Активный усилитель руля что это

«Активный рулевой» BMW: как работает, почему ломается, как не погубить его преждевременно

Эпитеты «легкое», «острое», «информативное», «ватное» рулевое управление и так далее, которыми в описаниях той или иной модели автомобиля характеризуют ее способности к управляемости и маневренности, являются не столько техническими, сколько образными терминами, с помощью которых потребителям дается представление, чего ждать от машины, если они ее купят.

Отражают образные характеристики чувствительность, с которой направляющие колеса автомобиля откликаются на вращение руля водителем, а также указывают на усилия, прилагаемые водителем к рулевому колесу во время управления автомобилем.

В системах рулевого управления с гидроусилителем (ГУР) корпус рулевого реечного механизма одновременно является силовым цилиндром ГУР. В зависимости от того, в какую сторону поворачивается руль, в ту или иную полость корпуса нагнетается жидкость, давление которой на поршень вала рейки помогает водителю управлять автомобилем, затрачивая минимум мускульных усилий.

Это азы, о которых необходимо было напомнить перед нашим разговором с руководителем сервисного центра STEERING.BY Михаилом Бандиком об отличиях активного рулевого управления, по каким причинам «активный руль» выходит из строя, что должен знать и делать владелец автомобиля, чтобы эта система прослужила как можно дольше и не потребовала ремонта преждевременно.

— По 2002 год включительно — начал отвечать на наши вопросы Михаил, — BMW оснащались двумя вариантами гидравлических рулевых агрегатов. В первом случае это был реечный рулевой механизм с обычным ГУР, во втором — с Servotronic (опция SA 216), или, иными словами, с электромагнитным клапаном, который регулировал подачу жидкости в полости рейки в зависимости от скорости движения автомобиля. Управлялся Servotronic электронным блоком по информации нескольких датчиков. Если рулевое колесо приходилось выворачивать, когда машина стоит на месте, что происходит, например, при маневрировании в тесном дворике, Servotronic увеличивал подачу жидкости и этим делал руль как можно легче. А по мере увеличения скорости движения автомобиля руль наливался тяжестью, или, говоря иначе, увеличивалась сила, с которой водителю приходилось крутить «баранку». Это улучшало обратную связь, чувство дороги и безопасность управления на высокой скорости.

С 2003 года на BMW Е60 появился новый тип рулевого управления Active Front Steering, по-русски — активное рулевое управление. В нем Servotronic идет по умолчанию, а принципиальное отличие от традиционных конструкций — изменение угла поворота руля, или, чтобы было понятнее, количества оборотов, которые нужно сделать рулем, чтобы повернуть его из одного крайнего положения в другое в зависимости от той же скорости движения. Если оно в обычных рулевых рейках изменяться не может, то в Active Steering передаточное отношение меняется.

Это однозначно улучшило маневренность автомобиля, удобство управления. К примеру, в машинах с Active Steering при маневрировании на малых скоростях руль от упора до упора делает менее двух оборотов, в машинах с обычным рулевым управлением — более двух.

Достигается изменение передачи благодаря появлению в конструкции рулевой рейки Active Steering планетарного редуктора. Приводится редуктор электродвигателем, а его работой управляет электронный блок, который руководствуется показаниями датчиков.

К настоящему времени появилось уже пять поколений Active Steering. В первых двух было по пять датчиков, затем датчик суммарного угла поворота рулевого колеса убрали (этот угол стал рассчитываться по показаниям других датчиков), после чего датчиков стало четыре.

В системе предусмотрен электрический стопор. Если бортовая диагностика обнаружит какие-то неисправности в Active Steering, стопор блокирует планетарный редуктор. По сути, это аварийный предохранитель, после срабатывания которого рейка управляется напрямую. Передаточное число больше не изменяется, на бортовом компьютере высвечивается предупреждение, что хозяину машины нужно двигаться на сервис для диагностики и устранения возникшей проблемы.

