Точное управление

Электроусилитель рулевого управления

Электроусилитель рулевого управления, или, по-английски, Electric Power Assisted Steering (EPAS), на модели Range Rover Evoque – это первая система у Land Rover, представляющая собой полностью электрический усилитель руля. Используется, в общем-то, стандартная рулевая рейка. Ее принципиальное отличие в том, что нет абсолютно никакой гидравлики. Ключевой компонент узла – электрический мотор, соединенный с одной стороны с модулем управления системой, с другой – через блок понижающих шестеренок с рулевой рейкой. Кроме того, агрегат включает шаровую гайку, шестеренчатый вал привода (рулевой вал), датчика крутящего момента (для рулевого вала), две рулевых тяги, сигнальный провод для датчика крутящего момента (тут же и питание), модуль управления усилителя руля, дренажный клапан, приводной ремень.

Модуль управления усилителя рулевого управления скомпонован вместе с электродвигателем. Он также содержит силовую электронику для работы электромотора. Электроусилитель работает, когда обеспечиваются следующие условия:

• подается питание от зажигания через реле зажигания в CJB;
• сигнал по CAN-шине свидетельствует о том, что двигатель автомобиля запущен;
• подается постоянное электропитание для функционирования электродвигателя от BJB.

Для обеспечения полной номинальной мощности усиления рулевого управления напряжение питания должно быть в пределах от 10,5 до 18 В. Если напряжение питания находится вне этих пределов, электроусилитель либо будет перегружен, либо будет работать не в полную силу. Для управления электродвигателем модуль управления усилителя рулевого управления использует алгоритмы ввода данных и специальное программное обеспечение. При необходимости модуль управления электроусилителя может также передавать сигналы посредством высокоскоростной CAN-шины:

• аварийный сигнал на инструментальную панель;
• статус рулевого управления на модуль системы помощи при парковке (если установлена данная система) и на модуль управления системы Terrain Response;
• система «старт-стоп» подавляет запросы на блок ECM.

В электромотор системы интегрирован сервисный элемент. Поскольку сам мотор и блок понижающих шестерен испытывают очень большие нагрузки, любое попадание воды в систему может привести к самым негативным последствиям: от легких затруднений во вращении рулевого колеса до полного его заклинивания. Чтобы этого избежать, непосредственно на корпусе блока шестерен расположен специальный дренажный клапан: если вдруг внутрь электромотора попадет вода, он сработает как автоматический клапан, способствующий удалению воды.

Поэтому один из общих элементов сервисных работ на этом автомобиле связан с проверкой клапана. По позиции клапана можно судить о том, присутствует ли влага внутри узла или нет. К сожалению (автовладельцев), в случае попадания влаги внутрь технология Land Rover предполагает полную замену рулевой рейки. Инженеры компании исходят из того, что электроусилитель не только обеспечивает удобство управления, но и является одним из ключевых элементов, отвечающих за безопасность дорожного движения. А потому, если с ним что-то не в порядке, он должен быть однозначно заменен, никаких ремонтных операций не подразумевается.    

Теперь несколько слов о приводе понижающих шестерен. Понятное дело, что электромотор вращается очень быстро. При этом вал рулевой рейки должен двигаться плавно и сравнительно медленно. Используемый в конструкции редуктор с понижающими шестернями как раз и обеспечивает требуемую плавность. Корпус редуктора расположен на конце корпуса рулевого механизма. Для того чтобы передать момент на вал рейки, используется червячная передача с шариковой гайкой, металлические шарики которой непосредственно и двигают рейку вправо-влево. Попадание воды сюда приводит к коррозии этих шариков, изготовленных из металла, имеющего очень низкую коррозионную устойчивость. В результате появление ржавчины приводит к затруднениям с поворотами рулевого колеса. 

Отношение оборотов электромотора к оборотам на выходе примерно 20:1. Шариковая гайка редуктора вращается, не двигаясь в осевом направлении. Поскольку электродвигатель вращает гайку, шарики движутся по каналам зубчатой рейки и производят осевое усилие на рулевой механизм, что и приводит его в движение в ту или иную сторону. Канал в гайке и специальный механизм обеспечивают возвращение шариков с одного конца гайки на другой.

Еще один важный компонент узла – датчик крутящего момента (датчик на эффекте Холла), передающий модулю управления EPAS данные о скорости движения рулевого колеса. Скорость электромотора напрямую зависит от показаний этого датчика. Для всех подобных датчиков характерна одна общая проблема – попадание воды в область расположения коннектора. Решение проблемы с датчиком также универсально – очистка контактов. Скорее всего, неисправность будет сопровождаться появлением кода ошибки о датчике рулевой рейки.

