یکی از سادهترین چیزهایی که احتمالا همهی ما از کودکی درباره رانندگی میدانیم، هدایت شدن خودرو توسط فرمان است. برای اینکه راننده بتواند توسط فرمان، مسیر خودرو را کنترل و آن را هدایت کند، نیازمند همکاری اجزای مختلفی از یک سیستم بزرگ است که آنها را مشاهده نمیکنیم. این سیستم را سیستم هدایت و کنترل خودرو و به عبارت سادهتر، سیستم فرمان خودرو مینامند.
سیستم فرمان ضمن انتقال نیروی چرخش فرمان، جهت حرکت آن را نیز به چرخها منتقل کرده و به این ترتیب مسیر حرکت خودرو را مشخص میکند. سیستم فرمان نیز مانند دیگر بخشهای فنی خودرو تاکنون پیشرفت فراوانی داشته و اجزای آن تغییرات زیادی کردهاند. در گذشته خودروها از فرمان مکانیکی برای هدایت در جاده بهره میبردند. اما به مرور زمان انواع جدیدتر و کارآمدتر فرمان وارد بازار شدند و هماکنون شاهد استفاده از جدیدترین فناوریهای روز در این سیستم هستیم. یکی از این فناوریها، سیستم فرمان برقی یا الکتریکی است که امروز در خودروهای زیادی مورد استفاده قرار میگیرد. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره سیستم فرمان برقی با ما همراه باشید.
فرمان برقی چیست؟
در کشورهای توسعه یافته یکی از پارامترهای موثر در انتخاب نوع خودرو، راحتی چرخش غربیلک فرمان خودرو است. این موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشت که به منظور تسهیل چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی خودرو، یک سیستم کمکی به قسمت مکانیکی فرمان اضافه کنند. معمولا این سیستم جانبی به صورت کمکی عمل میکند، یعنی وظیفهی اصلی همچنان بر عهدهی قسمت مکانیکی فرمان است. از جمله این سیستمهای کمکی میتوان به سیستم فرمان هیدرولیکی، سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی و سیستم فرمان برقی اشاره کرد.
سیستم هیدرولیکی فرمان جهت انجام وظیفه از موتور خودرو استفاده میکند. بنابراین از بازده موتور کاسته و همچنین منجر به مصرف انرژی بیشتری میشود. وجود برخی معایب در این سیستم، خودروسازان را بر آن داشت تا به دنبال سیستمهای بهتر و مفیدتری بوده تا آن را جایگزین سیستمهای هیدرولیکی کنند.
یکی از سیستمهای ارائه شده در سالهای اخیر، فرمان الکتروهیدرولیکی (EHPS) است که در آن به جای استفاده از موتور خودرو، یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه شده و در نتیجه فرمان از موتور مستقل میشود. دراین نوع فرمان نیز اگرچه مسئلهی مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته، ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی هنوز پابرجا است. به عبارت دیگر باید تنها هنگامی که چرخشی به فرمان وارد میشود، عملکرد سیستم اتفاق بیفتد. در نتیجه سیستم فرمان برقی به عنوان یکی از راهکارها برای تحت پوشش قرار دادن مزایا و کاهش معایب سیستمهای قبلی ارائه شد.
تاریخچه فرمان برقی
سیستم فرمان برقی (Electric Power Steering) که با نام فرمان EPS هم شناخته میشود، مشابه فرمان هیدرولیکی عمل میکند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است. این سیستم در اواسط دهه ۷۰ میلادی برای اولین بار ارائه شد، اما ساخت و کاربرد عملی آن به سال ۱۹۹۳ باز میگردد.
اولین بار شرکت هوندا در خودروهای رالی NSX از فرمان برقی استفاده کرد. در این سیستم، مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است، یعنی سیستم برقی زمانی عمل میکند که چرخشی در فرمان به وجود آید یا به عبارت دیگر، گشتاوری روی فرمان وجود داشته باشد.
نحوه عملکرد فرمان برقی
سیستم فرمان برقی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی اضافه میشود:
- حسگر گشتاور (Torque Sensor)
- موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)
- واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
سه قسمت یاد شده میتوانند در یک محفظه (Housing) یا به صورت جداگانه قرار گیرند. سیستم فرمان برقی یا EPS به این صورت کار میکند که حسگر آن نیرو و گشتاور انتقالی از دست راننده را حس کرده و آن را به صورت سیگنال به ECU خودرو ارسال میکند. بعد از این که سیگنال به ECU منتقل شد، این واحد سیگنال را به چرخها انتقال میدهد؛ اما این تمام ماجرا نیست.
