Сервотроник что это такое

Сервотроник/Servotronic

В автошколе нас учат прежде всего умению обращаться с рулем — от этого будет зависеть безопасность движения и курсовая устойчивость автомобиля. Благодаря такому устройству, как гидроусилитель, вращать руль значительно проще.

Однако, возникают и определенные проблемы, например на малой скорости руль провернуть сложнее, чем на большой, а по идее должно было бы быть наоборот. Согласитесь, что когда вы двигаетесь по городу на небольшой скорости, то руль приходится проворачивать чаще: при парковке, при проезде кольцевых перекрестков, при разворотах и так далее. При этом мы прикладываем определенные усилия.

На прямой трассе картина совсем другая — водитель движется на скоростях 90 км/час и выше, но ГУР работает таким образом, что на такой скорости нужно прикладывать меньше усилий для поворота руля. Одно неверное движение, и автомобиль выезжает на встречную, идет в занос.

На высоких скоростях контролировать ситуацию гораздо сложнее. (Данная проблема решается отключением гидроусилителя на больших скоростях или переходом на другой режим).

Чтобы усилия на разных скоростях распределялись правильно, было создано такое устройство, как Сервотроник, он же Servotronic.

Что оно нам дает?

При движении по городу с Сервотроником нам нужно прикладывать меньше усилий, особенно при параллельной парковке или при въезде задним ходом в бокс, когда руль буквально приходится выворачивать из крайнего левого положения, в крайнее правое. Когда же мы мчимся по трассе, то коэффициент усиления уменьшается, то есть приходится прилагать больше усилий для поворота руля, благодаря чему обеспечивается курсовая устойчивость и плавность хода.

Устройство и принцип работы Сервотроника

Прежде, чем мы схематически опишем устройство системы Сервотроник, нужно сказать, что она применяется на автомобилях концернов Volkswagen, BMW, Volvo, Porsche. ногие другие производители устанавливают электрогидравлические усилители с режимами «Город» и «Трасса», на трассе коэффициент усиления рулевого управления уменьшается, а в городе наоборот возрастает.

Сервотроник — это сложная система, которая состоит из нескольких ключевых элементов. Очень важную роль играет датчик усилителя руля или датчик угла поворота руля, а также датчик спидометра, который анализирует текущую скорость движения. Кроме того на блок управления сервотроником поступает информация от ЭБУ о скорости вращения и положении коленчатого вала.

Все эти датчики собирают информацию и передают ее на блок управления, а тот ее обрабатывает и подает команды либо на перепускной электромагнитный клапан (если стоит ГУР), либо на двигатель электронасоса (электрогидроусилитель). Соответственно, на малых скоростях клапан пропускает больше жидкости гидравлической в силовой цилиндр и усиление рулевого управления увеличивается — усилие передается от тяги и колеса поворачиваются. Если же стоит ЭГУР, то двигатель насоса начинает вращаться быстрее, увеличивая приток жидкости в бачок.

На высоких скоростях происходит прямо противоположное — клапан получает сигнал от блока управления Сервотроником уменьшить приток жидкости, усиление руля уменьшается и водителю приходится прикладывать больше усилий.

Чтобы до конца разобраться в принципе работы Сервотроника, нужно знать, как работают различные системы усиления рулевого управления: гидравлическая, электрогидравлическая или электрическая.

Сервотроник же только немного корректирует их работу, подстраивая коэффициент усиления рулевого управления под конкретные режимы езды. Главными исполнительными элементами в разных системах являются электромеханический клапан или двигатель электронасоса. Ведутся разработки и более совершенных систем, которые со временем значительно упростят и сделают процесс вождения более безопасным.

Статьи

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних колес. Автомобильное колесо появилось еще до нашей эры, но поворотные оси появились на конных экипажах лишь в начале XIX века. Эта конструкция перешла и на первые автомобили. Позднее родилась рулевая трапеция. В те далекие годы, конечно, никто не предполагал, что рулевое управление станет таким сложным: механика вступит в союз с гидравликой и даже электроникой.

Работа гидроусилителя

Большинство современных автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления — ЭУР и ГУР. Усилители рулевого управления предназначены для комфортного управления автомобилем, а также чтобы уменьшить усилие на рулевом колесе и удержать автомобиль после резкого маневра. Сегодня даже в базовой комплектации автомобиль получает усилитель рулевого управления.

До недавнего времени существовали два варианта рулевых механизмов со встроенными гидроусилителями: реечные и «винт — шариковая гайка — сектор». Последние ставили на большие автомобили и внедорожники. Сегодня и на тяжелых машинах все чаще появляются компактные «рейки».

Вспомним принцип действия реечного механизма с гидроусилителем. В корпусе — распределительный клапан с чувствительным элементом — торсионом, связанным с рулевым валом. Водитель поворачивает баранку, торсион, закручиваясь, перемещает золотник. Тот приоткрывает отверстия масляных каналов, идущих к силовому цилиндру гидроусилителя. Последний подталкивает рейку, снижая усилие на руле. Едва водитель перестает крутить штурвал, торсион возвращается в исходное положение, а жидкость перепускается обратно в бачок.