Датчик крутящего момента от руля установлен на стыке между входным валом и зубчатым валом, внутри корпуса рулевого механизма. Крутящий момент на входном валу передается на зубчатый вал посредством торсиона, поворачивающегося под нагрузкой. Датчик крутящего момента вычисляет количество поворотов торсиона с использованием двух датчиков эффекта Холла, контролирующих угловое положение входного вала по отношению к зубчатому валу. Информация, преобразованная в цифровой сигнал, передается управляющему модулю EPAS.

1. Recirculating ball nut 2. Steering rack 3. Pinion shaft 4. Torque sensor 5. Gaiter (2 off) 6. Track rod (2 off) 7. Threaded boss for securing bolt (2 off) 8. Signal and power lead for torque sensor 9. Power steering control module 10. Electric motor 11. Drain valve - open 12. Drain valve - closed 13. Drive belt 14. Reduction gear housing

В общем схему взаимодействия всех компонентов EPAS можно описать так. Система с блока управления двигателем получает данные о скорости, далее эта информация транслируется по высокоскоростному CAN, также через высокоскоростной CAN транслируется информация о текущей передаче с блока управления трансмиссией. Кроме того, учитывается информация, приходящая от модуля ABS и системы All Terrain (модуля, корректирующего настройки подвески; например, при движении по песку управление рулем должно быть мягче), от датчика угла поворота руля. Блок управления сравнивает угол с датчика непосредственно на рулевом колесе и с датчика на рулевой рейке. Программа анализирует полученные данные.

Поскольку в системе находится довольно большой электромотор, очень чувствительный к напряжению и вибрации руля, вся система в целом испытывает большие нагрузки. Однако система должна выполнять все запросы водителя по управляемости автомобиля во всех возможных условиях:

• сильные колебания напряжения (понижение и повышение);
• очень высокие температуры;
• сильная вибрация.

ри превышении значения напряжения питания 18 В система перестает выполнять функции усиления момента на руле. Если напряжение падает ниже 10,5 В, то усиление сокращается следующим образом:

10 В = 80%;
9,5 В = 55%;
7,5 В = 0%.

То есть, если напряжение падает до 7,5 В, контрольный модуль отключает систему и руль нельзя повернуть вообще.    

Перегрузка и резкое повышение температуры мотора возможны при медленном вращении, обусловленном заеданием механизмов узла. Также перегрузка по температуре может возникать при высокой температуре окружающего воздуха, с одновременной высокой активностью использования рулевого механизма, особенно на неподвижном автомобиле. Кроме того, перегрев может возникнуть, если постоянно крутить руль в попытках переехать через бордюр или подобный объект.

Установленный в модуле усилителя руля температурный датчик защищает электромотор от перегрузки. Модуль управления усилителя руля сокращает усилие, если температура электромотора слишком высокая для сокращения уровня разогрева.

Вспомогательное усилие начинает уменьшаться с температуры примерно 110°C (230°F) и полностью прекращается при температуре 125°C (257°F). Блок управления выдаст код ошибки.

1. Reduction gear housing 2. Ball nut drive gear 3. Ball train 5. Ball nut 6. Steering rack ball channel 7. Drive belt 8. Motor drive gear

При достижении определенного уровня уменьшения усилия ЭБУ усилителя руля фиксирует код ошибки и подает команду на инструментальную панель для включения предупреждения об уменьшении усилия.

При замене рулевой рейки первое, что нужно выполнить, – запрограммировать блок управления, а после окончания программирования выполнить процедуру калибровки. Она заключается во вращении руля до самого крайнего правого и левого положений.

Если при подключении диагностического прибора, например AUTOLOGIC, отсутствует связь с системой EPAS, проверьте подачу питания, массу и высокоскоростную шину, по которой осуществляется коммуникация с EPAS. Также учтите, что в системе есть предохранитель. Между ним и блоком EPAS идет провод, который нередко размыкается. Да и сама проводка, проходящая по задней части двигателя (жгут проводов крепится на клипсах, которые могут оторваться), имеет склонность к перетиранию. Это основные проблемы.

Возможные симптомы неисправностей:

1. Загорается предупреждающая лампа и пропадает коммуникация с усилителем руля, возможно, проблема с проводкой усилителя. По окончании ремонта проводки могут возникнуть ошибки, связанные с неправильным отключением модуля или потерей коммуникации. Их можно игнорировать.

