–132

دانشگاه علمی کاربردی
واحد ملایر
عنوان:
سیستم فرمان خودرو
استاد
حامد لبافی
نگارش:
میلاد احمدی
مهدی فرهاد توسکی
بهار 1394
فهرست مطالبعنوان شماره صفحه
TOC o “1-3″ h z u
فصل اول PAGEREF _Toc423163666 h 1مقدمه PAGEREF _Toc423163668 h 2فرمان الکتریکی(EPS) PAGEREF _Toc423163669 h 3محل نصب EPS : PAGEREF _Toc423163670 h 4الف- نصب بر روی ستون فرمان: PAGEREF _Toc423163671 h 4ب- نصب بر روی پینیون: PAGEREF _Toc423163672 h 4ج- نصب بر روی دنده شانه ای: PAGEREF _Toc423163673 h 4چگونگی کارکرد فرمان برقی PAGEREF _Toc423163674 h 6جعبه فرمان : PAGEREF _Toc423163675 h 7موتور DC : PAGEREF _Toc423163676 h 7مکانیزم تقلیل : PAGEREF _Toc423163677 h 7سنسور TORQUE : PAGEREF _Toc423163678 h 7کنترل یونیت EPS PAGEREF _Toc423163679 h 8تعویض قطعات برای فرمان پرقدرت برقی PAGEREF _Toc423163680 h 9سیستم فرمان (steering sys–) PAGEREF _Toc423163681 h 10فصل دوم PAGEREF _Toc423163682 h 11مقدمه ای بر سیستم فرمان PAGEREF _Toc423163684 h 12فرمانهای الکتریکی (EPS) PAGEREF _Toc423163685 h 14شکل (2-4) سیستم  EPS PAGEREF _Toc423163686 h 17محل نصب  :EPS PAGEREF _Toc423163687 h 17مزیای فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیکی PAGEREF _Toc423163688 h 19فصل سوم PAGEREF _Toc423163689 h 23هدف از سیستم فرمان PAGEREF _Toc423163691 h 24اجزای سیستم فرمان PAGEREF _Toc423163692 h 26جعبه فرمان ساچمه ای PAGEREF _Toc423163693 h 26جعبه فرمان اره ای PAGEREF _Toc423163694 h 29فصل چهارم PAGEREF _Toc423163695 h 31نحوه کار فرمان خودرو PAGEREF _Toc423163697 h 32دور زدن با خودرو PAGEREF _Toc423163698 h 33سیستم فرمان چرخ و میله دنده PAGEREF _Toc423163699 h 34چرخ و میله دندانه برقی PAGEREF _Toc423163700 h 36فرمان ساچمه ی چرخان (Recirculating Ball) PAGEREF _Toc423163701 h 37نحوه کارکرد فرمان خودرو PAGEREF _Toc423163702 h 39فرمان های برقی PAGEREF _Toc423163703 h 39پمپ PAGEREF _Toc423163704 h 40دریچه دوار PAGEREF _Toc423163705 h 41فرمان برقی در آینده PAGEREF _Toc423163706 h 43عملکرد سیستم PAGEREF _Toc423163707 h 44مزایای فرمان هیدرولیک نسبت به فرمان معمولی PAGEREF _Toc423163708 h 45منابع PAGEREF _Toc423163709 h 48
فهرست اشکال
عنوان شماره صفحه
شکل (1-1) تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی در سیستم فرمان10
شکل (2-1) اجزای مکانیکی فرمان12
شکل (2-2) سیستم هیدرولیکی14
شکل (2-3) اجزا وقسمت های مختلف یک فرمان هیدرولیکی16
شکل (2-4) سیستم  EPS17
شکل (3-1) انواع سیستم فرمان25
شکل (3-2) جعبه فرمان ساچمه ای دستی30
شکل (3-3) جعبه فرمان اره ای دستی32
(4-1) فرمان خودرو33
(4-2) نحوه اتصال چرخ ها34
شکل (4-3)  سیستم فرمان چرخ و میله دنده36
شکل (4-4) چرخ و میله دندانه برقی37
شکل (4-5) فرمان ساچمه ی چرخان39
شکل (4-6)  نحوه کارکرد فرمان خودرو40
شکل (4-7) نمایی از پمپ41
شکل (4-8) دریچه دوار43