Производительность насоса, приводимого ремнем от коленвала, должна быть такова, чтобы при работе мотора на холостом ходу водитель мог крутить руль без «закусываний» со скоростью не меньше 1,5 оборота в секунду. Избыточное давление стравливает перепускной клапан.

Сделать управление комфортным как при парковках, так и на скоростной трассе, помогают рулевые механизмы с переменным передаточным отношением: в центре рейки зубья нарезаны с маленьким шагом, на концах — шаг больше. При незначительных углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато, разворачиваясь, крутить баранку приходится меньше.

Сервотроник

Дополнительный комфорт и безопасность привнесли системы, регулирующие усилие на руле в зависимости от скорости. Пример — «Сервотроник», устанавливаемый на «Ауди».

В верхней части распределителя находится так называемая камера обратного действия. В ней двигается поршень, связанный с золотником.

Представим, что водитель поворачивает направо. Золотник открывает путь жидкости к силовому цилиндру, помогающему рейке поворачивать колеса. Одновременно масло через электромагнитный клапан (им управляет электронный блок, получающий информацию от датчика скорости) начинает поступать в камеру обратного действия. Один из перепускных клапанов открывается, возникает разница давлений, и поршень, опускаясь, ограничивает ход золотника. Давление в силовом цилиндре гидроусилителя падает, а усилие на руле, напротив, возрастает. Когда водитель перестает крутить баранку — золотник и обратный клапан закрываются.

При повороте влево открывается другой перепускной клапан, а поршень поднимается, вновь корректируя передвижение золотника, давление стравливается в другой части силового цилиндра.

При парковке и движении черепашьим шагом (примерно до 20 км/ч) электромагнитный клапан, ограничивающий подачу жидкости в камеру обратного действия, закрыт — руль можно повернуть одним пальцем. С ростом скорости клапан постепенно открывается и усилие на штурвале возрастает.

Устройство работает эффективно и надежно. Но гидравлический насос забирает силы у двигателя, а значит, тот съедает лишнее топливо, вредит экологии. Особенно нежелателен такой «нахлебник» маломощным моторам. Конструкторы нашли иное решение: давление рабочей жидкости нагнетает электрический насос. Блок управления получает информацию от датчиков вращения руля и скорости автомобиля.

Производители скрупулезно подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км. Немаловажно, что инженерам проще подбирать характеристики, настраивать устройство для конкретной модели.

Активное рулевое управление. Руль с коробкой передач.

Следующий шаг — так называемое активное управление (Active Steering). Главное преимущество — возможность изменять передаточное отношение между рулем и колесами. На пути от баранки к рулевому механизму с гидроусилителем встроена планетарная передача с электромотором.

Когда вы отъезжаете от тротуара, передаточное отношение минимально, а количество полных оборотов руля не более двух. С ростом скорости машины управление становится менее чувствительным, а стоит вырваться на загородную трассу — электромотор, подкручивая водило планетарного редуктора, увеличит передаточное отношение.

Активное рулевое управление, сотрудничая с другими системами, способно помочь и в сложных ситуациях. Например, машину занесло. Компьютер, опросив датчики угла поворота руля и скорости вращения колес, включит электромотор. Тот уменьшит передаточное отношение, чтобы водителю было легче удержать автомобиль на нужной траектории. Активный руль полезен и при экстренном торможении с АBS: если остановиться вовремя не удается, шоферу проще уйти от столкновения.

Первыми из серийных моделей подобное устройство примерили автомобили BMW пятой серии. Вероятно, вскоре такие системы пропишутся на многих автомобилях, пока им на смену не придет так называемое управление по проводам.

Электромеханические усилители

Успешные попытки вытеснить гидравлику из рулевого управления предприняли в конце прошлого века. Сегодня на некоторых автомобилях уже работают электромеханические усилители.

Принцип действия электро- и гидроусилителя во многом схож. Поворачивая штурвал, водитель закручивает торсион — чувствительный элемент, посылающий сигнал компьютеру. Тот отдает команду электромотору, который подкручивает рулевой вал, снижая усилие на руле.

Широкое распространение электро- и гидроусилителей сдерживает нынешний 12-вольтовый стандарт электрооборудования автомобиля. Поэтому пока они встречаются лишь на небольших автомобилях.

Управление по проводам

И все-таки будущее, видимо, не за хитрой механикой или гидравликой, усложненными электроникой. Гранды автомобилестроения вовсю работают над системами без механической связи между рулем и колесами — так называемым управлением по проводам (steering by wire).

Вращение руля отслеживает специальный датчик. Электронный блок, получая информацию о скорости, боковых и вертикальных ускорениях, посылает сигнал на актуаторы — электромоторы, поворачивающие колеса.

