обозначается как AFS – Active Front Steering, хотя в работе принимают участи и задние колеса. Основное предназначение правильное распределение усилия между всеми деталями и колесами, так же основная деталь повысить эффективность управления автомобилем на разных скоростях и маневрах.
Что такое активное рулевое управление
Система активного рулевого управления по сути это доработанный механизм обычного рулевого управления. Наличие данной системы на борту автомобиля способствует улучшению динамических характеристик, лучшему управлению машиной, а так же улучшает комфорт. Впервые систему AFS (активного рулевого управления) установили в 2003 году на топовые комплектации автомобилей BMW.
Если рассматривать более детально, то активное рулевое управление может менять передаточное число между рулевым колесом и механизмом поворота колес, в зависимости от скорости движения. К тому же система может самостоятельно корректировать угол поворота передних колес в момент входа в поворот или торможения на скользкой дороге. В дополнение ко всему система активного рулевого управления может подруливать задними колесами, тем самым увеличивая маневренность автомобиля.
Устройство активного рулевого управления
Устройство системы активного рулевого управления не самое простое и одновременно объединяет в себе несколько других систем безопасности. Все же специалисты выделяют основные детали, которые отвечают за поворот колес и стабилизацию, остальные механизмы считаются вспомогательными, в том числе и подруливание задних колес. Среди основных механизмов можно назвать рулевую рейку, датчики, блок управления, непосредственно сам руль и рулевые тяги. Теперь же рассмотрим подробней, какую функцию выполняет каждая из деталей.
Весь процесс срабатывания механизма активного рулевого управления начинается с входных датчиков. Независимо от модели автомобиля они предназначены для снятия разных параметров. Например, датчики угла поворота руля, положение электродвигателя, датчики суммарного угла поворота, а так же датчики динамической стабилизации автомобиля. Хотя, последнее время перестают использовать датчик суммарного поворота, снимая информацию с других датчиков автомобиля.
Получив необходимую информацию с датчиков, она поступает в электронный блок управления (ЭБУ). Можно сказать, что это сердце всей системы и благодаря ему, ведется управление всеми механизмами активного рулевого управления. Задача ЭБУ не сложная, принять сигналы, обработать и передать на исполнительные устройства. Больше всего электронный блок активного рулевого колеса взаимодействует с электроусилителем руля, системой управления двигателем и системой динамической стабилизации автомобиля.
После обработки информации сигналы подаются на рулевую рейку, точней электродвигатель рулевой рейки. За счет чего система может самостоятельно решать насколько повернуть рейку в ту или иную сторону. Сам же электродвигатель вращает коронную шестеренку, в результате чего меняется передаточное отношение механизмов. Что касается рулевого колеса и рулевых тяг, то они выполняют те же функции, что и в обычном управлении автомобилем.
Схема активного рулевого управления автомобиля
Учитывая непростую конструкцию механизма активного рулевого управления, а так же поняв, за что отвечают определенные детали, следует рассмотреть смеху механизма.
- датчик угла поворота руля;
- вал рулевого колеса;
- шестерня вала;
- датчик момента на рулевом колесе;
- электронный блок управления;
- электродвигатель;
- зубчатая рейка;
- шестерня усилителя.
Можно сказать, что это основные детали системы активного рулевого управления. Помимо перечисленных элементов, так же к механизму относят бачек для рабочей жидкости, аварийный фиксатор, соединительные шланги, редуктор и клапан системы.
Как работает активное рулевое управление
Весь принцип работы системы активного рулевого управления начинается с момента запуска двигателя автомобиля. Как только автомобиль двигается с места, срабатывает датчик угла поворота руля и включается электродвигатель. За счет червячной передачи, электродвигатель вращает шестерню планетарного редуктора. Далее усилие ложится на внешнее зубчатое колесо, которое в свою очередь может менять передаточное число.
