Датчики электрического усилителя рулевого управления
Как правило, в современных легковых автомобилях все чаще применяют электрический усилитель рулевого управления. В интернете и специализированной литературе довольно подробно написано, для чего он нужен и как устроен. Для автолюбителя и работника автосервиса (любящего свою работу) уровень такого предоставленного материала иногда вполне достаточен.
Но для инженера или разработчика, к сожалению, он довольно скуден и поверхностен, а иногда и не совсем точен. На примере одной конструкции, весьма уважаемого производителя, попробую изложить дополнительную информацию, которую я получил при разборке данного устройства. Касается это в основном датчиков, определяющих работу данного устройства, и пример реализации их подключения. Возможно, это будет полезно, хотя бы студентам и инженерам. Для людей, профессионально занимающимся разработкой автомобилей это изложение покажется, наверное, смешным.
Итак, есть такой узел, один вал (назовем выходной) которого управляет углом поворота передних колес, а к другому противоположному валу (назовем входной вал) прикреплен руль. К рулю (рулевому колесу) прилагает усилие тело своими руками, (стандартным весом по ГОСТу 75кг, имеющее право на управление автомобилем, и совершающее обдуманные законопослушные действия) в надежде изменить угол поворота колес. При этом на каждое это колесо приходится часть веса автомобиля, и довольно таки существенное (300 — 600 кг), и при диаметре рулевого колеса, не превышающем полметра, усилие, которое надо прилагать к рулю, на неподвижном автомобиле, без дополнительного усилителя, очень чрезмерно для большинства, по мнению медиков, здоровых людей.
Для облегчения усилия, требуемого прилагать к рулевому колесу, ставят электромотор, который прилагает дополнительное усилие к выходному валу. Какое дополнительное усилие, и в какую сторону надо прилагать электромотору, определят электронный блок усилителя рулевого управления, с помощью датчика усилия, которое прилагает водитель к рулевому колесу. Датчик этот расположен, как правило, в месте соединения выходного и входного вала. А соединяются эти валы между собой с помощью гибкого элемента (как правило, торсиона, параметры которого имеют заданные значения), который гибко деформируется (закручивается) в ту или иную сторону, на угол, пропорционально по степени прилагаемого усилия между рулевым колесом, и силой сопротивления передних колес автомобиля их повороту. Электромотор применяют, как правило, теперь бес коллекторный, трехфазный. Для управления вращением электромотором требуется схема, формирующая из постоянного тока бортовой сети переменное напряжение из трех фаз. Контролировать правильное вращение электромотора, помогает еще один датчик – датчик вращения и угла поворота его оси. Сигналы с этих датчиков, и поступают электронный блок усилителя рулевого управления. Внутри которого также находится схема управления электромотором. Сам это блок связан внутренней сетью управления с другими электронными блоками автомобиля.
Электронная начинка этого блока содержит довольно таки производительный микроконтроллер (примерно уровня STM32F4xx и даже выше), контроллер управления трехфазным мотором, цепи предотвращения работы и отключения электрических цепей при возникновении нештатной работы или внутренней неисправности.
Наверное, вы уже устали читать, приступим к разборке (фотографии простые, извиняюсь за качество). Я буду применять иногда свои выдуманные названия к предметам, извините и поправьте если что.
Датчик усилия (далее ДУ), представляет собой систему из:
— Кольцевого многополюсного магнита (далее КМ), напрессованного на входной вал.
— Кольцевого селектора (далее КС) магнитного поля, напрессованного на выходной вал. Он состоит и пластикового цилиндрического корпуса, с двумя магнитопроводящими кольцами, которые имеют клювообразные элементы, на стороне, обращенной к КМ. Эти клювообразные элементы соответствуют количеству и положению магнитных полюсов на КМ.
— Датчика магнитного поля (далее ДМ), закрепленного уже на неподвижном корпусе усилителя рулевого управления, и состоящего из двух магнитопроводящих полуколец, передающих магнитное поле от КС к двум датчикам холла.