Преимущества такой системы очевидны. В критической ситуации автомобиль сможет самостоятельно (причем быстрее человека!) повернуть колеса на нужный угол. Допустим, системе стабилизации не удалось предотвратить занос, и машина, как волчок, закрутилась на обледеневшем шоссе. Быстродействующая электроника, опросив датчики, повернет руль, куда и на сколько нужно, и притормозит одно или пару колес.

Самостоятельность автомобиля намного упростит жизнь водителю: например, компьютер ловко припаркуется. А когда машины научат хорошо «видеть», они смогут даже объезжать препятствия.

Такие системы выгодны и технологически: протянуть провода куда проще, чем вал с шарнирами. Рулевая трапеция получает отставку — разные углы поворота колес задают сами электромоторы. Кстати, и с точки зрения пассивной безопасности такая конструкция лучше.

Концептов без традиционного управления уже немало. Видимо, серийные автомобили появятся в обозримом будущем. А потом, глядишь, привычный руль заменит многофункциональный джойстик — им водитель будет корректировать не только направление, но и скорость.

Servotronic на BMW: что это такое и как работает

В 1985 году концерн BMW представил систему Servotronic предназначенную для регулировки рулевого управления в зависимости от скорости. Данная система позволяет уменьшить усилия, необходимые для поворота рулевого колеса в зависимости от скорости движения или дорожных условий. Ввиду конструктивных особенностей Servotronic может быть установлен только на автомобили с гидравлическим или электрическим усилением руля. Наличие такой системы положительно сказывается на комфорте и точности управления транспортным средством.

Устройство и принцип работы Servotronic

Система Servotronic делится на три основных сегмента: информирующий, вычислительный и исполнительный. Каждый из них состоит из определенных узлов и компонентов. Сегмент сбора данных состоит из ряда датчиков:

• усилителя руля (угла поворота рулевого колеса);
• датчик Холла на коленчатом валу;
• спидометр;

Датчики Сервотроника собирают информацию о скорости движения авто, угле поворота руля относительно колес и других параметров авто. Собранные данные поступают в вычислительный блок, где интерпретируются в инструкции для исполнительных механизмов.

Сегмент исполнительных механизмов включает в себя камеру с обратным поршнем. В камере размещен электромагнитный клапан, управляемый сигналами вычислительного блока. Клапан и поршень, соединенный с золотником гидроусилителя и выполняют основные функции системы.

Во время поворота рулевого колеса золотник открывается, пропуская гидравлическое масло в цилиндр гидроусилителя. Одновременно с этим электромагнитный клапан получает данные, интерпретированные вычислительным блоком, и наполняет камеру обратного хода.

Так давление в цилиндре ГУР снижается, поршень в камере обратного хода, в свою очередь, блокирует золотник. Усилие на руль возрастает вместе с ростом комфорта управления.

В случае с электрическим усилением руля сигналы вычислительного блока поступают на сервопривод, который связан с рулевой стойкой через планетарный блок. Механическое соединение рулевой стойки и рейки в таком случае сохраняется. В случае выхода из строя сервопривод блокируется, и возможность управления транспортным средством сохраняется.

Во время движения автомобиля по прямой гидравлическое масло циркулирует в основной магистрали между насосом ГУР и накопительной емкостью. Поворот руля служит сигналом для изменения путей циркуляции. В зависимости от стороны поворота, жидкость поступает в одну из камер силового цилиндра. Из противоположной камеры она отправляется в накопитель. В результате получается разность давлений, которая передает усилие на рулевую рейку. Та, в свою очередь, давит на рулевые тяги и происходит поворот.

Наибольшая эффективность гидравлического усилителя руля отмечается при работе на небольших скоростях, к примеру, во время маневрирования по городу или парковки. Так происходит из-за обратной зависимости скорости работы гидравлического насоса и скорости движения автомобиля. Чем ниже вторая, тем выше первая.

Плюсы и минусы Сервотроника

Servotronic – сравнительно новая и специфическая технология. У нее есть свои приверженцы и те, кто выражает антипатию. Определиться с собственным мнением поможет приведенный ниже список достоинств и недостатков.

Достоинства

1. Компоненты Сервотроника разнесены друг от друга и не занимают много места в кузове. Сложностей с компоновкой или установкой системы не возникает.
2. Повышение комфорта рулевого управления.
3. Системы безопасности сохраняют рулевое управление даже в случае поломки Servotronic.
4. Облегчение маневрирования на низких скоростях, к примеру, во время парковки.
5. Повышенная точность управления на высокой скорости.
6. Экономные режимы работы.

Недостатки

1. Продолжительное нахождение колес в крайнем положении может привести к выходу системы из строя в результате перегрева гидравлического масла.
2. Снижение информативности руля при движении на высокой скорости.

Читайте также: Что такое ГУР в автомобиле и для чего он нужен.