После Е60 «активный руль» получили многие другие модели BMW, но повторюсь, что ставился Active Steering в качестве опции, которая называлась SA 217. При этом покупатель мог заказать опцию независимо от комплектации автомобиля, поэтому она встречается как на сравнительно «пустых» машинах с двухлитровым дизелем, так и в «нафаршированных» версиях с пятилитровыми моторами. Сначала Active Steering шел только на версиях с задним приводом, а с 2007 года появился на моделях с полным приводом. Это было третье поколение Active Steering, а первым серийным автомобилем, который его получил, стал BMW Х5 Е70.

Если заглянуть под капот, точно понять, что машина оснащена Active Steering, невозможно. Признаком мог бы быть большой бачок гидроусилителя, но такой же бачок ставили на машины с опцией Dynamic drive — активными стабилизаторами, и не факт, что в этом автомобиле есть и «активный руль». Эти опции могут существовать как совместно, так и по отдельности, вопреки расхожему мнению. Надо завести машину и покрутить руль — вот тогда все станет понятно.

За исключением последнего поколения системы, несмотря на появление электромотора, редуктора и управляющей электроники, рулевая рейка Active Steering осталась гидравлическим агрегатом. В этом качестве ее и следует рассматривать в первую очередь.

В автомобилях BMW рулевая рейка располагается впереди поворотных кулаков. Благодаря такому расположению автомобиль получает хорошую управляемость, острое рулевое управление, отличную маневренность — в общем, то, что считается козырем машин этой марки. Но есть и минус — рулевой агрегат становится более чувствительным к нагрузкам, которые передаются на него от неровностей дороги, чем в случае, когда рейка находится позади поворотных кулаков. Дороги у нас по сравнению с западноевропейскими далеки от идеала, что отражается на ресурсе и надежности реек в BMW.

Второе, что влияет на ресурс, — ремонты, в частности замена рулевых тяг. При замене тяг есть такой коварный момент, как затяжка тяг. Когда зажимают тягу к валу, часто не соблюдают момент затяжки, а из-за чрезмерной затяжки нарушается регулировка вала в червячном зацеплении. Затем вал не регулируют, машина с СТО уезжает с нарушенной регулировкой, после чего происходит ускоренный износ червячной передачи.

Третий нюанс — пробег. Ничто не вечно, износ имеет место при работе любого агрегата, поэтому даже правильно отрегулированный рулевой механизм рано или поздно износится.

Обычное явление — износ средней части зубчатого сектора вала рейки. Края сектора, которые контактируют с червяком рулевого вала лишь при большом повороте руля, выглядят как новые, а середина — увы.

Если говорить, например, о механической части рулевой рейки BMW Е60, то, судя по нашему опыту, ее ресурс можно оценить примерно в 100 тысяч километров. Дальше должно быть квалифицированное вмешательство, а если оно не последует, то проблемы, которые к этому времени появились, будут усугубляться. Одновременно будет увеличиваться и сумма, которая потребуется для устранения неисправности.

Думаю, сейчас уже каждый второй Е60 или Е61, Е63, Е64, Е70, Е71 ездит с проблемами как минимум в механической части рулевой рейки. Другое дело, что некоторые водители об этом не догадываются, так как подвеска заглушает стуки вала в рейке, а кто-то о проблеме знает, но продолжает ездить, как говорится, до последнего, потому что выяснил, что вариантов ремонта немного, занимается им мало кто, а стоимость новых агрегатов повергает в шок.

Установка нового агрегата у официального дилера — идеальное решение вопроса, но цена рейки в зависимости от исполнения стартует примерно от 8000 рублей, в то время как весь автомобиль, если говорить о Е60, на рынке подержанных машин стоит сейчас, наверное, около 20.000 рублей.

Есть другой вариант — рейки заводского восстановления компании ZF Lenksysteme GmbH, которая является конвейерным поставщиком реек для большинства моделей BMW, либо другими организациями. Восстановленные заводом рейки на начало 2017 года обходились примерно в 4400 рублей, что, однако, тоже недешево.