Начну иллюстрации: 
Так выглядят еще не разъединённые входной и выходной вал:
Вынимаем шпильку и разъединяем: (Кольцевой трансформатор=кольцевой селектор)
Напрессованный КС, КМ, видны пазы входного и выходного вала, ограничивающие угол закручивания торсиона, и даже если он сломается, рулевое управление будет сохранено. Задача торсиона, не передавать весь крутящий момент, а только его измерить:
Слева — корпус ДМ, справа — КС.
Датчики холла (их два, тип мне неизвестен):
А так весь механизм выложен последовательно, все снято со своих мест:
Как возможно это работает:
В собранной конструкции, пока нет деформации торсиона, Полюса КМ расположены напротив клювообразных отводов двух магнитопроводящих колец КС в определенном положении. Наводимые магнитные поля через двух кольцевой приемник ДМ подводится к своему соответствующему датчику холла. И в этом состоянии магнитные поля, приводимые к датчикам холла одинаковы.
При деформации торсиона, вследствие приложения усилия к рулевому колесу, положение КМ относительно клювообразных отводов КС меняется, и на двух магнитопроводящих кольцах КС создается разность магнитного поля. Которое подводится с помощью двух колец ДМ к датчикам холла. С двух датчиков холла, с их выходов, получается дифференциальное напряжение, прямо пропорциональное деформации торсиона, и соответственно, усилию на рулевом колесе. Но иногда может потребоваться калибровка показаний датчиков, что предусмотрено.
Что можно увидеть на экране осциллографа?
КМ и КС расположены без смещения относительно друг друга:
Сигналы на выходах датчиков одинаковы:
Смещение в КМ относительно КС одну сторону:
Сигнал (один увеличивается, другой на столько же уменьшается):
В идеале, сигнал на выходе датчиков должен иметь такую характеристику:
Чрезмерно деформировать торсион, сломать его, не дают соответствующие пазы входного и выходного вала, находящиеся в определенном взаимном положении.
Иногда, “разводят”, или неправильно ставят диагноз некоторые «спецы», резко вращая рулевое колесо из стороны в сторону, на заглушенном автомобиле. При этом из рулевой колонки доносится отчетливый стук, который пытаются выдать за проявление неисправности. А на самом деле звук этот и издают пазы при соударении, так как компенсировать деформацию торсиона при неработающем двигателе некому (не работает двигатель – зачем тебе и электроусилитель руля). В “гаражах” иногда работают вполне грамотные и опытные люди, но чек и квитанция это дополнительный страховой полис, мало ли. Не экономьте на правильном диагнозе. То же самое происходит и в работе золотника (гидравлического распределителя) гидравлического усилителя руля.
Электромотор, три фазы, магнитный ротор имеет четыре полюса:
Выходной вал электромотора, проходит через датчик вращения:
Датчик вращения электромотора приподнят, видно эксцентрик на валу (часть вращающегося трансформатора):
Датчик вращения и положения оси электродвигателя усилителя рулевого управления,
называют его еще вращающимся трансформатором (далее ВТ), или ресольвером. В том месте, где расположен этот датчик, на оси электромотора имеется эксцентрик. Который при вращении, меняет расположение магнитного поля между полюсами трансформатора. Как взаимно расположены обмотки на полюсах, смотрите на рисунке далее (не указал фазировку, простите).
В данном случае, ВТ имеет три обмотки, на одну подается опорное синусоидальное напряжение, а с двух других снимается синусоидальное напряжение, пропорциональное углу поворота оси электромотора. Для примера, подаем напряжение синусоидальной формы на обмотку “возбуждения” со звуковой карты компьютера, а с двух других обмоток будем снимать показания осциллографом. Эксцентриком будет служить простой металлический винт. Думаю картинки красноречивы и комментировать каждую не имеет смысла. Но рассматривая экран осциллографа, надо проявлять немного фантазии, ибо смотрим два канала, а синхронизация только по одному. Иногда один луч кажется двоится.