Сервотроник

Servotronic (SVT)

Сервотроник представляет собой систему поперечной динамики. Задачей сервотроника является непрерывная адаптация усиления рулевого привода в зависимости от скорости движения и угла поворота колеса. Сервотроник для этого управляет электрическим током клапана сервотроника, в связи с чем имеющийся поток масла гидросистемы поддерживает процесс рулевого управления с различной степенью интенсивности. Далее учитывается актуальный угол поворота колеса для гармонизации поддержки через угол поворота колеса. Усиление рулевого привода определяется с помощью полей характеристик и уменьшается при растущей скорости движения, в связи с чем требуемый момент на рулевом колесе увеличивается.

Усиление рулевого привода реализуется обычным реечным рулевым механизмом с гидроусилителем. Величины и направления действующих на зубчатую рейку гидравлических вспомогательных сил зависят от угла поворота установленного торсиона. Торсион находится между валом рулевого управления и шестерней.

В ЭБУ, ответственном за функцию сервотроника, находятся следующие детали:

• Выходной каскад для сервотроника
• Программное обеспечение для сервотроника

Функция сервотроника может быть реализована различными ЭБУ:

• E70 без активного рулевого управления с 04/2010 = ЭБУ сервотроника SVT
• E70 с активным рулевым управлением = активное рулевое управление (AL)
• E71, E71M и E70M = Интегрированная система управления ходовой частью ICM (= Integrated Chassis Management)

С 04/2010 существует сервотроник для E70 без активного рулевого управления (AL) в качестве дополнительного оборудования. Автомобили без активного рулевого управления не имеют активного рулевого управления (AL). На этих автомобилях дополнительно устанавливается ЭБУ сервотроника SVT.

Указание! Автомобили без активного рулевого управления!

Это описание функционирования описывает функцию сервотроник у E70 с 04/2010 без активного рулевого управления.

Краткое описание узла

• ЭБУ сервотроника (SVT)
• Система динамического контроля устойчивости (DSC)
• коммутационный центр в рулевой колонке (SZL);
• Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE)
• ЭБУ JBE
• Система доступа в автомобиль (CAS)
• Клапан сервотроника

ЭБУ сервотроника (SVT)

ЭБУ сервотроника (SVT) выполняет функции, которые могут быть полностью интегрированы также в следующие ЭБУ:

• Встроенная система управления ходовой частью (ICM)
• Активное рулевое управление (АРУ)

Следующие автомобили располагают ЭБУ сервотроника SVT:

• E70 с дополнительным оборудованием сервотроник без активного рулевого управления

Место установки блока управления сервотроника (SVT) находится позади системы доступа в автомобиль (CAS).

Для сервотроника требуются следующие сигналы:

• Угол поворота колеса коммутационного центра в рулевой колонке (SZL)
• Скорость движения системы динамического контроля стабильности (DSC)
• Статус двигателя в цифровой электронной системе управления двигателем (DME) или цифровой электронной системе управления дизельным двигателем (DDE)
• Статус контакта в системе доступа в автомобиль (CAS)

Клапан сервотроника активируется только при включенном контакте 15 и включенном двигателе.

Система динамического контроля устойчивости (DSC)

Система динамического контроля стабильности (DSC) оценивает отдельные датчики угловой скорости колеса и рассчитывает скорость движения. Сигнал скорости движения предоставляется ЭБУ сервотроника (SVT).

Система динамического контроля стабильности (DSC) поставляет сигнал скорости движения. Сигнал скорости движения является одним из требуемых сигналов для активации блока управления сервотроника (SVT).

коммутационный центр в рулевой колонке (SZL);

Оптический датчик для измерения угла поворота колеса интегрирован в печатную плату коммутационного центра в рулевой колонке (SZL). Датчик угла поворота рулевого колеса выполнен в виде бесконтактной оптической измерительной системы. Система состоит из диска кодирования и оптического датчика. Диск кодирования соединен через поводок непосредственно с рулевым колесом. При вращении рулевого колеса диск кодирования двигается внутри оптической измерительной системы. Коммутационный центр в рулевой колонке (SZL) оценивает угол поворота колеса и отправляет эту информацию по K-CAN2.

Датчик угла поворота рулевого колеса установлен в коммутационном центре в рулевой колонке (SZL). Датчик угла поворота рулевого колеса измеряет угол поворота колеса оптическим бесконтактным способом. Датчик закреплен на плате с электронным блоком обработки. Датчик состоит из следующих компонентов:

• Кодирующий диск
• Оптический датчик

Кодирующий диск через кассету витых пружин соединен с рулевым колесом. При вращении рулевого колеса кодирующий диск двигается внутри оптического датчика. На диске кодирования расположены различные штрих-коды для анализа.

Коммутационный центр на рулевой колонке (SZL) соединен по шине CAN ходовой части с системой динамического контроля стабильности (DSC). Угол поворота колеса передается по шине CAN ходовой части.

Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE)

Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE) принимает соответствующую систему управления двигателем со всеми деталями. Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE) передает статус включенного двигателя. Этот статус относится к условиям активизации сервотроника.

На следующем рисунке представлена цифровая электронная система управления двигателем (DME).

Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE) соединен через двигатель и жгут проводов.

Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE) соединена по шине CAN двигателя и трансмиссии с остальной системой шин связи. Функцию межсетевого преобразователя выполняет блок Junction Box.

Цифровая электронная система управления двигателем (DME) или цифровая электронная система управления дизельным двигателем (DDE) выдает статус двигателя. Статус двигателя является одним из требуемых сигналов для активации блока управления сервотроника (SVT).

Блок Junction Box (JBE)

Блок Junction Box соединен с передним распределителем тока как механически, так и электрически. Блок Junction Box объединяет несколько функций в одном ЭБУ. Блок Junction Box подключается с помощью нескольких штекерных соединений.

Блок Junction Box является интерфейсом передачи данных между шиной CAN двигателя и трансмиссии и кузовной CAN-шиной.

На следующем рисунке изображено место установки блока Junction Box в E70.

Система доступа в автомобиль (CAS)

Система доступа в автомобиль (CAS) является ЭБУ, ответственным за контроль контактов и активизируетсяблоком Junction Box.

Система доступа в автомобиль (CAS) предоставляет статус контакта. Статус контакта является одним из требуемых сигналов для активации блока управления сервотроника (SVT).

Клапан сервотроника

Сервотроник осуществляет регулировку усиления гидроусилителя рулевого управления в зависимости от скорости. Поток жидкости регулируется по-разному в зависимости от активизации клапана сервотроника. Дросселирование зависит от тока клапана сервотроника. Клапан сервотроника представляет собой электромагнитный клапан.

Клапан сервотроника подключен к ЭБУ сервотроника с помощью 2-полюсного штекерного соединения. ЭБУ сервотроника (SVT) управляет клапаном сервотроника посредством напряжения и массы.

Обзор системы

Системные функции

Сервотроник определяет большую часть момента на рулевом колесе, который должен создать водитель. Функция сервотроник определяется в значительной степени через скорость движения и угол поворота колеса:

• Низкий диапазон скоростей (город, парковка) = низкий момент на рулевом колесе
• Высокий диапазон скоростей (загородная дорога, автомагистраль) = высокий момент на рулевом колесе

Клапан сервотроника активизируетсятолько при включенном контакте 15 и включенном двигателе. Контур регулировки сервотроника регулирует ток подключенного клапана сервотроника. Более высокий ток означает большую степень усиления рулевого привода при одинаковом моменте на рулевом колесе. Заданный ток определяется на основании поля характеристик, с параметрами «скорость движения » и «угол поворота колеса». Поле характеристик сохранено в кодировочных данных и располагает 10 опорными точками для скорости движения и 6 опорными точками для угла поворота колеса. Промежуточные значения заданного тока определяются с помощью линейной интерполяции соседних опорных точек. Значение из графической характеристики ограничивается функцией в пределах от 0 до 860 миллиампер.

Сервотроник определяет каждые 100 миллисекунд желаемое усиление рулевого привода в зависимости от следующих факторов:

• Текущая скорость движения
• Актуальное значение угла поворота колеса

Соответствующее значение в поле характеристик активизируетсяв зависимости от конкретной ситуации. Если актуальное значение скорости движения или угла поворота колесе находится вне определенного диапазона, используются максимальные или минимальные заданные значения.

Далее возможен, в зависимости от варианта шасси, переход к одному из 2 полей характеристик. Сервотроник оценивает сообщение по шине CAN, чтобы перейти к обычному полю характеристик или к спортивному полю характеристик. Сигнал сравнивается с закодированным значением спортивного режима. В случае одинаковых значений выполняется переход к спортивному полю характеристик. При отсутствии сообщения или недействительном значении будет активно поле, выбранное последним. После сброса сервотроник использует состояние «комфорт» и, таким образом, обычное поле характеристик. Однако состояние не сохраняется в ЭБУ сервотроника.

На следующем рисунке в качестве примера представлено поле характеристик на основе скорости движения с углом поворота колеса 0 градусов у E70 с Dynamic Drive и электронной системой регулировки жесткости амортизаторов.

Сервотроник – ваш электронный рулевой

Бережное отношение к рулю вырабатывают у водителя ещё в автошколе. К услугам различные приспособления для этого: гидроусилитель руля, например. Но при его использовании возникает серьёзный риск на трассе – одно неверное движение и автомобиль попадает в телепрограмму «Самое яркое». Хотя нет – сначала как минимум в отбойник. А максимум – в рай или ад… Чтобы снизить вероятность такого исхода на высоких скоростях, придумали сервотроник. Пора изучить его под микроскопом.

История

Первым автомобилем с новой технологией стал BMW M5 образца 1985 года. От своих собратьев он отличался мощным мотором и отличной управляемостью. Но специалисты, осмотрев испытательный образец на автосалоне в Амстердаме положительно оценили легкость реакции руля на касание одного пальца. Но примечательным было исчезновение главной проблемы ГУРа – потеря управления над авто на крейсерских скоростях. Теперь надо рассмотреть

Устройство и принцип работы механизма

Сервотроник – достаточно сложная система, в основе которой находится ряд важнейших элементов. Функцию внедрили в свои автомобили ведущие европейские бренды – Audi, BMW, Porshe. Остальные же предусматривают конструкцию гидроусилителя руля с режимами «Город» и «Трасса», увеличивая или уменьшая коэффициент усиления в каждом из режимов.

