Усилитель рулевого управления: Обзор Land Rover Range Rover Sport I

Обзор

Система рулевого управления состоит из рулевого механизма рулевой рейки и шестерни Servotronic 2 производства Zf, насоса ГУР, резервуара, охладителя жидкости и шлангов для жидкости. Рулевой механизм представляет собой устройство с силовым приводом на реечную передачу с концевым отводом с добавлением пропорциональной скорости движения Zf Servotronic 2.

Servotronic 2 добавляет электронное управление и чувствительное к скорости рулевое управление в рулевой механизм. Функция Servotronic 2 обеспечивает легкую и комфортную работу рулевого управления при парковке, улучшенное " ощущение дороги " при повышенных скоростях на дороге и добавляет интегрированную положительную функцию центрального ощущения, которая оптимизирует крутящий момент рулевого колеса во время езды на высокой скорости.

Система Servotronic 2 управляется программным обеспечением, которое встроено в модуль управления пневматической подвеской. Программное обеспечение реагирует на входные сигналы рулевого момента и скорости на дороге и управляет помощью через клапан-преобразователь, расположенный на клапане рулевого механизма.

Рулевой механизм имеет зубчатую рейку с переменным передаточным числом. Это обеспечивает обычную реакцию, когда рулевое управление находится в центре, прямо вперед, но обеспечивает более прямое и более быстрое рулевое управление с увеличением угла поворота. Переменное передаточное число обеспечивает точную и быструю реакцию рулевого управления на высоких скоростях и оптимизирует рулевое управление автомобиля при маневрировании на парковочных местах, повороте в стесненных условиях и при повороте в экстремальных условиях.

Зубчатая рейка рулевого механизма имеет ход 158 мм (6,22 дюйма). Для блокировки требуется 3 167 оборотов рулевого колеса, что дает отношение 45 мм (1,77 дюйма) / оборот в центральном положении и 52,6 мм (2,07 дюйма) / оборот в конце блокировки.

Схема №1

Войти

Рулевой механизм расположен в передней части двигателя, ниже ременного привода вспомогательного оборудования. Механизм крепится к двум кронштейнам на шасси и крепится к кронштейнам фланцевыми болтами и гайками с обоймой. Сепаратор предотвращает поворот гаек при ослаблении или затяжке болтов. Гайки с обоймой могут использоваться только один раз и должны заменяться при снятии механизма. Для обслуживания в качестве замены гаек сепаратора доступны гайки M12 Nylock.

Рулевое устройство состоит из алюминиевого литого корпуса клапана, в котором находятся гидравлический клапанный блок и сервотронный клапан. Механическая рулевая рейка и гидравлический силовой блок расположены в трубчатом стальном цилиндре, который крепится к литому корпусу клапана.

В рулевом механизме применена рейка с интегрированным поршнем, который направляется на подшипниках скольжения внутри цилиндра и корпуса клапана. Шестерня, которая крепится к блоку клапанов, вращается в подшипниках и зацепляется с зубьями рейки. Рейка прижимается к шестерне подпружиненной вилкой, которая обеспечивает зацепление зубьев с минимумом люфта. Шестерня соединяется с блоком клапанов через торсион. Вращательное движение рулевого колеса преобразуется в линейное движение рейки шестерней и инициируется блоком клапанов.

Углы зубьев реек изменяются от 20 градусов в центральном положении до 40 градусов на концевых участках рейки. Именно это изменение углов зубьев обеспечивает переменное соотношение.

Поршень гидравлической силовой установки диаметром 50 мм (1,97 дюйма) расположен на одном конце цилиндра. Каждая сторона поршня соединена с давлением жидкости или возвратом жидкости через внешние металлические трубы, которые соединены с блоком клапанов.

Каждый конец шестерни имеет резьбовое отверстие, которое обеспечивает установку тяги. Внешние концы шестерни уплотнены сапогами рулевого механизма, которые предотвращают попадание грязи и влаги. Тяга имеет длинную резьбовую область, которая позволяет устанавливать конец тяги. Резьба позволяет регулировать носок рулевого управления. Когда достигается правильный носок, стопорная гайка затягивается против конца тяги, предотвращая непреднамеренное движение.

