سیستم فرمان الکتریکی EPS (Electric Power Steering) از سال ۱۹۹۰ میلادی برای مونتاژ خودروها در کمپانی های خارجی استفاده شد. این سیستم فرمان پیشرفته خودرویی با قابلیت ها و عملکرد مثبتی که در حوزه ایمنی خودروها داشت، توانست جایگزین فرمان هیدرولیکی خودروها شود. قابل ذکر است که وجود سیستم فرمان برقی در خودرو باعث کاهش میزان خرابی سیستم های فرمان خودرو، راحتی بیشتر، تجربه رانندگی بهتر و حتی ایمنی بیشتر خودرو ها شده است.
فرمان برقی یا الکتریکی چیست؟
سیستم های کمکی فرمان بخشی جدایی ناپذیر از خودروهای امروزی هستند. بدون وجود این سیستم ها، فرمان پذیری خودروها بسیار سفت و سخت می شود و راننده نه تنها زودتر از حالت معمول خسته خواهد شد، بلکه ایمنی رانندگی نیز کاهش پیدا می کند؛ علاوه بر این سفتی فرمان بدون وجود سیستم های کمکی باعث می شود تا در مانورهای سرعت پایین مانند پارک کردن، راننده متحمل سختی زیادی شود.
سیستم های کمکی فرمان دو نوع عمده دارند که یکی هیدرولیکی و دیگری برقی هستند. سیستم هیدرولیکی برای دهه ها در خودروهای مختلف استفاده شده است و مزایای زیادی را در کنار چند عیب کوچک می توان برای آن ذکر کرد، اما در خودروهای جدیدتر شاهد جایگزینی سیستم هیدرولیکی با سیستم کمکی برقی هستیم.
نحوه عملکرد فرمان برقی (نحوه عملکرد EPS)
فرمان الکترونیکی به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور ، گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده و آنرا به صورت سیگنال یا سیگنالهایی به واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) ارسال می کند . میکروکنترلر یونیت فرمان الکترونیکی علاوه بر این سیگنال ، سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافت می کند. آنگاه این دو را پردازش نموده و دستور العمل لازم را به قسمت موتور DC اعمال می نماید تا به صورت کمکی (Assisted) سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین دستور العملهای ECU به موتور Brushless تابعی از خروجی سنسور گشتاور و سرعت خودرو است. این یعنی به منظور ایمنی بیشتر خودرو سرعت درعملکرد EPS موثر بوده و بیشترین عملکرد در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد فرمان در سرعت های بالای خودرو است.
نصب فرمان برقی
فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می تواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود .
نصب روی ستون فرمان (C-EPS)
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 درترافیک های سنگین و پارک نمودن خودرو محسوب می شود ، بکار می رود. ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند .
نصب روی پینیون (P-EPS)
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 و راننده این نوع خودروها در راحت ترین حالت می توانند خودرو را هدایت کنند.
نصب روی دنده شانه ای (R-EPS)
دراین روش هر سه قسمت EPS یعنی سنسور ، موتور DC و ECU جدا از هم روی جعبه فرمان نصب می شوند . به شکلی که موتور DC و ECU جدا از هم روی 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 کنند. این حالت برای خودروهای سنگین که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود مناسب است . بنابراین نیروی کمکی (Assisted) به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای (Rack) وارد می گردد.
اجزای سیستم EPS
در این قسمت از مقاله به طور کامل شما را مهمترین اجزا تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی EPS بیشتر آشنا می کنیم. با ما همراه باشید.
-
سنسورها
سنسورها در این سیستم سرعت چرخ ها، زاویه چرخ ها و میزان گشتاور وارده با غربیلک را اندازه گیری کرده و به کامپیوتر اطلاع می دهند.
-
عملگر
واحد عملگر در سیستم EPS همان موتور برقی است که بر اساس دستور دریافتی از کامپیوتر زاویه و نیروی لازم را به چرخ ها اعمال می کند. اکثر خودروهای موجود در بازار این روزها از سیستم فرمان برقی EPS بهره مند هستند و در آینده شاهد پیشرفت های بیشتر این سیستم نیز خواهیم بود.
تفاوت فرمان برقی و فرمان هیدرولیک
استفاده از فرمان هیدرولیکی اجزاء جدیدی را به اتومبیل ها اضافه کرد و باعث مصرف انرژی بیشتر خودروها شد. در حقیقت این فرمان ها کاملا مستقل و آزادانه فعالیت نمی کردند و به دلیل اتصال به موتور خودرو، حتی زمانی که در طول رانندگی حرکتی انجام نمی دهند باز هم انرژی زیادی مصرف می کنند. این موضوع باعث شد تا پژوهشگران صنعت خودروسازی به فکر ساخت سیستمی جدید برای فرمان ها بی افتند و در نتیجه آن فرمان های برقی یا EPS اختراع شد. فرمان برقی به جای استفاده از نیروی موتور خودرو که باعث افزایش مصرف سوخت می شود؛ مجهز به یک موتور کوچک و مستقل است و مانند فرمان هیدرولیکی باعث افزایش مصرف انرژی نمی شوند.