Проверьте наличие питания и предохранители системы EPAS. Проверьте питание усилителя руля, шину CAN, цепь зажигания на замыкание на массу, разрыв или высокое сопротивление (прозвоните проводку с отключенным разъемом). Если в автомобиле вдруг ни с того ни с сего пропало питание, проверяем сначала напряжение, зарядку, таблетку, но главное, подключаем сканер и проверяем коды ошибки. Неисправности в усилителе могут быть связаны с шаровыми соединениями, и люфт в них тоже необходимо проверять.

1. Время от времени тугой поворот руля/стук в рейке при работающем двигателе даже после выключения/включения зажигания. Причины:

слишком большое трение шаровых соединений в рейке или в компонентах подвески; попадание воды внутрь рейки и появление большого трения; засорение/большое трение в компонентах рулевой колонки; трение в руле или в других компонентах рейки.

Отсоедините рулевую колонку от рейки. Проверьте колонку и соединения на люфт и наличие трения. Проверьте, есть ли коды по рейке, и следуйте их указаниям.

1. Заедание руля (увеличение усилия на руле при быстрых поворотах). Причины: низкое напряжение АКБ; высокое трение в шаровых соединениях или компонентах подвески; высокое трение в рейке по причине попадания воды; высокое трение в рейке.

При низком напряжении в бортовой сети система снижает вспомогательное усилие на руле. Это возможно, например, при запуске в холодном климате либо при наличии сильной электрической нагрузки. В таком случае рекомендуется снизить интенсивность вращения руля.

 Проверьте АКБ автомобиля и работу системы зарядки на наличие неполадок. Проверьте рейку на наличие кодов ошибок и следуйте их указаниям.

1. Torsion bar 2. Sensor electronics 3. Magnet 4. Sensor connector 5. Input shaft

1. Постоянное пропадание вспомогательного усилия на работающем двигателе даже после выключения/включения зажигания. Причины: низкое напряжение АКБ; высокое напряжение АКБ; замыкание цепи зажигания к рейке на массу, разрыв цепи или высокое сопротивление.

Проверьте зажигание и основные предохранители. Проверьте цепь питания рулевой рейки на замыкание на массу, разрыв или высокое сопротивление. Проверьте цепь АСС рейки на замыкание на массу, разрыв цепи или высокое сопротивление. Проверьте шину CAN рейки на замыкание на массу, разрыв или высокое сопротивление. Проверьте наличие кодов ошибок по рейке и следуйте их указаниям.

1. Не работает функция Park assist. Причины: проблема с системой parking aid; проблема с файлом конфигурации автомобиля; проблема с центральным распределителем; проблема с датчиком угла рулевой рейки; проблема с системой ABS; проблема с системой трансмиссии.

Проверьте: модуль parking aid на наличие ошибок; рейку на наличие ошибок; центральный интерфейс на наличие ошибок; модуль датчика угла рейки на наличие ошибок; модуль ABS на наличие ошибок; модуль трансмиссии на наличие ошибок.

Коды ошибок:

B1304-07 – система электронного усилителя рулевого управления. Механические проблемы, неправильные колеса, их диаметр или давление. Механические неисправности системы подвески или усилителя руля. Неправильная калибровка усилителя руля для автомобиля.

C102D-07 – высокое трение внутри рулевой рейки. Проблема трения шаровых соединений рейки или подвески. Высокое трение из-за попадания воды в рейку. Высокое трение внутри рейки. Проблема с системой ABS.

Если говорить о симптомах в контексте двух этих кодов ошибки, то надо понимать, что, по сути, на данную систему оказывают непосредственное влияние только три фактора: температура, напряжение и механические неисправности. Поэтому, если во время проведения диагностики их всегда иметь в виду, мы очень быстро сможем найти причину неисправности. Поэтому подключаем сканер, смотрим код ошибки и сразу устанавливаем ее природу: механическая или электронная неполадка присутствует. Если механическая – проверяем шаровые, если люфты – замена рейки.

Система помощи при парковке

Система Park assist – это опция, в которой используется два датчика в передних арках автомобиля вместе с передними и задними датчиками парковки. Для параллельной парковки водитель включает систему с помощью выключателя в панели приборов, перед тем как определит место потенциальной парковки. После определения места парковки датчик в передних арках сканирует размер пространства. Затем система информирует водителя о том, достаточно ли места для парковки. После определения подходящего места система сообщает водителю о том, что необходимо остановить автомобиль, включить заднюю передачу и отпустить руль.

После этого водитель только ведет авто назад, а система управляет рулем. Система сообщает водителю о необходимости движения вперед или назад до тех пор, пока авто не будет запарковано. Система деактивируется, если скорость слишком большая или водитель прилагает усилие на руль.