Шестерня имеет центральное отверстие, обработанное по части ее длины. Отверстие позволяет сбалансировать воздух в ботинках при повороте рулевого управления. Ботинки являются исправными предметами и удерживаются на корпусе шестерни и тяге стяжками на молнии.

Схема №2

Войти

Клапанный блок является неотъемлемой частью рулевого механизма. Принципиальная функция клапанного блока заключается в обеспечении максимальной силовой помощи (то есть при парковке) с минимальными усилиями, необходимыми для поворота рулевого колеса.

Корпус шестерни клапана является неотъемлемой частью отливки главного рулевого механизма. Корпус шестерни имеет четыре механически обработанных отверстия, которые обеспечивают соединения для подачи давления от насоса усилителя рулевого управления, возврата жидкости в резервуар и подачи давления к каждой стороне поршня цилиндра.

Клапанный узел содержит наружную втулку, входной вал, торсион и вал-шестерню. Клапанное устройство соосно с валом шестерни, который соединен с рулевой колонкой через входной вал. Компоненты клапанного блока расположены в корпусе шестерни рулевого механизма, который уплотнен крышкой.

Наружная втулка расположена в основной расточке корпуса шестерни, на ее наружном диаметре выполнены три кольцевые канавки, между которыми расположены кольца из ПТФЭ с уплотнением относительно расточки корпуса шестерни, в каждой кольцевой канавке просверлены радиальные отверстия через стенку втулки, расточка наружной втулки выполнена для приема входного вала, в расточке втулки выполнены шесть равноудаленных пазов, торцы пазов закрыты и не продолжаются до торца наружной втулки.

Входной вал имеет две обработанные на станке лыски на своем внешнем конце, которые позволяют закрепить вилку промежуточного вала рулевой колонки на равном расстоянии друг от друга. Лыски гарантируют, что промежуточный вал установлен в правильном положении для поддержания оптимального фазового угла. Внутренний конец входного вала образует торсион, который сопрягается с пазом в его вале-шестерне. Посадка зубца в пазу обеспечивает небольшое относительное вращение между входным валом и валом-шестерней до того, как зубец-шестерня войдет в контакт со стенкой паза.

Торсион установлен внутри входного вала и посажен с натягом на вал шестерни. Торсион соединен с входным валом приводным штифтом. Центральный диаметр торсиона обработан до меньшего диаметра в его центральной части. Меньший диаметр позволяет торсиону закручиваться в ответ на крутящий момент, приложенный от рулевого колеса по отношению к сцеплению шин с поверхностью дороги.

Вал-шестерня имеет на своем центральном диаметре механически обработанные верхние зубья, сопряженные с зубьями на зубчатой рейке рулевого механизма, паз, выполненный на верхнем конце вала-шестерни, сопряженный с зубом-собачкой на входном валу, вал-шестерня расположен в корпусе-шестерне и вращается на шариковых и роликовых подшипниках.

Следующие гидравлические схемы показывают работу усилителя рулевого управления и поток жидкости для рулевого управления в прямом, нейтральном положении и при повороте направо. Принципиальная схема поворота налево аналогична схеме поворота направо.

Схема №3

Войти

Когда двигатель запущен, насос усилителя рулевого управления всасывает жидкость из резервуара в линию всасывания низкого давления. Жидкость проходит через насос и подается по шлангу в блок клапанов рулевой рейки.

Текучая среда под давлением протекает через соединительное отверстие в клапане и через радиальную канавку для текучей среды и поперечные отверстия во втулке клапана проходит в канавку для управления текучей средой в роторе клапана.

В нейтральном положении (прямо вперед) жидкость проходит через открытые управляющие кромки питающей жидкости во все осевые канавки втулки клапана. Затем жидкость проходит через открытые управляющие кромки возвратной жидкости и канавки возвратной жидкости ротора клапана. Затем жидкость проходит через соединительные отверстия в камеру возвратной жидкости и в резервуар через внешний шланг.

Одновременно радиальные канавки корпуса клапана и связанные с ними трубки обеспечивают соединение между левым и правым силовыми вспомогательными цилиндрами.

Схема №4

Войти

Когда рулевое колесо повернуто вправо, рулевая рейка и поршень перемещаются вправо в отверстии поршня. Ротор клапана поворачивается вправо (по часовой стрелке), который направляет жидкость под давлением над дополнительно открытыми управляющими кромками питающей жидкости и соответствующими осевыми канавками, радиальной канавкой и через внешнюю трубу в левую камеру силового цилиндра. Давление, приложенное к поршню из левой камеры силового цилиндра, обеспечивает гидравлическую помощь.