С разобранным корпусом для наглядности;
При отсутствии эксцентрика внутри ВТ
Вставляем имитатор эксцентрика и начинаем его крутить, и смотрим сигналы:
Не стал заморачиваться с анимацией, думаю и так понятно. Имея два таких сигнала, измеряя их амплитуду и фазу, можно с достаточной точностью и надежностью определять положение оси электродвигателя. Ну и для завершения, так примерно организованы входные и выходные цепи электронного блока усилителя руля (тестер и мои личные фантазии):
Все сигналы поступают для обработки в микроконтроллер на аналоговые входы. Выход TSY — напряжение питания датчиков холла. Магнитные датчики не так склонны к запотеванию и наличию грязи, как оптические, терпимы к высоким и низким температурам.
Но и лепить где попало неодимовые магниты в машине и дома, тоже не стоит. К тому же они могут привести к вреду здоровья при неправильном использовании.
С уважением, Астанин Сергей.
Готов к вопросам и комментариям тут.
Будем продолжать в таком духе и разбирать автоматические коробки передач и вариаторы тут :)?
Источник
Замена датчика момента эур приора
Написал небольшой фак по эурам автоэлектроника.
Новый стоит 23 с хвостиком тысячи рублей, такой ценник отпугивает.
Небольшой вяло-активный поиск принес в мои сети целых 2 с половиной эура, один условно-рабочий, другой тоже, которые мы будем препарировать.
Осмотр с пристрастием показал, что один из них дохл по механике, второй по электрике.
Естественно, первая мысль — собрать из двух один.
Но не тут то было.
Внешне схожие эуры могут быть не совместимы внутренностями вообще.
Глобально существует 2 группы эуров:
с датчиком момента на тензорезисторе производства наших сумрачных гениев, который изредка ломается, но довольно легко чинится.
С датчиком момента фирмы Валео, которая еще масло сливочное хорошее делает. Автоагрегаты у нее тоже ничего так получаются, получиться ли починить такой ? Что-то сомневаюсь, но и сломать его относительно непросто, конструкция одновременно простая и на вид очень надежная.
По поводу разборки эура — ничего супер сложного нет, главное аккуратность и последовательность, стоит помечать взаимное расположение деталей. которые можно собрать зеркально, и следить за проводами, чтобы не порвать.
В целом, все интуитивно понятно, единственное стоит постоянно приглядывать, не оторвется ли чего при снятии очередного элемента.
Опустим мелочи по снятию кронштейна, основная разборка начинается с этого этапа, откручиваем болты с передней части эура, крепящие трубу к корпусу
Труба демонтируется, открывая доступ к рулевому валу, переднему подшипнику.
Далее откручиваются 4 болта, стягивающие воедино переднюю-заднюю крышки и корпус электромотора
Есть такой момент, если ваш эурчик какое то время гнил в сыром месте разобрать мотор будет несколько сложнее из-за возможной ржавчины на роторе.
Далее нужно аккуратно вытащить ротор мотора с валом и передней крышкой. А в задней крышке расположен датчик положения ротора. Если задача починить его, то вал можно не вынимать, доступ к ДПР хороший, но нужно следить за натяжением проводов, чтобы не вырвать их, а также не потерять 3 резиновые прокладки, через которые крепится датчик.
Рулевой вал заштифтован на роторе мотора, штифт нужно выбить подходящей выколоткой-высверлить, кому как удобнее. После снятия вала и съема крышки получаем доступ к тензорезистивному датчику. Кстати на фото видно, к чему может привести неаккуратная разборка:
До момента расштифтовки все также, после снятия вала получаем доступ к датчику момента:
Установлено 2 диска, которые считываются 2-мя же бесконтактными датчиками, а также считыватель сигнала с рулевого вала, это все собрано под черной крышкой. Силовое воздействие применять очень аккуратно, при искривлении диска при работе могут возникнуть потери контакта/разбаланс сигналов.
Конструкция вообще не трудноразборная, держится на клее и внутренних зацеплениях.
Теперь о других различиях в конструкции, их достаточно много. Валы тоже разные, на эуре с дм валео на валу установлено металл-феритовое кольцо, за перемещением которого следит электроника и выдает момент на рулевой вал, также куча мелких отличий, подшипник сидит на другой глубине, по иному выфрезеровано само тело вало, заменить один на другой не получится.