Во время поиска свободного пространства автомобиль должен двигаться вперед со скоростью менее 30 км/ч. Информацию о скорости система получает от модуля ABS по высокоскоростной шине CAN. Система постоянно ищет место с пассажирской стороны машины. Поиск со стороны водителя начинается после индикации направления. По мере того как авто двигается вперед параллельно ряду автомобилей у бордюра, система ищет место для парковки.

Система может определить место для парковки на расстоянии до 4 м от бордюра. Система определяет место для парковки, равное 1,2 длины автомобиля и достаточно глубокое для парковки.

Если водитель выбирает парковку в определенном месте, то авто надо остановить, включить задний ход и отпустить руль. Система рассчитывает наилучшую траекторию для парковки в выбранном месте.

Водитель следует указаниям системы для движения назад медленно. Система деактивируется, если скорость превышает 16 км/ч. Модуль Park assist рассчитывает траекторию и передает информацию в модуль усилителя рулевого управления. Как только получен сигнал реверса, модуль EPAS начинает контролировать траекторию движения.

В систему Park assist входят кнопки управления, блок управления системой, парковочные датчики, расположенные в передней и задней частях автомобиля, блок управления системой EPAS.

Сами парковочные датчики связаны жесткой проводкой с блоком управления Park assist. Их задача – найти место и информировать о дистанции впереди и сзади. Датчик скорости получает данные от системы ABS, EPAS дает информацию о работе мотора.

Коды ошибок:

B1B46-96 – датчик правый внутренний – внутренняя неисправность компонента.

U0300-00 – несоответствие ПО модуля управления – нет дополнительной информации.

U3000-47 – модуль управления – проблема аварийного микроконтроллера.

U100B-00 – система полуавтоматической параллельной парковки – нет дополнительной информации.

Если возникает проблема с одним из датчиков, ищущих свободное место, если проблема в среднескоростном CAN и сигнал поврежден, о чем свидетельствует сохраняющийся код ошибки, нужно проверить CAN-сеть.

Возможные коды неисправностей:

Проблема: код ошибки о неисправности камеры, горит светодиод, потенциальная «MS».

 Причина: вода попадает в соединения задней камеры, что приводит к замыканию.

Решение: без снятия каких-либо компонентов или планок измерьте сопротивление между выводами CAN High и CAN Low среднескоростной шины на диагностическом разъеме 16-pin. Оно должно составлять 60 Oм. Также проверьте замыкание проводов шины CAN на массу или на плюс.

Электронный парковочный тормоз

В Evoque использована новая система Electric park brake (EPB). Как и у предыдущих моделей Land Rover, выключатель расположен в центральной консоли. Новая система работает напрямую с задними суппортами для реализации функции парковочного тормоза.

Датчики уклона и гравитации (G-датчик) интегрированы в модуль EPB. Датчик уклона позволяет EPB-модулю определять продольное отклонение автомобиля (положение автомобиля в пространстве). G-датчик обеспечивает возможность модулю EPB проводить мониторинг замедления движения автомобиля.

Датчик включения парковочного тормоза работает по принципу резистивной лестницы (делителя напряжения). Каждый провод подключен к соответствующим точкам группы последовательно соединенных резисторов. Каждый раз, когда выключатель нажат, напряжение поступает от другой точки делителя, передавая разное напряжение. Это позволяет блоку ЕРВ контролировать положение датчика.

На Land Rover Discovery 3 и Land Rover Discovery 4 модуль располагался над дифференциалом, что приводило к определенным сбоям системы. Поэтому на  Range Rover Evoque  было решено отказаться от данной схемы с целью повышения надежности системы. Разница в том, что теперь электромотор напрямую интегрирован в суппорт. Кроме того, в EPB входят блок парковочного тормоза, блок управления тормозом и CAN-шина для передачи информации. Питание подается как с центральной, так и с задней распределительной коробки.

Суппорт используется обычный – такой же, как и прежде. В задней части актуатор, внутри мотора поршень, он приводится в действие резиновым ремнем. Мотор вращается, поршень двигается вперед-назад и прижимает-отжимает колодки.

Потенциальная проблема – обрыв ремня. Эксперты не понимают, зачем здесь используется ремень, но тем не менее конструкция такова. Систему можно было сделать и более надежной. Опять же важной особенностью системы, к сожалению автовладельцев и отчасти автомехаников, является то, что система меняется только в сборе.

Когда блок EPB получает входящий сигнал для включения парковочного тормоза, он активирует электромоторы на суппортах. Электромотор в суппорте приводит в действие муфту планетарной передачи с помощью зубчатого ремня. Шестерня на моторе меньше шестерни на планетарке, и это первое звено снижения передаточного отношения. Планетарный редуктор кластера создает второе понижение передачи. Величина понижения равна 40:1 от входной шестерни, которая приводится в действие ремнем до выходной шестерни, которая приводит в действие веретено привода. Веретено привода меняет роторное движение на линейное и создает третий уровень понижения передачи. Упорная шайба на одном конце веретена расположена внутри поршня тормоза. Форма упорной шайбы и внутренняя форма тормозного цилиндра позволяют не крутиться упорной шайбе. Механизм веретена самоблокируется и остается в блокированном состоянии без необходимости изменения силы тока.

Во время активации тормоза модуль EPB управляет силой тока на моторы. Модуль EPB отключает подачу питания, когда сила тока становится эквивалентна усилию нажима в 13,5–16,5 кН при активации упорной шайбы.

EPB выполняет много разных функций, среди которых как статические, так и динамические. Первые работают, когда скорость авто менее 3 км/ч, вторые – когда скорость авто выше 3 км/ч. Например, при парковке на уклоне G-датчик передает информацию о том, что автомобиль находится под наклоном, поэтому на колодки прикладывается  дополнительное усилие. После выключения зажигания парковочный тормоз активизируется автоматически. Система настроена таким образом, что при включении первой передачи или переводе селектора автоматической коробки передач в режим «драйв» она автоматически дезактивируется.

И еще такие функции. Если температура тормозов повышена, то EPB будет пытаться остудить диски, прижимая и отжимая колодки. Если водитель покидает автомобиль, не включив парковочный тормоз, информация об этом появится на приборной панели. Ну а в случае открывания двери автомобиля на уклоне и начала непроизвольного движения EPB также включится автоматически. В динамическом режиме при аварийном торможении EPB включается автоматически для усиления эффекта торможения.

В общем, весь функционал системы можно свести к следующему:

• статическая активация/деактивация;
• изменение усилия нажима;
• активация при выключении зажигания;
• деактивация при начале движения;
• автоматическая активация/деактивация трансмиссии;
• клэмпинг при высокой температуре;
• предупреждение о выходе водителя;
• определение скатывания;
• динамическая работа.

В старых системах для разблокировки EPB был нужен трос, на Range Rover Evoque необходимость в нем отпала. Процедура аварийного отпускания тормоза требуется в том случае, если необходимо деактивировать парковочный тормоз, когда отсутствует электроэнергия. Для ее выполнения надо осуществить следующие действия:

1. Отключить АКБ.
2. Заблокировать колеса для предотвращения скатывания.
3. Вынуть запасное колесо.
4. Отключить электрический разъем на актуаторе парковочного тормоза.
5. Снять актуатор парковочного тормоза. Снять два болта и О-кольцо.
6. С помощью специнструмента провернуть веретено в обратную сторону для отвода тормозного поршня.
7. Повторить те же процедуры на другой стороне.
8. Собрать систему в обратном порядке.

После восстановления суппортов проведите тест замены суппортов с помощью AUTOLOGIC. Кстати, при замене G-датчика, который является частью блока управления, необходимо провести калибровку. Это также можно сделать с помощью AUTOLOGIC.

Модуль EPB поддерживает режим технического осмотра автомобиля, который позволяет проводить функциональный тест парковочного тормоза на тормозном стенде для проверки усилия скатывания. Тест выполняется при следующих условиях:

• зажигание включено, двигатель не запущен;
• передние колеса неподвижны;
• задние колеса крутятся на постоянной скорости 2,5–9 км/ч минимум 5 секунд.

Активация режима ТО определяется по загоранию предупреждающей лампы EPB. При нажатии кнопки парковочного тормоза модуль EPB дает нагрузку на накладки. Если клавишу парковочного тормоза поднять 4 раза, то усилие на колодках возрастет в 4 раза.

Коды ошибок:

C2005-09 – правый активатор – неисправность компонента. Правый электронный активатор неправильно установлен или внутренняя неисправность активатора. Скорее всего, проблема в проводке, вероятно коррозия коннектора.

U2002-13 – выключатель – разрыв цепи. Цепь выключателя электронного тормоза парковки, разрыв цепи, отключен разъем, внутренняя неисправность выключателя.

C2007-01 – правый мотор – электрическая неисправность. Правый активатор тормоза неисправен, проблема выводов 12 и 27 на модуле парковочного тормоза, выводов 1 и 2 на активаторе, проблема цепи, внутренняя неисправность модуля.