Elektrický posilovač řízení (EPS): co to je, jak funguje a principy zařízení

Od roku 2000 výrobci automobilů aktivně používají elektrický posilovač řízení. Stal se dobrou alternativou k posilovači řízení. Elektrický posilovač řízení se začal montovat do mnoha levných modelů, ve kterých se do té doby posilovač nenabízel ani za příplatek. Proč ale polovina vozů stále přichází s posilovačem řízení? Vše není tak jednoznačné a bohužel ani EPS není bez nevýhod. Ale nejdřív.

Funkce a účel

Co je EUR? Jedná se o mechanismus řízení navržený tak, aby snižoval úsilí, které řidič vyžaduje při otáčení volantem. Hlavním prvkem systému je elektromotor – ten vytváří další zisk.

Elektrický posilovač řízení

Elektrický posilovač řízení

Elektrický posilovač řízení může mít řadu dalších funkcí:

• měnit stupeň řídicí síly v závislosti na rychlosti;
• opravit nesprávné kroky řidiče (v případě, že usne za volantem);
• zaparkujte své auto sami (tato funkce se objevila teprve nedávno a používá se u drahých aut).

Zařízení

Elektrický výkonový zesilovač obsahuje 3 hlavní prvky:

• Elektrický motor;
• převodovka;
• systém řízení.

Schéma elektrického posilovače řízení

Obecné schéma činnosti systému posilovače řízení

Pojďme se blíže podívat na konstrukci elektrického posilovače řízení.

Elektrický motor

V závislosti na konstrukci EPS slouží k přenosu sil na:

1. Hřídel řízení. Elektromotor je zabudován do sloupku řízení a přenáší sílu na hřídel přes převodovku.
2. Železnice. Jedná se o elektromechanický zesilovač – nejběžnější typ u levných automobilů. Systém lze realizovat s paralelním pohonem nebo se dvěma převody. V prvním případě elektromotor přenáší točivý moment na hřeben přes řemenový nebo šroubový převod. Ve druhém okamžiku přichází přes ozubené kolo.

Řídicí systém

Činnost elektrického posilovače řízení není možná bez senzorů a řídicích jednotek. Bez ohledu na konstrukci využívá EPS snímač úhlu natočení volantu a snímač točivého momentu volantu.

Řídicí jednotka elektrického posilovače řízení

řídící jednotka EUR

Na provozu se podílí také jednotka ABS, která poskytuje informace ze snímačů otáček kol a ECU motoru, která poskytuje údaje o otáčkách klikového hřídele.

Jak funguje elektrický posilovač řízení?

Když točíme volantem, pohybuje se zároveň jeho hřídel. Zaznamená to snímač, který vyšle odpovídající signál do řídicí jednotky posilovače řízení. Ten poté, co zpracoval také informace z jiných snímačů (ABS a snímač polohy klikového hřídele), určuje potřebnou sílu k otáčení kol, generovanou elektromotorem. Pokaždé se tato síla změní v závislosti na stavu vozovky a rychlosti jízdy. Princip činnosti elektrického posilovače řízení je tedy založen na čtení informací z různých senzorů a zpracování jejich signálu ECU.

Elektrický posilovač řízení v sekci

Elektrický posilovač řízení v sekci

Existuje několik provozních režimů elektrického posilovače řízení:

• otáčení kol v normálním režimu;
• ovládání vysoké nebo nízké rychlosti;
• otáčení volantu na místě;
• vrácení kol do původní polohy;
• udržování volantu v “nulové” poloze.

Proto zaznamenáváme velký rozdíl v chování volantu – při parkování se otáčí jedním prstem, kdežto v rychlosti je k otočení potřeba vyvinout sílu. Takto funguje každý elektrický posilovač řízení.

Elektrohydraulický posilovač

Pár slov o elektrickém posilovači řízení. Tento typ zesilovače je v automobilech neméně běžný. Jedná se o hybridní systém skládající se z:

• elektronická jednotka;
• elektrický motor;
• zubové čerpadlo.

Zařízení elektrického posilovače řízení

Zařízení elektrického posilovače řízení

Rozdíl mezi elektrickým posilovačem řízení a hydraulickým posilovačem je v elektromotoru. Pohání zubové čerpadlo a vytváří tlak kapaliny. Tento systém také nemá hnací řemen – vše je řízeno elektronicky. Stejné senzory, stejná řídící jednotka. Princip činnosti elektrického posilovače řízení je shodný s elektrickým posilovačem řízení – jediným přídavným článkem jsou zde čerpadlo a nádrž. Kvůli vyšší ceně se takový systém nepoužívá u všech vozů – to platí spíše pro vozy třídy C a výše.