سیستم فرمان برقی با استفاده از حسگرهای خاصی روی چرخها، سیگنال دیگری را هم از سرعت خودرو دریافت کرده و با توجه به آن عملکرد فرمان را تنظیم میکند. به این صورت که هنگام افزایش سرعت، عملکرد سیستم فرمان برقی را در پایینترین سطح خود قرار داده و هنگامی که سرعت خودرو در کمترین حالت ممکن است، عملکرد فرمان بسیار بهتر و سریعتر میشود و اینگونه امنیت و کارایی را برای راننده به ارمغان میآورد.
ورود EPS به خودروها، میزان خرابی سیستم فرمان را در خودرو به شکل درخورتوجهی نسبت به سیستمهای فرمان هیدرولیک کاهش داده است. سیستم فرمان برقی به جای استفاده از نیروی تولیدی موتور خودرو که مکانیزمهای هیدرولیکی از آن بهره میبرند، از یک موتور الکتریکی ۱۲ ولت جداگانه استفاده میکند. ساختار این سیستم به گونهای طراحی شده است که نسبت به سیستم فرمان هیدرولیک وزن کمتری نیز دارد.
در سیستم فرمان برقی حساس به سرعت از حسگرهای حرکتی استفاده شده است که میتواند میزان گشتاور تولیدی موتور این سیستم را بر اساس سرعت و وضعیت خودرو تعیین کند. به عنوان مثال، زمانی که سرعت خودرو افزایش پیدا میکند و میزان نیروی کشش خودرو نسبت به جاده رو به کاهش است، حسگرها با کاهش گشتاور تولیدی موتور الکتریکی ۱۲ ولتی سیستم فرمان، چرخش غربیلک را کندتر میکنند.
در واقع این سیستم با کاهش نیروی تولیدی برای حرکت فرمان، میزان چرخش و البته لرزش را کمتر میکند که همین موضوع باعث میشود خودرو در سرعتهای بالا پایدارتر بوده و با دقت بیشتری حرکت کند.
مزایای فرمان برقی
فرض کنید با سرعت زیاد در حال رانندگی در بزرگراه هستید، قطعا به هیچ وجه دوست ندارید که به دلیل یک سهل انگاری کوچک، غربیلک فرمان بچرخد و حادثهای بزرگ شکل بگیرد. سیستم فرمان الکتریکی حساس به سرعت میتواند از وقوع چنین حوادثی جلوگیری کند و سختتر شدن چرخش غربیلک فرمان، پایداری خودرو شما را در سرعتهای بالا افزایش میدهد.
یکی از مهمترین مزایای استفاده از فناوری فرمان برقی، اتصال سیستم کنترل فرمان به شبکه هوشمند ECU است. این امر باعث تولید نسل جدیدی از این فرمانها شده است که به سرعت خودرو حساس هستند. این فناوری جدید در خودروهای امروزی از جمله بورگوارد BX7 و بورگوارد BX5 استفاده شده است.
اصلیترین مزیت سیستم کمکی فرمان برقی را باید در مصرف کمتر انرژی جستجو کرد. در سیستم فرمان هیدرولیکی، پمپ هیدرولیک به صورت دائمی توسط موتور خودرو میچرخد و حتی زمانی که فرمان خودرو ثابت است، شاهد هدر رفتن نیرو در این بخش هستیم؛ اما در سیستم فرمان برقی، مصرف انرژی تنها در صورتی که لازم باشد اتفاق میافتد و در هنگام ثابت بودن فرمان هیچ مصرف برقی وجود ندارد.
استفاده از فرمان برقی همچنین به خودروسازان امکان میدهد تا انواع سیستمهای کمکی فعال مانند رانندگی بین خطوط و سیستم اصلاح مسیر را به خودرو اضافه کنند. اصلیترین سختافزار مورد نیاز این سیستمهای جدید، همین موتور برقی EPS است. حتی امکان ارتقای قابلیتهای سیستم EPS به راحتی و با اضافه کردن نرمافزار به ECU خودرو امکانپذیر است.