В результате такого взаимодействия и слаженной работы механизмов, система способствует снижению количества оборотов рулевого колеса, а значит, повышается комфорт и маневренность на низкой скорости. Если же скорость автомобиля увеличивается, электродвигатель уменьшает скорость вращения. В результате такого соотношения увеличивается передаточное число. Как показывает практика и различные испытания, работа электродвигателя активного рулевого управления перестает функционировать на скорости от 180 до 220 км/час.
Помимо указанных моментов работы системы активного рулевого управления AFS, она так же улучшает стабилизацию автомобиля, в момент потери сцепления задней оси с дорогой, в случае резкого маневра или торможении на скользких участках. Основной нюанс системы активного рулевого управления в том, что её никак нельзя отключить, поэтому механизм работает все время с момента старта двигателя, до момента пока его заглушат.
Как небольшое дополнение, в автомобилях BMW система активного рулевого управления работает совместно с системой подруливания задних колес. За счет этого автомобиль намного проще входит в резкие повороты, для разворота требуется меньший диаметр, а сама динамика автомобиля на скорости значительно улучшается.
Преимущества и недостатки системы AFS
Как и любой механизм, система активного рулевого управления имеет положительные и отрицательные стороны. Несмотря на сложность механизма, плюсов намного больше, а вот минусов практически нет. Среди положительных моментов системы AFS можно отметить небольшой вес, повышение надежности в управлении, безопасность, комфорт.
Отрицательных моментов в системы активного рулевого управления практически нет, так как механизм работает безотказно и редко дает сбои. Если все-таки сбой произошел, а чаще всего это сбой или полный выход из строя электроники, то, починить, самостоятельно не получится. Необходимо ехать на специализированные сервисы по ремонту системы AFS.
Стоимость ремонта и деталей для AFS
На сегодня систему AFS можно встретить не только на автомобилях марки BMW. Большую часть премиальных машин укомплектовывают данным механизмом или же предлагают в качестве опции. Например, на авто марки Lexus систему активного рулевого управления можно встретить чаще всего.
Как показывает практика и отзывы владельцев автомобилей, чаще всего выходят из строя датчики положения кузова автомобиля. Немудрено, так как дороги оставляют желать лучшего и частая качка кузова попросту неизбежна. В среднем стоимость замены датчика составляет порядка 150-175 долларов за 1 шт. В зависимости от модели авто, их как минимум 4 штуки и чаще выходят из строя попарно. Сам же датчик обойдется около $100-120, получается 50% от стоимости это сам ремонт. Электронный блок управления AFS обойдется порядка 10000 рублей. Дороже всего обойдется ремонт рулевой рейки, в среднем около $1000.
Некоторые владельцы автомобилей умудряются самостоятельно заменить датчики. Можно сказать, это самое простое в данном механизме и не требует особых навыков или инструмента. К тому же есть немало советов и похож ситуаций, которые описаны в деталях.
Система активного рулевого управления, хоть и сложный механизм, но без него современные автомобили были бы не столь комфортными, а безопасность была бы на порядок ниже. Если же есть возможность заказать AFS систему в качестве опции, доплатив за нее, то это не будет лишним, а разница в управлении будет ощутима с первых километров.
Видео-обзор принципа работы системы AFS:
Активный усилитель руля — AFS (Active Front Steering). Данный усилитель можно увидеть на многих автомобилях Volkswagen, в особенности на самом знаменитом народном автомобиле — Golf 7.
Система управления AFS в настоящее время устанавливается на множество современных автомобилях. Преимущества данной системы в том, что активный усилитель руля обеспечивает большую безопасность при вождении и комфорт. В целом она предназначена для:
– изменения передаточного отношения рулевого механизма, в зависимости от скорости движения;
– корректирование угла поворота передних колес при прохождении поворотов или торможении на скользкой поверхности.
Также можно сказать, что общее устройство не очень сложное, система состоит из двух устройств:
Схема системы активного рулевого управления
Для изменения скорости вращения рулевого вала используется планетарный редуктор. Его устанавливают на рулевом валу. Редуктор состоит из: солнечную шестерню, блок сателлитов и коронную шестерню. На входе рулевой вал соединяется с солнечной шестерней, а на выходе с блоком сателлитов.
