تفاوت فرمان برقی با فرمان هیدرولیک خودرو چیست؟

سیستم فرمان برقی یا EPS چیست؟

مقدمه ای بر سیستم فرمان

متعلقات فرمان روی اکسل جلو درسمت راست و یا چپ اتومبیل بسته می شود و توسط چرخهای جلو هدایت اتومبیل به دلخواه راننده صورت می گیرد. بدین معنی که حرکت غربیلک توسط راننده و میله اصلی فرمان به هزار خاری و میله های رابط فرمان و بعد به سگدست منتقل شده و در نتیجه حرکت رفت وبرگشتی یا سمت چپ و راست غربیلک فرمان باعث گردش اتومبیل می شود. سیستم فرمان انواع گوناگونی دارد از جمله سیستم فرمان مکانیکی (دنده شانه ای و پینیون) ،هیدرولیکی و الکتریکی که در این کتابچه به آنها می پردازیم.

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 برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان استفاده می شود. لذا مجموعه ی تشکیل دهنده 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.

سیر تکاملی سیستم فرمان

یکی از پارامترهای موثر در انتخاب نوع خودرو در کشورهای توسعه یافته، راحتی چرخش غربیلک فرمان 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 هیدرولیکی به قسمت مکانیکی اضافه نمایند. معمولا این سیستم جانبی به صورت کمکی عمل می نماید، یعنی وظیفه اصلی همچنان به عهده قسمت مکانیکی است معمولا اجزای زیر به قسمت مکانیکی فرمان اضافه می شوند تا هیدرولیکی گردد:
پمپ هیدرولیک با مخزن روغن و چرخ تسمه (( شیرهای کنترل ، لوله های رابط سیلندر))به عنوان مثال خودروهای سمند، پژو(شامل ۲۰۶،۴۰۵،پارس) دارای فرمان هیدرولیک هستند.

سیستم هیدرولیکی فرمان جهت ایفای نقش از موتور خودرو استفاده می کند. بنابراین از بازده موتور کمی میکاهد، همچنین منجر به مصرف انرژی بیشتری می گردد.
علاوه بر آن،سیستم هیدرولیک به صورت مرکز آزاد عمل می کند. یعنی حتی در زمان هایی که خودرو به صورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی ازمسیر ندارد ، باز هم این سیستم عمل می کند. این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سیستم های بهتر و مفیدتری گشته، آنها را جایگزین سیستم های هیدرولیکی نموده یا این سیستم ها را بهبود بخشد.
یکی از سیستم های 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 می شود و در نتیجه فرمان از موتور مستقل میگردد. خودروی پژو ۴۰۷ از این نوع سیستم فرمان استفاده می کند. دراین نوع فرمان، هر چند مسئله مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی هنوز پا برجاست.
به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شود سیستم وارد عمل شود ، نه همه زمانها.

 

 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 ۷۰ برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال ۱۹۹۳ 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 (P&R) اضافه می شود :

1. گشتاور سنسور (Torque Sensor)
2. موتور با جریان مستقیم(Motor Brushless DC)
3. واحد کنترل الکترونیکی یا ECU

سه قسمت یاد شده میتوانند در یک محفظه (Housing) یا به صورت جداگانه قرارگیرند.

نحوه عملکرد EPS

به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور ، گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده ، آنرا به صورت سیگنال یا سیگنالهایی به قسمت میکروکنترلر ( ECU ) ارسال می کند . 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 به منظور ایمنی بیشتر خودرو است. یعنی بیشترین عملکرد در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد آن در سرعتهای بالای خودرو است.

فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می تواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود

الف) نصب  روی ستون فرمان (Column) :

در این روش مجموعه سنسورها ، موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه مستقر و روی ستون فرمان (Column- Steering) 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 درترافیک های سنگین و پارک نمودن خودرو محسوب میشود ، بکار می رود. ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند .

 

 ب) نصب  روی پینیون :

در این روش نیز مجموعه سنسورها ، موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی 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  روی دنده شانه ای:

دراین روش هر سه قسمت EPS یعنی سنسور ، موتور DC ، و ECU جدا از هم روی جعبه فرمان نصب می شوند . به این طور که موتور DC و ECU بطور جدا از هم بر دنده شانه ای (Rack) قرار گرفته و سنسورها نیز روی پینیون مستقر می شوند. زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسورها بتوانند آن را حس نمایند. این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است . جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود.بنابراین نیروی کمکی (Assisted) به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای (Rack) وارد می گردد.