در سیستمهای فرمان امروزی همچنان ارتباط فیزیکی بین غربیلک فرمان و چرخها وجود دارد و اینطور نیست که مانند سیستم «Fly By Wire» هواپیماها ارتباط بین فرمان و چرخها کاملا الکترونیکی و نرمافزاری باشد. دلیل اصلی این مساله به ایمنی خودرو برمیگردد، چون برای خودروسازان اهمیت زیادی دارد که در صورت از کار افتادن سیستمهای الکترونیکی، راننده همچنان قادر به کنترل خودرو باشد.
یکی از قابلیتهای سیستم EPS از مدار خارج شدن موتور برقی در صورت خرابی است تا راننده بتواند بهترین کنترل را در مواقع اضطراری روی خودرو داشته باشد. این درست در نقطهی مقابل سیستمهای فرمان هیدرولیکی قرار دارد چون در فرمان هیدرولیکی در صورت از دست رفتن نیروی موتور خودرو و به دنبال آن از کار افتادن سیستم هیدرولیکی، فرمان خودرو نیز بسیار سفت میشود که این موضوع بسیار خطرناک است.
خودروسازان امیدوار هستند که در آینده قابلیت اطمینان سیستم فرمان برقی تا حدی افزایش پیدا کند که مانند هواپیماها ارتباط فیزیکی بین فرمان و چرخها قطع شود. اگر این فناوری به صورت عمومی در خودروها اجرایی شود، تحولی بزرگ در صنعت خودروسازی رخ میدهد. این سیستم در حال حاضر عمومیت چندانی ندارد و بیشتر در خودروهای مفهومی و لیفتراکها مشاهده شده است.
اولین خودروی تولید انبوهی که از سیستم EPS بدون ارتباط فیزیکی استفاده میکند، اینفینیتی Q۵۰ مدل ۲۰۱۴ است. البته برای اطمینان، در این خودرو نیز همچنان اتصالات مکانیکی به عنوان پشتیان و برای مواقع ضروری وجود دارند. در صورتی که رایانهی خودرو ایجاد شدن ایراد در سیستم فرمان برقی را تشخیص دهد، با استفاده از یک کلاچ فورا اتصال مکانیکی بین غربیلک و چرخها را برقرار میکند.
کیفیت رانندگی
یکی از مهمترین انتقاداتی که به سیستم فرمان برقی یا EPS وارد میشود، نداشتن حس رانندگی در این خودروها است. متاسفانه فیدبکهای فرمان در خودروهای مجهز به EPS در پایینترین حد خود قرار دارد و همین سبب میشود رانندگانی که به ماشینهای اسپرت علاقه دارند، از این فرمانها لذت چندانی نبرند. البته خودروسازان بیکار ننشستهاند و سازندگانی همچون مزدا، پورشه و بیامو توانستهاند حس رانندگی فرمانهای EPS را تا حد امکان به فرمانهای هیدرولیکی نزدیک کنند.
مزایای فرمان برقی نسبت به فرمان هیدرولیک
با سیستم فرمان برقی یا EPS میتوانید مزایای بسیار زیادی به دست آورید که از جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
- حذف پمپ هیدرولیک و هرزگرد
- حذف شیرهای کنترلی لولههای رابط
- حذف تسمههای بین پمپ هیدرولیک و موتور خودرو
- حذف جک هیدرولیک و روغن هیدرولیک
- وزن بسیار کمتر خودرو
- نصب راحت و کم هزینه سیستم روی خودروها
- بی حرکت ماندن چرخها، در صورتی که به فرمان نیرویی وارد نشود
- ادامه کار بخش مکانیکی، در صورت از کار افتادن قسمت برقی فرمان
- مصرف انرژی کمتر در این سیستم
- کاهش حجم نسبت به فرمان هیدرولیک
- جدا بودن سیستم فرمان برقی یا EPS از موتور
- کاهش زمان مونتاژ
- عمر بالای سیستم
- ایمنی بسیار بالا
- استفاده از یک نوع فرمان الکتریکی در خودروهای متفاوت
مواردی که در بالا ذکر شد خود یک نوآوری را نشان میدهد که با استفاد از آن میتوان رانندگی ایمن با لذت بیشتر را فراهم کرد و دیگر نیاز نیست که نگران از بین رفتن سیستم هیدرولیکی فرمان باشید.
