Гидравлическим усилителем руля (ГУР) называют гидравлическую систему автомобиля, часть рулевого механизма, предназначенная, чтобы облегчить управление направлением движения транспортного средства, сохраняя необходимую «обратную связь» и обеспечивая устойчивость и однозначность задаваемой траектории.
С помощью гидравлического усилителя руля обеспечивается не только комфорт, но и повышается безопасность движения. ГУР помогает водителю удержать контроль над автомобилем даже при разрыве передней покрышки. Однако надежность такого дорогостоящего устройства зависит от его своевременного обслуживания.
К изобретению усилителей привела необходимость уменьшить усилие, которое прилагается водителем к рулевому колесу, что особенный характер для грузовых автомобилей. Даже при столь сложном устройстве и, оттого, высокой стоимости, ГУРы получили большое распространение за счет того, что кроме основной функции (усиления) они:
смягчают удары, которые передаются от неровностей дороги на руль, помогая водителю удержать руль при разрыве передней шины и снижая утомляемость водителя;
обеспечивают уменьшение передаточного отношения рулевого механизма. Это уменьшает количество оборотов руля между его крайними положениями и, поэтому увеличивает маневренность;
сохраняют возможность управления машиной при поломке усилителя;
позволяют «чувствовать дорогу» и обеспечивают кинематическое следящее действие.
В СССР впервые применён ГУР в 1950 г. на карьерном самосвале МАЗ-525. Первым советским легковым автомобилем, который имел гидроусилитель, является ЗИЛ-111 1958 года (автомобиль высшего класса).
Устройство ГУР
Усилитель руля — это гидравлическая система, состоящая из 6 основных элементов.
Насос задает давление, и рабочая жидкость циркулирует в системе. Широко распространены пластинчатые насосы благодаря их высокому КПД, а также низкой чувствительности к износу рабочих поверхностей. Его закрепляют на двигателе, а привод производится ременной передачей от коленвала.
Распределитель распределяет (направляет) поток жидкости в нужную полость гидроцилиндра либо обратно в бачок. Если его подвижный элемент (золотник) при этом перемещается поступательно, то распределитель называется осевым, а если вращается — роторным. Распределитель может находиться на деталях рулевого привода либо на одном валу с рулевым механизмом. Этот элемент системы — прецизионный (высокоточный) узел, он довольно чувствителен к загрязнению масла.
С помощью гидроцилиндра давление жидкости преобразовывается в перемещение поршня и штока, который посредством системы рычагов поворачивает колеса. Он может быть встроен в рулевой механизм либо находиться между элементами рулевого привода и кузовом.
Специальное масло (рабочая жидкость) передает усилие к гидроцилиндру от насоса и смазывает все трущиеся элементы. Резервуаром для жидкости является бачок, в котором установлен фильтрующий элемент, а в пробке находится щуп для определения уровня этой жидкости.
Соединительные шланги служат для циркуляции жидкости по системе усилителя. Шланги высокого давления соединяются с насосом, распределителем и гидроцилиндром, а по шлангам низкого давления рабочая жидкость перемещается в насос из бачка, а затем возвращается в него из распределителя.
Современные автомобили имеют электронный блок, корректирующий работу гидроусилителя с учетом скорости движения. Благодаря этому дополнительно повышается безопасность на высокой скорости, поскольку водителю труднее резко (или непроизвольно) повернуть руль и, следовательно, отклонить машину от траектории.
Работа ГУРа без электронного блока (с осевым распределителем) схематично показана на рисунке:
Если рулевое колесо неподвижно, то золотник удерживается в нейтральном (среднем) положении центрирующими пружинами. Полости распределителя соединяются между собой таким образом, что жидкость свободно перемещается в сливную магистраль из нагнетательной. Насос усилителя функционирует не на поворот колес, а лишь на прокачку жидкости по системе.
Но уже при повороте руля золотник передвигается, тем самым перекрывая сливную магистраль. Масло под давлением перетекает в одну из рабочих полостей цилиндра. Поршень со штоком под действием жидкости поворачивает колеса. С помощью них, соответственно, перемещается корпус распределителя в сторону движения золотника. Стоит рулевому колесу перестать вращаться, золотник тут же останавливается и корпус его «настигает». Восстанавливается среднее положение распределителя, при котором снова происходит открытие сливной магистрали и прекращается поворот колес. Таким способом происходит кинематическое следящее действие усилителя, т.е. обеспечивается поворота колес на угол, который при вращении руля задается водителем.
«Чувство дороги» — это, в свою очередь, обратная связь от колес управления через усилитель к рулю. Т.е. это информация о тех условиях, в которых осуществляется поворот колес. Как и на машине без усилителя, на скользком дорожном полотне руль должен поворачиваться легче, нежели на твердой сухой дороге. «Чувство дороги» помогает водителю грамотно рулить в тех или иных условиях. Для его осуществления в разных конструкциях распределителей установлены камеры, плунжеры либо реактивные шайбы. Чем больше происходит сопротивление повороту колес, тем выше вырастает давление в распределителе и цилиндре. Причем одна из реактивных шайб с большим усилием стремится вернуть золотник обратно в среднее положение. В итоге руль становится «тяжелее».
В случае наезда на препятствие (например, камень), оно влияет на управляемые колеса, стремясь их повернуть, что очень опасно при высоких скоростях. Колеса, на начале вынужденного поворота, перемещают корпус распределителя относительно золотника, тем самым перекрывая сливную магистраль. Далее масло поступает в полость цилиндра под давлением, поршень в обратном направлении передает усилие на колеса, не позволяя им дальше поворачиваться. Поскольку ход золотника маленький (примерно 1 мм), машина почти не изменит направление движения. С помощью ГУРа не только облегчается поворот колес, но и пальцы рук водителя оберегаются от ударов спицами руля вв случае наезда на препятствия. Небольшой толчок на руле, конечно же, будет ощущаться из-за реактивных шайб, давление над которыми увеличится.
При остановке работы насоса (например, в случае обрыва ремня привода), возможность управления автомобилем не исчезает. В таком случае усилие от рулевого механизма будет передаваться самим золотником на корпус распределителя, а затем на колеса. Жидкость, перемещаясь из одной полости гидроцилиндра в другую через перепускной клапан, практически не будет препятствовать повороту колес. При этом руль становится «тяжелее», ведь гидроусилитель перестает работать.
Принцип действия ГУРа с роторным (вращающимся) золотником аналогичен вышеописанному.
Эксплуатация и обслуживание ГУР
Во избежание возникновения аварийно-опасных ситуаций, которые связаны с отказом системы рулевого управления машины, следует регулярно осуществлять контроль масла в бачке ГУРа. Если его уровень заметно снизился (не связанно с углом поворота колес, температурой, наклоном автомобиля и т. п.), нужно проверить герметичность узлов гидравлической части: шланги, места их подключения и т.д..
Чтобы увеличить срок службы элементов гидроусилителя и системы в целом, желательно один раз в 1—2 года менять рабочую жидкость.
В инструкции по эксплуатации многих автомобилей предупреждается, что нельзя удерживать колеса в крайних положениях больше 5 секунд, потому что это может привести к перегреву масла и даже к его закипанию, и поломки всей системы (см. «Причины, признаки неисправности ГУРа и их устранение«).
В качестве рабочей жидкости ГУРа (а также смазочного масла элементов гидроусилителя), на советских грузовых машинах используется индустриальное (веретенное) масло.
На современных автомобилях используется либо специальная жидкость для гидроусилителей (Power steering fluid), либо жидкость для автоматических трансмиссий (ATF, Automatic transmission fluid или Dexron III).