Приспосабливаемое повышение давления достигается частично или полностью закрытыми управляющими кромками подачи текучей среды, ограничивающими или предотвращающими соединение между впускным отверстием для текучей среды и другими осевыми канавками, соединенными с радиальной канавкой.

Одновременно выход давления текучей среды в аксиальные канавки, находящиеся под давлением, ограничен или частично ограничен закрывающимися управляющими кромками для возвратной текучей среды. Жидкость, вытесняемая поршнем из правой камеры силового цилиндра, течет по внешней трубе в радиальные канавки. Оттуда текучая среда проходит к соответствующим осевым канавкам и далее к управляющим канавкам для возвратной текучей среды через дополнительно открытые управляющие кромки для возвратной текучей среды.

Обратный поток текучей среды в резервуар проходит через соединительные отверстия, которые ведут в камеру обратной текучей среды. Когда рулевое колесо повернуто влево, последовательность операций такая же, как указано выше, но давление прикладывается к противоположной стороне поршня.

Сервотронный привод

Когда транспортное средство маневрирует в и из парковочного пространства (или другого аналогичного маневра), функция Servotronic модуля управления кузовом использует данные о скорости движения от модуля ABS для определения скорости транспортного средства, которая в этом случае будет медленной или неподвижной. Микропроцессор модуля управления анализирует сигналы и выводит соответствующий ток управления на клапан преобразователя Servotronic. Клапан Servotronic закрывается и предотвращает поток жидкости из радиальной канавки подачи жидкости в реакционную камеру.

По мере того, как транспортное средство приводится в движение и скорость движения увеличивается, микропроцессор модуля управления кузовом анализирует сигналы скорости движения от модуля ABS и уменьшает величину управляющего тока, подаваемого к сервотронному рулевому клапану. Сервотронный клапан реагирует на управляющий ток и открывает клапан на величину, соответствующую скорости движения. Это позволяет регулировать подачу жидкости из радиального паза питающей жидкости в реакционную камеру. Отверстие предотвращает потерю большого количества жидкости в камеру сжатия.

При высоких скоростях движения, то есть на автомагистрали, клапан Servotronic полностью открыт из-за очень низкого или несуществующего тока управления, подаваемого из модуля управления корпусом. Это обеспечивает максимальную подачу давления из радиального паза питающей жидкости к реактивному поршню.

Когда рулевое колесо поворачивается, давление реакции увеличивается в соответствии с существующим рабочим давлением и создает давление в поршне в реакционной камере. Как только давление реакции достигает верхнего предела, жидкость выпускается в камеру возвратной жидкости через отсечной клапан и предотвращает дальнейшее увеличение давления реакции. Это поддерживает входной крутящий момент, прилагаемый через рулевое колесо, и обеспечивает водителю улучшенное " ощущение дороги ", обеспечивая точное рулевое управление и курсовую устойчивость.

Схема №5

Войти

Используемые насосы усилителя рулевого управления в основном являются одним и тем же насосом с различными соединительными фитингами, поэтому они не взаимозаменяемы.

Насос представляет собой лопастной насос с фиксированным рабочим объемом, который подает гидравлическое давление в клапанный блок рулевого механизма. Насос приводится в действие ремнем Poly Vee от шкива коленчатого вала. Для поддержания правильного натяжения ремня установлено саморегулирующееся натяжное устройство.

Насос имеет внутренний клапан управления потоком, который также включает в себя предохранительный клапан. Предохранительный клапан ограничивает максимальное давление, подаваемое в рулевой механизм, до 115 бар (1667 фунт-сила в 2) ± 4 бар (58 фунт-сила в 2). Клапан управления потоком ограничивает максимальный поток до 8,8 л / мин (1,93 галлон / мин) ± 0,5 л / мин (0,1 галлон / мин) независимо от частоты вращения двигателя. Насос имеет рабочий объем 11 см3 / об. (0,67 дюйм 3 / об.).

Через насос продольно проходит вал. Один конец вала закреплен болтами на ведущем шкиве, противоположный конец вала закрыт крышкой. Вал вращается в подшипниках, расположенных в корпусе, и масляные уплотнения на каждом конце вала предотвращают утечку гидравлической жидкости.