چراغ EPS در خودرو
روشن شدن چراغ EPS در خودرو نوعی هشدار و ناشی از ایرادی در سیستم فرمان برقی است و اعلام میکند که دمای مجموعه بالا رفته یا عیب دیگری در آن بوجود آمده است. موتورهای الکتریکی سیستم فرمان برقی اکثرا کوچک بوده ولی در اثر خرابی هزینه زیادی به بار میآورند.
هشدار چراغ EPS زمانی نمایان میشود که شما حداقل ۳۰ حرکت برای پارک خودرو خود انجام دهید یا فشار غیر معمولی روی فرمان وجود داشته باشد؛ در چنین شرایطی بهترین کار این است که صبر کنید تا موتور خنک شده و سپس به حرکت ادامه دهبد. اگر بعد از سرد شدن خودرو، این هشدار خاموش نشد زمان آن است که به تعمیرگاه یا نمایندگی خودروساز خود مراجعه کنید.
چراغ هشدار فرمان برقی روی داشبورد خودروها به راحتی قابل تشخیص است و اغلب به صورت فرمان زرد، نارنجی یا قرمز رنگ همراه با علامت تعجب نمایش داده میشود. در سیستم فرمان برقی، روشن شدن چراغ EPS به شما هشدار میدهد که سیستم فرمان معیوب شده و شما را وادار میکند تا دربارهی علت آن تحقیق و بررسی کنید. علت ایجاد عیب ممکن است با توجه به نوع سیستم فرمان برقی در خودروی شما متفاوت باشد.
در ابتدا بد نیست که خودروی خود را دوباره روشن و خاموش کنید. اگر مشکل رفع نشد، باید بررسی کنید که تمام اتصالات باتری سالم بوده و آسیب ندیده باشند. روشن شدن چراغ هشدار EPS میتواند نشانگر مشکلات مربوط به مایع هیدرولیک، حسگرهای معیوب و سایر موارد باشد. اگر چراغ هشدار فرمان برقی در داشبورد خودروی شما شروع به چشمک زدن کرده است، هوشیار باشید. وسیله نقلیه شما ممکن است به شدت آسیب دیده باشد و حتی شاید در آینده به تعمیرات سنگین نیاز پیدا کند.
گاهی نیز روشن شدن آن هشداری برای پیشگیری از خطرات ایمنی است. بنابراین لطفاً به عملکرد عجیب و غریب خودروی خود دقت کرده و فورا به تعمیرکار ماهر مراجعه کنید.
تفاوت فرمان برقی و هیدرولیک
بهطور کلی سیستمهایی که از طریق گشتاور به فرمان دادن کمک میکنند، در طبقهی سیستمهای فرمان قدرتی مانند سیستم هیدرولیک قرار میگیرند. سیستم فرمان هیدرولیک از چند شلنگ، تسمه درایو، روغن هیدرولیک، پولی و پمپ تشکیل شده است. در این سیستم پمپ هیدرولیک به پیشرانهی خودرو متصل است که با استفاده از فشار هیدرولیک، نیروی چرخاندن فرمان توسط راننده را چند برابر میکند.
فشار هیدرولیکی فرمان توسط پمپ چرخشی موجود در پیشرانه ایجاد میشود؛ بنابراین اگر به چرخها فرمان داده شود، فشار هیدرولیک نیروی چرخش را با افزودن روغن هیدرولیک به سوپاپها و سیلندر افزایش میدهد. سپس سیلندر هیدرولیک فشار لازم را به شانهای فرمان وارد میکند که حاصل آن چرخش چرخها است.
سیستم فرمان برقی، به اجزای زیاد سیستم هیدرولیک نیازی ندارد. در این نوع سیستم یک موتور برقی روی میله فرمان در کنار چند حسگر که گشتاور ورودی توسط راننده را تشخیص میدهند، قرار داده شده است. با هر چرخش فرمان، مقدار جریان الکتریکی ایجاد شده تغییر میکند. در واقع در این نوع سیستم، فقط پس از چرخاندن فرمان و چرخش چرخها نیروی مورد نیاز ایجاد میشود که در بلند مدت، هزینهی تعمیر و نگهداری کمتری میطلبد.