Výhody a nevýhody EPS

Mezi výhody elektrického posilovače řízení lze zaznamenat následující:

1. Auto s EPS spotřebuje méně paliva než podobné auto s posilovačem řízení. Princip činnosti elektrického posilovače řízení je organizován tak, že systém je vypnutý v poloze „nula“. Elektrický posilovač řízení navíc není spojen s řemenicí klikového hřídele řemenem. Rozdíl ve spotřebě je přibližně jeden litr na 100 kilometrů (v městských oblastech).
2. Možnost instalace dalších funkcí (stejné automatické parkování).
3. Jednoduchý design a kompaktnost. Neexistuje žádný pás, žádné čerpadlo, žádná kapalina, kterou je třeba protlačovat potrubím pod tlakem. Zde přichází na řadu druhá výhoda: elektrický posilovač řízení nevyžaduje údržbu.

Tím všechna pozitiva končí. Bohužel je zde více nevýhod:

1. Omezené použití. Elektromotor nemá velký výkon, takže jej najdeme pouze v osobních autech. Aby elektrický posilovač řízení správně fungoval na džípech a větších autech, je potřeba velmi velký, drahý a výkonný generátor.
2. Špatná zpětná vazba. Mnoho řidičů přechází z posilovače řízení, všimněte si rozdílu v chování vozu. Spojení s koly se často ztrácí. Řízení takového auta není tak pohodlné jako s posilovačem řízení.
3. Nebezpečí přehřátí. To je možné při jízdě po polní cestě nebo ve vyjetých kolejích, kdy neustále potřebujete řídit. Naštěstí s tím inženýři počítali a v případě přehřátí EPS jednoduše vypne. Pokud ale senzory nefungují včas, což se u starších aut často stává, elektromotor jde do koše.
4. Nespolehlivost a neopravitelnost. Zdálo by se, že systém je jednoduchý jako 5 kopejek. Jeho slabou stránkou je ale právě elektromotor. Je snadné zabít a téměř nemožné opravit. Totéž platí pro řídicí systém. Jakýkoli snímač nebo stejná řídicí jednotka ve většině případů nelze opravit.
5. Komplexní diagnostika. Fungování EPS sami nezkontrolujete – potřebujete pouze odbornou diagnostiku. Navíc se problém může vyskytovat pouze periodicky – například za deštivého počasí nebo při vysoké rychlosti. Podstatu takového chování elektrického posilovače řízení pochopí pouze zkušený technik.

Časté poruchy elektrického zesilovače

Poruchu poznáte podle chování stroje. Při otáčení volantem uslyšíte klepání, někdy se může volant zaseknout nebo může posilovač periodicky zmizet. Objevují se i zákeřné příznaky – najednou auto prostě sjede ze silnice. Napětí v palubní síti zmizí, otáčky motoru se zvýší. A samozřejmě, pokud je nějaký problém s EPS, rozsvítí se žlutá kontrolka (ne, ne „Check Engine“ – ikona volantu, jako na obrázku níže).

Chyba posilovače řízení na panelu

Chyba v činnosti EPS na palubní desce

Co může v EPS selhat:

1. Elektrický motor. Porouchá se, i když nedošlo k přehřátí nebo velkému zatížení – jen čas od času. S najetými kilometry se nosná pouzdra opotřebovávají a grafitové kartáče se opotřebovávají. V nejhorších případech je diagnostikován mezizávitový zkrat kotvy.
2. Šnekový pohon. Slabým místem je šnekové kolo, kde se opotřebovávají zuby.
3. Rotační senzory a smyčky. Pokud začnou problémy s elektronikou, bude to okamžitě patrné na chování vozu. Elektronická jednotka nepřijímá všechny informace ze snímačů, nebo dokonce falešné hodnoty, a proto neřídí motor správně.
4. Vnitřní pouzdra. Ten částečně selhává, proto je při otáčení volantem slyšet hučení (stejně jako u vadného čerpadla posilovače řízení). Při otáčení mohou být patrné vibrace. Občas se zasekne volant, což je na silnici velmi nebezpečné. Pokud takovou poruchu zjistíte, neměli byste s opravami otálet.
5. Ložiska selhávají kvůli vniknutí vlhkosti dovnitř. Začne kvílet a vibrovat i volant.
6. Řídicí jednotka. Často se na starých autech vypálí nějaká trať. Žádné spojení se snímačem – žádný normální provoz. Stává se, že se dovnitř bloku z různých důvodů dostane voda a deska zoxiduje. Problém lze vyřešit výměnou jednotky nebo opravou staré jednotky, podle toho, jak moc je poškozená.

