فرمان برقی چیست + تفاوت فرمان برقی با هیدرولیک و دستی

امروزه پیشرفت­ های علمی و فنی در تمام زمینه ­ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودروسازی و صنایع وابسته به آن نیز شده است. یکی از این صنایع و اجزای وابسته، قسمت فرمان خودرو است که وظیفه هدایت خودرو را بر عهده دارد؛ لذا مجموعه  تشکیل دهنده این سیستم نقشی حیاتی در عملکرد درست خودرو و ایمنی سرنشینان آن بر عهده دارد.

در ادامه تعریفی کلی از کارکرد فرمان ماشین به شما ارائه میدهیم و سپس به سراغ معرفی انواع فرمان که شامل فرمان مکانیکی، هیدرولیکی و برقی میرویم و به توضیح مفصل هر کدام میپردازیم.

فرمان خودرو

فرمان خودرو، به عنوان کنترل اصلی خودرو باید هم برای خودرو و هم راننده آن چنان راحت باشد که امکان رانندگی با کمترین میزان خطر را برای راننده ایجاد کند. فرمان خودرو قطعه‌ای است که چرخ‌های جلو را هدایت می­کند و آن­ها را به هر سمتی که مدنظر راننده است می‌چرخاند.

ذکر این نکته خالی از لطف نیست که از ابتدای تولید انواع خودروها، سیستم فرمان به صورت مکانیکی بر روی آن­ها قرار داشته است و بر طبق مکانیزم آن، کلیه امور توسط دنده شانه و پینیون انجام می­شود. حرکت دورانی غربیلک فرمان به دنده شانه­ ها منتقل می­شود و دنده شانه­ ها نیروی وارده به خود را از طریق مفصل­ ها به چرخ­ های جلو منتقل می­کنند.

اجزای فرمان خودرو

فرمان خودرو تنها شامل قسمت غربیلک فرمان نیست و قطعات پیچیده‌تری را نیز شامل می‌شود؛ اما شاید بتوان ملموس‌ترین قطعه این سیستم را همان غربیلک فرمان در نظر گرفت که با چرخش دست راننده حرکت می­کند و چرخ‌ها را به سمت چپ یا راست هدایت خواهد ‌کرد. وظیفه افزایش گشتاور خودرو نیز از دیگر وظایفی است که بر عهده این قطعه می­باشد؛ به طوری که هر چه قطر غربیلک بیشتر باشد، گشتاور تولیدی نیز بیشتر خواهد ‌شد.

قطعه اصلی دیگر، جعبه فرمان است که وظیفه اصلی آن تبدیل حرکت خطی دست به حرکت دورانی است. از دیگر قطعات سیستم فرمان خودرو می‌توان به میل یا ستون خرطومی پیتمن، میله درگ و شغال‌دست و سگ‌ دست فرمان اشاره کرد. این فناوری در زمان ابداع خود خیره کننده بود اما به اندازه کافی راحت نبود و فشار گردش چرخ ­ها را به درون فرمان و دست ­های راننده منتقل می­کرد؛ درنتیجه سبب بروز مشکلات خطر آفرینی مانند سخت بودن پیچاندن و لغزش فرمان در سرعت­ های بالا می­شد. به هر حال سیستم فرمان مکانیکی به تنهایی قادر به تامین شرایط مناسب جهت رفع مشکلات نبود، پس به فرمان مکانیکی، سیستم ­های کمک کننده­ای مثل سیستم هیدرولیکی و برقی نیاز بود که در طول گذر زمان و پیشرفت تکنولوژی معرفی و اضافه شدند.

فرمان دستی و غیر دستی خودرو

به طور کلی سیستم فرمان خودرو را به دو دسته فرمان‌های دستی و غیردستی تقسیم می‌کنند. در نمونه‌های اولیه سیستم فرمان دستی برای چرخاندن چرخ‌ها و جهت‌پذیر کردن آن‌ها از فشار نیروی دست راننده استفاده می‌شد. در این سیستم‌ها چرخ‌ها عموما با نیرویی که از طرف راننده به فرمان وارد می‌شود هدایت می­شود و طبیعتا در طولانی مدت دست راننده خسته شده و امکان هدایت خودرو در مسافت‌های طولانی برای وی مشکل خواهد شد.