Время от времени от сторонних организаций по ремонту и реставрации встречаются предложения дешевле 4000 рублей. Естественно, качество восстановления зависит от компании, выступающей реставратором. Следует предостеречь, что в последнее время все чаще встречаются продавцы, предлагающие восстановленные агрегаты по весьма заманчивой цене. Подобная продукция выдается за рейки, восстановленные в Германии, на заводе ZFLS, а по факту в контрафактной упаковке под именитый бренд лежит деталь, целиком облитая аэрозольной краской. Разумеется, завод-производитель ZFLS или Bosch так не восстанавливает. Покрытие на remanufactured выглядит точно так же, как на оригинальной рейке.

Раз рейки восстанавливают, значит, выпускают для них и запчасти. Вопрос заключается в их недоступности. Сальники и уплотнения в расчет не берем, прежде всего это касается компонентов червячных передач.

Оригинальные запчасти поставляются лишь в организации, которые имеют официальную лицензию от производителя, а неоригинальных заменителей для ремонта Active Steering нет — в этих агрегатах свои передаточные числа и червячные пары соответственно. Возможно, производителей «неоригинала» связывают патенты, а если говорить о китайских заводах, которым никакие патенты не страшны, то они ориентируются на массовую во всем мире продукцию, коей Active Steering не является.

Что в таких обстоятельствах можно посоветовать владельцам, чтобы «активный руль» отработал ресурс, который он получил с завода, а необходимость ремонта не возникла преждевременно? Что езда по ямам и ухабам чревата ударными нагрузками, и чем выше скорость, тем сильнее удары, передающиеся рейке, — это понятно. Поскольку, как я говорил, в первую очередь Active Steering является гидравлическим устройством, большое значение имеет уровень и состояние жидкости в системе. Это касается не только Active Steering, но и любых реек с гидроусилителем вообще. Есть модели с датчиком уровня, который сигнализирует о падении уровня ниже нормы, но полностью на электронику я бы не полагался. В бачках BMW предусмотрен щуп — это и есть лучший способ проверки.

Если уровень снизился, его нужно довести до нормы доливкой жидкости, рекомендованной инструкцией по эксплуатации, и контролировать далее. Если выяснится, что есть расход жидкости, надо искать утечку. Наличие утечки негативно сказывается не только на рейке, но и на насосе ГУР, так как масляное голодание еще ничему не пошло на пользу.

Состояние масла проверяется визуально. Для этого можно взять из бачка пробу, например, с помощью медицинского шприца. Для «активного руля» применяется масло на синтетической основе по спецификации CHF 11S. Каталожный номер — 83290429576. Оно имеет зеленоватый цвет. Если от времени оно приобрело желтоватый оттенок — это некритично.

Что должно насторожить — потемнение или помутнение масла либо наличие в нем серебристой пыльцы. Это признаки, которые указывают на износ насоса ГУР, но эксплуатация с таким маслом скажется и на состоянии гидроцилиндра рейки, на котором от действия продуктов износа появляются канавки.

Владелец не должен забывать, что проблему лучше предупредить, чем впоследствии «лечить». Поэтому я бы рекомендовал периодически диагностировать рулевое управление, что позволит своевременно выявить проблему на ранней стадии. Тогда и устранение неисправности обойдется гораздо бюджетнее, чем когда проблема запущена.

Другая сторона этого вопроса — куда обращаться для диагностики? Все рейки в принципе похожи, но в случае с Active Steering лучше доверить диагностику специалистам, имеющим опыт работы именно с Active Steering, потому что есть много нюансов по регулировке, допускам в червячном зацеплении и другим вещам. При пробегах до 50 тысяч километров в год я бы рекомендовал проверять состояние Active Steering раз в год, при пробегах свыше — раз в полгода.