Při výměně řídicí jednotky za jinou je kalibrace povinná. Po připojení skeneru specialista trénuje snímač nulové polohy volantu. Bez kalibrace systém neuvidí svou výchozí polohu, a proto nebude fungovat normálně.

Sčítání

EPS je technologicky vyspělé zařízení navržené tak, aby řidiči usnadnilo život. EPS nevyžaduje výměnu řemene, oleje ani jiné manipulace. Do určité doby. Najednou o sobě dává vědět elektrický posilovač řízení. Je dobré, pokud posilovač řízení jednoduše zmizel, a ne pokud se volant zasekl nebo auto samo šlo do strany. Porucha má jinou povahu a k jejímu odhalení je potřeba důkladná diagnostika.

Ale jak jsme poznamenali dříve, je extrémně obtížné provádět manipulace, abyste oživili EPS sami. Nestačí mít drahé vybavení – ke správné opravě systému elektrického posilovače řízení potřebujete nástroje, znalosti a zkušenosti. Vše, co se od nás, řidičů, vyžaduje, je včas zaznamenat poruchu. Často se stává, že pokud se na službu obrátíte včas, můžete poruchu levně opravit v rané fázi. Poslouchejte své auto a vyberte si osvědčené řemeslníky!

Posilovač řízení hučí při otáčení volantem Pokud posilovač řízení hučí při otáčení volantem, je to známka poruchy v systému řízení. Aby se předešlo problémům s ovládáním vozidla, musí být tato porucha co nejrychleji odstraněna.

6-06-2019, 16:02 Posilovač řízení při otáčení volantem hučí

Posilovač řízení hučí: jaký je důvod? Posilovač řízení je potřeba pro usnadnění řízení a když začne hučet, signalizuje poruchu. Prozradíme vám, proč posilovač řízení hučí a jak si s tímto problémem poradit sami.

4-06-2019, 16:24 Posilovač řízení bzučí: jaký je důvod?

Posilovač volantu se špatně otáčí – co je špatně? Pokud se volant s posilovačem špatně otáčí, pak nemusí být problémem jen nízký tlak v pneumatikách. O tom, jak zjistit příčinu a vyřešit tento problém, je náš článek.

15-03-2019, 13:56 Posilovač volantu se špatně otáčí – co je špatně?

Posilovač řízení Posilovač řízení umožňuje snadné ovládání vozu. Pokud jedna z jeho součástí selže, oprava posilovače řízení by se neměla odkládat.

27-12-2017, 15:22 Posilovač řízení

Protismykové systémy na moderních autech Otázka bezpečnosti znepokojovala i první konstruktéry automobilů na úsvitu automobilového průmyslu. Od té doby se bezpečnostní systémy neustále zdokonalují a pomáhají majitelům moderních automobilů dostat se z obtížných situací v kritickém okamžiku. Podívejme se na jeden z těchto nových systémů a zjistíme to

17-01-2014, 19:22 Protiskluzové systémy na moderních autech

Řízení Renault Logan a jeho hlavní chyby Pracovníci VAZ začali vyrábět novou generaci Renaultu Logan, která nezůstala bez povšimnutí domácích automobilových nadšenců. Předchozí modely této značky si dokázaly získat svou autoritu díky své spolehlivosti, nízké ceně a dobré opravitelnosti.

Elektrický posilovač řízení se zpravidla stále více používá u moderních osobních automobilů. Na internetu a v odborné literatuře je podrobně popsáno, k čemu je potřeba a jak funguje. Pro automobilového nadšence a pracovníka autoservisu (který svou práci miluje) je úroveň takto poskytovaného materiálu někdy zcela dostatečná.

Ale pro inženýra nebo vývojáře je to bohužel dost ubohé a povrchní a někdy ne úplně přesné. Na příkladu jednoho provedení od velmi respektovaného výrobce se pokusím uvést doplňující informace, které jsem získal při rozebírání tohoto zařízení. Týká se to především senzorů, které určují činnost tohoto zařízení, a příkladu jejich zapojení. Snad to bude užitečné, alespoň pro studenty a inženýry. Lidem, kteří se profesně věnují vývoji aut, bude tato prezentace asi působit úsměvně.