فصل اولمقدمه ای بر سیستم فرمان
مقدمهامروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است.یکی از این صنایع و اجزای وابسته،قسمت فرمان خودرو است که وظیفه ی خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود.
برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان استفاده می شود.لذا مجموعه ی تشکیل دهنده ی این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد.معمول ترین این سیستم ها،سیستم دنده شانه ای و پینیون است،به طوری که پینیون حرکت دورانی داشته و دنده شانه ای حرکت خطی انجام می دهد.در این حال پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای انتقال داده،دنده شانه ای نیزحرکت خطی را از طریق مفصل ها به چرخ های خودرو انتقال می دهد.
پیشرفت علم در فرمان خودرو
امروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است.یکی از این صنایع و اجزای وابسته،قسمت فرمان خودرو است که وظیفه ی خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود.
دراین نوع فرمان،هر چند مسئله ی مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد هنوز پابر جاست.
به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شودسیستم عمل کند،نه همه ی زمان ها.
فرمان الکتریکی(EPS)این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است.
این سیستم در اواسط دهه ی 1970 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید.
اولین بار توسط شرکت HONDA در اتومبیل های رالی NSX مورد استفاده قرار گرفت.در این نوع فرمان مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است، یعنی سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری موجود باشد.فرمان الکتریکی از سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی اضافه می شود:
سنسور گشتاور
موتور با جریان مستقیم DC
واحد کنترل الکتریکی ECU
سه قسمت یاد شده می توانند در یک محفظه و یا جداگانه قرار گیرند.
طرز کار:
سیستم EPS به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور گشتاور،گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده،آن را به صورت سیگنال یا سیگنال هایی به قسمت میکروکنترولر(ECU) ارسال می کند.میکروکنترلر علاوه بر این سیگنال،سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافت می کند،آن گاه این دو را پردازش نموده، دستورالعمل لازم را به قسمت موتورDC اعمال می نماید تا به صورت کمکی، سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد.
بنابراین دستورالعمل های ECU به موتور DC تابعی از خروجی سنسور و سرعت خودرو است.
این یعنی سرعت خودرو در عملکرد EPS موثر بوده و این به منظور ایمنی بیشتر خودرو است.یعنی بیشترین عملکرد EPS در سرعت های پایین و کمترین عملکرد آن در سرعت های بالای خودروست.
محل نصب EPS :فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می تواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود.
الف- نصب بر روی ستون فرمان:در این روش مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه مستقر شده و بر روی ستون فرمان نصب می شود.بنابراین عملکرد کمکی فرمان ESP به ستون فرمان اعمال می گردد.این روش در خودروهای کوچک،مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی به ویژه در ترافیک های سنگین و پارک نمودن خودرو محسوب می شود،به کار می رود.ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند.
ب- نصب بر روی پینیون:در این روش نیز مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی بر روی پینیون نصب می شوند.
این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب بوده،جایی که راننده ی این نوع خودروها در راحت ترین حالت می تواند خودرو را هدایت کند.
ج- نصب بر روی دنده شانه ای:در این روش هر سه قسمت ESP یعنی سنسور،موتور DC و ECU جدا از هم برروی جعبه فرمان نصب می شوند.
به این صورت که موتور DC و ECU به طور جداگانه بر روی دنده شانه ای قرار گرفته وسنسورها نیز روی پینیون مستقر می شوند.زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسورها بتوانند آن را حس کنند.
این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است.جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود.بنابراین نیروی کمکی به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای وارد می گردد.
فرمان (EPS ) امروزه جایگزین فرمان هیدرولیک ،در تعداد زیادی از خودروهای جدید است.یکی از مزیتهای EPS حذف شدن پمپ هیدرولیک فرمان است که از8تا10اسب بخار از قدرت موتور رامصرف می کند.همچنین حذف شدن مایع هیدرولیک ،شیلنگها،نشتیهای آن ونیز نیاز به چک کردن آنها از مزیتهای این سیستم می باشد.این سیستم همچنین آرامتر از فرمان هیدرولیک کار می کند0زیرا نه صدای پمپ وجود دارد ونه مایع در داخل شیلنگها وسوپاپها،اما برجسته ترین تفاوت در فرمان پذیری ومنظم بودن فرمان آن است.
فرمان (EPS ) حتی هنگامی که موتور خاموش باشد نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند. همچنین این سیستم در مصرف سوخت نیز صرفه جویی می کند زیرا وزن کمی دارد وموتور DC آن فقط هنگامی که نیاز باشد به ما کمک می کند.(هنگام پیچیدن فرمان )0 سیستم (EPS ) به وسیله یک موتور12ولت کار می کند وبه موتور خودروبرای منبع انرژی وابسته نیست. بنابراین حساسیت فرمان حتی هنگامی که موتور خاموش است تحت تاثیر قرار نمی گیرد.
سیستم فرمان برقی بااندازه گیری های بسیار دقیق تنظیم می شود که تطبیق یافتن آن برای کنترلهای هیدرولیکی سخت می باشداین سیستم بوسیله بازبینی ورودی های غربیلک فرمان ،سرعت خودرو ودیگر عاملهای دینامیکی می تواند یک حرکت مستقیم برای خودرو مهیا کند. EPS می تواند نیروی زیادی هنگامی که شما احتیاج دارید فراهم کند ( سرعت کم ) همچنین هنگامی که نیاز نداریم از توانایی فرمان می کاهد( سرعت زیاد ) .
در عین حال چون با سیستم نرم افزاری هدایت می شود دقت فرمان و اعتدال آن و حساس بودن آنرا بالا می برد.
سیستم فرمان پر قدرت برقی (EPS ) اولین بار روی خودروی Acura NSX ( از اولین خودروهای تولیدی با این مشخصه ) Honda S2000 ، Toyota Prius و Toyota RAV4 به اضافه تعداد زیادی از مدلهای GM بین 2004 تا 2009 و شورلت ، پونتیاک از 2002 تا 2009 و غیره ، استفاده شد .
چگونگی کارکرد فرمان برقی
اگر چه برخی از سیستم های قدیمی فرمان برقی عملا” الکتروهیدرولیک بودند به طوری که از یک الکتروموتور برای به حرکت در آوردن پمپ هیدرولیک استفاده می شد اما نسل جدید فرمان های برقی (EPS ) بطور کلی الکتریکی و الکترونیکی است ، جعبه فرمان از یک میل دندانه دار و یک موتور الکتریکی که روی میل فرمان یا میل دندانه دار بسته شده است ، تشکیل شده است . هنگامی که راننده غربیلک را به حرکت در می آورد سنسورهای فرمان چگونگی و سرعت چرخش غربیلک را بدست می آورد این اطلاعات همراه با شکل های ورودی از سنسور گشتاور پیچشی ( TORQUE ) بسته شده روی شفت فرمان ، کنترل یونیت سیستم فرمان را تغذیه می کند ، دیگر ورودی ها مثل سرعت خودرو و کنترل کشش ( TRACTION ) یا سیستم کنترل پایداری خودرو( ESP ) برای تصمیم گیری مقدار کمک مورد نیاز و چگونگی فرمان ملاک هستند ، سپس کنترل یونیت برای چرخش به مقدار صحیح به موتور فرمان می دهد وسنسور روی موتور از میزان چرخش موتور به کنترل یونیت فیدبک می دهد . پس کنترل یونیت موقعیت موتور را نیز مورد نظارت قرار می دهد.
اجزاء تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی (EPS ) : 
جعبه فرمان :هنگامی که غربیلک فرمان به چرخش در می آید گشتاور فرستاده شده پینیون موجب می شود که شفت ورودی به چرخش در آید . میل پیچشی که به شفت ورودی متصل است و پینیون می چرخند تا اینکه گشتاور و نیروی متقابل آن مساوی شوند . سنسور گشتاور پیچش میل پیچشی را حس کرده و گشتاور به کار رفته در آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند . 
موتور DC : 
این موتورنیروی لازم برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند و برای انتقال گشتاور تولیدی موتور به شفت اصلی از یک دنده مارپیچ استفاده می کند .
مکانیزم تقلیل : 
این مکانیزم نیروی کمکی موتور برقی را به شفت پینیون انتقال می دهد . این مکانیزم از یک حلقه دندانه دار که با شفت پینیون به حرکت در می آید و دنده پینیون که با شفت موتور یکی می شود ، تشکیل شده است . نیروی کمکی موتور توسط مکانیزم تقلیل به شفت پینیون انتقال داده می شود و نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را فراهم می کند .
سنسور TORQUE : 
این سنسور پیچش میل پیچشی را حس کرده و گشتاور به کار برده شده به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. کنترل یونیت فرمان برقی از این سیگنالها استفاده می کند و نیروی کمکی که موتور DC باید فراهم کند را محاسبه می کند .
کنترل یونیت EPS 
این کنترل یونیت سیگنالها رااز سنسورهای مختلف دریافت میکند وحا لت جاری خودرورا تشخیص داده واندازه جریانی راکه باید در موتور DC بکاررفته شود راتعیین می کند.اگر ECU درکارکرد سیستم خطایی پیدا کند یک چراغ خطر آن رابه راننده هشدارمی دهد. ECUخطاهاراذخیره می کند و سیستم EPSاز مدار خارج میشود.اما خودرو هنوز قابلیت هدایت معمولی را دارا می باشد. 
سیستم EPS شرکت جنرال موتور وچند نمونه از مدهای کارکردی آن:
NORMAL MODE : کمک کردن به فرمان در جهت های چپ وراست در پاسخ به ورودی ها وسرعت خودرو
RETURN MODE: کمک که برگشت فرمان بعد از اتمام یک چرخش و فیدبک از سنسور موقعیت فرمان برای OVER SHOOT نشدن سیستم EPS از موقعیت وسط.
DAMPER CONTROL MODE: اصلاح نمودن حساسیت های جاده ومستهلک نمودن ضربه به طور مثال در سرعت های بالا.
PROTECTION MODE : حفاظت از بخشهای الکتریکی در مقابل دمای زیاد وشدت جریان بالا،اگر فرمان یکباره دریک سمت رانده شود وهمچنین اگر در موقعیت قفل به مدت طولانی باقی بماند.راندن ناگهانی فرمان به یک سمت موجب می شود مدول کنترل فرمان دستور دهد بالاترین مقدار جریان به موتور برسد سپس اگر غربیلک فرمان در یک پریود زمانی طولانی در آن موقعیت نگه داشته شود سیستم وارد مد حفاظتی می شود بنابراین موتور بیش از حد گرم نمی شود.
دراین مد PSCM(مدول کنترل فرمان پرقدرت ) اندازه جریان ارسالی به موتور را محدود می کند واز کمک کردن به فرمان کم می کند.(فرمان سفت تر می شود ).
اگردمای سیستم بالا رود و مد حفاظت بار اضافی فعال شود یک کد خطای ( DTC C0176 خطای دمای بالای سیستم ) در حافظه قرار میگیرد. همچنین در برخی مدلها ممکن است خطای DTC C0476 (عملکرد/ارزیابی مدار موتور فرمان برقی)قرار گیرد.این DTCها نشان دهنده نرمال بودن کارکرد PSCM (سفت شدن فرمان ) برای جلو گیری از آسیب حرارتی به قسمتهای سیستم فرمان است .
به هر حال راننده درمورد نچرخانیدن و نگه داشتن غربیلک فرمان درهردوسمت وبه مدت طولانی ،نیاز به آموزش دارد.
اگر یک سنسور در قسمتهای دیگرEPS خراب شود سیستم خود عیب یاب باید خطاها رانشان داده و با روشن کردن یک چراغ اخطار راننده رامطلع کرده وEPS را از مدار خارج کند. دراین مواقع فرمان سفت شده ونیروی زیادی برای فرمان دادن نیاز می باشد.
تعویض قطعات برای فرمان پرقدرت برقی 
دریک مدل از EPS روی GM که موتور برقی روی ستون فرمان مونتاژشده موتور ومدول کنترل هر دو از قسمتهای مونتاژشده میل فرمان هستند.معمولا به عنوان یک واحد در هنگام بروز مشکل تعویض می گردند0درمدلهای دیگر (برای مثال تویوتا) موتور برقی می تواند به تنهایی تعویض شود.موتور برقی می تواند در دو محل قرار گیرد ،روی پایه ستون فرمان مثل مدل GM ویا بطور کامل روی چرخ دنده های فرمان قرار می گیرد (مانند هوندا). در مدل GM موتور به تنهایی سرویس یا مونتاژ میشود وحال انکه در نوع هوندا در صورت خرابی موتور ،نیاز به تعویض جعبه فرمان می باشد.تعویض ستون فرمان می تواند گران تمام شود،قیمتها در جاهای مختلف 600 تا1500دلار یابیشتر متغیر است (بسته به نوع آن).بنابراین عیب یابی صحیح برای جلوگیری از تعویض قطعات غیرضروری لازم می باشد.
سیستم فرمان (steering sys–)امروزه پیشرفتهای علمی و فنی در تمام  زمینه ها  تحقق  یافته  و این امر شامل  صنایع  خودرو سازی  و صنایعوابسته  نیز شده  است. یکی از این  صنایع  و اجزای وابسته ، قسمت  فرمان خودرو است که وظیفه خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام میشود. برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان استفاده میشود. لذا مجموعه ی تشکیل دهنده ی این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد. معمول ترین این سیستمهاسیستم دنده شانه ای سیستم دنده شانه ایRackوپینیون(pinion)است. بطوری که پینیون حرکت دورانی داشته و دنده شانه ای حرکت خطی انجام می دهد. در این حال  پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای  انتقال داده ، دنده  شانه ای نیز حرکت خطی را از طریق مفصلها به چرخهای خودرو انتقال میدهد. نحوه تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی در سیستم فرمان (Rack & Pinion) است . در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل (1-1) تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی در سیستم فرمان
فصل دومسیر تکامل سیستم فرمان
مقدمه ای بر سیستم فرمان
یکی ازپارامتر های موثر در انتخاب نوع خودرو در کشورهای توسعه  یافته، راحتی  چرخش غربیلک فرمان آن خودرو میباشد . این موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشته است که جهت تسهیل در چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی با فراهم کردن کنترل بهتر در جاده های خشن، یک سیستم هیدرولکی به قسمت مکانیکی اضافه نمایند .
معمولا این سیستم جانبی به صورت کمکی(Assisted) عمل میکند. یعنی وظیفه ی اصلی به  عهده ی قسمت مکانیکی است.