Многие неисправности можно предупредить визуальным осмотром пыльников. Это гофрированные кожухи, которые защищают все, что находится внутри рейки, от влаги. Через 5-7 лет службы появляется опасность разрыва пыльника. Если разрыв большой, его сможет увидеть и владелец, но часто повреждение в складке гофры имеет размеры иголочного прокола. Его увидишь разве что, если подтекает сальник рейки, по масляному пятну на пыльнике.

Причины течей бывают разными. Сальник может износиться или потерять эластичность от времени, а может вода проникнуть под пыльник и вызвать коррозию вала рейки, которая затем как теркой уничтожит сальник.

Про ресурс механической части рулевой рейки Active Steering говорилось выше, а срок службы маслостойких уплотнений я бы оценил в 5-7 лет, после чего рекомендуется их превентивная замена.

К чему ведет затяжка рулевых тяг с несоблюдением момента затяжки, я рассказывал, но с тягами есть еще одна проблема. Часто ставят тяги, которые не соответствуют параметрам завода-изготовителя. Этим грешат дешевые заменители, а в результате термопластовый пыльник не подходит к тяге и не обеспечивает герметичность, как ни затягивай хомут. Опять же пыльники бывают разного качества. Некачественный пыльник создаст ту же проблему, что и неправильная тяга.

Электронную часть Active Steering я бы ненадежной не назвал, но в силу возраста свою лепту в общее количество проблем она, конечно, добавляет. Единственное, чем может владелец помочь электронике, — не лезть в нее самостоятельно. Когда за ремонт Active Steering берется человек, который не знает, что этот агрегат собой представляет, то в случае, например, с рейкой с пятью датчиками можете быть уверены, что с вероятностью 90 процентов датчик суммарного поворота руля он установит неправильно. И тогда после запуска двигателя руль будет поворачиваться самопроизвольно.

Пока Active Steering работает, вещь эта замечательная. Люди, которые ездили в машинах с этой опцией, после пересадки в автомобиль, где ее нет, реально чувствуют себя некомфортно. К сожалению, с 2003 года, когда появилась эта система, прошло уже 14 лет. Ресурс исчерпан, а цены на запчасти я озвучил. Что остается? Беречь то, чем владеете, чтобы знание о ценах осталось неиспользованным.

Как это работает: система активного рулевого управления. Видео.

Рулевое управление — система управления направлением движения транспортных средств с помощью рулевого колеса. Состоит из механизмов, преобразующих положение (угол поворота) руля в пропорциональное изменение положения колёс или аналогичных управляющих направлением движения элементов.

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 активного рулевого управления в своей работе взаимодействует с другими системами, с гидроусилителем руля Servotronic, системой динамической стабилизации DSC.

Система AFS имеет следующее общее устройство:

• планетарный редуктор
• система 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

• 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)

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

• электродвигатель
• сигнальная лампа на панели приборов

Электродвигатель обеспечивает вращение эпициклической шестерни планетарного редуктора. Электродвигатель оборудован аварийным 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.

Принцип работы системы активного рулевого управления

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.

Система активного рулевого управления AFS

AFS (Active Front Steering) – это система активного рулевого управления, которая по своей сути является усовершенствованной классической системой рулевого управления. Основное назначение AFS – верное распределение усилия между всеми составляющими рулевой системы, а главная цель – повысить эффективность управления автомобилем на различных скоростях. Водитель же, при наличии в автомобиле активного рулевого управления, получает повышенный комфорт и уверенность в движении. Рассмотрим принцип работы, устройство AFS, а также его отличия от классической системы рулевого управления.

Принцип работы

Активное рулевое управление включается в работу вместе с запуском двигателя. Режимы работы системы AFS зависят от текущей скорости автомобиля, угла поворота рулевого колеса и типа дорожного покрытия. Таким образом, системе удается оптимально изменять передаточное отношение (усилие от рулевого колеса) в рулевом механизме в зависимости от режима движения автомобиля.