Existuje tedy taková jednotka, jejíž jeden hřídel (říkejme mu výstupní hřídel) ovládá úhel natočení předních kol a na druhém protilehlém hřídeli (říkejme mu vstupní hřídel) je připevněn volant. Tělo působí silou na volant rukama (standardní hmotnost podle GOST je 75 kg, má právo řídit auto a provádí úmyslné akce v souladu se zákonem) v naději, že změní úhel natočení kol. Zároveň každé z těchto kol tvoří část hmotnosti vozu a poměrně významnou část (300-600 kg) a s průměrem volantu ne větším než půl metru je síla, která musí být aplikována na volant na stojícím voze bez další pomoci, pro většinu, podle názoru lékařů, zdravých lidí velmi nadměrná.
Aby se snížila síla potřebná k vyvíjení volantu, je instalován elektromotor, který vyvíjí další sílu na výstupní hřídel. Velikost dodatečné síly a směr, kterým má elektromotor působit, určuje elektronická jednotka posilovače řízení pomocí snímače síly, kterou řidič působí na volant. Toto čidlo bývá umístěno na přechodu výstupního a vstupního hřídele. Tyto hřídele jsou navzájem spojeny pomocí pružného prvku (obvykle torzní tyče, jejíž parametry mají stanovené hodnoty), který se pružně deformuje (kroutí) v jednom nebo druhém směru pod úhlem úměrným míře síly působící mezi volantem a odporové síle předních kol automobilu vůči jejich otáčení. Nyní používaný elektromotor je zpravidla třífázový bezkomutátorový motor. Pro řízení otáčení elektromotoru je zapotřebí obvod, který generuje třífázové střídavé napětí ze stejnosměrného proudu palubní sítě. Ke správnému otáčení elektromotoru pomáhá další snímač – snímač natočení a úhlu jeho osy. Signály z těchto snímačů jsou odesílány do jednotky elektronického posilovače řízení. Uvnitř kterého je také umístěn řídicí obvod elektromotoru. Tato samotná jednotka je propojena prostřednictvím vnitřní řídicí sítě s ostatními elektronickými jednotkami vozidla.

Elektronická náplň této jednotky obsahuje celkem produktivní mikrokontrolér (cca úroveň STM32F4xx a ještě vyšší), ovladač třífázového motoru, obvody pro zamezení provozu a odpojení elektrických obvodů v případě abnormálního provozu nebo vnitřní poruchy.

Asi vás už nebaví číst, pustíme se do rozebírání (fotky jsou jednoduché, omlouvám se za kvalitu). Občas použiji svá vlastní vymyšlená jména pro předměty, omlouvám se a pokud něco opravte.

Snímač síly (dále jen FS) je systém skládající se z:

— Prstencový vícepólový magnet (dále jen KM), nalisovaný na vstupní hřídel.

— Kruhový volič (dále RS) magnetického pole nalisovaný na výstupní hřídel. Skládá se z plastového válcového těla se dvěma magneticky vodivými kroužky, které mají na straně přivrácené ke CM prvky ve tvaru zobáku. Tyto prvky ve tvaru zobáku odpovídají počtu a poloze magnetických pólů na CM.

— Snímač magnetického pole (dále MF), který je již připevněn k pevnému krytu posilovače řízení a skládá se ze dvou magneticky vodivých půlkroužků, které přenášejí magnetické pole z KS na dva Hallovy snímače.

Začnu s ilustracemi:

Takto vypadají vstupní a výstupní hřídele před jejich oddělením:

Vyjmeme kolík a odpojíme: (Kruhový transformátor = kruhový volič)

Jsou vidět vylisované KS, KM, drážky vstupní a výstupní hřídele omezující úhel zkroucení torzní tyče a i když praskne, řízení zůstane zachováno. Účelem torzní tyče není přenášet veškerý točivý moment, ale pouze jej měřit:

Vlevo je tělo DM, vpravo KS.

Hallovy senzory (jsou dva, typ je mi neznámý):

A tak je celý mechanismus uspořádán postupně, vše odstraněno ze svého místa:

Jak by to mohlo fungovat:

V sestavené konstrukci, zatímco nedochází k deformaci kroucení, jsou póly KM umístěny naproti zobáčkovitým vývodům dvou magneticky vodivých prstenců KS v určité poloze. Indukovaná magnetická pole jsou přiváděna přes dvoukruhový přijímač DM do jejich odpovídajícího Hallova senzoru. A v tomto stavu jsou magnetická pole přiváděná do Hallových senzorů stejná.
Při deformaci torzní tyče se vlivem působení síly na volant změní poloha CM vůči zobáčkovitým větvím KS a na dvou magneticky vodivých prstencích KS se vytvoří rozdíl v magnetickém poli. Který je dodáván přes dva DM kroužky k Hallovým senzorům. Ze dvou Hallových senzorů je z jejich výstupů získáno rozdílové napětí, přímo úměrné deformaci torzní tyče a podle toho i síle působící na volant. Někdy však může být nutné kalibrovat hodnoty snímače, které jsou součástí dodávky.
Co můžete vidět na obrazovce osciloskopu?