نوع دوم فرمان‌ها که فرمان­های غیر دستی نام‌گذاری می‌شوند شامل فرمان‌های هیدرولیکی، الکتروهیدرولیکی و برقی هستند که هدایت خودرو توسط آن‌ها برای راننده بسیار راحت‌تر است. در این نوع از فرمان‌ها از یک سری قطعات مضاعف شامل روغن و دیگر تجهیزات استفاده می‌شود تا چرخش فرمان به نسبت‌ مدل‌های دستی راحت‌تر باشد و فرمان پذیری چرخ‌ها نیز افزایش یابد.

همین طور بخوانید: جلوگیری از یخ زدن مایع شیشه شور خودرو

فرمان مکانیکی

در فرمان­های مکانیکی، تمام نیروی لازم برای گرداندن چرخ ­های هادی به وسیله دست اعمال می­شود، لذا غربیلک فرمان را برای این نوع خودروها بزرگتر می­سازند. علاوه برغربیلک فرمان، ستون فرمان، جعبه فرمان و اهرم­ های انتقال نیز از جمله اجزای تشکیل دهنده فرمان های مکانیکی می­باشند.

جعبه فرمان در دو طراحی مختلف ساخته می­شود: جعبه فرمان دنده تخت و جعبه فرمان مارپیچی.

در جعبه فرمان دنده تخت، با چرخاندن غربیلک فرمان و پیچش ستون فرمان، چرخ دنده انتهای آن باعث حرکت به راست یا چپ دنده تخت واقع بر روی میل فرمان می­شود تا تغییر جهت برای حرکت خودرو توسط اتصالات سیبکی به چرخ­های هادی منتقل گردند.

در جعبه فرمان مارپیچی، موقعی که غربیلک را می­گردانیم، ستون فرمان باعث چرخش مارپیچ درون جعبه فرمان خواهد شد. قسمت پایین مارپیچ، درون بلبرینگ و در انتهای جعبه فرمان واقع است. چرخش این مارپیچ سبب گردش مارپیچ دیگر به طرف بالا یا پایین و در نتیجه به حرکت درآمدن چلاق دست می­شود. نهایتا این حرکت توسط بازوی رابط به میل فرمان و چرخ ­ها منتقل می­گردد.

فرمان هیدرولیک چیست؟

فرمان هیدرولیک معمولاً از مکانیسم چرخ دنده­ های دندانه ­دار و چرخ دنده ­های جناحی، با کمک یک پمپ کنترل جریان ثابت، استفاده می­کند. این نوع فرمان باعث راحت­ تر شدن کنترل فرمان خودرو و در نتیجه آسان شدن رانندگی می­شود. یکی دیگر از مکانیسم ­های کنترل درایور که در حال حاضر در سیستم فرمان هیدرولیک مورد استفاده قرار می­گیرد، جعبه دنده فرمان است. استفاده از این مکانیزم برای رانندگی­ های طولانی مدت و به خصوص برای کار با خودروهای سنگین همچون کامیون­ ها طراحی شده است.

اجزاء فرمان هیدرولیک

• روغن هیدرولیک
• شیلنگ­ه ا و لوله ­های رفت و برگشت روغن هیدرولیک
• پمپ هیدرولیک
• مخزن هیدرولیک
• شیر هیدرولیک
• تسمه هیدرولیک فرمان
• جک هیدرولیک (دو طرفه فرمان)

علائم خرابی سیستم هیدرولیک

• روغن ریزی هر یک از قسمت­ های خودرو

اگر به مرور زمان سطح روغن هیدرولیک در مخزن کم شود، یکی از قطعات زیر نشتی دارد که می­توانید با مشاهده روغن در اطراف این قطعه به راحتی آن را تشخیص دهید و جهت تعمیر آن اقدام نمایید؛ مخزن یا شیلنگ ­های هیدرولیک، سوئیچ الکتریکی لوله فشار قوی، پمپ هیدرولیک، شیر هیدرولیک یا جک دو طرفه

• ایجاد صدا هنگام چرخاندن فرمان به چپ یا راست و کار کردن درجا

شنیدن صدای غیر عادی از سیستم هیدرولیک شامل موارد زیر است: اگر پمپ دچار مشکل شده باشد، در هنگام کارکردن درجای موتور پمپ هیدرولیک صدای اضافه تولید خواهد کرد؛ اگر سطح روغن هیدرولیک در مخزن کافی نباشد و یا روغن هیدرولیک نشتی داشته باشد، هنگام چرخاندن فرمان به چپ و راست صدای غیرعادی شنیده خواهد شد.

