Первые гидроусилители появились на серийных машинах в 1951 году в Америке, история европейских машин с подобными устройствами на три года моложе.
Впрочем, принципиальная простота классического гидроусилителя не лишает это устройство целого ряда недостатков. Прежде всего гидроусилитель – изделие достаточно сложное, высокотехнологическое и требующее большой точности изготовления. Соответственно, дешевым руль с гидравликой быть просто не может. Кроме того, использование насоса усилителя с постоянным приводом от двигателя – это всегда лишние потери мощности. Ведь производительность насоса усилителя рассчитывают из условий поворота колес неподвижно стоящего автомобиля: когда обороты двигателя минимальны, а сопротивление колес повороту, наоборот, максимально. А потому во время движения машины, когда и частота вращения двигателя повышена, и от самого усилителя не требуется особой мощности, львиную долю масла насос перекачивает вхолостую, понапрасну тратя на эту работу топливо. Еще один минус – невозможность сочетать высокий усиливающий момент с хорошей информативностью руля. Получается одно из двух: либо водитель без проблем выворачивает колеса автомобиля, попавшего в колею, а затем, разогнавшись на шоссе, сжимает в руках «ватный» руль, либо чувствует все нюансы скоростной трассы, расплачиваясь за это легкостью движения по бездорожью.
Поначалу с такими недостатками мирились, однако возросшие скорости и стремление сделать автомобиль более безопасным и комфортным заставили конструкторов поломать голову над оптимизацией работы обычного гидроусилителя, или вообще изобретать устройства, заменяющие привычную гидравлику.
Первый результат модернизации явился в 1989 году, с появлением на автомобилях Audi системы «сервотроник». Главной целью создания этой системы было именно повышение информативности рулевого управления. Сейчас такими усилителями комплектуют даже относительно дешевые маленькие машины, тогда же сервотроник ставили на топовые модели фирмы.
Сервотроник представляет собой устройство, регулирующее при помощи электроклапана ход управляющего золотника гидроусилителя, в зависимости от скорости автомобиля. Меняется режимы работы клапана, соответственно, меняется и «мощность» гидроусилителя: при движении с большой скоростью, когда руль машин, оборудованных обычным гидроусилителем, «пустеет», на автомобилях с усилителем переменной силы он, наоборот, наливается упругостью. При этом появляется возможность адаптировать систему не только к конкретному автомобилю, но и к конкретному водителю: достаточно перенастроить блок, управляющий электроклапаном.
Сегодня самой технически передовой и изощренной схемой рулевого управления с гидроусилителем можно считать систему AFS (Active Front Steering, активное рулевое усиление), разработанную и запатентованную американцем Дэвисом Дином Карноппом и купленную в 1990 году компанией Bosch. С 1997 года концерн BMW начал работы над созданием действующей конструкции, но сейчас «вживую» опробовать устройство могут только владельцы новой «пятерки». Идея системы весьма остроумна. Рулевой вал автомобиля разрезан, и связь между ним и рулевым механизмом с гидроусилителем осуществлена через планетарный редуктор. Корпус редуктора (водило) может поворачиваться по оси встроенным электромотором. В зависимости от скорости движения машины и поворота руля водило подкручивается в ту или иную сторону и меняется передаточное отношение между рулем и рулевым механизмом. Выходит, изменяется и соотношение между углом поворота руля и углом поворота передних колес автомобиля. От этого у рулевого управления возникают интересные особенности. Например,
при езде с минимальной скоростью для поворота колес «до упора» требуется менее одного оборота руля, а при скоростной езде, напротив, руль становится более «тонким».
К тому же «развязка» руля и рулевого механизма позволяет существенно уменьшить шум в салоне. Помимо удобства и комфорта AFS может корректировать действия водителя в критических ситуациях, слегка доворачивая управляемые колеса в нужную сторону. Кстати говоря, выход из строя сервотроника и AFS не означает, что на машине нельзя ездить: в первом случае управление становится таким же, как и на автомобилях с классическим гидроусилителем, а если отказывает AFS, водило планетарного редуктора блокируется и передаточное отношение между рулем и валом принимает среднюю величину относительно исправного устройства.
Теоретически минимизировать потери на бесполезную перекачку жидкости в гидроусилителе довольно просто. Для этого нужно заставить вращаться вал насоса с такой скоростью и под такой нагрузкой, которая требуется в каждом конкретном случае, т. е. сделать его привод автономным, не зависящим от оборотов двигателя. Практически эта задача решена на электрогидравлических системах усилителей руля, представляющих собой обычный гидроусилитель с насосом, приводимым в движение электромотором. По утверждениям разработчиков, жидкостные усилители с электроприводом на 60–80% экономичнее тех, что приводятся в действие коленвалом: в конечном итоге переход с ремня на электродвигатель позволяет сохранять в баке до 0,2 л топлива на каждые 100 км пути. Впрочем, и тут все непросто. Во-первых, такая схема достаточно инерционна. Электромотор не может мгновенно поднять давление и производительность насоса, что бывает необходимо при резком маневре рулем или ударе по колесу автомобиля со стороны дороги. Во-вторых, усилитель требует достаточно больших затрат электроэнергии, измеряемых сотнями ватт. Естественно, это бремя ложится на генератор, и без того нагруженный массой потребителей. Тем не менее электрогидравлические усилители на небольших машинах постепенно вытесняют традиционные усилители с приводом от основного мотора.