KM a KS jsou umístěny bez vzájemného posunutí:

Signály na výstupech senzoru jsou stejné:

Posun v CM vzhledem k KS jedním směrem:

Signál (jeden se zvyšuje, druhý klesá o stejnou hodnotu):

Posun jiným směrem:

Hladce kombinujeme KM a KS:

V ideálním případě by signál na výstupu snímače měl mít následující vlastnosti:

Odpovídající drážky vstupního a výstupního hřídele, které jsou v určité vzájemné poloze, zabraňují nadměrné deformaci nebo zlomení torzní tyče.
Někdy někteří „experti“ „podvádějí“ nebo udělají nesprávnou diagnózu ostrým otáčením volantu ze strany na stranu s vypnutým vozem. Od sloupku řízení se přitom ozývá zřetelné klepání, které se snaží vydávat za poruchu. Ale ve skutečnosti je tento zvuk produkován drážkami při kolizi, protože není nikdo, kdo by kompenzoval deformaci torzní tyče, když motor neběží (pokud motor neběží, proč potřebujete elektrický posilovač řízení). Někdy v „garážích“ pracují docela kompetentní a zkušení lidé, ale šek a účtenka jsou doplňkovou pojistkou, nikdy nevíte. Nešetřete správnou diagnózou. Totéž se děje při provozu šoupátka (hydraulického rozdělovače) hydraulického posilovače řízení.

Elektromotor, třífázový, magnetický rotor má čtyři póly:

Výstupní hřídel elektromotoru prochází snímačem otáčení:

Snímač otáčení elektromotoru je zvednutý, je vidět excentr na hřídeli (součást rotačního transformátoru):

Snímač otáčení a polohy osy motoru posilovače řízení,
Nazývá se také rotační transformátor (dále RT), nebo resolver. V místě, kde je tento snímač umístěn, je na ose elektromotoru excentr. Což při otáčení mění polohu magnetického pole mezi póly transformátoru. Jak jsou vinutí umístěna vůči sobě na pólech, viz obrázek níže (neuvedl jsem fázování, omlouvám se).
VT má v tomto případě tři vinutí, z nichž jedno je napájeno referenčním sinusovým napětím a ze zbývajících dvou je odstraněno sinusové napětí úměrné úhlu natočení osy elektromotoru. Například do „budícího“ vinutí ze zvukové karty počítače přivedeme sinusové napětí a z dalších dvou vinutí budeme odečítat pomocí osciloskopu. Jako excentr poslouží jednoduchý kovový šroub. Myslím, že obrázky jsou výmluvné a nemá smysl každý komentovat. Při pohledu na obrazovku osciloskopu je ale potřeba zapojit trochu představivosti, protože se díváme na dva kanály, ale synchronizace je pouze na jednom. Někdy se jeden paprsek jeví jako dvojitý.

S tělem rozebraným kvůli přehlednosti;

Při absenci excentru uvnitř VT

na výstupu nejsou žádné signály:

Vložíme excentrický simulátor a začneme s ním otáčet a podíváme se na signály:

S animací jsem si hlavu nelámal, každopádně si myslím, že je to jasné. Se dvěma takovými signály, měřícími jejich amplitudu a fázi, je možné určit polohu osy elektromotoru s dostatečnou přesností a spolehlivostí. No, na závěr, takto jsou uspořádány vstupní a výstupní obvody elektronické jednotky posilovače řízení (tester a moje osobní fantazie):

Všechny signály jsou odesílány do mikrokontroléru ke zpracování přes analogové vstupy. Výstup TSY je napájecí napětí pro Hallovy senzory. Magnetické senzory nejsou tak náchylné k zamlžování a nečistotám jako optické a snášejí vysoké i nízké teploty.

Ale také není dobrý nápad lepit neodymové magnety kamkoli v autě nebo doma. Kromě toho mohou při nesprávném použití způsobit poškození zdraví.

Doufám, že jsem se neunavila.

S pozdravem Sergey Astanin.

Zde jsou připraveny dotazy a komentáře.

Pokračujme v tomto duchu a rozebereme zde automatické převodovky a CVT :)?