شکل (2-1) اجزای مکانیکی فرمان
 معمولا اجزاء زیر به قسمت مکانیکی فرمان اضافه میشود تا هیدرولیکی گردد: 
1. پمپ هیدرولیک با مخزن روغن و چرخ تسمه (Pulley) 
شیرهای کنترل (Valve)                              
لوله های رابط (Tube) 
سیلندر (Cylinder)         
تسمه (Belt)
 یستم  هیدرولیکی  فرمان جهت  ایفای  نقش از موتور خودرو استفاده می کند . بنابر این از بازده موتور کمی می کاهد ، همچنین مصرف انرژی  بیشتری را باعث می گردد. علاوه بر آن ، سیستم هیدرولیک  بصورت  مرکز آزاد  (Open – Center) عمل می کند . یعنی حتی در زمانهایی که خودرو بصورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی  انجام  نمی دهد ، باز هم این سیستم عمل می کند. این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سیستمهای بهتر ومفید تری گشته ، یا آنها را جایگزن هیدرولیکی نمایند یا سیستم هیدرولیکی را بهبود بخشند .
یکی از سیستمهای ارائه شده در سال های اخیر فرمان الکتروهیدرولیکی  (EHPS) است که در آن به جای استفاده از موتور خودرو یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه میشود و در نتیجه فرمان از موتور خودرو مستقل می گردد. شکل زیر یک سیستم فرمان  الکتروهیدرولیکی را نشان می دهد. در این نوع فرمان هر چند مسئله مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عمل کرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد(Open-Center) هنوز پا بر جاست.
بعبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد میشود سیستم عمل کند،نه همه ی زمانها.

شکل (2-2) سیستم هیدرولیکی
فرمانهای الکتریکی (EPS) 
این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل میکند  ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای  مزایای زیادی نسبت  به نوع  هیدرولیک است. این سیستم  دراواسط  دهه 1970  برای اولین  بار مطرح گردید اما ساخت  و کاربرد عملی  آن از  سال 1993 شروع گردید . در این فرمان مشکل دائمی عملکرد سیستم کمکی  فرمان حل شده است، یعنی  سیستم الکتریکی  زمانی عمل میکند که چرخشی در فرمان  بوجود  آید بعبارت دیگر گشتاوری موجود باشد. فرمان الکتریکی از سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است  که به سیستم فرمان مکانیکی (R&P) اضافه می شود :
1. سنسور گشتاور (Torque Sensor)
2. موتور با جریان مستقیم DC (DC Brushless Motor) 
3. واحد کنترل الکترونیکی یا  ECU (Electronic Control Unit) 
سه قسمت یاد شده میتوانند در یک محفظه (Housing) یا جداگانه قرارگیرند. تا به سیستم هیدرولیکی فرمان جهت ایفای نقش از موتور خودرو استفاده میکند . بنابر این از بازده موتور کمی می کاهد ، همچنین مصرف انرژی بیشتری را باعث می گردد.  علاوه بر آن ،  سیستم هیدرولیک بصورت مرکز آزاد ( Open – Center) عمل میکند . یعنی حتی در زمانهایی که خودرو بصورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی انجام نمی دهد ، باز هم این سیستم عمل می کند. این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت دنبال سیستمهای بهتر ومفید تری گشته ، یا آنها را جایگزن هیدرولیکی نمایند یا سیستم هیدرولیکی را بهبود بخشند .یکی از سیستمهای ارائه شده در سال های اخیر فرمان الکتروهیدرولیکی  (EPS) است که در آن به جای استفاده از موتور خودرو یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه می شودو در نتیجه فرمان از موتور خودرو مستقل می گردد. شکل زیر یک سیستم فرمان  الکترو هیدرولیکی را نشان می دهد. در این نوع فرمان هر چند مسئله مستقل بودن از موتور خودروتحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عمل کرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد (Open-Center) هنوز پا بر جاست.به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد میشود سیستم عمل کند نه همه ی زمانها.
درشکل صفحه بعد شما می توانید اجزا وقسمت های مختلف یک فرمان هیدرولیکی را ببینید.