اگر جزو طرفداران دنیای خودرو باشید، حتما متوجه شدهاید که هماکنون خودروهای بیشتری با فرمان برقی عرضه میشوند. با اینکه معمولاً این نوع سیستم در برابر فرمان هیدرولیک بازخورد کمتری به راننده میدهد و کموبیش در نقد و بررسی خودروها در رسانههای مشهور جهان، سیستم برقی را «فرمان مصنوعی» تعریف میکنند، ولی برخی ویژگیهای فرمان برقی، شرکتهای خودروسازی را وادار به استفاده از این نوع سیستم میکند.
میزان مصرف سوخت
در فرمان برقی، خبری از پمپها یا پیستونهای موجود در سیستم فرمان هیدرولیک نیست و در عوض، یک موتور برقی با ساختار ساده تمام کار را انجام میدهد. به همین دلیل، وزن کلی خودرو کمتر است. در سیستم فرمان برقی در مقایسه با هیدرولیک، کنار هم قرار دادن قطعات و نحوهی ایجاد نیرو بسیار سادهتر است که به همین دلیل، شرکتهای خودروسازی این نوع سیستم را ترجیح میدهند. علاوه بر این سیستم فرمان برقی ۹۰ درصد نیروی کمتری از پیشرانه میگیرد. تمام این موارد فرمان برقی را مقرون بهصرفهتر از نمونهی هیدرولیک میکند.
هزینهی تعمیر و نگهداری کمتر
همانطور که مشخص است، خودروهای مجهز به سیستم فرمان هیدرولیک به روغن هیدرولیک نیاز دارند که این مورد در فرمان برقی وجود ندارد. تعمیر و تنظیم خودروهای مجهز به فرمان برقی نیز بسیار ساده است و به چند مورد کوتاه در برنامهی کلی سیستم خلاصه میشود.
فرمانپذیری و سواری
یکی از بزرگترین بحثهای موجود در فرمانپذیری و سواری خودروهای مدرن، تقابل فرمان برقی و هیدرولیک است. بسیاری از رانندههای باتجربه و حرفهای فرمان هیدرولیک را ترجیح میدهند و عملکرد فرمان برقی را خستهکننده و ناهماهنگ میدانند. اما افرادی هم هستند که فرمان برقی را راضی کننده دانسته و رانندگی با این نوع خودرو را ترجیح میدهند. بهترین راه برای پاسخ به این سؤال تجربهی شخصی است. بهتر است قبل از خرید خودرو به سیستم فرمان آن توجه کنیم و رانندگی با فرمان برقی و هیدرولیک را شخصاً تحت نظر داشته باشیم.
احساس فرمان
بازخورد بیشتر از جاده یا احساس فرمان، تجربه رانندگی بینظیری را ایجاد میکند؛ زیرا راننده بهتر میتواند نحوهی فرماندهی به خودرو را درک کند. به نوعی، جاده از طریق فرمان با راننده ارتباط برقرار کرده و امکان تصمیمگیریهای شهودیتر و رانندگی ایمنتر را فراهم میکند. به همین دلیل، بسیاری از رانندگان خودروهای اسپرت و خودروهای مسابقهای، فرمان هیدرولیک را ترجیح میدهند. این سیستم به رانندگان اجازه میدهد هنگام رانندگی با سرعت بالا، تصمیمهای سریعتر و آگاهانهتری بگیرند.
سوالات متداول سیستم فرمان برقی یا EPS
سیستم EPS چیست؟
سیستم برقی فرمان EPS ، سیستمی است که با استفاده از آن بدون نیاز به هیدرولیک فرمان میتوانید هدایت خودرو را به عهده بگیرید.
EPS چگونه کار میکند؟
سیستم EPS با استفاده از برق کار میکند و انتقال نیرو از فرمان به چرخها را توسط حسگرها اندازه گرفته و به ECU اطلاع میدهد. سپس ECU دستورات لازم را به موتور الکتریکی ارسال میکند تا کار هدایت چرخها را انجام دهد.
سیستم EPS بهتر است یا هیدرولیک؟
سیستم فرمان برقی یا EPS بسیار بهتر و کارآمدتر از سیستم هیدرولیکی است، زیرا با استفاده از آن میتوانید در سوخت و انرژی و هزینههای خودرو صرفهجویی کنید.
