همه چیز درباره سیستم فرمان خودرو و انواع آن
فروش خودرو، با پیشرفت تکنولوژی بسیاری از سیستم های به کار رفته در خودرو متحول و ارتقاء پیدا کرده است یکی از سیستم هایی که دستخوش این تحول شد سیستم فرمان خودرو بوده که بسیاری از ما عنوان فرمان برقی را شنیده ایم و سوال برایمان ایجاد شده که منظور از فرمان برقی چیست؟، لذا بر آن شدیم تا به شرح این سیستم و انواع سیستم های فرمان بپردازیم.سیستم فرمان خودرو مدل های گوناگونی دارد، که می توان به سيستم فرمان مكانيكي(دنده شانه اي و پينيون)، هيدروليكي والكتريكياشاره کرد.
سیستم فرمان مکانیکی
در سیستم فرمان مکانیکی که همان سیستم دنده شانه اي و پينيون است که در آن پنیون حرکت دورانی و دنده شانه ای حركت خطي انجام مي دهدکه در این حالت پنیون حركت دوراني غربيلك فرمان را به دنده شانه اي منتقل مي كند و دنده شانه اي نيز حركت خطي را از طريق مفصل ها به چرخ هاي خودرو انتقال مي دهد.
سیستم فرمان هیدرولیکی
براي تسهيل در چرخش فرمان و به تبع آن كاهش خستگي راننده و همچنين افزايش ايمني، سيستم هيدروليكي ابداع شده است.سيستم هيدروليكي فرمان براي ايفاي نقش خود از موتور خودرو استفاده مي كند بنابراين از بازده آن اندكي مي كاهد همچنين مصرف انرژي بيشتر را در پي دارد. علاوه بر آن، سيستم هيدروليك به صورت مركز آزاد عمل مي كند يعني حتي وقتي خودرو به صورت مستقيم در حال حركت است و هيچ انحرافي ندارد باز هم به عملكرد خود ادامه مي دهد.
اين موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سيستم هاي بهتر و مفيدتري بگردند و آنها را جايگزين سيستم هيدروليكي كنند يا سيستم هيدروليكي را بهبود بخشند.يكي از سيستم هاي ارائه شده در سال هاي اخير، فرمان الكتروهيدروليكي(EHPS) است كه در آن به جاي استفاده از موتور خودرو، يك موتور الكتريكي به پمپ هيدروليك اضافه مي شود و در نتيجه فرمان از موتور خودرو مستقل مي شود.
در اين نوع فرمان هر چند مستقل بودن از موتور خودرو تحقق يافته ولي مشكل دائمي بودن عملكرد سيستم هيدروليكي يعني حالت مركز آزاد هنوز پا بر جاست.به عبارت ديگر بايد وضعيتي را تدارك ديد كه سيستم تنها وقتي چرخشي به فرمان وارد مي شود عمل كند، نه هميشه.
خودروها فرمان الكتريكي(EPS)
اين نوع فرمان مشابه نوع هيدروليكي عمل مي كند ولي از لحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با توجه به مزاياي متعدد خودروهاي فرمان برقي در قياس با خودروهاي داراي فرمان هاي هيدروليكي و مكانيكي، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روي آورده اند تا جايي كه در سال 2007 بيش از 60درصد خودروهايي كه در اروپا به فروش رفته اند، سيستم فرمان برقي داشته اند.
مزایای فرمان برقی
از مزاياي سيستم را الكتريكي مي توان به افزايش سرعت، عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان پذيري آسانتر به خصوص هنگام پارك خودرو مي شود و با توجه به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل ميكند. از مزاياي سيستم فرمان برقي نسبت به فرمان هيدروليك مي توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود 5درصد) و تقويت فرمان در سرعت هاي پايين و كاهش قدرت فرمان در سرعت هاي بالا را نام برد. در سيستم فرمان برقي تنها زماني كه فرمان مي چرخد انرژي مصرف ميشود؛ در حالي كه در سيستم فرمان هيدروليك، پمپ هيدروليك صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار ميكند و حدود 5 اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبي و پمپاژ دائمي روغن هيدروليك در مدار مي شود. ماكزيمم قدرت فرمان هيدروليك در سرعتهاي بالاست كه بيشترين دبي توسط پمپ توليد مي شود؛ درحالي كه در سرعتهاي بالا كمترين نيرو براي چرخش فرمان مورد نياز است. وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به علت حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و ... حدود 4 تا 6 كيلوگرم كمتر از خودروي مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است همچنين حذف روغن هيدروليك و غير قابل چرخش بودن اين روغن باعث كاهش اثرات مخرب زيست محيطي آن مي شود و مشكلات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است.
اجزاي اصلي سيستم فرمان برقي خودرو شامل موتور الكتريكي با جريان مستقيم(DC)، كنترل يونيت، ميله پيچشي و حسگر گشتاور است كه در ادامه به نحوه عملكرد اين سيستم مي پردازيم.
انواع سيستم هاي EPS با توجه به محل قرار گرفتن موتورالكتريكي تعريف ميشوند. موتور الكتريكي روي محور فرمان، پينيون، رك و يا به صورت تركيبي با پمپ هيدروليك قرار دارد. معمولا در مدلهاي جديد از نوع فرمان برقي با نصب موتور الكتريكي رويمحور فرمان به جاي نصب روي جعبه فرمان استفاده ميكنند.
در سيستم فرمان برقي ميله پيچشي به محور فرمان متصل است و از طريق حسگر گشتاور متصل به ميله پيچشي، مقدار گشتاور مقاومي كه بر اثر چرخش فرمان بين چرخ هي خودرو و نيروي پيچشي فرمان اعمال ميشود، اندازه گيري مي گردد و براساس آن به سيگنال الكتريكي تبديل و به ECU ارسال ميشود. ECU هم براساس دادههاي ارسالي از حسگر گشتاور و سرعت خودرو، مقدار نيروي اعمالي لازم به موتور الكتريكي DC را تعيين ميكند.
ميله پيچشي جزئي از محور فرمان است و هنگام فرمان گيري از خودرو تحت دو گشتاور، يكي گشتاور ورودي از طرف غربيلك و ديگري گشتاور عكس العملي وارده از سمت تاير قرار مي گيرد. دو حسگر براي اندازه گيري مقدار نيروي پيچشي و تبديل آن به سيگنال الكتريكي و خروجي ولتاژ (متناسب با مقدار پيچش) وجود دارد. هر حسگر به صورت coil در شكل نشان داده شده است. بر اثر چرخش رينگ هاي متصل به شفت، القاي مغناطيسي دركويل ها ايجاد و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود كه در شرايط بدون اعمال گشتاور ولتاژ 2.5 ولت را توليد مي كند. وقتي پيچش اتفاق نمي افتد ميزان اختلاف ولتاژ خروجي حسگرها صفر و محدوده ولتاژ خروجي مجموعه دو حسگر صفر تا 5 ولت است. مطابق شكل وقتي فرمان به سمت چپ يا راست مي پيچد همزمان در يك حسگر ولتاژ خروجي افزايش مي يابد و در حسگر ديگر كاهش ولتاژ خروجي اتفاق مي افتد. هر چه اختلاف بين خروجي ولتاژ حسگرها بيشتر باشد نيروي اعمالي بيشتري در موتور الكتريكي توليد مي شود و در صورت معكوس شدن ولتاژ جهت چرخش موتور الكتريكي تغيير مي كند.ECU براساس سيگنالهاي مختلفي كه از حسگرهاي گشتاور و سرعت دريافت مي كند و با لحاظ وضعيت خودرو در آن لحظه مقدار دور لازم براي چرخش را به موتور الكتريكي ارسال مي كند و موتور الكتريكي DC توسط يك چرخ دنده گشتاور موتور الكتريكي را به محور فرمان انتقال مي دهداين سيستم كه مكانيزم كاهش نام دارد نيروي اعمالي موتور را به پينيون شفت انتقال مي دهد. اين مكانيزم شامل يك چرخ دنده مارپيچي و يا حلقوي است كه ارتباط بين پينيون محور فرمان و پينيون چرخ دنده اي متصل به شفت موتور را برقرار و نيروي موتور را به پينيون شفت منتقل مي كند. به اين ترتيب پينيون شفت به چرخش در مي آيد تا گشتاور مقاوم ايجاد شده در ميله پيچشي به صفر برسد.
ECUداراي سه مد عملياتي است:1- مد كنترلي نرمال: زماني كه فرمان به چپ و راست مي پيچد و نيروي كمكي با توجه به ميزان گشتاور ورودي در حسگر گشتاور اعمال مي شود. 2- مد كنترلي بازگشت: زماني كه فرمان به طور كامل پيچيده است نيروي كمكي در جهت برگشت ايجاد مي كند. 3- مد كنترلي ميراكننده: سرعت خودرو را با هدف بهبود احساس سواري و جذب تنش هاي وارده از جاده به چرخ ها تغيير مي دهد.