شکل (2-3) اجزا وقسمت های مختلف یک فرمان هیدرولیکی
 طرزکار:
سیستم  EPS  به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسورگشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده، آن رابه صورت سیگنال یا سیگنالهایی  به قسمت میکروکنترلر(ESU) ارسال  میکند . میکروکنترلر علاوه بر این سیگنال ، سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافت می کند  ، آنگاه این دو را پردازش نموده ، دستور العمل لازم را به قسمت موتور  DC اعمال مینماید  تا به صورت کمکی (Assisted) سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر  قرار دهد.بنابراین دستور العملهای ECU به موتور Brushless   تابعی از خروجی سنسور و سرعت  خودرو است . این یعنی سرعت  در عملکرد EPS موثر بوده و این به منظور ایمنی بیشتر خودرو است . یعنی بیشترین عملکرد در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد آن در سرعتهای بالای خودرو است.

شکل (2-4) سیستم  EPSمحل نصب  :EPS 
فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف متواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود.
الف)- نصب بر روی ستون(Column) فرمان : در این روش مجموعه سنسورها ، موتور DC   و قسمت ECU
بطور مجتمع در یک محفظه مستقر شده وبر روی ستون فرمان (Steering- Column)  نصب می شود.  بنابراین عملکرد  کمکی   (Assisted)  فرمان  EPS  به ستون فرمان اعمال می گردد. این روش در خودروهای  کوچک ، مخصوصا خودروهای  درون  شهری  که راحتی فرمان  فاکتور مهمی به ویژه در  ترافیک های  سنگین  و پارک نمودن خودرو محسوب میشود ، بکار می رود. ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند . لازم به ذکر است که گفته شود،در حال حاضر هیچ خودروی در ایران وجود ندارد که این نوع  سیستم بر روی  آن سوار باشد ، زیرا این سیستم هنوز مشکلاتی دارد، که بر طرف نشده است. و در جهان چند شرکت معتبروجود دارد ،که از این نوع فرمانها استفاده می کنند،که در صفحات بعد به آن می پردازیم.
 ب)- نصب بر روی پینیون 
در این روش نیز مجموعه سنسورها ، موتور DC  و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه قرارگرفته ولی بر روی  پینیون نصب می شوند. این  حالت برای  خودروهای  نیمه  سنگین مناسب بوده ، جایی  که راننده این نوع خودروها در راحت ترین حالت میتوانند خودرو را هدایت کنند.
ج)- نصب بر روی دنده شانه ای: 
در این روش هر سه قسمت  EPS  یعنی سنسور ، موتور DC   و ECU  جدا از هم بر روی جعبه فرمان  نصب
میشوند . به این صورت که موتور DC و ECU بطور جدا از هم بر دنده شانه ای (Rack) قرار گرفته و سنسور-
ها نیز روی پینیون مستقر می شوند . زیرا روی دنده شانها  گشتاوری وجود ندارد که سنسورها بتوانند آن را حس نمایند. این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است . جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانها اعمال شود.بنا براین نیروی کمکی ( Assisted) بطور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای Rack)) وارد میگردد.
مزیای فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیکی
1.       حذف پمپ هیدرولیک (pump) وچرخ( pulley) 
2.       حذف شیرهای کنترل(valve) و لوله های رابط
3.       حذف تسمه ما بین پمپ هیدرولیک وموتور اتومبیل(belt) 
4.       حذف جک هیدرولیک(jack hydraulic) و روغن هیدرولیک
5.       وزن کم نسبت به هیدرولیکی
6.       تغییرات کمتردر قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک
7.       عدم کمک (Assist) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الکتریکی ،به عبارت دیگر زمانی که انحرافی در فرمان داده شود ،قسمت الکتریکی  وارد عمل میگردد. 
8 – فرمان الکتریکی به صورت Fail Safe است. چنانچه قسمت الکتریکی به دلایلی از کار افتد، قسمت مکانیکی فرمان میتواند به کار ادامه دهد.
9 – مقداری  انرژی  مصرفی در فرمان الکتریکی ، حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است. به عبارت دیگر به مقدار85% در انرژی مصرفی از لحاظ فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی میشود.
10 – کاهش حجم واندازه نسبت به هیدرولیک
11 – مستقل بودن از موتورخودرو
12 – کاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ
13 – افزایش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هیدرولیکی
14 – قابلیت ایمنی بالا در شرایط بحرانی
15 – استفاده از یک نوع  فرمان الکتریکی در چندین خودروی  متفاوت، به عبارت  دیگر یک نوع  طراحی فرمان
الکتریکی را در چندین خودروی مختلف می توان بکار برد .
(به شرطی که وزن اکسل جلوی خودروها و سیستم برق داخل آنها مشابه باشد.)
فرمان SBW (Steer By Wire)
این  نوع فرمان مدرن ترین نوع  فرمانهای حال و آینده است . در این نوع سیستم ، ستون فرمان حذف شده و هیچ رابط مکانیکی بین غربیلک و قسمت دنده شانه ای و پینیون (R , P) وجود  ندارد، این فرمان از دو آیتم الکترونیکی تشکیل شده است که به شرح زیر است :
 الف- آیتم انتقال مقدار چرخش غربیلک به قسمت پینیون : 
 این بخش شامل سنسور و زاویه ای (Angular Sensor)  میکروکنترولر (ECU)  و موتور DC  است. سنسورزاویه ای ، روی محوری که غربیلک  روی آن می چرخد ، قرار دارد و مقدار زاویه گردش فرمان را حس نموده،به میکروکنترولر انتقال می دهد. آنگاه  میکروکنترلر سیگنال لازم را به موتور DC  این آیتم که روی پینیون قراردارد ، ارسال و در نهایت به دنده شانه  ای منتقل و عمل هدایت خودرو توسط فرمان انجام میشود . ممکن است این استنباط بوجود آید که فیدبک جاده و چرخها به غربیلک و در نتیجه به راننده منتقل نمی گردد وهمچنین هیچ بازدارنده ای در میزان چرخش غربیلک  توسط راننده وجود ندارد. در حالی که این استنباط درست نبوده و بازتاب عکس العمل جاده به غربیلک (با توجه  به این که ستون فرمان وجود ندارد ) و راننده منتقل میشود.
 ب)- آیتم انتقال فیدبک (Feedback) جاده و چرخها به راننده:
 این بخش شامل سنسور گشتاور (Torque Sensor) ، میکروکنترلر و موتور DC مجزا است . سنسور گشتاورروی پینیون مستقر بوده و گشتاور بوجود آمده را حس نموده ، به میکروکنترلر انتقال میدهد .
میکروکنترلر نیز پس از پردازش  سیگنال دریافتی ، دستورالعمل لازم را به موتور DC   این آیتم که روی محور غربیلک  نصب شده است ، ارسال میکند که به غربیلک نیرو وارد نماید.در نتیجه فیدبک جاده به راننده منتقل گشته و عمل هدایت خودرو از طریق فرمان به درستی و واقعی انجام می پذیرد. لذا این نوع سیستم فرمان علاوه بر قسمت مکانیکی دنده شانه ای و پینیون ، از دو مجموعه سنسور ( یکی زاویه ای و دیگری گشتاور ) ، میکروکنترلر و موتور DC  تشکل شده است . این نوع  سیستم اگر چه به جهت  حذف ستون فرمان به ایمنی راننده در مواقع  بحرانی می انجامد اما ضریب ایمنی  بالایی را در سیستم هدایت خودرو می طلبد. زیرا سیستم  مکانیکی کامل  نبوده، عمل ستون  فرمان  توسط  یک سیگنال  الکترونیکی انجام می شود و سیگنال های الکترونیکی ضریب اطمینان بالایی را لازم دارند .
شرکتهای فعال در زمینه ی سیستم فرمان الکتریکی : 
فرمان الکتریکی از سال 1995 بتدریج برروی خودروهای سواری نصب شده و شرکتهای صاحب فن آوری این
نوع فرمان آن تحقیقات و سرمایه گذاریهای گسترده ای انجام داده اند . مهمترین آنها عبارتند از :
 شرکت Delphi : 
این ا ز سال 1999 تا پایان سال 2003 بیش از 2.5 میلیون دستگاه فرمان با تکنولوژی الکتریکی تولیدشرکت او به فروش  رسانده است . فرمانهای  تولیدی آن اکنون بر روی چهار نوع خودرو در اروپا  شامل فولکس لوپو ، فیات پاندا ، پونتو و اپل مریوا نصب و مورد استفاده قرار گرفته است . این شرکت  تولیدات خود را با اسامی،فرمانهای مخصوصی معرفی کرده است . فرمانهای الکتروهیدرولیکی با نام Magnasteer الکتریکی با نام Esteer و فرمانSBW با نام Quadra steer عرضه می شود. بعنوان مثال فرمان Esteer نصب شده روی خودرو فیات پانتو در شکل  صفحه بعد  نشان داده شده است . اکنون روزانه 50000  دستگاه از انواع  سه گانه فرمانهای یاد شده را در 10 نقطه ی دنیا تولید میکند.
 شرکت Koyo Seiko :
این شرکت در سال 2001 در حدود 2.4 میلیون دستگاه از فرمانهای الکتریکی تولید نموده است .از مهم ترقراردادهای قرار دادهای آن درسال 2003 میتوان به فروش 350000 دستگاه فرمان الکتریکی به شرکت دایملر-کرایسلر جهت نصب بر روی خودرو ا سمارت و 300000 دستگاه به شرکت جنرال موتورز اشاره نمود. پیش بینیها حاکی از آن است . که در سال 2006 در حدود 10 میلیون  دستگاه تولید و بفروش خواهد رساند
فصل سومهدف از به کارگیری سیستم فرمان
هدف از سیستم فرمانسیستم فرمان  به راننده امکان می دهد که جهت حرکت خودرو راتنظیم و کنترل کند . این کار به کمک میله بندیی انجام می شود که فلکه فرمان را بهچزخ های فرمان گیر متصل می کند . سیستم فرمان ممکن است دستی یا هیدرولیکی باشد .وقتی تنها منبع انرژی سیستم فرمان نیرویی باشد که راننده بر فلکه فرمان وارد میکند، سیستم فرمان خودرو دستی است. در سیستمن فرمان غیر دستی از یک پمپ هیدرولیک یاالکتروموتور برای کمک به نیرو راننده استفاده می شود اغلب خودروها سیستم فرمان غیردستی دارند تا بتوانند راحتر پارک کنند. – طرز کار هر دو سیستم اساسا یکی است.وقتی راننده فلکه فرمان را می چرخاند ، حرکت به جعبه فرمان منتقل می شود جعبهفرمان حرکت چرخشی فلکه فرمان را به حرکت مستقیم یا خطی تبدیل می کند . حرکت خطی ازطریق میله بندی فرمان یا میل فرمان های چپ و راست متصل به بازوهای سگدست فرمان یاشغالدست های چپ و راست عمل می کند. در نتیجه سگدست فرمان روی سیبکها ، به طرف داخلیا خارج ، حرکت می کند . این حرکت سبب پیچیدن چرخها و لاستیکها به چپ یا راست ،برای هدایت خودرو می شود .
 