При начале движения автомобиля включается электродвигатель. Он начинает работать после сигнала от датчика угла поворота руля. Электромотор посредством червячной пары начинает вращать внешнюю шестерню планетарного редуктора. Основная функция внешнего зубчатого колеса – изменение передаточного отношения. При максимальной скорости вращения шестерни оно достигает наименьшего значения (1:10). Все это способствует снижению количества оборотов руля и повышению комфорта при маневрировании на низкой скорости.

Увеличение скорости автомобиля сопровождается замедлением скорости вращения электромотора. Из-за этого постепенно (пропорционально увеличению скорости движения) растет передаточное отношение. Электромотор прекращает вращаться на скорости 180-200 км/ч, при этом усилие от рулевого колеса начинает передаваться непосредственно на рулевой механизм, а передаточное отношение становится равным значению 1:18.

Если скорость автомобиля продолжает увеличиваться, электродвигатель снова запускается, однако в этом случае он начинает вращаться в другом направлении. Значение передаточного отношения при этом может достигнуть 1:20. Рулевое колесо становится наименее острым, его обороты до крайних положений увеличиваются, что обеспечивает безопасное совершение маневров на большой скорости.

Система AFS также способствует стабилизации движения автомобиля при потере сцепления задней оси с дорожным покрытием, а также при торможении на скользких участках дороги. Курсовая устойчивость машины сохраняется с помощью системы динамической стабилизации (DSC – Dynamic Stability Control). Именно после сигналов от ее датчиков AFS корректирует угол поворота передних колес.

Еще одна особенность активного рулевого управления – это невозможность его отключения. Данная система функционирует постоянно.

Устройство и основные составляющие

Основные составляющие AFS:

• Рулевая рейка с планетарным редуктором и электромотором. Планетарный механизм изменяет скорость вращения рулевого вала. Данный механизм состоит из коронной (эпициклической) и солнечной шестерен, а также блока сателлитов и водила. Планетарный редуктор размещается на рулевом валу. Электродвигатель вращает коронную шестерню через червячную передачу. При вращении этого зубчатого колеса меняется передаточное отношение механизма.
• Входные датчики. Необходимы для измерения различных параметров. При работе AFS используются: датчик угла поворота рулевого колеса, датчики положения электродвигателя, датчики системы динамической стабилизации, датчики суммарного угла поворота. Последний датчик может отсутствовать, а угол рассчитывается на основании сигналов с остальных датчиков.
• Электронный блок управления (ЭБУ). В него приходят сигналы со всех сенсоров. Блок обрабатывает сигнал, а после отправляет команды на исполнительные устройства. ЭБУ также активно взаимодействует со следующими системами: электрогидравлический усилитель руля Servotronic, система управления двигателем, DSC, система доступа в автомобиль.
• Рулевые тяги и наконечники.
• Рулевое колесо.

Преимущества и недостатки

Система AFS обладает неоспоримыми преимуществами для водителя: она повышает безопасность и комфорт во время движения автомобиля. AFS – электронная система, являющаяся более предпочтительной, нежели гидравлика, благодаря следующим своим преимуществам:

• точная передача действий водителя;
• повышенная надежность из-за меньшего количества деталей;
• высокое быстродействие;
• малый вес.

Существенных недостатков у AFS не выявлено (не считая его стоимости). Активное рулевое управление редко дает сбои. Если все же удалось повредить электронную начинку, то самостоятельно настроить систему не получится – необходимо везти автомобиль с AFS в сервис.

Применение

Active Front Steering является фирменной разработкой немецкого автоконцерна BMW. На текущий момент AFS устанавливается в качестве опции на большинство машин данной марки. Впервые активное рулевое управление было установлено на автомобили BMW в 2003 году.

Выбирая машину с активным рулевым управлением, автолюбитель получает комфорт и безопасность при езде, а также легкость управления. Повышенная надежность системы Active Front Steering гарантирует продолжительную эксплуатацию без поломок. AFS – это опция, которой не стоит пренебрегать при покупке нового автомобиля.