اگر هنگام چرخاندن فرمان، صدایی شبیه به سوت یا جیغ از تسمه هیدرولیک شنیده شود، ممکن است فولی تسمه روی میل لنگ معیوب باشد و یا سایز تسمه هیدرولیک مناسب نباشد که در اینصورت باید ریگلاژ شود.

• سفت شدن فرمان با وجود روشن بودن موتور خودرو

اگر موتور خودرو روشن باشد و فرمان سفت شود به ترتیب زیر عمل کنید: از سالم بودن تسمه هیدرولیک مطمئن شوید. سطح روغن هیدرولیک در مخزن را بررسی نمایید تا اندازه باشد و مطمئن شوید که روغن هیدرولیک به پمپ هیدرولیک می­رسد. از کیفیت روغن هیدرولیک اطمینان یابید. همچنین اطمینان یابید روغن هیدرولیک مناسب و کارکرد آن بیش از حد نباشد.

اگر موارد ذکر شده مشکلی نداشتند، علت سفت شدن فرمان با وجود روشن بودن موتور خودرو یکی از موارد زیر است که باید توسط تکنیسین خودرو بررسی شود:

• پمپ هیدرولیک
• شیر هیدرلیک فرمان
• جک دو طرفه هیدرولیک

فرمان برقی چیست؟

این نوع فرمان مشابه فرمان هیدرولیکی عمل می­کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت است و دارای مزایای زیادی می­شود. این سیستم در اواسط دهه ۷۰ برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال ۱۹۹۳ شروع شد.

سیستم فرمان برقی (EPS) نیز همانند بسیاری از تکنولوژی­ های نوپا در ابتدا دچار نواقصی بود که در ادامه راه به تدریج مورد عیب یابی و بازبینی قرار گرفت و در پایان این فناوری به صورت بهبود یافته در خدمت خودروسازان قرار داده شد. این روزها سرعت رشد فرمان های برقی به حدی بوده که طبق آمار، حدود ۶۰  درصد خودروها بعد از سال ۲۰۰۷ مجهز به این فناوری هستند. این نوع فرمان مشابه سیستم هیدرولیکی عمل می­کند اما از لحاظ ساختار با آن متفاوت است. سیستم فرمان برقی با حذف پمپ هیدرولیک و متعلقات آن، تا حد زیادی کوچکتر شده و خودروساز توانسته کیفیت فرمان پذیری خودرو را بدون قطعات هیدرولیکی بالا ببرد. همین عامل سبب شده تا هزینه تمام شده آن نیز کاهش یابد و نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری داشته باشد. در این نوع سیستم از یک موتور برقی که معمولاً به روی میله فرمان قرار گرفته، جهت کمک به راننده در چرخش فرمان، استفاده شده است.

نحوه کارکرد فرمان برقی

به زبان ساده، مکانیسم عمل فرمان برقی به این صورت است که با استفاده از یک سنسور، چرخش فرمان تشخیص داده می­شود و موتور برقی فعال شده به راننده در چرخاندن فرمان کمک می­کند. در واقع سنسور، اطلاعات گشتاور فرمان را به کامپیوتر هوشمند خودرو یا همان ECU می­فرستد؛ سپس ECU با توجه به اطلاعات ورودی سنسور و میزان خطای ایمنی فرمان، میزان سفتی آن را معین می­کند. در جدیدترین نسل فرمان برقی، منبع تغذیه ­ای تعبیه شده تا زمانی که موتور کار نمی­کند و خاموش است، قدرت کافی برای چرخش چرخ­ ها وجود داشته باشد. همچنین برخلاف سیستم هیدرولیکی که به علت دارا بودن قطعات حساس ضعف­ های فراوانی دارد، سیستم فرمان برقی (EPS) به علت عدم نیاز به روغن هیدرولیکی و ساختار ساده به آسانی تنظیم می­شود و نیاز کمتری به تعمیرات خواهد داشت.