Однако наиболее перспективным, как считают специалисты, является полностью электрический усилитель руля. В этом случае поворачивать руль помогает электромотор, вращающий рулевой вал через червячный редуктор. Плюсы такого решения очевидны. Как и в гидроусилителе, в качестве устройства, контролирующего степень усилия на руле, служит торсион. Только вместо хитроумного клапана он связан с датчиками (оптическими или индукционными), сигнализирующими электронному блоку (контроллеру), на какой угол закручен торсион. Как и сервотроник, контроллер электроусилителя, анализируя данные, полученные с датчика скорости, может изменять усилие, помогающее водителю поворачивать рулевое колесо. Только вместо многоступенчатой электрогидравлической схемы все функции сервотроника выполняет электроника. А на автомобиль взамен громоздкого и сложного устройства со шлангами и бачками устанавливается небольшой механизм, причем расположен он обычно не в тесном подкапотном пространстве, а в салоне, на рулевом валу, под приборной панелью.
Еще одно преимущество электроусилителя – низкая цена.
Так, например, стоимость механизма электроусилителя на современную Toyota Avensis составляет $483, плюс $1390 рулевая рейка, тогда как на модификациях с жидкостными усилителями комплект оборудования обойдется на $338 дороже.
Принципиальные недостатки электроусилителя назвать сложно. Жалобы людей на то, что электрический руль того же «Авенсиса» менее информативен, чем гидравлический, не в счет: дело тут не в устройстве, а в настройках и вкусах водителя. Тем более, что электрические и электрогидравлические усилители современных машин, например VW Golf V, чаще всего имеют несколько вариантов настройки. Изменение характеристик на сервисе занимает несколько минут, и жаль, что в автосалонах не всегда предупреждают покупателя о возможности настроить руль машины под себя.
Определить степень надежности устройства тоже непросто – пока еще не существует достаточно объемной статистики отказов. Что же касается наиболее нагруженной и, по сути, единственной изнашиваемой части механизма – червячной передачи, то сделать срок ее службы сопоставимым со сроком службы всего автомобиля можно. Трудность в другом. Существенной разницы в затратах энергии на поворот колес с электрогидравлическим усилителем и просто электроусилителем нет, и в том, и в другом случае необходим мощный генератор. Однако в варианте с электроусилителем возникает еще одна проблема: вращать вал жидкостного насоса может двигатель любой конструкции. А для вращения сервомеханизма, расположенного на рулевой колонке, необходим двигатель компактный и легкий, в противном случае устройство будет трудно втиснуть под торпедо, а его инерционность будет слишком велика. Учитывая большую мощность и, соответственно, токи величиной в полсотни ампер, обычный коллекторный двигатель здесь не годится.
Снизить потребляемые токи можно, перейдя на более высокое напряжение в автомобильной сети. Что, собственно, и собираются сделать в перспективе автопроизводители, подняв бортовое напряжение машин до 42 вольт. Очевидно, в этом случае электроусилители заменят все прочие системы серворулей. Пока же электроусилители устанавливают на небольшие машины, там, где на поворот управляемых колес не нужно тратить слишком много энергии.
Владельцы отечественной техники, усилителями руля вовсе не избалованные, теперь тоже могут прикоснуться к благам автоцивилизации. Причем к благам самым передовым – электроусилителями завода «Авиаагрегат» собираются комплектовать будущие «Калины». А владельцы «двести четырнадцатой» «Нивы» и «десятки» могут установить на свои машины электроусилители того же завода, сконструированные специально для их машин. Эти механизмы одобрены АвтоВАЗом, их монтаж достаточно прост и не занимает у специалиста больше полутора часов. Издержки 12-вольтового оборудования – толщенные силовые провода и предохранитель на 50 ампер.
Но и это не беда, вот только цена смущает: комплект на «Ниву» (который умельцы приспособились ставить и на вазовскую «классику») продается по цене 13 тыс. руб., а на «десятку» – 14 тыс. Иными словами, стоимость изделия, устанавливаемого на Toyota Avensis и выпускаемого у нас в стране, одинакова. Возможно, надежность, затраты на изготовление и качество российского образца ничем не отличаются от образца японского. Но как бы там ни было, желающих сделать руль отечественной машины легким за деньги, соизмеримые с ценой автомобиля, не много: во всей Москве продается около 20 комплектов в месяц.
Так что совсем непонятно, как приживется электроруль на первом изделии российского автопрома, серийно оснащаемом электроусилителем. Видимо, на АвтоВАЗе этого тоже не знают, поэтому и перевели легкий руль из разряда базового оборудования в опции.