شکل (3-1) انواع سیستم فرمان
 اجزای سیستم فرمان سیستم فرمان سه جزء اصلی دارد:
1. فلکه فرمان و مارپیچ فرمان که حرکت دست راننده را به جعبه فرمان انتقال می دهند 
2. جعبه فرمان که مزیت مکانیکیرا افزایش می دهد و حرکت چرخشی فلکه فرمان را به حرکت خطی تبدیل می کند .
3. میله بندی فرمان که حرکت خطی را به شغالدست ها انتقال می دهد.
 انواع جعبه فرمان در خودروها نیز از دو نوع جعبه فرمان استفاده می شود .این دو نوع جعبه فرمان عبارتند از جعبه فرمان ساچمه ای (شکل 1 الف) و جعبه فرمان اره ای(شکل 2 ب) هر دونوع جعبهفرمان می توانند دستی یا غیر دستی باشند .بعضی از خودرو های جعبه فرمان حلزونیدارند این نوع جعبه فرمان شبیه جعبه فرمان ساچمه ای است در هر دو جعبه فرمان ازهزارخاری و میله بندی فرمان متوازی الاضلاع استفاده می شود که در شکل(1 الف) نشانداده شده است. هزار خاری فرمان محور خروجی جعبه فرمان را به میله بندی فرمان متصلمی کند .
  جعبه فرمان ساچمه ایکامیونها و اتومبیل های بزرگ غالبا جعبه فرمان ساچمه ای دارند (شکل 2 ) در این نوع جعبه فرمان، سر داخلی محور خروجی یک تاج خروسی دارد . تاج خروسی قطاعی از یک چرخدنده استمحور خروجی را محور تاج خروسی یا پینتون فرمان می نامند دندانه های تاج خروسی بادندانه های شانه ای مارپیچ فرمان درگیر می شود این شانه ای روی حلزونی حرکت می کندکه به سر مارپیچ فرمان متصل است . ساچمه ها در شیارهای داخل شانه ای مارپیچ فرمانو در حلزونی می غلتند. – وقتی مارپیچ فرمان می چرخد ، حلزونی ساچمه ها را به غلتشدر شیار ها وادار می کند . ساچمه ها، در حین غلتیدن، شانه ای مارپیچ فرمان را بهحرکت به طرف بالا یا پایین حلزونی وادار می کنند . حرکت شانه ای مارپیچ فزمان سببچرخش پینتون فرمان می شود .
 