Роторы моторов невзаимозаменяемы, изменена часть, на которую устанавливается ДМ
Также разные передние крышки и блоки управления, про которые стоит рассказать подробнее.
Каждый эур определенной версии комплектуется блоком управления той же версии, автоэлектроника штампует их почти как китайцы новые версии своих телефонов, глобально есть разделение на эбу эура с дм валео и тензорезистивные — они подходят по проводке, но работать не будут.
Совместимость в одной группе вопрос пока открытый. На сегодня есть примерно столько версий:
В таблице достаточно много пустых строк, но общее представление можно получить. Что касаемо самой первой ревизии — в ней фишка Х4 имеет другой разъем, во всех последующих применен обычный, несколько похожий на разъем иимобилайзера.
При прочих равных стоит выбрать эур с бесконтактным датчиком, все таки он априори обладает большим ресурсом, а токосъемники в эуре старого образца все равно когда нибудь придут в негодность.
Стоит избегать эуров с битых машин, особенно в передние бочины, и особенно в левые — при неплохом ударе гарантированно гнет вал мотора, тензодатчик, считыватель дм (тензорезистор) и рулевой вал, рвет кольца с датчика момента (валео).
По блокам управления есть нюанс, существовала партия, выпуска примерно 2009-начало 2010 года с измененным силовым драйвером мотора (дискретная сборка взамен микросхемы от IC), перестали работать почти все, но без вскрытия понять какой драйвер стоит невозможно, есть смысл избегать эуров таких годов выпуска.
Вопрос совместимости эбу и эуров пока открыт, совершенно точно нельзя менять эбу к эурам с разными ДМ.
Диагностировать проще на столе перед установкой в машину, кроме питания нужны обманки тахо и дс, либо только тахо — но тогда работать будет недолго, выдаст ошибку по неисправности дс, софт — достаточно опен диаг, отлично жует все виды эуров.
По поводу безредукторных эуров на семейство калина/гранта, их некоторое время назад начала делать автоэлектроника, идея такая же, как в эуре приора, с теми же плюсами и минусами, однако их нет с тензорезестивным ДМ, они изначально с ДМ валео.
Диагностика на столе вполне возможна, нужно подать питание и подключить обманку тахометра, сигнал к-линии к адаптеру, по вкусу лампочку чека. Критерий работоспособности — отсутствие ошибок по диагностике, легкое кручение без заеданий и лишних звуков, плавное изменение тока на обмотках.
Доброго времени суток! Любой машине, даже той, за которой ведется тщательный уход, свойственно подвергаться поломке, этот факт не обошел сторойной и мою снежку. В апреле, когда на дорогах уже была слякоть, я поехал отвозить друга до цветочного магазина, перед самой остановкой у магазина я почувствовал удар в руль, и загорелся чек ЭУРа. В недоумении что это такое, были приняты попытки заглушить и завести двигатель, снятие клем с АКБ также не дало результатов. Связавшись со знакомым с СТО он сказал ехать на диагностику для установления причины сбоя, убедив что можно ехать и ничего повредится не должно. С печальным настроение добравшись до дома сразу залез в интернет с этой проблемой, но особого результата это не дало, а только ещё больше огорчил ценник на новый ЭУР — 15700р. Договорившись с ребятами на СТО поехал на диагностику, предварительно вытащив предохранитель ЭУРа, дабы он мог включится в любой момент и кинуть меня с дороги (по словам людей из интернета)
Пройдя дигностику, причина была установлена — «Датчик момента — отсутсвует сигнал». Местные умельцы просто развели руками и сказали что покупай новый ЭУР, поставим будет как новая. Опечаленый, что потеряна последняя надежда на его починку, поехал домой с очень тугим рулем (на ВАЗ 2110 без ЭУРа крутится легче). Проездив 4 месяца без усилителя уже как то привык, но по натуре я человек, желающий чтобы все работало идеально. Один знакомый посоветовал обратится в другой сервис по диагностике, ссылаясь на толкового парня — электрика. Делать больше нечего, поехал, договорился и вот тут начинается очень интересное. По показаниям диагностики диагноз тот же, но Сергей (электрик) не пожалел убить почти 5 часов своего времени и докопаться до сути проблемы (тем более терять уже нечего, а надежда на починку ещё была). Снятие ЭУРа не составило труда, мы справились минут за 10-15, только вот где этот датчик момента к сожеления никто из нас не знал. На калинах он виден сразу и легко доступен, даже для замены.