مزایای فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیکی:

۱- حذف پمپ هیدرولیک (pump) وچرخ (pulley)
۲- حذف شیرهای کنترل (valve) و لوله های رابط
۳- حذف تسمه ها بین پمپ هیدرولیک وموتور اتومبیل (belt)
۴- حذف جک هیدرولیک (hydraulic jack) و روغن هیدرولیک
۵- وزن کم نسبت به هیدرولیکی
۶- تغییرات کمتردر قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک
۷- عدم کمک (Assist ) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الکتریکی ،به عبارت دیگر زمانی که گردشی در فرمان داده شود ،قسمت الکتریکی وارد عمل میگردد .
۸- فرمان الکتریکی به صورت Safe Fail است. چنانچه قسمت الکتریکی به دلایلی از کار افتد، قسمت مکانیکی فرمان میتواند به کار ادامه دهد.
۹- مقداری انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی ، حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است. به عبارت دیگر به مقدار ۸۵ % در انرژی مصرفی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی میشود.
۱۰ -کاهش حجم واندازه نسبت به هیدرولیک
۱۱ -مستقل بودن از موتور خودرو
۱۲ -کاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ
۱۳ -افزایش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هیدرولیکی
۱۴ -قابلیت ایمنی بالا در شرایط بحرانی
۱۵ -استفاده از یک نوع فرمان الکتریکی در چندین خودروی متفاوت، به عبارت دیگر یک نوع طراحی

همه چیز درباره فرمان هیدرولیک خودرو

قطعات تشکیل دهنده هیدرولیک فرمان خودرو در شکل زیر نشان داده شده اند:

– روغن هیدرولیک

– شیلنکها و لوله های رفت و برگشت روغن هیدرولیک

– پمپ هیدرولیک

– مخزن هیدرولیک

– شیر هیدرولیک

– تسمه هیدرولیک فرمان

– جک هیدرولیک (دو طرفه فرمان)

طرز کار سیستم هیدرولیک فرمان

۱- پمپ هیدرولیک از طریق تسمه هیدرولیک نیروی دورانی خود را از موتور دریافت می کند.

۲- پمپ هیدرولیک، روغن هیدرولیک را با فشاری معادل ۷۰ بار، از طریق لوله فشار قوی هیدرولیک به پشت شیر هیدرولیک می رساند.

۳- شیر هیدرولیک دارای سوراخهایی است و به گونه ای طراحی شده که با چرخاندن فرمان به سمت چپ یا راست، فشار روغن به سمت چپ یا راست جک هیدرولیک

هدایت می شود و در نتیجه، نیروی هیدرولیک به چرخاندن فرمان توسط راننده کمک می کند.

۴- برای اینکه روغن در سیستم هیدرولیک جریان داشته باشد و کمبودی از نظر مقدار روغن بوجود نیاید، مخزن هیدرولیک در سیستم طراحی شده و جریان روغن هیدرولیک پس از عبور از جک هیدرولیک، از طریق شیلنک برگشت (فشار ضعیف) به مخزن بر می گردد.

خرابی سیستم هیدرولیک فرمان، علائم و علت خرابی آنها

موارد زیر شایعترین دلایل خرابی سیستم هیدرولیک هستند:

۱- خراب شدن روغن هیدرولیک

در صورتیکه از روغن هیدرولیک مرغوب و مناسب استفاده نشود، و یا اینکه بیشتر از ۴۰ هزار کیلومتر از آخرین تعویض آن گذشته باشد، احتمال خرابی پمپ هیدرولیک، کاسه نمدهای شیر هیدرولیک و جک دو طرفه هیدرولیک بیشتر خواهد شد.

روغن هیدرولیک VG46 برای محصولات ایران خودرو و سایپا مناسب است، برندها بهران، کاسپین و توتال نیز در نمایندگی های مجاز وجود دارد.

در صورت خرابی این قطعات، روغن از آنها نشت کرده و سطح روغن هیدرولیک در مخزن کاهش می یابد.

۲- استفاده از قطعات نا مرغوب

همواره فشار بالایی از روغن در سیستم هیدرولیک در جریان است و لذا اهمیت استفاده از قطعات مرغوب در این سیستم بیشتر است. بطور مثال شیلنک فشار قوی هیدرولیک در پژو ۲۰۶ از بالای مانیفولد اگزوز عبور کرده و در صورت نشت روغن از محل اتصال شیلنک و لوله، روغن هیدرولیک [که قابل اشتعال است]، روی مانیفولد اگزوز ریخته می شود و بدلیل حرارت بالای مانیفولد، احتمال آتشسوزی موتور وجود دارد. موارد قابل توجهی از آتشسوزی موتور ۲۰۶ بعلت نشت روغن هیدرولیک گزارش شده است.

۳- استفاده از رینگ و لاستیک غیر استاندارد – بر هم خوردن زوایای ۵ گانه جلوبندی

بر هم خوردن زوایای ۵ گانه جلوبندی و یا استفاده از رینگ یا لاستیک با سایزی غیر از آنچه که تولید کننده خودرو تعیین کرده، باعث می شود که فشار بیشتری به سیستم هیدرولیک برای چرخاندن فرمان وارد آید. در این حالت، در برخی مواقع نیز پمپ هیدرولیک برای انجام وظیفه خود صدای غیر عادی تولید می کند.