В своей работе сервотроник полагается на данные нескольких датчиков. Учитываются текущая скорость с датчика скорости, угол поворота руля и датчик усилителя. Также главный электронный блок управления передаёт герою обзора информацию о вращении коленчатого вала. После обработки блоком управления соответствующих данных подключается либо перепускной клапан ГУР, либо электроусилитель.

На малых скоростях в цилиндр поступает больше гидравлической жидкости, усиливая руль. Возникшая тяга поворачивает колеса в нужном направлении. А электрический гидроусилитель быстрее накачивает жидкость в бачок. А при выходе на трассовые скорости происходит противоположный процесс. От шофёра требуется прикладывать большее усилие, чтобы на скорости вписаться в поворот.

Вариации электронного управления

На заре своего существования за работу системы отвечал роторный поршень. Но он имел ряд существенных недостатков – неудобная форма и практически полное отсутствие регуляции подачи жидкости, что сбивало эффективность работы системы и предсказуемость работы руля. Проблему реши переход на клапаны с затворкой в 1998 году. А вскоре разработчик технологии фирма ZF снабдила конструкцию электрическим усилителем с электронным блоком управления усилием.

Преимущества электронного блока, который заменил гидравлику, оправдались сразу. Система максимально точно подбирала необходимое значение усилия для конкретных условий. А гидравлика могла сбоить при избытке или недостаче жидкости в бачке. Для автомобиля с цифровым блоком нестрашны ни буря, ни плохие дороги – машина будет маневрировать одинаково успешно.

А есть ли перспективы

Постепенно роботизированные блоки управления заменят механику. Производители понимают, что иногда человек неспособен выйти самостоятельно из заноса без серьёзных последствий. Скорость реакции процессора намного выше. В дальнейшем сервотроник дополнят искусственным интеллектом, который будет взаимодействовать со штатной навигационной системой и регулировать автоматически рулевое усилие на привычном маршруте.

Система ZF-Servotronic 2

(Примечание: данная статья является общепознавательной и не привязана к какой либо марке автомобиля)

Конструктивные особенности и принцип действия

В основе системы Servotronic 2 — проверенное временем рулевое управление с реечным механизмом и гидравлическим усилителем, или, при необходимости, расположенный ниже компактный сервопривод. При этом используется модифицированный управляющий клапан рулевого управление с реечным механизмом и гидравлическим усилителем. За счет применения современной электроники, электрогидравлического преобразователя и изменений в конструкции управляющего клапана Servotronic 2, в отличие от обычных типов сервоприводов, может работать в зависимости от скорости движения автомобиля.

Для применения Servotronic 2 необходим либо электронный тахометр, либо соответствующий блок управления ABS. Сигналы о текущих параметрах скорости от этих измерительных приборов поступают на электронный блок управления, который может представлять собой либо отдельный узел, либо может быть встроен в систему электронного управления автомобиля. Микропроцессор блока управления Servotronic обрабатывает сигналы о скорости движения и преобразует их в управляемые электрические импульсы для работы электрогидравлического преобразователя. Он устанавливается непосредственно на корпусе клапана и определяет степень гидравлического сопротивления управляющего клапана и, таким образом, момент привода рулевого колеса.

За счет применения для вращения руля системы с изменением усилия при вращении рулевого колеса, зависящего от скорости движения автомобиля, при стоящем автомобиле, а также при движении на малой скорости (парковка) требуется минимальное усилие. Поскольку гидравлическое противодействие изменяется в зависимости от скорости движения, усилие на рулевом колесе увеличивается с ростом скорости (см. рис.1). Поэтому на высокой скорости сохраняется особенно хороший контакт с дорожным покрытием, а отклик колес на вращение рулевого колеса становится четким и понятным для водителя.

Еще одно преимущество системы Servotronic 2 заключается в том, что давление и поток гидравлической жидко- сти остаются постоянными в любой момент времени, поэтому в особых ситуациях, например, при корректировке направления движения, система работает безотказно.

Указанные свойства обеспечивают крайне высокую степень точности управления и безопасности вождения автомобиля при сохранении оптимального комфорта управления.

УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ

Пример рулевого управления — схематическое изображение ZF-Servotronic® 2: 1) электронный тахометр в автомобиле; 2) электронный блок управления (микропроцессор); 3) электрогидрав-лический преобразователь; 4) рулевое управление с реечным механизмом и гидравлическим усилителем; 5) насос ГУР; 6) резервуар гидравлической жидкости с тонким фильтром; 7) шланг; 8) рулевая колонка с ручной регулировкой.

В основе конструкции — система рулевого управление с реечным механизмом и гидравлическим усилителем, описание которой приведено выше.