Постепенно разбирая мой ЭУР мы добрались до двух пластин (1 спереди мотора 2 сзади) Доступ к задней пластине был легким, по этому она поддалась прозвонке и оказалась целой. Добраться до передней пластины было просто не реально, не прибегнув к помощи дрели! Высверлив шпиндель в валу и вуаля — рулевой вал совсем отсоединен от двигателя, а самое главное мы добрались до этого самого ДАТЧИКА МОМЕНТА.
К глубокому сожаления, приговор был окончательный, все дорожки в двух местах пронзает трещины, отсюда и отсутствие сигнала. НО оказалось не все потеряно! если взять часть вала с этим датчиком от другого ЭУРа (например со сгоревшими мозгами, но рабочим датчиком) то он легко может быть заменен! Т.к все остальные части целые. Но попытки найти другой сломанный ЭУР закончились неудачей, видимо город у нас маленький, или ломаются они редко!
Вообщем то что пишут в сетях интернета не всегда правда, что он не подлежит ремонту и меняется весь целиком! Все там можно поменять, были бы детали и руки!
Собрали мы его естественно без обвесного оборудования (магнит, датчики и прочее) и руль стал заметно легче но не идеально. Так проездил я всего пару недель. Заказав через знакомого, с Самары мне привезли новый ЭУР за 10 т.р. Устанавливать его я поехал туда же к Сергею, и спустя примерно 40 минут я не мог удержать радости, руль снова крутится одним пальцем. Первые дня два привыкал к нему, а теперь будто поломки и не было вовсе!
Спасибо за внимание, подписывайтесь, буду рад!
Электроусилителем руля (ЭУР) комплектуется сегодня каждая Приора, касается это и базовых комплектаций. В начале выхода автомобиля агрегат шел как дополнительная опция комфорта. Владельцы этой модели знают, что узел часто заклинивает и выходит из строя. Усилитель руля стал слабым местом Приоры, но при необходимости ремонт можно произвести своими руками. В этом материале мы подробно рассмотрим, что представляет собой ЭУР, какие поломки случаются в этом узле и как их устранить самостоятельно. За работу стоит браться лишь в том случае, если есть опыт в обслуживании автомобиля, так как при замене нам придется разобрать половину приборной панели.
Назначение агрегата
За счет работы ЭУР снижается нагрузка и усилие на руле при совершении поворота. Узел значительно облегчает управление автомобилем, а на большой скорости он не позволяет выполнять опасные маневры.
В состав агрегата входят следующие компоненты:
- Рулевое колесо;
- Колонка;
- Вал;
- Электромотор;
- Механизм поворота руля;
- Электронный блок управления (ЭБУ);
- Датчик момента.
При повороте в работу включается электроусилитель. Момент обеспечивается электромотором, который присутствует в конструкции ЭУР. Датчик момента измеряет показатель и отправляет его в ЭБУ. В зависимости от угла поворота, блок рассчитывает, какую мощность нужно задать мотору. В переключателе, расположенным под рулем, присутствует устройство, которое определяет угол поворота. Датчик момента и поворота передают данные на ЭБУ, который «определяет», с нужной ли скоростью работает электродвигатель.
На прошлых поколениях автомобилей ВАЗ был установлен гидроусилитель, он давал во всех диапазонах вращения практически одинаковое усилие. Что касается ЭУР, то степень усилия зависит от множества факторов – скорость поворота «баранки» и его угол, обороты силовой установки, скорость движения.
Неисправности и их признаки
Несомненно, электроусилитель является более надежным узлом, чем устройство, работающее на гидравлике, но и в ЭУР появляются неисправности. При их обнаружении нужно сразу проводить ремонт, так как от работы усилителя зависит безопасность водителя, его спутников и других участников дорожного движения.