علائم خرابی سیستم هیدرولیک

۱- روغن ریزی از هر یک از قسمتها

اگر سطح روغن هیدرولیک در مخزن آن به مرور زمان کم شود، یکی از قطعات زیر نشتی دارند که بسادگی با مشاهده روغن در اطراف آن قابل تشخیص خواهد بود:

i- مخزن یا شیلنکهای هیدرولیک

ii- سوئیچ الکتریکی لوله فشار قوی

iii- پمپ هیدرولیک

iv- شیر هیدرولیک یا جک دو طرفه

۲- ایجاد صدا در هنگام کار کردن درجا، یا چرخاندن فرمان به سمت چپ یا راست

شنیدن صدای غیر عادی از سیستم هیدرولیک شامل موارد زیر است:

i- اگر پمپ هیدرولیک در هنگام کارکردن درجای موتور صدای اضافه تولید کند، به احتمال زیاد پمپ دچار مشکل شده است.

ii- ولی اگر فقط در هنگام چرخاندن فرمان به طرفین صدای غیرعادی شنیده شود، احتمالا سطح روغن هیدرولیک در مخزن کافی نیست و موارد مربوط به نشت روغن باید بررسی شود. (همچنین احتمال پایین بودن کیفیت روغن هیدرولیک نیز وجود دارد).

iii- اگر در زمان چرخاندن فرمان، صدایی شبیه به سوت یا جیغ از تسمه هیدرولیک شنیده شود، دو موضوع باید بررسی شود:

۱- فولی تسمه روی میل لنگ معیوب است.

۲- سایز تسمه هیدرولیک مناسب نیست و یا اینکه باید ریگلاژ شود.

۳- سفت شدن فرمان با وجود روشن بودن موتور خودرو

در صورت سفت شدن فرمان با وجود روشن بودن موتور، باید به ترتیب زیر عمل کرد:

۱- ابتدا باید از سالم بودن تسمه هیدرولیک اطمینان حاصل شود.

۲- از کافی بودن سطح روغن هیدرولیک در مخزن آن و رسیدن روغن هیدرولیک به پمپ هیدرولیک اطمینان حاصل شود.

۳- از کیفیت روغن هیدرولیک اطمینان حاصل شود. (اینکه روغنِ مناسب وجود داشته باشد و کارکرد آن بیش از حد نباشد).

در صورت درست بودن موارد ۱ ، ۲ و ۳، علت سفت شدن فرمان با وجود روشن بودن موتور خودرو، یکی از موارد زیر است که توسط تکنیسین خودرو باید بررسی شود:

i- پمپ هیدرولیک

ii- شیر هیدرلیک فرمان

iii- جک دو طرفه هیدرولیک

iv- در برخی موارد خرابی جعبه فرمان یا یکی از قطعات سیستم تعلیق

خرابی های رایج در سیستم هیدرولیک خودروهای سواری (پژو (۲۰۶ تیپ ۲،۳،۵،۶، SD، ۴۰۵ پارس) سمند، تندر ۹۰ (ال۹۰) و پراید):

برای پژو ۴۰۵، پارس و سمند، خرابی و لق شدن بوش های جک هیدرولیک

علائم خرابی:

وقتی خودرو روشن باشد، اگرفرمان را بسرعت به سمت چپ یا راست بچرخانیم، صدای تق تق شنیده می شود، ولی اگر خودرو خاموش باشد این صدا وجود ندارد.

برای کلیه خودروهای پژو، سمند و پراید، روغن ریزی از شیر هیدرولیک، و شیلنکهای مخزن هیدرولیک:

علائم خرابی:

– کم شدن سطح روغن هیدرولیک داخل مخزن هیدرولیک،

– شنیدن صدای اضافه هنگام چرخاندن فرمان،

– چرب شدن اطراف محل روغن ریزی،

خرابی “جک هیدرولیک” در خودروهای پژو ۴۰۵، پارس و سمند نیز علائم فوق را بهمراه دارد.

برای پژو ۲۰۶، روغن ریزی از شیر هیدرولیک، سوئیچ الکتریکی فشار روغن هیدرولیک (فشنگی هیدرولیک)، مخزن و پمپ هیدرولیک:

علائم خرابی:

– کم شدن سطح روغن هیدرولیک داخل مخزن هیدرولیک،

– شنیدن صدای اضافه هنگام چرخاندن فرمان،

– چرب شدن اطراف محل روغن ریزی،

نکته مهم:

روغن هیدرولیک قابل اشتعال است و در انواع ۲۰۶، مخصوصا مدل های قبل از ۸۶، شیلنک فشار قوی هیدرولیک به دلیل پوسیدگی و مجاورت با حرارت بالای مانیفولد اگزوز، نشت می کنند و این نوع نشت روغن، ممکن است باعث آتشسوزی موتور شود.

برای پراید، نشت روغن هیدرولیک از شیر هیدرولیک، شیلنکهای مخزن هیدرولیک،

علائم خرابی:

– کم شدن سطح روغن هیدرولیک داخل مخزن هیدرولیک،

– شنیدن صدای اضافه هنگام چرخاندن فرمان،

– چرب شدن اطراف محل روغن ریزی،