فرمان الکتریکی با توجه به مکانیک خودروها به سه حالت بر روی تمام خودوها نصب می شوند. نصب بر روی ستون فرمان، نصب بر روی پینیون ها که بیشتر مورد استفاده در خودروهای نیمه سنگین است و نصب بر روی دنده شانه ای خودرو. فرمان الکتریکی مزایای زیادی نسبت به فرمان هیدرولیکی دارد که از آن جمله می توان به این موارد اشاره کرد:حذف پمپ هیدرولیک و چرخ، حذف شیرهای کنترل و لوله های رابط، حذف تسمه ما بین پمپ هیدرولیک و موتور اتومبیل، حذف جک هیدرولیک و روغن هیدرولیک و وزن کم نسبت به فرمان هیدرولیکی، تغییرات کمتر مکانیکی نسبت به فرمان هیدرولیک، فعالیت در زمان حرکت فرمان، کاهش حجم و اندازه نسبت به فرمان هیدرولیکی، مستقل بودن از موتور، طول عمر بیشتر، ایمنی بالاتر و مصرف کمتر انرژی. ضمن آنکه اگر زمانی فرمان الکتریکی دچار مشکل شده و عملکرد آن متوقف شود، به صورت خودکار می توان از فرمان مکانیکی استفاده کرد.
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 و تنها در مواقعی عمل می کند که فرمان چرخش یا گشتاوری داشته باشد.
مزایای فرمان برقی نسبت به هیدرولیک
1- حذف پمپ هیدرولیک (pump) وهرزگرد (pulley)
2- حذف شیرهای کنترل (valve) و لوله های رابط
3- حذف تسمه ها بین پمپ هیدرولیک وموتور اتومبیل (belt)
4- حذف جک هیدرولیک (hydraulic jack) و روغن هیدرولیک
5- وزن کم نسبت به سیستم 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 گردشی در فرمان داده شود ، قسمت الکتریکی وارد عمل می گردد .)
8- فرمان الکتریکی به صورت Safe Fail است .( چنانچه قسمت الکتریکی به دلایلی از کار افتد، قسمت مکانیکی فرمان می تواند به کار ادامه دهد.)
9- مقداری انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی ، حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است. به عبارت دیگر به مقدار 85 % در انرژی مصرفی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی می شود.
10- کاهش حجم واندازه نسبت به هیدرولیک
11- مستقل بودن از موتور خودرو
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
کیفیت رانندگی با سیستم فرمان برقی
یکی از اصلی ترین انتقاداتی که به سیستم فرمان برقی یا همان EPS وارد می شود، نبود حس رانندگی در این خودروها است. متاسفانه فیدبک های فرمان در خودروهای مجهز به EPS در پایین ترین حد خود قرار دارد و همین سبب می شود رانندگانی که به ماشین های اسپرت علاقه دارند از این فرمان ها لذت چندانی نبرند. البته خودروسازان بیکار ننشسته اند و سازندگانی همچون مزدا، پورشه و بی ام و توانسته اند حس رانندگی فرمان های EPS را تا حد امکان به فرمان های هیدرولیکی نزدیک کنند.
نقش سیستم فرمان برقی در ایمنی خودروها
اصلی ترین و مهم ترین مزیت سیستم فرمان برقی، متصل بودن سیستم کنترل اتومبیل به شبکه هوشمند ECU است. این نکته باعث حساسیت سیستم فرمان به میزان سرعت خودرو می باشد. در واقع به دلیل وجود سنسورهای حرکتی حساس در سیستم فرمان برقی، حدود گشتاوری تولید شده موتور تعیین می شود و بر اساس وضعیت و سرعت ESP مشخص می شود.
در حقیقت سیستم فرمان برقی با کاهش میزان چرخش و لرزش خودرو، پایداری اتومبیل را در سرعت های بالا برقرار می سازد که خودرو می تواند در این محدوده سرعت های بالا، با دقت و عملکرد بهتری حرکت کند. به طور مثال اگر سرعت خودرو افزایش یابد و محدوده نیروی کشش خودرو نسبت به جاده کاهش یابد، در این صورت سنسورهای فرمان برقی با کم کردن گشتاوری موتور، میزان چرخش غربیلک را کمتر می کنند.
در واقع این عملکرد حساس سیستم فرمان برقی به سرعت باعث افزایش ایمنی فعال خودروها و همچنین افزایش پایداری خودرو در سرعت های بالا شده است. در واقع زمانی که شما با سرعت بالا در بزرگراه در حال رانندگی هستید، مطمئناً یک اشتباه کوچک و چرخش غربیلک فرمان می تواند اتفاق ناگواری را رخ دهد. اما وجود سیستم فرمان برقی با سخت تر کردن چرخش غربیلک فرمان می تواند موجب افزایش پایداری خودرو در سرعت های بالا شود. در مقایسه این سیستم با سیستم های فرمان های قبلی می توان به وضوح دید که سیستم فرمان الکتریکی با توجه به ارتباط با کامپیوتر مرکزی خودرو می تواند بسیار هوشمندتر عمل کرده و حالت های مختلف خودرو مانند سرعت را در میزان چرخش فرمان و همچنین فرمان پذیری خودرو دخیل کند.این کار به افزایش تجربه مناسب رانندگی و افزایش ایمنی خودرو کمک شایانی خواهد کرد تا آن جا که فرمان الکتریکی را می توان یکی از مزیت های رقابتی خودرو ها دانست.
آشنایی با مزایا و معایب انواع جعبه فرمان خودرو