1) электронный тахометр; 2) электронный блок управления; 3) электрогидравлический преобразователь; 4) радиальная канавка подающей линии; 5) радиальная канавка; 6) радиальная канавка; 7) камера обратной магистрали; 8) камера обратного действия; 9) поршень обратного действия; 10) подпорная пружина; 11) отсечной клапан; 12) диафрагма; 13) шарик; 14) центрирующий фиксатор; 15) торсионный стержень; 16) упругая муфта; 17) золотниковая втулка; 18) поршень; 19) корпус; 20) шестерня; 21) зубчатая рейка; 22) поперечная рулевая тяга; 23) управляющая канавка подающей магистрали; 24) управляющая кромка подающей магистрали; 25) осевая канавка; 26) регулирующая канавка обратной линии; 27) управляющая канавка обратной магистрали; 28) редукционный клапан; 29) насос ГУР; 30) резервуар гидравлической жидкости ZL рабочий цилиндр — слева, ZR рабочий цилиндр — справа.

Для распределения необходимой для гидравлического усиления жидкости применяется специальный управляющий клапан, модифицированный для Servotronic 2. Важные элементы указанного клапана: упругая муфта (16), у которой не менее 6 дросселирующих канавок на корпусе, и золотниковая втулка (17), которая соединена с шестерней (20). В желонке золотниковой втулки имеются осевые канавки. Центрирование (нейтральное положение) упругой муфты осуществляется за сет торсионного стержня (15), который связывает золотник, шестерню и золотниковую втулку.

Для усиления центрирующего эффекта используются заключенные в призму шарики (13) между соединенным с золотниковой втулкой центрирующим фиксатором (14) и перемещаемым под действием пружины (10) поршнем обратного действия (9) (по аналогии с торсионным стержнем с фиксацией по центру). Вы в значительной степени определяете усилие гидравлического противодействия. Соосно перемещаемый поршень обратного действия направлен внутрь и поддерживается двумя осевыми шариковыми направляющими в сочетании с упругой муфтой, которые служат для предотвращения осевого смещения поршня.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

На низкой скорости, например, при выполнении парковочного маневра, лишь некоторые сигналы от электронного тахометра (1) или от блока управления ABS поступают на микропроцессор, интегрированный в блок управления (2). После обработки сигналов определяется объемный поток в электрогидравлическом преобразователе (3). За счет возникающего в определенной ситуации максимального объемного потока закрывается клапан распределителя и прекращается поступление гидравлической жидкости из радиальной канавки (4) в камеру обратного действия (8). Наличие диафрагмы (12) гарантирует, что в камере обратного действия поддерживается также уровень давления обратной гидравлической линии. Поэтому клапан Servotronic® 2 в данной ситуации действует так же, как и обычный золотниковый

клапан. Благодаря отсутствию противодействия, управление становится легким, и для вращения рулевого колеса не требуется прикладывать больших усилий.

Функционирование при низкой скорости движения

Функционирование при низкой скорости движения: 1) электронный тахометр; 2) электронный блок управления; 3) электрогидравлический преобразователь; 4) радиальная канавка подающей линии; 5) радиальная канавка; 6) радиальная канавка; 7) камера обратной магистрали; 8) камера обратного действия; 9) поршень обратного действия; 10) подпорная пружина; 11) отсечной клапан; 12) диафрагма; 13) шарик; 14) центрирующий фиксатор; 15) торсионный стержень; 16) упругая муфта; 17) золотниковая втулка; 18) поршень; 19) корпус; 20) шестерня; 21) зубчатая рейка; 22) поперечная рулевая тяга; 23) управляющая канавка подающей магистрали; 24) управляющая кромка подающей магистрали; 25) осевая канавка; 26) регулирующая канавка обратной линии; 27) управляющая канавка обратной магистрали; 28) редукционный клапан; 29) насос ГУР; 30) резервуар гидравлической жидкости ZL рабочий цилиндр — слева, ZR рабочий цилиндр — справа.

С возрастанием скорости движения увеличивается число поступающих сигналов, после их обработки микропроцессором электрогидравлический преобразователь уменьшает поступление потока гидравлической жидкости. За счет этого открытие клапана преобразователя согласуется с моментальной скоростью движения, в подающей линии гидравлической жидкости ограничивается поток от радиальной канавки (4) в камеру обратного действия (8). Диафрагма (12) препятствует отеканию большого количества гидравлической жидкости в камеру обратного действия (7), поэтому в ней устанавливается повышенное давление. За счет этого возникает повышенное давление гидравлической жидкости на поршень обратного действия (9), а прижимное усилие шариков в призматических направляющих возрастает (13). Если автомобиль движется прямолинейно, то это способствует правильной центровке клапана. При работе клапана управления рост нагрузки на шарики дополнительно препятствует вращению упругой муфты. Поэтому в условиях указанного гидравлического противодействия требуется зависимый, увеличенный момент привода рулевого колеса, чтобы определенное гидравлическое усиление установилось в правой (ZR) или левой камере цилиндра (ZL).

