Активное переднее рулевое управление
Обычный реечный усилитель руля используется в 5-й серии (E60). Также доступны два пункта опций (SA)
- Сервотроник
- Активная система переднего рулевого управления (AFS)
Опция активного переднего рулевого управления доступна только вместе с опцией Servotronic.
Конструкция и принцип работы варианта Servotronic остались такими же, как и в предыдущих моделях.
Система активного переднего рулевого управления впервые внедрена на автомобилях BMW на E60.
Электронная управляемая система рулевого управления помогает водителю за пределами обычной помощи усилителя рулевого управления с переменным передаточным отношением рулевого управления. Стержневым элементом рулевой системы является так называемая суперпозиционная передача. Шестерня наложения - это кольцевая шестерня, которая является частью простого планетарного ряда, интегрированного в рулевую рейку между рулевым шпинделем и шестерней. Электродвигатель входит в зацепление с коронной шестерней через червячную передачу в зависимости от скорости транспортного средства. Таким образом, система рулевого управления может изменять угол поворота переднего колеса, изменяя выходное отношение рулевой рейки. Электродвигатель может работать в прямом или обратном направлении в зависимости от потребностей системы АФС. При работе мотора в прямом направлении рулевое управление более прямое. При работе мотора в обратную сторону рулевое управление менее прямое.
В критических ситуациях система рулевого управления может специально изменять угол колеса, зацепляемый водителем, и тем самым стабилизировать автомобиль быстрее, чем водитель. Система активного переднего рулевого управления интегрирована в электрическую систему транспортного средства через CAN силового агрегата (PTCAN) и новую CAN шасси (F-CAN).
Активная система переднего рулевого управления очень тесно связана с системой управления приводом Dynamic стабилизация управление (DSC). Датчики и сигналы, используемые DSC, также используются блоком активного переднего рулевого управления.
Новые функции системы
Расход, подаваемый гидравлическим насосом, регулируется посредством электрически управляемого клапана, известного как электрически управляемая диафрагма (ECO). Управляется как функция скорости двигателя, скорости движения по дороге и угла поворота рулевого колеса.
Преимущества системы
Активная система переднего рулевого управления помогает водителю в рулевых движениях и активно вводит дополнительные углы поворота в рулевое управление как функцию динамичных переменных движения. Когда автомобиль находится на стоянке, для обеспечения больших углов поворота рулевого колеса необходимы только минимальные перемещения рулевого колеса. Для перемещения рулевого колеса из одного замка в другой необходимо менее 2 оборотов. (Схема №2)
На высоких скоростях, например, на автомагистралях, передаточное отношение рулевого механизма становится все более косвенным вплоть до уровня обычного рулевого управления и даже выше. Одновременно увеличивающийся уровень крутящего момента на рулевом колесе предотвращает непреднамеренные движения руля, и водитель может почувствовать улучшение стабильности направления. Непреднамеренное движение транспортного средства, например перебор руля, компенсируется активной системой переднего рулевого управления без необходимости принятия водителем корректирующих действий для поддержания желаемого курса. (Схема №3) и (Схема №4).
Схема №2
Схема №3
Схема №4
Датчик DSC
Датчики бокового ускорения и угловой скорости рыскания объединены в одном корпусе и обозначены как DSC-датчик. Активная передняя система рулевого управления также оснащена вторым датчиком DSC в дополнение к датчику DSC, установленному в стандартной комплектации. Датчик ДСК 1 расположен под правым передним сиденьем. Датчик ДСК 2 расположен под левым передним сиденьем. (Схема №5)
Два датчика DSC технически идентичны, но кодируются с помощью программного обеспечения, так что их нельзя смешивать. Датчик DSC 2 используется для получения избыточного сигнала скорости рыскания и бокового ускорения. Оба датчика подают сигналы угловой скорости рыскания и бокового ускорения. Использование двух датчиков DSC позволяет выполнить проверку достоверности.
Схема №5
Активный передний блок рулевого управления
Активный передний блок рулевого управления расположен в правой нише для ног и прикручен к полу. Блок управления защищен корпусом с откидной пластиной. (Схема №6)
Корпус толкателя включает в себя штырь для подключения экранирования для 3 фаз активного переднего рулевого привода. Блок управления интегрирован в электрическую систему транспортного средства через PTCAN и F-CAN. Активный передний блок управления рулевым управлением вычисляет сигналы для приведения в действие активного переднего блока рулевого управления из различных входных сигналов.
Схема №6
Входные сигналы
- Сигналы DSC (скорость вращения колес, скорость рыскания и боковое ускорение)
- Угол поворота руля
- Общий (суммарный) угол поворота
- Положение электрического серводвигателя исполнительного блока.
