d steering bmw что это
Что такое система активного рулевого управления
Рассмотрим принцип работы системы активного рулевого управления, плюсы и минусы, устройство и схему. В конце статьи видео-обзор активного рулевого управления для автомобилей BMW. Рассмотрим принцип работы системы активного рулевого управления, плюсы и минусы, устройство и схему. В конце статьи видео-обзор активного рулевого управления для автомобилей BMW.
Активное рулевое управление – усовершенствованная технология обычного рулевого управления. Чаще всего в перечне систем автомобиля обозначается как AFS — Active Front Steering, хотя в работе принимают участи и задние колеса. Основное предназначение правильное распределение усилия между всеми деталями и колесами, так же основная деталь повысить эффективность управления автомобилем на разных скоростях и маневрах.
Что такое активное рулевое управление
Система активного рулевого управления по сути это доработанный механизм обычного рулевого управления. Наличие данной системы на борту автомобиля способствует улучшению динамических характеристик, лучшему управлению машиной, а так же улучшает комфорт. Впервые систему AFS (активного рулевого управления) установили в 2003 году на топовые комплектации автомобилей BMW.
Если рассматривать более детально, то активное рулевое управление может менять передаточное число между рулевым колесом и механизмом поворота колес, в зависимости от скорости движения. К тому же система может самостоятельно корректировать угол поворота передних колес в момент входа в поворот или торможения на скользкой дороге. В дополнение ко всему система активного рулевого управления может подруливать задними колесами, тем самым увеличивая маневренность автомобиля.
Устройство активного рулевого управления
Устройство системы активного рулевого управления не самое простое и одновременно объединяет в себе несколько других систем безопасности. Все же специалисты выделяют основные детали, которые отвечают за поворот колес и стабилизацию, остальные механизмы считаются вспомогательными, в том числе и подруливание задних колес. Среди основных механизмов можно назвать рулевую рейку, датчики, блок управления, непосредственно сам руль и рулевые тяги. Теперь же рассмотрим подробней, какую функцию выполняет каждая из деталей.
Весь процесс срабатывания механизма активного рулевого управления начинается с входных датчиков. Независимо от модели автомобиля они предназначены для снятия разных параметров. Например, датчики угла поворота руля, положение электродвигателя, датчики суммарного угла поворота, а так же датчики динамической стабилизации автомобиля. Хотя, последнее время перестают использовать датчик суммарного поворота, снимая информацию с других датчиков автомобиля.
Получив необходимую информацию с датчиков, она поступает в электронный блок управления (ЭБУ). Можно сказать, что это сердце всей системы и благодаря ему, ведется управление всеми механизмами активного рулевого управления. Задача ЭБУ не сложная, принять сигналы, обработать и передать на исполнительные устройства. Больше всего электронный блок активного рулевого колеса взаимодействует с электроусилителем руля, системой управления двигателем и системой динамической стабилизации автомобиля.
После обработки информации сигналы подаются на рулевую рейку, точней электродвигатель рулевой рейки. За счет чего система может самостоятельно решать насколько повернуть рейку в ту или иную сторону. Сам же электродвигатель вращает коронную шестеренку, в результате чего меняется передаточное отношение механизмов. Что касается рулевого колеса и рулевых тяг, то они выполняют те же функции, что и в обычном управлении автомобилем.
Схема активного рулевого управления автомобиля
Учитывая непростую конструкцию механизма активного рулевого управления, а так же поняв, за что отвечают определенные детали, следует рассмотреть смеху механизма.
Можно сказать, что это основные детали системы активного рулевого управления. Помимо перечисленных элементов, так же к механизму относят бачек для рабочей жидкости, аварийный фиксатор, соединительные шланги, редуктор и клапан системы.
Как работает активное рулевое управление
Весь принцип работы системы активного рулевого управления начинается с момента запуска двигателя автомобиля. Как только автомобиль двигается с места, срабатывает датчик угла поворота руля и включается электродвигатель. За счет червячной передачи, электродвигатель вращает шестерню планетарного редуктора. Далее усилие ложится на внешнее зубчатое колесо, которое в свою очередь может менять передаточное число.
В результате такого взаимодействия и слаженной работы механизмов, система способствует снижению количества оборотов рулевого колеса, а значит, повышается комфорт и маневренность на низкой скорости. Если же скорость автомобиля увеличивается, электродвигатель уменьшает скорость вращения. В результате такого соотношения увеличивается передаточное число. Как показывает практика и различные испытания, работа электродвигателя активного рулевого управления перестает функционировать на скорости от 180 до 220 км/час.