При движении автомобиля на высокой скорости, например, на скоростной магистрали, когда поток жидкости мал для работы преобразователя или вообще отсутствует, управляющий клапан в нем открыт полностью. За счет этого максимальное давление устанавливается в системе противодействия, жидкость поступает через радиальную канавку приточной линии (4).

Функционирование при высокой скорости движения: 1) электронный тахометр; 2) электронный блок управления; 3) электрогидравлический преобразователь; 4) радиальная канавка подающей линии; 5) радиальная канавка; 6) радиальная канавка; 7) камера обратной магистрали; 8) камера обратного действия; 9) поршень обратного действия; 10) подпорная пружина; 11) отсечной клапан; 12) диафрагма; 13) шарик; 14) центрирующий фиксатор; 15) торсионный стержень; 16) упругая муфта; 17) золотниковая втулка; 18) поршень; 19) корпус; 20) шестерня; 21) зубчатая рейка; 22) поперечная рулевая тяга; 23) управляющая канавка подающей магистрали; 24) управляющая кромка подающей магистрали; 25) осевая канавка; 26) регулирующая канавка обратной линии; 27) управляющая канавка обратной магистрали; 28) редукционный клапан; 29) насос ГУР; 30) резервуар гидравлической жидкости ZL рабочий цилиндр — слева, ZR рабочий цилиндр — справа.

При вращении рулевого колеса вправо повышается рабочее давление в системе, а также давление противодействия, в работу вступает поршень противодействия, к которому поступает поток жидкости из камеры обратного действия (8).

Как только давление противодействия вращению рулевого колеса достигает верхней границы, в целях исключения дальнейшего повышения давления гидравлической жидкости открывается отсечной клапан (11) и жидкость поступает в камеру обратной линии (7). При этом момент

привода рулевого колеса не увеличивается и сохраняется оптимальный контакт колес с дорожным полотном.

БЕЗОПАСНОСТЬ

Даже в случае выхода из строя электросети автомобиля или отказа отдельных ее элементов, рулевой привод остается полностью работоспособным. В условиях аварийной ситуации Servotronic 2 функционирует за сет принудительного механического открытия клапана преобразователя с максимальным гидравлическим противодействием (характеристика на высокой скорости движения).

В случае неожиданного отсутствия сигналов во время движения, например, при разрыве контакта или выходе из строя тахометра, высокопроизводительный микропроцессор в электронном блоке управления способен рассчитать величину потока на основании последних поступивших сигналов. Поэтому до момента выключения двигателя обеспечивается безошибочная работа рулевого управления. При следующем запуске двигателя в соответствии с характеристикой на высокой скорости движения обеспечивается максимальное гидравлическое противодействие.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ОСНАЩЕНИЕ

В целях оптимальной работы системы управления и адаптации ее к различным условиям кинематики и различным силовым агрегатам, Servotronic 2 может иметь целый ряд вариантов дополнительного оснащения.

ПЕРЕМЕННОЕ ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ

Помимо постоянного передаточного отношения, Servotronic 2 может иметь переменное передаточное отношение. При этом зубья зубчатой рейки могут различаться по форме и углу зацепления. За счет этого, с одной стороны, реакция рулевого колеса при прямолинейном движении остается прежней. А с другой стороны, передаточное отношение при повороте рулевого колеса на значительный угол (вправо и влево) уменьшается, а управление становится более активным. Различие между максимальным и минимальным передаточным отношением не должно превышать 35%. При этом возникает крайне низкое соотношение поворота руля (до двух полных оборотов) и перемещения зацепления зубчатой рейки.

Servotronic 2 с переменным передаточным отношением используется для оснащения автомобилей среднего класса, легких грузовиков, а также спортивных автомобилей. Система обеспечивает точную, быструю работу рулевого управления при движении на большой скорости, исключение опасности «перекрутить» руль, а также оптимальное управление при парковке и развороте на узких участках дороги и безопасное прохождение крутых поворотов.

ДЕМПФИРОВАНИЕ В КОНЦЕ ХОДА

Если производители автомобиля сочтут необходимым, то система Servotronic 2 в составе ограничителей хода может иметь полимерные элементы. Работа демпфера перед концом хода ощущается в виде шумов при максимальном развороте колес.

Источники:

http://vodi.su/servotronik-servotronic/
http://autotestdrive.ru/stati/remont-i-tehnicheskoe-obsluzhivanie/aktivnoe-rulevoe-upravlenie-chto-takoe-servotronik-317.html
http://avtonov.com/servotronic-%D0%BD%D0%B0-bmw-%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%8D%D1%82%D0%BE-%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5-%D0%B8-%D0%BA%D0%B0%D0%BA-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%B5%D1%82/
http://www.newtis.info/tisv2/a/ru/e70-x5-m-sav/wiring-functional-info/chassis-suspension/steering/servotronic/CyzglAyW
http://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-servotronik-ego-printsip-raboty.html
http://gazel-rukovodstvo.ru/GAZ/servotronic.html