شکل (3-2) جعبه فرمان ساچمه ای دستی
در نتیجه هزار خاری فرمان (شکل 1 الف) به نوسان در می آید و میله بندی فرمان را وادار به پیچاندن چرخها می کند.- ساچمه ها تنها واسطه تماس بین حلزونی و شانه ای مارپیچ فرمان اند . در نتیجه اصطکاک کاهش می یابد در حین کار کردن فرمان ساچمه ها از یک سر شانه ای مارپیچ فرمان به سر دیگر آن می روند و باز می گردند وقتی ساچمه ها به انتهای شیار داخل شانه ای مارپیچ فرمان می رسند ،وارد کانال های شانه ای فرمان می شوند(شکل 2 ) سپس از طریق به سر دیگر شانه ایمارپیچ فرمان باز می گردند .
 جعبه فرمان اره ای بیشتر خودروهای کوچک جعبه فرمان اره ای دارند (شکل 3 ) در این جعبه فرمان یک دنده پینتون بر سر مارپیچ فرمان نصب شده که با دنده های یک دنده شانه ای درگیر می شود. میل فرمانها دو سر دنده شانه ایرا به شغال دستها متصل می کنند وقتی فلکه فرمان می چرخد، دنده پینیون دنده شانه ایرا به طرف چپ یا راست می راند این حرکت سبب حرکت میل فرمانها و شغالدست می شود کهسگدست ها و چرخها را به طرف داخل یا خارج می پیچانند . – سرهای داخلی میل فرمان هاساچمه هایی دارند که در بوشهای واقع در سرهای دنده شانه ای جای می گیرند (شکل 3 )در نتیجه سرهای خارجی میل فرمانها می توانند همراه با سگدست ها و چرخها بالا وپایین بروند گردگیرهای لاستیکی انعطاف پذیر مانع ورود گرد و غبار و آب به جعبهفرمان می شوند.- بسیاری از سیستم های فرمان ، شغالدست فرمان دارند که بین لولهفرمان و جعبه فرمان نصب می شود (شکل 3 ) در سر بالایی میل واسط یک قفل گاردان و درسر پایینی آن یک کوپلینگ انعطاف پذیر نصب شده است این قطعات مانع می شود که ضربهدست انداز و صدا، از طریق لوله فرمان ، به راننده برسد.

شکل (3-3) جعبه فرمان اره ای دستی

فصل چهارمنحوه کارکرد فرمان خودرو
نحوه کار فرمان خودرو

(4-1) فرمان خودرو
بدیهی است که با چرخاندن فرمان خودرو، چرخ ها نیز می گردند؛ اما دانستن آنچه که منجر به شکل گیری این عمل و عکس العمل می شود بسیار جالب تر از این امر ساده خواهد بود. ما در این مقاله سعی بر آن داریم که چگونگی کارکرد دو نوع از پرکابردترین سیستم های فرمان ها یعنی چرخ و میله دنده و ساچمه چرخان (Recirculating Ball) را شرح دهیم. سپس نحوه کارکرد فرمان برقی را بررسی می کنیم و به بحث در مورد آینده این سیستم ها (از نظر بهبود مصرف سوخت) خواهیم نشست. در ابتدا نگاهی به آنچه که باعث چرخش خودرو می شود خواهیم داشت.
 دور زدن با خودرونکته ای که ممکن است جالب توجه باشد این است که هنگام دور زدن، چرخ های جلوی خودرو هر دو به موازات هم و به یک جهت واحد متمایل نمی شوند. برای آنکه خودرو به نرمی دور بزند، هر چرخ بایستی حول دایره ی متفاوتی بچرخد. از آنجایی که چرخ داخلی حول دایره ای با شعاع کوچکتر می چرخد، این چرخ دور کوچکتری را نسبت به چرخ دیگر خواهد زد. اگر خطی را به صورت عمودی به هر چرخ متصل کنیم، خطوط مذکور در مرکز دایره ای به هم خواهند رسید.

(4-2) نحوه اتصال چرخ ها
نحوه اتصال چرخ ها باعث می شود که چرخ داخلی بیشتر از چرخ خارجی گردش کند.
 سیستم فرمان چرخ و میله دنده
شکل (4-3)  سیستم فرمان چرخ و میله دنده
این سیستم، که از مکانیسم ساده‌ای برخوردار است، به سرعت در حال تبدیل به رایج ترین سیستم فرمان در سواری ها، خودرو های نیمه سنگین و شاسی بلندها می باشد. مجموعه چرخ و میله دنده ها در مجرایی فلزی به شکلی قرار گرفته اند که هر سرمیله دندانه دار از مجرا بیرون زده است. میله ای که به آن میله ی گره (Tie Rod) می گویند به هر دو سر میله دندانه دار وصل شده است. چرخ دنده به میل فرمان متصل است. زمانی که فرمان چرخانده می شود چرخ دنده ها می گردند و میله دندانه دار را جا به جا می کنند. میله ی گره در انتهای هر دو سر میله دندانه دار به بازو های فرمان روی محور چرخ متصل می شوند. مجموعه چرخ و میله دندانه ها دو امر را رقم می زنند: تبدیل حرکت چرخشی فرمان به حرکت خطی مورد نیاز برای چرخاندن چرخ ها، و حذف یک چرخ دنده که باعث سهل تر شدن چرخاندن چرخ ها می شود. در اکثر خودرو ها سه یا چهار دور فرمان، چرخ ها را از یک انتها تا انتهای دیگر می گرداند. ضریب فرمان، نسبت چرخاندن فرمان به چرخیدن چرخ ها می باشد.
برای مثال اگر یک دور کامل (360 درجه) غربیلک فرمان باعث چرخش 20 درجه ای چرخ های خودرو شود آنگاه نرخ نسبت فرمان مساوی با تقسیم 360 بر 20 و یا بعبارتی 18.1 خواهد بود. هرچه ضریب فرمان بیشتر باشد، غربیلک فرمان دور بیشتری را باید بزند تا چرخ را به میزان معینی بگرداند. البته به همان نسبت تلاش کمتری نیز برای چرخاندن فرمان نیاز خواهد بود. به طور کلی خودرو های سبک تر و اسپرت تر از ضریب فرمان پایین تری نسبت به خودرو های بزرگتر و سنگین تر برخوردار می باشند. پایین تر بودن این نرخ به معنی فرمان پذیری سریع تر می باشد (نیازی به چرخاندن زیاد فرمان برای گرداندن چرخ به اندازه ای معین نخواهد بود) و البته این امر نکته ای مطلوب در خودرو های اسپرت محسوب می شود. این خودرو ها آنچنان سبک می باشند که حتی با ضریب فرمان پایین تر نیز، توان مورد نیاز برای چرخاندن فرمان در آنها چندان زیاد نخواهد بود. برخی از خودرو ها از ضریب فرمان متغیر بهره می گیرند. این خودرو ها از چرخ و میله دندانه متفاوتی استفاده می کنند که  دارای تعداد دندانه متفاوتی در مرکز نسبت به کناره ها می باشند. این تفاوت باعث می شود که خودرو در شروع پیچ سریع عمل کند (دندانه ها به مرکز نزدیک می باشند) و همچنین از میزان فشار لازم برای چرخاندن چرخ در انتهای حد آن نیز می کاهد.
 چرخ و میله دندانه برقی
شکل (4-4) چرخ و میله دندانه برقی
در سیستم فرمان برقی، طراحی چرخ و میله دندانه ها کاملا متفاوت می‌باشد. بخشی از میله دندانه دار دارای یک سیلندر به همراه یک پیستون در میانه می باشد. این پیستون به میله دندانه دار متصل می شود. دو درگاه مایع  هر کدام در یک سر آن تعبیه شده است.  این درگاهها مایع پرفشار را به یک  سمت پیستون می رسانند و منجر به حرکت پیستون و در نهایت حرکت میله دندانه دار می‌شوند. در ادامه مقاله به بررسی اجزای این سیستم و چگونگی حرکت پیستون و مایع درون آن می‌پردازیم؛ اما پیش از آن نگاهی خواهیم داشت به نوعی دیگر از سیستم فرمان.
 فرمان ساچمه ی چرخان (Recirculating Ball)
شکل (4-5) فرمان ساچمه ی چرخان
امروزه از این نوع فرمان در بسیاری از کامیون ها و خودروهای شاسی بلند استفاده می‌شود. اتصالی که چرخ ها را می گرداند با آنچه در سیستم چرخ و میله دندانه دار مشاهده می شود، کمی متفاوت است. جعبه فرمان در سیستم ساچمه ی چرخان دارای یک دنده ی کرمی شکل می‌باشد. این دنده را می توان در دو قسمت متصور شد: قسمت اول بلوکی فلزی است که حفره ی رزوه داری در آن تعبیه شده است. دندانه های موجود در قسمت خارجی این بلوک با چرخ دنده ای که بازوی پیتمن را حرکت می دهد درگیر می شوند. غربیلک فرمان به میله ی رزوه داری (شبیه به پیچ) متصل می شود و این میله در حفره ی بلوک فرو می رود و با چرخش غربیلک فرمان، پیچ به چرخش درمی‌آید.
البته به جای آنکه پیچ به چرخش در آید و بیشتر در بلوک فرو رود،  پیچ ثابت نگه داشته می شود تا با چرخشش بلوک به حرکت درآید و در نتیجه بلوک چرخ دنده ای را که چرخ را می چرخاند بگرداند. به جای آنکه پیچ مستقیما با رزوه های درون بلوک درگیر شود، در تمامی رزوه ها از ساچمه هایی استفاده شده که در بلوک با چرخش آن به چرخش و باز-چرخش در می آیند. در واقع این ساچمه ها دو کار انجام می دهند، اولا از اصطکاک و خوردگی دنده کاسته و ثانیا از بازی آن ها نیز می کاهند. اگر ساچمه ها درون بلوک وجود نداشته باشند، زمانی که شما جهت فرمان را تغییر می دهید، دندانه ها برای لحظه ای اتصال خود را از دست خواهند داد و فرمان به نظر خلاص خواهد رسید. فرمان برقی در سیستم ساچمه ی چرخان، کارکردی شبیه به کارکرد خود در سیستم چرخ و میله دنده دارد. افزایش توان، از اعمال مایع پرفشار به یک سمت بلوک ایجاد می شود. اکنون نگاهی خواهیم داشت به اجزای تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی.
 نحوه کارکرد فرمان خودرو
شکل (4-6)  نحوه کارکرد فرمان خودرو
فرمان های برقیدر فرمان های برقی، علاوه بر چرخ و میله دنده یا سیستم ساچمه ی چرخان  (Recirculating-Ball)، چند جزء اصلی دیگر نیز فعالیت می کنند.
 پمپتوان هیدرولیکی لازم برای گرداندن فرمان، توسط یک پمپ با پروانه های گردان که همگی درون محفظه‌ای بیضی شکل می چرخند، تامین می شود. این پمپ توسط پیشرانه خودرو و به واسطه یک تسمه و پولی به حرکت در می آید. پروانه ها با حرکت خود، مایع هیدرولیک کم فشار را از شیلنگ بازگشت می کشند و با فشار از خروجی به صورت پر فشار به خارج می رانند. شدت جریان مایع به سرعت پیشرانه خودرو بستگی دارد.  