Полный отказ работы ЭУР
Как показывает практика, неисправностей у этого узла не так много, поломки случаются в один и тех же деталях. Первое, что стоит разобрать, – это полный отказ ЭУР. При отключении усилителя необходимо проверить экран бортового компьютера, скорее всего, вы увидите там код, сообщающий о неисправностях в узле. Но иногда определить отключение усилителя можно только на практике.
Выполняем следующие действия:
- Выключаем двигатель и несколько раз поворачиваем «баранку» в разные стороны;
- Повторяем эти действия, но уже при заведенном моторе;
- Усилие при повороте руля не поменялось? Значит узел полностью отключился.
Даже при нерабочем ЭУР вы можете продолжать движение, но делать это не рекомендуется. Водителю нужно время, чтобы отвыкнуть от управления автомобилем при помощи усилителя. Лучше сразу заняться диагностикой и определить, какому компоненту требуется ремонт или замена.
Иногда усилитель и спидометр перестают работать одновременно. Причиной такого дефекта является датчик скорости, который вышел из строя. Взяв электросхему, вы поймете, что эти три элемента связаны. Датчик момента подает данные на блок управления, он сравнивает их со скоростью и определяет усилие. Если причиной стал датчик скорости, то ремонт заключается в проверке проводки, которая ведет к этому элементу. Также стоит проверить провода, соединяющие датчик со спидометром и усилителем руля. Если в коммутации обрывов нет, то следует поменять датчик.
Низкое напряжение в сети автомобиля тоже может привести к отключению ЭУР. Неисправности следует искать в изоляции проводки. Если она повреждена, в сети будут появляться короткие замыкания. Также нарушения в изоляции приводят к неисправной работе генератора. Для устранения неисправности следует проверить проводку и генератор. В датчике момента присутствует множество контактов, которые при сильном загрязнении способствуют отключению ЭУР. В этом случае ремонт – это разбор агрегата и очистка контактов датчика момента.
Смотрите также
Непредсказуемая работа руля
Водитель едет по ровной дороге, положения руля не меняется, и вдруг машина поворачивает в сторону. Такое непредсказуемое поведение усилителя руля требует срочной диагностики, так как в самый неподходящий момент электроусилитель руля Лада Приора может отправить автомобиль на обочину или на встречную полосу. В такой ситуации движение следует прекратить и отключить усилитель. Для этого нам понадобиться извлечь предохранитель, который отвечает за подачу напряжения на усилитель.
Чтобы достать этот предохранитель, нужно выполнить следующие действия:
- У левой ноги водителя расположена крышка монтажного блока;
- Проворачиваем фиксаторы и отщелкиваем крепления;
- Блок, где расположен нужный предохранитель, вы найдете возле расширительного бачка;
- Смело достаем предохранитель F5 (50 A) – он отвечает за обеспечение цепи питания к ЭУР.
Причина такого поведения – неисправности в устройстве электроусилителя. Это может быть датчик момента, блок управления, засоренные контакты или механические повреждения. Диагностику рекомендуется выполнять у профессионалов, так как в гаражных условиях проверить блок управления у вас не получится, замена может быть осуществлена своими руками.
Замена ЭУР
Итак, вам нужно заменить электроусилитель на Приора или просто проверить состояние его контактов. В любом случае, ремонт предполагает полное извлечение узла. Приготовьте необходимые инструменты:
- Зубило и молоток.
- Глубокая головка на 8 и 13.
- Удлинитель и трещотка, в качестве альтернативы можно использовать вороток.
Сам усилитель своими руками снять довольно просто, но для того, чтобы добраться до его креплений и блока управления, вам понадобится снять немало деталей приборной панели: руль вместе с подушкой безопасности, кожух и замок зажигания. Когда эти компоненты демонтированы, можно начинать ремонт усилителя.
Пошаговая инструкция
- Берем «восьмую» головку, надеваем трещотку и снимаем контактную группу, как это показано на фотографии ниже;
Теперь можно подробно изучить контакты, и при необходимости произвести ремонт. Если же вы знаете, что из строя вышли основные компоненты (блок управления, мотор), то нужно провести замену. Установка нового устройства проходит в обратной последовательности. Ремонт своими руками завершен.
Источник