Насос содержит десять лопаток, которые вращаются внутри кулачкового кольца и приводятся в движение валом. Когда лопатки вращаются, кулачковое кольцо вызывает увеличение пространства между лопатками. Это вызывает разрежение между лопатками, и жидкость всасывается из резервуара через всасывающий шланг в пространство между лопатками.

Когда вал вращается, впускное отверстие закрывается для лопастей, которые всасывают жидкость, захватывая жидкость между лопастями. Кулачковое кольцо заставляет пространство между лопатками уменьшаться и, следовательно, сжимает и сжимает гидравлическую жидкость, захваченную между ними.

Дальнейшее вращение вала перемещает лопасти к выходному отверстию. Когда лопасти проходят пластину с окнами, текучая среда под давлением проходит из выпускного отверстия насоса в напорный шланг к рулевому механизму.

Жидкость под давлением контролируется регулятором потока и клапаном сброса давления. Клапан регулирования потока поддерживает постоянный поток жидкости, подаваемой в рулевой механизм, независимо от изменений частоты вращения двигателя. Клапан сброса давления активируется только для ограничения максимального давления системы на выходе насоса. Измерительное отверстие включено в выходное отверстие насоса. Если давление в отверстии достигает заданного уровня, подпружиненный шарик в центре клапана регулирования потока поднимается с его седла и позволяет жидкости под давлением рециркулировать внутри насоса.

Клапан сброса давления будет работать, если подача из насоса ограничена, то есть рулевое управление удерживается на полной блокировке. Если выходная мощность насоса заблокирована, вся выходная мощность рециркулирует через насос. В этом состоянии, поскольку свежая жидкость не всасывается в насос из резервуара, температура жидкости внутри насоса будет быстро повышаться. Следовательно, периоды работы рулевого механизма на полной блокировке должны быть сведены к минимуму, чтобы предотвратить перегрев насоса и жидкости внутри него.

Насос представляет собой лопастной насос с изменяемым рабочим объемом, который обеспечивает необходимое гидравлическое давление в клапанном блоке рулевого механизма. Насос расположен в передней части двигателя и приводится в действие ремнем Poly Vee, который приводится в действие непосредственно от коленчатого вала. Для поддержания правильного натяжения ремня установлено саморегулирующееся натяжное устройство.

Насос имеет внутренний предохранительный клапан и клапан управления потоком. Предохранительный клапан ограничивает максимальное давление, подаваемое в рулевой механизм, до 115 бар (1667 фунт-сила в 2) ± 4 бар (58 фунт-сила в 2). Клапан управления потоком ограничивает максимальный поток следующим образом

1. Tdv6-8,8 л / мин (1,93 галл. / мин) ± 0,5 л / мин (0,1 галл. / мин) при 10 бар (145 фунт / фут в 2)
2. Tdv8-9,5 л / мин (2,09 галл. / мин) ± 0,5 л / мин (0,1 галл. / мин) при 10 бар (145 фунт-сила в 2).

Оба насоса имеют рабочий объем 9,6 см3 / об. (0,58 в 3 / об.).

Производительность насоса увеличивается пропорционально нагрузке, приложенной к клапанному блоку рулевого управления. Внутри насоса на входном валу установлен патронный комплект, состоящий из 11 лопастей и ротора, окруженный кулачком с переменным рабочим объемом.

Насос с регулируемым рабочим объемом поддерживает постоянную производительность по жидкости путем изменения внутреннего объема насоса, в отличие от обычного насоса с фиксированным рабочим объемом, который должен использовать клапан управления потоком для рециркуляции избыточного потока внутри насоса. При низких оборотах двигателя внутренний объем насоса с регулируемым рабочим объемом находится на своем максимуме для создания регулируемого выхода по жидкости.

Когда скорость насоса увеличивается с частотой вращения двигателя, увеличенный поток внутри насоса создает противодавление внутри насоса. Это противодавление заставляет кулачковое кольцо перемещаться и уменьшать внутренний рабочий объем насоса, чтобы поддерживать постоянный поток жидкости из насоса. Поскольку внутренний рабочий объем насоса уменьшается, мощность и крутящий момент, необходимые для привода насоса, уменьшаются, что приводит к улучшению экономии топлива.