شکل (4-7) نمایی از پمپ
پمپ بایستی طوری طراحی شود که بتواند جریان مورد نیاز را حین خلاصی موتور نیز تامین نماید. در نتیجه پمپ هنگام حرکت موتور جریانی بسیار بیشتر از حد مورد نیاز تامین می کند. پمپ دارای یک دریچه تخلیه فشار می باشد تا از بالا رفتن بیش از حد فشار، علل الخصوص زمانی که میزان زیادی مایع در حال پمپ شدن است، جلوگیری کند.
 دریچه دوارسیستم فرمان برقی، باید تنها زمانی به کمک راننده بیاید که وی در حال فشار آوردن به غربیلک فرمان می باشد (مانند هنگام دور زدن). زمانی که راننده فشاری را اعمال نمی کند (مانند زمان حرکت در خطی مستقیم) سیستم نباید هیچ کمکی ارائه نماید. وسیله ای که اعمال فشار روی فرمان را حس می کند، دریچه دوار (Rotary Valve) نام دارد.

شکل (4-8) دریچه دوار
 مهمترین بخش  دریچه دوار، میله ی پیچشی است. میله ی پیچشی میله ای نازک و فلزی است که در اثر فشار راننده به چرخش در می آید. سر این میله به انتهای پینیون یا دنده کرمی (هرکدام که چرخ ها را می چرخاند) اتصال دارد و در نتیجه نیروی پیچشی وارد بر این میله برابر است با نیروی پیچشی که راننده برای چرخاندن چرخها اعمال می کند. با افزایش نیروی پیچشی توسط راننده چرخش میله افزایش می یابد. انتهای میل فرمان در مرکز سوپاپ ماسوره ای(spool valve) قرار می گیرد. همچنین این میله به بالای میله ی یچشی وصل می شود. پایین میله ی پیچشی به بخش خارجی سوپاپ ماسوره ای متصل می شود. میله ی پیچشی بر اثر نیروی وارده از میه فرمان به چرخش در می آید و بسته به نوع سیستم فرمان این نیرو را به دنده پینیون و یا به دنده کرمی شکل منتقل می کند. میله با چرخش خود قسمت داخلی سوپاپ ماسوره ای را به نسبت بیرون آن می چرخاند. از آن جایی که قسمت داخلی سوپاپ ماسوره ای نیز به میل فرمان (و در نهایت به فرمان متصل است) میزان چرخش نسبی بین بخش داخل و خارج آن به میزان چرخاندن فرمان توسط راننده بستگی دارد.
زمانی که فرمان چرخانده نمی شود، هر دو شیلنگ هیدرولیک فشار یکسانی را در میل فرمان فراهم می آورند، اما اگر سوپاپ ماسوره ای به سمتی بچرخد، دریچه ها برای تامین مایع مورد نیاز به شیلنگ متناسب، باز می شوند. در واقع سوپاپ این نوع از فرمان های برقی (از نظر تاثیر بر مصرف سوخت) کاملا غیر بهینه می باشند. در ادامه با پیشرفت هایی که در سال های آتی به بهبود این سیستم کمک خواهند کرد آشنا می شویم. 
 فرمان برقی در آینده
شکل (4-9) نمونه ای از فرمان برقی در آینده
پمپاژ مداوم مایع توسط پمپ موجود در فرمان های برقی، سبب اتلاف بخشی از قدرت موتور و در دنتیجه هدر رفتن سوخت می شود. انتظار می رود که نوآوری های جدید مصرف سوخت را بهبود بخشند. یکی از جذاب ترین نظریات مطرح شده، سیستم راندن باسیم یا فرمان دادن باسیم (Drive-by-wire/Steer-by-wire) می باشد. این سیستم ها اتصال مکانیکی بین غربیلک فرمان و میل فرمان را به طور کامل حذف کرده و آن را باسیستمی کاملا الکترونیکی جایگزین می کنند. در واقع فرمان عملکردی شبیه فرمان های بازی با کامپیوتر خواهد داشت. دز این سیستم، سنسورهایی در فرمان تعبیه شده است که تغییرات ایجاد شده از سوی راننده را بر روی چرخ ها را به خودرو منتقل می‌کند و موتورهای موجود در آن، تمامی بازخوردهای جاده را به راننده اطلاع می‌دهد. از داده های این سیستم برای کنترل سیستم فرمان استفاده خواهد شد. یکی از مزایای این کار حذف میل فرمان و باز شدن فضای موتور خواهد بود. همچنین این سیستم به کاهش لرزش کابین نیز کمک خواهد کرد.  کمپانی جنرال موتورز خودرویی کانسپت به نام Hy-Wire را معرفی کرده است که از این سیستم فرمان بهره می گیرد.
یکی از جالب توجه ترین نکات در مورد سیستم راندن-با-سیم در خودروی Hy-Wire این است که شما می توانید نحوه فرمان پذیری خودرو را بدون نیاز به ایجاد تغییری مکانیکی در خودرو تنظیم کنید (تنظیم تنها نیاز به تغییری در نرم افزار سیستم خواهد داشت). در آینده خودرو های بهره مند از این سیستم را می توان طبق میل خود تنها با فشردن چند دکمه تنظیم کرد. با این سیستم حتی می توان نوع فرمان پذیری مطلوب هر فرد را در حافظه خودرو ذخیره کرد. در پنجاه سال گذشته سیستم های فرمان خودرو تغییر چندانی به خود ندیده اند اما در دهه ی بعد پیشرفت هایی را در این زمینه شاهد خواهیم بود که خودرو هایی کم مصرف ترو خوش دست تر به ارمغان خواهند آورد.
عملکرد سیستم
  هنگام کم فرمانی
هنگامی خودرو با سرعت بالا می خواهد دور بزند جلوی خودرو به بیرون می لغزد و کنترل از دست راننده خارج می شود . در چنین مواقعی سیستم  به صورت لحظه ای در چرخ عقب داخل پیچ ترمز اعمال می کند و در صورت نیاز گشتاور موتور ار کاهش می دهد و از این طریق مسیر خودرو را کنترل می کند .
 