На большой скорости усилие рулевого колеса пропорционально передается на рулевой механизм, минуя остальные составные детали. Соответственно и передаточное соотношение становится 1:18. Еще небольшой нюанс происходит с электродвигателем рулевого управления, если скорость продолжает расти, в таком случае электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону. Передаточное соотношение, как правило, достигает отметки 1:20. За счет такого распределения усилий, механизм позволяет маневрировать на большой скорости, обеспечивая максимальную безопасность пассажирам.Помимо указанных моментов работы системы активного рулевого управления AFS, она так же улучшает стабилизацию автомобиля, в момент потери сцепления задней оси с дорогой, в случае резкого маневра или торможении на скользких участках. Основной нюанс системы активного рулевого управления в том, что её никак нельзя отключить, поэтому механизм работает все время с момента старта двигателя, до момента пока его заглушат.
Как небольшое дополнение, в автомобилях BMW система активного рулевого управления работает совместно с системой подруливания задних колес. За счет этого автомобиль намного проще входит в резкие повороты, для разворота требуется меньший диаметр, а сама динамика автомобиля на скорости значительно улучшается.
Преимущества и недостатки системы AFS
Как и любой механизм, система активного рулевого управления имеет положительные и отрицательные стороны. Несмотря на сложность механизма, плюсов намного больше, а вот минусов практически нет. Среди положительных моментов системы AFS можно отметить небольшой вес, повышение надежности в управлении, безопасность, комфорт.
Отрицательных моментов в системы активного рулевого управления практически нет, так как механизм работает безотказно и редко дает сбои. Если все-таки сбой произошел, а чаще всего это сбой или полный выход из строя электроники, то, починить, самостоятельно не получится. Необходимо ехать на специализированные сервисы по ремонту системы AFS.
Стоимость ремонта и деталей для AFS
На сегодня систему AFS можно встретить не только на автомобилях марки BMW. Большую часть премиальных машин укомплектовывают данным механизмом или же предлагают в качестве опции. Например, на авто марки Lexus систему активного рулевого управления можно встретить чаще всего.
Некоторые владельцы автомобилей умудряются самостоятельно заменить датчики. Можно сказать, это самое простое в данном механизме и не требует особых навыков или инструмента. К тому же есть немало советов и похож ситуаций, которые описаны в деталях.
Система активного рулевого управления, хоть и сложный механизм, но без него современные автомобили были бы не столь комфортными, а безопасность была бы на порядок ниже. Если же есть возможность заказать AFS систему в качестве опции, доплатив за нее, то это не будет лишним, а разница в управлении будет ощутима с первых километров.
Видео-обзор принципа работы системы AFS:
«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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Интегральное активное рулевое управление (2VH)
Видеообзор
Описание
Что это такое?
Интегральное активное рулевое управление представляет из себя комбинацию следующих функций:
Принцип работы системы
В зависимости от скорости система автоматически изменяет передаточное отношение рулевого механизма, а также необходимое усилие для поворота рулевого колеса.
Например, на малых скоростях система увеличивает вспомогательное усилие, облегчая этим вращение рулевого колеса. Также изменяется передаточное отношение, что позволяет при небольшом повороте руля поворачивать колёса на бо́льший угол. В дополнение к этому задние колёса поворачиваются в противоположную от передних сторону, сокращая тем самым диаметр повотора. Это особенно удобно при парковке и маневрировании на ограниченных участках.
На больших же скоростях система работает противоположным образом. Вспомогательное усилие и передаточное отношение уменьшаются, так нет необходимости поворачивать колёса на большой угол. Величина хода рулевого колеса увеличивается в целях повышения комфорта при движении по трассе. Задние колеса поворачиваются с одном направлении с передними, обеспечивая тем самым комфортное и устойчивое движение на высоких скоростях.
Преимущества системы
Интегральное активное рулевое управление делает автомобиль более проходимым и маневренным в городских условиях благодаря согласованному взаимодействию нескольких вспомогательных систем.
Комфорт и устойчивость
Автомобиль становится более предсказуемым и устойчивым при движении на высоких скоростях, обеспечивая повышенную комфортность езды по прямой.
Работа системы
Преимущества регулировки угла бокового увода колес заднего моста:
Исполнительный механизм для регулировки угла бокового увода колес заднего моста (HSR) образует с блоком управления HSR единый блок.
ЭБУ HSR осуществляет управление серводвигателем, встроенным в актюатор системы регулировки угла бокового увода задней оси. Встроенный в ЭБУ HSR датчик температуры контролирует выходной каскад серводвигателя.