Активный передний блок рулевого управления инициализируется при включении зажигания. Активный передний рулевой привод не может быть активирован во время процедуры инициализации. Сигналы датчиков проверяются и при необходимости калибруются. При обнаружении отказов принимается статус отказа «Error» или отключается управление скоростью рыскания. В случае состояния неисправности «Ошибка» включение исполнительного блока невозможно. Состояние «привод» принимается после успешной инициализации. Активный передний блок рулевого управления посылает текущее сообщение, соответствующее требуемому расходу, в SGM через PT-CAN.
Датчик полного угла поворота
Схема №7
Датчик угла поворота
Сообщение угла поворота рулевого колеса направляется от блока переключателя рулевой колонки (SZL) к активному переднему блоку рулевого управления через последовательный интерфейс и через F-CAN. SZL включает в себя второй процессор для расчета избыточного угла поворота. Этот второй процессор устанавливается только в том случае, если установлена активная система переднего рулевого управления, и служит для контроля достоверности сигнала. Датчик угла поворота интегрирован в блок переключателей рулевой колонки.
Датчик положения двигателя исполнительного блока
Датчик положения электродвигателя исполнительного блока расположен на задней стороне электродвигателя активного переднего рулевого исполнительного блока. Датчик положения электродвигателя состоит из микросхемы датчика и магнита. Микросхема датчика регистрирует положение электродвигателя по магниторезистивному принципу. Информация о положении ротора передается в активный передний блок управления поворотом по прямой линии в форме широтно-импульсной модуляции. (Схема №8)
Схема №8
Модуль безопасности и шлюза (SGM)
SGM состоит из комбинации центрального шлюзового модуля (ZGM), известного из E65, и модуля безопасности и информации (SIM). Модуль SGM расположен на шасси оборудования за перчаточным ящиком. Модуль SGM получает от активного переднего блока рулевого управления заданный ток уставки для активации сервотронного клапана и ECO. Модуль SGM активирует сервотронный клапан и ECO в форме широтно-импульсной модуляции. В автомобилях без активного переднего рулевого управления программное обеспечение для активации сервотронного клапана и ECO реализовано в SGM.
Гидравлический насос
Гидравлический насос представляет собой лопастной насос и оснащен электрически управляемым клапаном для регулирования расхода гидравлической жидкости. Этот клапан называется электрически управляемой диафрагмой (ECO). (Схема №9)
Схема №9
Активная система переднего рулевого управления может генерировать более высокие скорости поворота колес по сравнению с обычными системами рулевого управления с реечным усилителем. Высокие скорости потока гидравлической системы должны поддерживаться в гидравлической системе для высоких угловых скоростей колес. Чтобы обеспечить необходимые гидравлические требования, потребуется установить больший насос усилителя рулевого управления. Однако это приведет к увеличению расхода топлива. Альтернативой может быть установка управляемого гидравлического насоса. На E60 установлен обычный насос с добавленным ЭКО-клапаном. Гидравлический насос с ECO регулирует расход в соответствии с требованиями и снижает динамическое давление в системе рулевого управления.
Активный передний рулевой привод
Активный передний рулевой исполнительный блок расположен на рулевом механизме. Он интегрирован в разборную рулевую колонку между клапаном Servotronic и стойкой. Этот исполнительный блок содержит бесщеточный синхронный двигатель постоянного тока и планетарную передачу. Основным компонентом активного переднего рулевого исполнительного блока является планетарная передача с 2 входами. Один вход - от водителя через рулевой шпиндель, другой - от коронной шестерни через двигатель привода. (Схема №10)
Схема №10
Один входной вал соединен через сервотронный клапан с нижним рулевым шпинделем. Этот входной вал соединен с «солнечной» шестерней планетарного ряда. Второй вход поступает от коронной шестерни. Привод коронной шестерни осуществляется электродвигателем через самоблокирующуюся червячную передачу в качестве понижающей ступени. Червячный привод приводит в действие коронную шестерню, которая накладывает заданный водителем угол поворота передних колес. (Схема №11)
Схема №11
Установлена защитная блокировка с электромагнитным управлением. Предохранительная блокировка подпружинена и входит в зацепление с приводом червячной передачи на двигателе привода, когда напряжение не подается.