Эпициклическая шестерня (коронная) обладает возможностью вращения. Передаточное число планетарного редуктора равно единице, если шестерня неподвижна, в таком случае рулевой вал передает вращение на прямую. Для регулировки передаточного числа, как раз и используется эпициклическая шестерня, при её вращении в одну или другую сторону, можно уменьшить или увеличить передаточное число планетарной передачи, благодаря чему изменяется передаточное отношение рулевого механизма. Вращение шестерни, для изменения передаточного числа в ту или иную сторону, обеспечивает электродвигатель, который соединен с её внешней стороной по средством червячной передачи.
Для реализации всех функций, используется система управления, это электронная система и она включает в себя:
– электронный блок управления;
Входные датчики, как и в любой другой системе, предназначены для считывания параметров, которые уже будут преобразованы в электрические сигналы. Сигналы передаются в электронный блок управления, что позволяет исполнительным устройствам обеспечивать работу всей системы. Система AFS включает в себя следующие датчики:
– датчик положения электродвигателя;
– датчик суммарного угла поворота;
– датчик угла поворота рулевого колеса;
– датчики динамической стабилизации (скорость вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и вертикального ускорения).
Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков. С помощью заложенного в него алгоритма работы он обрабатывает считываемую информацию с датчиков и таким образом обеспечивает работу исполнительных устройств. Также электронный блок управления связан с блоками управления других систем:
– системы динамической стабилизации DSC;
– системы управления двигателем;
– системы доступа автомобиля.
Исполнительный механизм системы AFS являются:
– сигнальная лампа на панели приборов.
Электродвигатель имеет аварийный электромагнитный фиксатор, который блокирует червячную передачу. В исходном положении передача заблокирована. Как только подается ток на электродвигатель, срабатывает электромагнит и фиксатор, преодолевая усилия пружины освобождает ротор электродвигателя. Когда обнаруживается неисправность, ток автоматически прекращает свою подачу на электродвигатель и червячная передача блокируется. А сами неисправности сигнализируются с помощью сигнальной лампы.
Принцип работы активного рулевого управления
При обнаружении запуска двигателя, система AFS начинает работать. Вся работа системы вращается вокруг изменения передаточного числа рулевого механизма в зависимости от скорости и условий движения.
При низкой скорости движения и маневрировании, датчик угла поворота рулевого колеса передает данные электронному блоку управления, который в свою очередь включает электродвигатель. В свою очередь электродвигатель через червячную пару передает вращение на эпициклическую шестерню планетарного редуктора. Самая главная функций эпициклической шестерни — изменение передаточного отношение, которое может достигать 1:10 при максимальной скорости вращения в определенном направлении. При этом руль становится острым, а углы поворота влево и вправо до упора уменьшаются, благодаря чему достигается больший комфорт в управлении.
При росте скорости движения, электродвигатель вращается медленней и передаточное отношение рулевого механизма уменьшается. В конечном итоге, электродвигатель прекращает свое вращение, это происходит на скорости в 180-200 км/ч, а усилие от рулевого колеса передает напрямую на рулевой механизм.
При дальнейшем росте скорости, двигатель снова включается, но вращается уже в обратном направлении, это позволяет на высоких скоростях уменьшить отношение передаточного числа рулевого механизма, что опять придает оптимальное и комфортное управление. При больших скоростях, отношение передаточного числа может достигать 1:20, при этом руль наименее острый, что позволяет увеличить углы наклона влево и вправо. Все это обеспечивает более удобное и безопасное маневрирование на больших скоростях.
Если вдруг при повороте, будет зафиксирована избыточная поворачеваемость (потеря сцепления задних колес с поверхностью), то система динамической стабилизации DSC автоматически корректирует углы повороты передних колес. Также система стабилизирует движения автомобиля на скользкой дороге или при торможении.