Электромеханический исполнительный механизм оснащен серводвигателем, двигающим обе поперечные рулевые тяги с помощью привода шпинделя. Поперечные рулевые тяги соединены с маятниковыми рычагами. Актюатор рассчитан на максимальный ход 8 мм, что соответствует углу поворота колеса макс 3°. Привод шпинделя управления задними колесами имеет функцию самоторможения. В случае отказа системы динамика автомобиля идентична той, которая наблюдается при отсутствии рулевого управления задней осью.
Серводвигатель представляет собой бесщеточный двигатель трехфазного тока. Подача напряжения к серводвигателю в механизме наложения угла поворота осуществляется через три фазы (= провода): U, V, W. В случае короткого замыкания серводвигатель может продолжать вращаться под действием внешних сил (блокировка серводвигателя отсутствует). Следствием этого является заметный для водителя перекос рулевого колеса до 45°!
Блок управления HSR подключен к FlexRay.
1 — ЭБК HSR; 2 — Серводвигатель; 3 — Левое соединение заднего моста; 4 — Датчик положения; 5 — Штекерное соединение 6-пол. (бортовая сеть); 6 — Разъем 2‐контактный (серводвигатель); 7 — Правое соединение заднего моста; 8 — Электрическое соединение с датчиком положения (неразъемное).
В серводвигатель встроен датчик положения ротора. Сигналы датчика положения ротора анализируются блоком управления HSR.
Датчик положения двигателя состоит из магниторезистивного элемента и постоянного магнита. Постоянный магнит расположен на торцевой стороне вала ротора серводвигателя. Магниторезистивный элемент измеряет направление магнитного поля в горизонтальной и вертикальной плоскости. Диапазон измерения датчика положения двигателя составляет 180°. От датчика положения двигателя поступают 2 сигнала напряжения. Одному обороту на 360° соответствуют 2 последовательности сигналов. На основании обоих сигналов напряжения рассчитывается положение двигателя. Блок управления HRS считает количество полуоборотов и записывает его в память при выключении зажигания.
На устройстве регулировки угла бокового увода колес заднего моста (HSR) установлен датчик положения.
Датчик положения требуется, если в режиме движения наблюдается потеря напряжения. В этом случае распознается положение управления задними колесами и снова восстанавливается исходное положение (в течение одного поворота серводвигателя).
В режиме регулировки с помощью датчика положения проверяется достоверность сигнала датчика положения ротора.
1 — Исполнительный механизм регулировки бокового увода заднего моста; 2 — Датчик положения; 3 — Штекерное соединение с блоком управления HSR (неразъемное).
В датчике положения установлены 4 датчика Холла и магнит на ходовом винте. Датчики Холла сигнализируют о точном положении управления задними колесами.
Трансмиссия в рулевом управлении
Получившая название Active Front Steering (сокращенно АFS) система активного рулевого управления от BMW представляет собой обычный реечный механизм с гидроусилителем Servotronic, где рулевой вал разъединен, и в него встроена планетарная передача, корпус которой может вращаться с помощью электродвигателя.
Система Active Front Steering
При проектировании автомобиля конструкторы постоянно сталкиваются с проблемой выбора передаточного числа рулевого механизма, которое невозможно подобрать так, чтобы оно идеально подходило «на все случаи жизни». Так, если сделать передаточное число «поменьше», то при движении на невысоких скоростях руль будет весьма приятным – «отзывчивым» и «острым», не требующим нескольких перехватов. Однако стоит на такой машине дать газу – и езда потребует постоянного напряжения и станет довольно опасной, ведь даже при небольшом движении рулем автомобиль будет сильно швырять в сторону. Соответственно и наоборот: делаем передачу в рейке «побольше» – и получаем уверенные «крейсерские» реакции на высоких скоростях, но «тупой» и «многооборотистый» руль на низких.
Сию дилемму конструкторы всегда решали методом компромисса: проектируя пару «шестерня – рейка», выбирали передаточное число «по-среднему», подогнав его под диапазон основных эксплуатационных скоростей данного автомобиля. Но что поделаешь – таковы законы механики, и оставалось только смириться. Однако если существуют идеалы, то к ним непременно надо стремиться. Тем более что решение таких устройств, изменяющих, в зависимости от скорости движения, угол поворота колес относительно вращения руля, на теоретическом уровне напрашивалось уже как будто само по себе: почему бы не «разрезать» вал рулевой колонки, установив туда специальную трансмиссию, позволяющую менять передаточное число?