Защитная блокировка снимается при токе около 1,8 А. Положение ротора электродвигателя регистрируется датчиком положения электродвигателя на самом электродвигателе. Электродвигатель питается от 3-х фаз. 3 фазы поочередно возбуждаются электроникой активного переднего блока управления поворотом. Экранирование обеспечивается заземлением корпуса электродвигателя на корпус. Однако усилия, действующие на угол поворота рулевого колеса, прикладываются не электродвигателем, а системой рулевого управления с усилителем. (Схема №12)
Схема №12
Функции активного переднего рулевого управления
Активное переднее рулевое управление, которое специально изменяет угол поворота передних колес, указанный водителем, устанавливает новые стандарты с точки зрения маневренности, комфорта и безопасности. Система включает в себя следующие функции:
- Переменное передаточное число рулевого механизма
- Управление скоростью рыскания (поддержка DSC)
- Поддержка усилителя рулевого управления (помощь)
Переменное передаточное число рулевого механизма
Изменяемое передаточное число рулевого механизма адаптирует передаточное число рулевого механизма к скорости движения по дороге и углу поворота, запрашиваемому водителем. Рулевое управление спроектировано так, чтобы быть непрямым на высоких скоростях и прямым на низких скоростях. Маневренность автомобиля значительно повышается на медленных скоростях или при парковке активным передним исполнительным блоком рулевого управления. Водителю больше не нужно чрезмерно захватывать рулевое колесо. Когда автомобиль неподвижен, достаточно 2 поворотов, чтобы перевести рулевое колесо из одного замка в другой.
На высоких скоростях, превышающих 75 миль в час, активное рулевое управление позволяет получить более косвенное передаточное число рулевого механизма, чем у обычных систем рулевого управления. Серводвигатель работает в направлении, противоположном углу поворота рулевого колеса на высоких скоростях. Непреднамеренные движения руля предотвращаются в сочетании с повышенным уровнем рулевого момента (Servotronic).
Управление скоростью рыскания
Активная система переднего рулевого управления поддерживает функции устойчивости DSC. В динамических критических ситуациях активная система переднего рулевого управления может специально модифицировать угол поворота передних колес, заданный водителем, и стабилизировать автомобиль гораздо быстрее, чем водитель.
Пороги вмешательства DSC намного выше, чем у активного переднего рулевого управления. Если обнаружено чрезмерное управление транспортным средством, то сначала задействуется система активного переднего рулевого управления для стабилизации транспортного средства. DSC вмешивается только в том случае, если системы рулевого управления недостаточно для стабилизации автомобиля.
Поддержка усилителя рулевого управления
Поддержка усилителя рулевого управления реализуется обычной реечной системой усилителя рулевого управления. Сервотроник доступен в качестве опции. Электроника и программное обеспечение для Servotronic встроены в SGM, если не установлено активное переднее рулевое управление. Для активной системы переднего рулевого управления программное обеспечение для поддержки рулевого управления с усилителем встроено в активный блок управления передним рулевым управлением. Выходной каскад для активации сервотронного клапана и клапана в гидравлическом насосе (ECO) расположен в SGM. ECO регулирует гидравлический расход в гидравлическом насосе, чтобы обеспечить только расход, необходимый в настоящее время для усилителя рулевого управления.
Безопасность системы
Заблокированная передача наложения гарантирует, что ручное управление водителем через рулевую колонку все еще возможно. Затем рулевое управление реагирует, как обычное рулевое управление. Сохраняется чисто механическое передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Электродвигатель активного переднего рулевого исполнительного блока соединен с 3 фазами.
Сервотронный клапан переключается при нулевом токе на кривую быстрого запуска. Соответственно уменьшается поддержка усилителя рулевого управления. При нулевом токе ЭКО расход составляет 7 л/мин. Если активный передний блок управления поворотом не посылает действительное сообщение на PT-CAN, то SGM работает через 100 мс с зависимой от скорости дороги кривой замены. Кривая замещения обеспечивает достаточные свойства рулевого управления для пассивной активной системы переднего рулевого управления.
Водитель оповещается о неисправностях системы с помощью предупредительной лампы, переменной предупредительной лампы и сообщений проверить управление в комбинации приборов.
Сообщение проверить управление выполняется следующим образом: AFS отказ. Управляйте с осторожностью.
На дисплее управления отображается следующая информация: Поведение рулевого управления изменено. Возможно продолжить путешествие. Руль может быть под углом.
Условия включения
Условиями включения активной системы переднего рулевого управления являются клемма 15 Вкл и работающий двигатель. При запуске двигателя система выполняет синхронизацию положения рулевого колеса и угла поворота руля. Это гарантирует, что положение рулевого колеса и угол поворота рулевого колеса совпадают после движений рулевого колеса, когда система деактивирована (пассивное состояние). Движения рулевого колеса или движения колес могут быть различимы.
Помехи в радиоприеме
Помехи в радиоприеме могут быть вызваны отсутствием соединения экранирования 3 фаз исполнительного блока с корпусом активного переднего блока рулевого управления.
Сервотроник
Servotronic активируется при диагностике как независимый блок управления, выходной каскад для Servotronic расположен в SGM. Посредством кодирования вводится только специфичная для транспортного средства конфигурация.