اجزای اصلی فرمان الکتریکی

• سنسور گشتاور (Torque Sensor)
• موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)
• واحد کنترل الکترونیکی (ECU)

روند پردازش اطلاعات در  (EPS)

ماژول کنترلEPS، نیروی مورد نیاز جهت کمک به کنترل فرمان پذیری را تعیین می­کند؛ همچنین نیروی کمکی اولیه سیستم فرمان را با اضافه نمودن نیروی اینرسی، چرخش چرخ ­ها و کنترل میرایی، تصحیح می­نماید تا احساس بهتری نسبت به کنترل و فرمان پذیری خودرو را به وجود آورد.

با توجه به نتایج حاصل از کنترل ­های فوق و حداکثر مقادیر اندازه گیری شده، ماژول کنترل EPS جریان هدف را محاسبه می­کند؛ سپس با مقایسه هدف و مقادیر اندازه گیری شده، جریان مورد نیاز تنظیم خواهد شد.

 نحوه عملکرد شفت فرمان  (EPS)

در صورتی که در سیستم فرمان EPS ایرادی به وجود آید، سیستم فرمان بدون کمک سیستم EPS و به صورت دستی کار می­کند؛ همانند زمانی که موتور خودرو خاموش باشد. زمانی که فرمان به چرخش در می­آید، میله پیچشی (bar torsion) نیز به حالت پیچش در خواهد آمد. هنگامی که منبع تغذیه جریان الکتریسیته از موتور EPS قطع شده باشد، نیروی کمکی وجود ندارد و نیروی فرمان که توسط راننده اعمال می­شود به صورت مستقیم به پنیون فرمان منتقل خواهد شد.

نتیجه گیری

فرمان الکتریکی مزایای زیادی نسبت به فرمان هیدرولیکی دارد که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حذف پمپ هیدرولیک و چرخ
• حذف شیرهای کنترل و لوله­‌های رابط
• حذف تسمه مابین پمپ هیدرولیک و موتور اتومبیل
• حذف جک هیدرولیک، روغن هیدرولیک و وزن کم نسبت به فرمان هیدرولیکی
• تغییرات کمتر مکانیکی نسبت به فرمان هیدرولیک

به طور کلی سیستم فرمان الکتریکی تنها تفاوتی که با سیستم هیدرولیکی دارد این است که منجر به از بین رفتن بسیاری از اجزاء اضافی شده و در کاهش مصرف سوخت خودروها بسیار موثر است.

میزان فرمان چیست؟

محور چرخ‌های جلو که محل قرارگیری فرمان است، زوایای مشخصی نسبت به اجزای جلوبندی خودرو دارد. میزان فرمان فاصله داخلی بین قسمت جلو و عقب چرخ‌های خودرو را مشخص و تنظیم خواهد کرد.

دلایل به هم خودرن تنظیم فرمان

• آسیب در جلوبندی خودرو
• سبک رانندگی
• تصادف
• سطوح ناهوار جاده و دست اندازها

نشانه‌های به هم خوردن میزان فرمان

• ساییدگی لاستیک‌های خودرو
• بهم خوردن تعادل خودرو
• کشیده شدن خودرو به یک سمت
• تغییر در حالت قرارگیری غربیلک فرمان

اهمیت تنظیم فرمان

• جلوگیری از واژگون شدن خودرو
• پیشگیری از ساییده شدن لاستیک‌ها
• فرمان پذیری و کنترل اتومبیل در سرعت‌ بالا
• کاهش مصرف سوخت
• جلوگیری از استهلاک سیستم تعلیق خودرو و جعبه فرمان

چه زمان به میزان فرمان نیاز است

در حالت معمول بهتر است خودرو به صورت سالیانه تنظیم فرمان شود؛ اما در شرایطی مانند تصادف، رانندگی در مسیرهای خاکی و ناهموار، افتادن خودرو در چاله و برخورد با جدول‌های کنار خیابان تنظیم فرمان به هم می‌خورد و یکی از راه‌های ساده تشخیص آن، توجه به نحوه قرارگیری غربیلک فرمان است. غربیلک فرمان باید در مسیر‌های صاف و هموار تراز باشد. بهتر است که پس از مشاهده هرگونه تغییر در وضعیت غربیلک فرمان باید نسبت به تنظیم آن اقدام کنید.