 هنگام بیش فرمانی
در هنگام بیش فرمانی چرخ های عقب دچار لغزش می شود و خودرو شروع به چرخیدن بدون کنترل می کند . در این هنگام  به طور اتوماتیک روی چرخ جلو  و  بیرون پیچ ترمز اعمال می کند تا خودرو را در مسیر نگه دارد  .
نتیجه آنکه با به کارگیری مکانیزم های اضافی در خودرو یا سیستم های کنترلی می توان پایداری جهتی خودرو را افزایش داد .
 مزایای فرمان هیدرولیک پراید نسبت به فرمان مکانیکی رایج آن
امروزه در سراسر دنیا ، کمتر خودروی سواری را می توان یافت که دارای فرمان مکانیکی باشد . در حال حاضر بدلیل راحتی و ایمنی بالاتر ، 99% خودروهای سواری با فرمان هیدرولیکی و جدیداً الکتریکی تولید می گردد .
با توجه به ترافیک سنگین شهر تهران و کمبود فضای پارک ، مجهز بودن خودرو به سیستم هیدرولیک ضروری می باشد .
قابل ذکر است علاوه بر راحتی راننده در ترافیک و هنگام پارک کردن ، برخلاف عقیده عمومی مردم ، سیستمهای هیدرولیکی از ایمنی بالاتری نسبت به نوع مکانیکی برخوردارند .
مزایای فرمان هیدرولیک نسبت به فرمان معمولی1- سهولت رانندگی و کاهش خستگی راننده
هنگام پارک کردن و پیچیدن در سرعتهای پایین و در ترافیک های سنگین سیستم هیدرولیک به راننده جهت فرمانگیری کمک قابل ملاحظه ای می نماید و با توجه به اینکه عمده زمانهای فرمانگیری ، در حالت های پارک بخصوص پارک دوبل و نیز در هنگام ترافیک و سر پیچها می باشد فشار کمتری به دستان راننده وارد می گردد و لذا در انتها موجب کاهش خستگی راننده ( مخصوصا خانمها ) می گردد . این تفاوت بگونه ای است که در صورت رانندگی با یک خودروی هیدرولیک حتی به اندازه یک هفته ، دیگر حاضر نخواهید شد با خودروی دارای فرمان مکانیکی رانندگی نمائید .2- کارکرد فرمان هنگام قطع سیستم هیدرولیک
فرمان هیدرولیک از نوع Rack & Pinion (دنده شانه ای و پینیون) بصورت Fail Safe است. چنانچه قسمت هیدرولیکی به هر دلیل از کار بیفتد ، قسمت مکانیکی فرمان میتواند به کار خود ادامه دهد.
3- عدم انحراف خودرو هنگام عبور از موانع
با وجود جک هیدرولیکی که بر روی دنده شانه ای وجود دارد ، در صورتی که چرخها در هنگام حرکت به هردلیلی ( موانع و دست اندازها و .. ) بخواهند از مسیر خود خارج گردند ، نیروی مقاوم در جک هیدرولیکی از انحراف فرمان جلوگیری می نماید . این در صورتی است که در فرمانهای مکانیکی ، ضربه انتقالی به چرخها ، مستقیما به غربیلک وارد می گردد و باعث چرخش غربیلک و موجب انحراف از مسیر می گردد.
4- قابلیت ایمنی بالا در سرعتهای بالا
با وجود Spool (سنسور تنظیم میزان حجم روغن خروجی ) بر روی پمپ هیدرولیک ، سفتی فرمان در سرعتهای بالا تضمین می گردد. به گونه ای که در دورهای بالاتر از 2700RPM مقدار روغن خروجی از پمپ کاهش و موجب سفتی فرمان می گردد.
5- کاهش اثر تیزی فرمان
با توجه به کاهش مدول و زوایای دندانه های شانه ای و پینیون ، از 2.5 به 2 تیزی فرمان تا حد قابل ملاحظه ای کاهش یافته و رانندگی مطمئن تری را برای راننده خودرو به ارمغان می آورد.
6- افزایش قابل ملاحظه عمر موثر کلیه قطعات سیستم فرمان
با توجه به وجود جک هیدرولیکی ، کلیه ضربات ناشی از جاده که به چرخها انتقال مییابد تا اندازه زیادی دمپ می گردد و باعث می گردد نیروی کمتری به کمک فنر ها ، سیبکها ، چهار شاخه های فرمان و محور فرمان وارد شده و در نهایت منجر به طولانی شدن عمر قطعات می گردد. مضافاً به اینکه موجب کاهش هزینه های تعمیر و تنظیم جلوبندی می گردد یعنی در صورتی که یک خودرو با فرمان مکانیکی ، با توجه به کیفیت جاده های ایران ، سالانه نیاز به دوبار تعمیر و تنظیم جلوبندی داشته باشد ، خودروی مشابه دارای فرمان هیدرولیکی، نیاز به بازدید و تعمیر جلوبندی پس از یک سال و نیم دارد. لذا هزینه پرداختی شما را جهت تبدیل، کاملا پوشش داده و علاوه بر آن آسایش ، امنیت و لذت رانندگی را برای شما به ارمغان می آورد.

منابع

منابع

این نوشته در مقالات ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *