آپدیت 23 /1402/10
سیستم فرمان خودرو | بخش دوم
سیستم فرمان خودرو، یکی از سیستمهای مهم در خودرو است. در این مقاله به بررسی وظیفه و انواع دستهبندی سیستمهای فرمان در خودرو های سواری پرداخته خواهد شد. سطح مقاله مقدماتی است؛ بنابراین تمامی علاقهمندان به حوزه خودرو اعم از هنرجویان، دانشجویان، تعمیرکاران و… میتوانند آن را مطالعه کنند.
دوره آموزش گیربکس اتوماتیک هیوندای و کیا در دانشگاه صنعتی شریف
وظیفه سیستم فرمان
بهصورت کلی وظیفه کنترل جهت خودرو در حرکت را بر عهده دارد. بهصورت کلی سیستم فرمان نیروی دست راننده با ضریب تقویت حدود 1 به 20 یا کمی بیشتر از غربیلک فرمان به چرخها منتقل میگردد به عبارت ساده نیروی دست راننده 20 برابر شده و جابجایی آن یک بیستم میگردد. به منظور سهولت در فرمان دهی و از بین بردن تاخیر در فرماندهی، امروزه کمتر از سیستم فرمان مکانیکی استفاده میگردد و سیستمهای کمکی فرمان شامل سیستمهای هیدرولیکی، الکتروهیدرولیکی و برقی نیروی دست راننده را تقویت میکنند
انواع سیستم فرمان خودرو
به روشهای مختلف میتواند سیستمهای فرمان را بررسی کرد. در این مقاله فقط از دید ساختار کلی سیستم فرمان مورد بررسی قرار میگیرد. شکل 1 این دسته بندی را نشان میدهد.
شکل 1- انواع روش دسته بندی سیستم فرمان
از دید مکانیزم جعبهفرمان
همانطور که در شکل مشاهده میشود انواع مختلفی جعبه انتقال قدرت برای سیستم فرمان استفاده میشود. شکل 2 این سیستمها را نشان میدهد.
شکل 2- برخی از انواع مکانیزم جعبهفرمان
معروفترین مدل در این گروه نوع راک و پینیون (rack and pinion) است. این مدل در سیستمهای فرمان پر قدرت نیز استفاده میشود. در مورد نحوه عملکرد سایر مکانیزمها در مقالههای مجزا مطالبی ارائه خواهد شد.
از دید محرک
بر اساس شکل 1 جعبه فرمانها یا بدون محرک کمکی هستند که به آنها جعبه فرمانهای ساده، مکانیکی و یا دستی میگویند و یا اینکه از یک سیستم کمکی برای افزایش قدرت استفاده میکنند که به آنها فرمانهای پر قدرت یا فرمان با قدرت کمکی میگویند.
سیستم فرمان مکانیکی یا دستی
در این سیستم فرمان خودرو نیروی دست راننده از طریق غربیلک فرمان، جعبهفرمان و مکانیزم فرمان افزایشیافته و مقدار افزایش آن باتوجهبه نوع خودرو بین 15 تا 30 برابر بوده و به چرخها منتقل میشود در این صورت جابجایی چرخها نیز نسبت به جابجایی دست راننده یک بر سی تا یک بر پانزده میباشد. در این وضعیت هیچ نیرویی به دست راننده کمک نمیکند. تقریباً تمام خودرو های قدیمی از این سیستم فرمان استفاده میکردند. خودروهای پیکان، پراید، نیسان وانت و… مورد استفاده گرفته است. این سیستم فرمان خود مدلهای بسیار زیادی دارد با توجه به اینکه امروزه از این سیستمها دیگر استفاده نمیشود.
سیستم فرمان پر قدرت یا باقدرت کمکی
این سیستمها خود به سه دسته کلی تقسیمبندی میشوند. شکل 3 این دسته بندی را نشان میدهد.
شکل 3- انواع سیستمهای پر قدرت
سیستم فرمان هیدرولیکی Hydrulic power steering system
اولین سیستم و معروفترین سیستم فرمان با نیروی کمکی، سیستم فرمان هیدرولیکی است. شکل 4 این نوع سیستم را نشان میدهد.
شکل 4- ساختمان کلی سیستم فرمان هیدرولیکی
همانطور که اشاره شده بود بسیاری از خودرو ها بین دهه 1980 تا 2010 از این سیستم فرمان استفاده میکردندند. سيستم فرمان هيدروليكی در خودروهاي پژو ،تندر 90 ، زانتيا، هيوندای ( ورنا ،آوانته و…) و … مورد استفاده قرار گرفته است . در شکل 4 مشاهده میشود این سیستم فرمان از یک پمپ هیدرولیکی که قدرت خود را بوسیله تسمه از موتور میگیرد استفاده میکند. در صورتی که علاقه مند به این سیستم هستید میتوانید به مقاله های تخصصی که این سیستم و اجزا ان را ( جعبهفرمان – پمپ هیدرولیک فرمان – شیر فرمان – مایع هیدرولیک فرمان معرفی کرده است مراجعه کنید.
در سیستم فرمان هیدرولیکی تعداد قطعات زیاد بوده و به دلیل استفاده از روغن هیدرولیک و سیستم هیدرولیکی علاوه بر وزن زیاد آن، تمیزی آن نیز کم است. باید توجه داشت که در سرعتهای زیاد به جهت تغییر مسیر خودرو، تغییر زاویهای در حدود چند درجه برای چرخها کفایت میکند و ازآنجاییکه در هنگام حرکت، بار چرخهای جلو نیز اندکی کم میشود، گشتاور موردنیاز جهت تغییر زاویه چرخها کم است.
ازاینرو در اینگونه موارد، نیاز مبرم به سیستم هیدرولیک نیست؛ ولی در تمامی شرایطی که سرعت خودرو زیاد بوده و نیازی به استفاده از سیستم هیدرولیک نمیباشد، پمپ هیدرولیک همچنان در حال کار است و این موضوع باعث تلفشدن مقداری از انرژی موتور، افزایش مصرف سوخت و مستهلک شدن قطعات پمپ هیدرولیک میگردد، لذا با استفاده از سیستمهای فرمان الکتروهیدرولیکی و الکتریکی علاوه بر ازبینرفتن عیوب فوق، میتوان بهراحتی پارامترهای مهم دیگر (مانند سرعت خودرو و غیره) نیز در فرایند فرمان دهی خودرو لحاظ نمود تا منجر به پایداری مطلوبتر خودرو بهخصوص در سرعتهای بالا گردد.
سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی |Electro-hydraulic power – assisted
در این صورت سیستم هیدرولیک فقط در فرمانهای با چرخش زیاد فعال میشود و پمپ هیدرولیک نیز نیروی خود را از موتور الکتریکی دریافت میکند؛ بنابراین در زوایای کوچک فرمان و در هنگام عدم فرمان دهی، موتور الکتریکی خاموش بوده و پمپ هیدرولیک نیز عملنکرده و در این حالتها انرژی توسط سیستم فرمان خودرو مصرف نمیشود. (شکل 5 )
شکل 5- سیستم فرمان از نوع هیدرو الکتریکی
بسیاری از خودرو های تولیدی بین سال 2000 تا 2020 مانند رنو مدل مگان و مزدا 3، از سیستم الکتروهیدرولیکی استفاده میکردند.
سیستم فرمان برقی خودرو (الکتریکی)
در این حالت یک موتور الکتریکی به پینیون جعبهفرمان شانهای وصل است و سیستم هیدرولیک، به طور کامل حذف میشود. در این صورت در هنگام فرمان دهی با زوایای زیاد موتور الکتریکی روشن شده و به دست راننده کمک میکند و در سایر اوقات خاموش بوده و از به هدررفتن انرژی موتور و افزایش مصرف سوخت جلوگیری میکند.(شکل 6)
شکل 6- دو نوع سیستم فرمان از نوع الکتریکی
همانطور که در شکل مشاهده میشود محل قرارگرفتن پمپ میتواند رو ستون فرمان و یا جعبهفرمان نصب شود.
لازم به ذکر است که در سیستمهای فرمان خودرو هیدرولیکی و الکتریکی میتوان از الگوریتمهای پیچیدهتری در جهت کنترل حرکت خودرو استفاده نمود، بهنحویکه تأثیر سرعت خودرو، دور موتور بار روی چرخهای جلو، شعاع انحنای پیچ و غیره نیز مدنظر قرار گیرد .
در برخی خودروها از سیستمهای چهارچرخ فرمان ده، استفاده میشود. در این صورت در سرعتهای کم و زوایای فرمان زیاد (مانند دورزدن) چرخهای عقب و جلو برعکس هم دوران کرده و بنابراین شعاع دایره گردش خودرو کاهشیافته و خودرو بهراحتی دور میزند، درحالیکه در سرعتهای زیاد و زوایای فرمان کم چرخهای عقب و جلو در جهت یکدیگر دوران کرده و از فرمانپذیری ناگهانی خودرو جلوگیری نموده و باعث فرمانپذیری ملایم و تدریج خودرو شده و ازاینرو باعث پایداری خودرو میگردد.
نکته: نسل آخر سیستم فرمان تمام الکتریکی، با نام steer by wire شناخته میشود و عملاً ارتباط مکانیکی بین غربیلک فرمان و جعبهفرمان کاملاً حذف شده است. (شکل 6)
شکل 7-سیستم فرمان برقی از نوع steer by wire
در این مقاله انواع سیستمهای فرمان معرفی شدند. در مقالههای دیگر انواع و اجزا و آثار خرابی و روش عیبیابی هر یک از این سیستمها معرفی خواهد شد.
نویسنده : مهندس بهروز خطیبی