Подобные проекты зазвучали во всеуслышание где-то в конце 70-х – начале 80-х годов, когда в технических изданиях стали появляться статьи молодых инженеров, которые печатались в тех же разделах, где стояли публикации на тему «пневмоциклов», «реактивных ранцев» и т. п. Скоро патентные бюро начали выдавать свидельства, среди которых оказался и патент Дина Карноппа, профессора Калифорнийского университета в Дэвисе (США), занимающегося разного рода «транспортом будущего» и продвигающего созданную им науку «мехатронику» – смесь механики и электроники. Такие занятия, может, и выглядят чудаковато, однако изобретенное профессором «мехатронное» рулевое заинтересовало серьезных людей – в 1990 году патент у Карноппа купила фирма Bosch. Систему нашли перспективной в компании BMW, и в 1997 году мюнхенские инженеры взяли рулевое Карноппа на подготовку к серийному выпуску.
Многоликий АFS
Получившая название Active Front Steering (сокращенно АFS) система активного рулевого управления от BMW представляет собой обычный реечный механизм с гидроусилителем Servotronic, где рулевой вал разъединен, и в него встроена планетарная передача, корпус которой может вращаться с помощью электродвигателя. Когда последний не работает, сателлиты соединяют вал и шестерню рулевого напрямую, если же электромотор вращается, то он через «червяк» поворачивает эпициклическую шестерню и в зависимости от направления вращения увеличивает или уменьшает число оборотов на выходном валу.
Такая конструкция позволяет менять передаточные числа в весьма широком диапазоне, как, например, от 1:10 до 1:20 для BMW 5-series при «стандартных» 1:18 и от 1:8 до 1:15 для таких машин, как BMW М3. Больше нет противоречий, и руль автомобилей с АFS оказывается «идеальным» всегда: быстрым и резким на низкоскоростных маневрах и спокойно-уверенным на предельных скоростях!
Выбор «передачи» происходит, разумеется, бесступенчато и автоматически – системой управляет компьютер Power PC, «завязанный» на систему стабилизации DSC. Такое подключение дает возможность использовать рулевое АFS не только как «трансмиссию», но и как систему автоматического управления автомобилем в различных сложных ситуациях – при отработке заносов, сносе передних колес и т. д. По команде компьютера планетарный механизм с электродвигателем может без вмешательства водителя самостоятельно поворачивать колеса на 7 – 8 градусов в нужную сторону и в нужный момент, каковые электроника, в отличие от человека, способна всегда определить безошибочно. И уж само собой, множество новых возможностей получает «электронный тюнинг» – компьютер активного рулевого АFS позволяет заложить в него любую программу, настроив реакции руля индивидуально, по желанию владельца.
Надежность системы поддерживается, прежде всего, самой ее конструкцией – достаточно простой и состоящей из давно уже технически обкатанных узлов и элементов. Впрочем, «на всякий случай» в компьютере установлен второй, дублирующий, процессор, а для «железа» разработан аварийный фиксатор, который при отказе системы блокирует механизм изменения передаточного отношения.
Кстати, справедливости ради надо сказать, что системами, подобными АFS, занимается не только BMW – практически все ведущие автопроизводители сегодня уделяют внимание «активным» рулевым. Однако на настоящий момент Active Front Steering оказывается, пожалуй, впереди всех остальных, будучи самой «готовой» из прогрессивных и самой совершенной среди «готовых».
Смена привычки
Ожидается, что система Active Front Steering впервые появится на машинах BMW 5 Series и 1 Series – будущих автомобилях «гольф»-класса от баварской компании, выпуск которых запланирован на 2004 год. Следом за ними активное рулевое управление получат уже все последующие автомобили BMW в штатной комплектации. Производить систему будут на заводах фирмы ZF, стоимость же активного руля, как предполагается, составит около 1.5 тысячи евро – по крайней мере на автомобилях первых выпусков.
И вполне возможно, что следом за BMW рулевое АFS появится и на машинах других компаний – есть сведения, что к изобретению профессора Карноппа уже прицениваются автопроизводители. Правда, по условиям соглашения с BMW, владелец патента Bosch не имеет права продавать узлы системы другим фирмам в течение двух лет. Поэтому первыми здесь окажутся именно баварские автопроизводители.
В любом случае, будут прочие компании ставить на свои автомобили именно систему АFS или нет, весь мир уже ухватил идею активного рулевого, ясно разглядев реальность подобных устройств, и теперь от внедрения прогрессивного новшества никто не откажется. И в ближайшие 5 – 7 лет мы увидим утверждение нового стандарта рулевых, который заставит всех в корне пересмотреть свои привычные представления об управляемости автомобиля.