خیلی وقت ها دیده اید که به دلیل شرایط بد آب و هوا و لغزنده بودن جاده ها، خودروهایی در هنگام پیچیدن و حتی حرکت عادی دچار هرزگردی می شوند و تعادل خودرو از دست راننده خارج می شود. البته که گاز دادن زیاد عاملی است که این حادثه را به سمت رخ دادن سوق می دهد. با توجه به پیامدها و خطراتی که برای این مسئله پیش آمده، شرکت های خودروسازی از سالیان قبل به این فکر افتادند که با آوردن سیستم جدیدی در خودروهای خود، از به روز حوادث برای مشتری های خود جلوگیری کنند. یکی از پراستفاده ترین و مهم ترین این سیستمها، سامانه کنترل کشش خودرو می باشد که در ادامه این مطلب با آن آشنا خواهید شد.
آشنایی با سیستم کنترل کشش خودرو
همانطور که می دانید ماشین های امروزی به آپشن های متعددی از سیستم های کمکی راننده مجهز هستند و این تجهیزات جهت افزایش راندمان ماشین، افزایش اعتماد و ضمنا کاهش اثرات خطاهای راننده روی خودروها نصب می گردند. سیستم کنترل کشش یا Traction control system یکی از مهمترین و پراستفاده ترین سامانه ها می باشد. قابل ذکر است سیستم کنترل کشش و کنترل پایداری دو عملکرد کاملا جداگانه دارند به عبارت دیگر هنگام از دست رفتن چسبندگی چرخ های محرک خودرو سیستم کنرل پایداری به بازگرداندن این چسبندگی و سهولت کنترل ماشین کمک می کند.
در حقیقت این سیستم هر زمان که چرخ ها اصطکاک مناسب با زمین را برای انتقال گشتاور پیشرانه به جاده نداشته باشند وارد صحنه می شود. در این وضعیت عملکرد سیستم کنترل کشش و پایداری خیلی مشابه هم می شود با این فرق که کنترل کشش تلاش می کند از وقوع کم و بیش فرمانی جلوگیری شود تا ماشین از مسیر خارج نشود ولی سامانه کنترل پایداری چنانچه خودرو از مسیر بیرون رود جهت بازگشت آن به مسیر اصلی تلاش می نماید.
برای درک بهتر کاربرد سیستم TCS فرض کنید در خیابانی با شیب ملایم قرار دارید و سطح خیابان یک دست و صاف و کاملا پوشیده از یخ است در این حالت مطمئن باشید که با هیچ ترفندی به جر TCS امکان عبور از این خیابان میسر نخواهد بود. هنگامی که خودرو در این شرایط قرار می گیرد به دلیل کاهش نیروی اصطکاک چرخ های متحرک شروع به هرزگردی نموده و در این لحظه سنسورها این موضوع را به واحد کنترل اطلاع داده و سریعا همزمان با کاهش نیروی خروجی دیفرانسیل سامانه ترمز ضد قفل نیز وارد کار شده و روی هر چرخ به شکل جداگانه نیروی ترمز لازم را اعمال می کند در این شرایط خودرو محکم و بودن هیچ هرزگری به حرکت خود ادامه می دهد. ضمنا TCS در ماشین هایی که در مسابقات اتومبیل رانی شرکت می کنند جهت افزایش میزان نیروی چسبندگی لاستیک ها به سطح جاده موقع گاز دادن و شتابگیری استفاده می شود.
به طور مثال هنگامی که راننده بیش از حد گاز خودرو را فشار می دهد سیستم TCS چرخ ها را در پایدارترین حالت قرار می دهد. که نمونه بارز این سامانه در این نوع خودروها مربوط به مسابقات فرمول یک می باشد. البته مقدار حساسیت سامانه کنترل کشش ماشین (TCS) به استفاده از کلیدی که روی فرمان نصب است بستگی دارد تا در شرایط مختلف راننده قادر باشد حساسیت سیستم را تغییر بدهد.
چرا چرخ های خودرو دچار هرزگردی می شوند؟
عمده ترین دلیل وجود بروز هرزگردی در چرخ خودرو به ایراد دیفرانسیل های آزاد باز می گردد. همانطور که می دانید گشتاور ارسالی از موتور ابتدا وارد جعبه دنده شده و سپس برای ارسال به چرخ های طرفین خودرو ،وارد دیفرانسیل می گردد. اما دیفرانسیل آزاد خودرو به سبب مکانسیمش قادر خواهد بود که بیشترین گشتاور را به چرخی ارسال نماید که از اصطکاک کمتری برخوردار است . این مکانسیم به این دلیل طراحی شده است که خودرو در سر پیچ ها دچار انحراف نگردد چرا که در پیچ ها چرخ بیرونی خودرو باید با سرعت بیشتری حرکت کند و چرخ داخلی پیچ باید از سرعت کمتری برخوردار باشد . اگر دیفرانسیل آزاد نبود و دیفرانسیل مجبور بود که به اندازه مساوی گشتاور را به هر دو چرخ ارسال کند چرخها با سرعت یکسانی به چرخش در می آمدند و در نهایت خودرو منحرف می گردید . اما همین امر در شرایط بحرانی مانند شرایط جوی بد و جاده های لغزنده پاشنه آشیل دیفرانسیل های آزاد است . چرا که وقتی چرخ یک طرف یا هر دو طرف بدلیل اصطکاک کم شروع به لغزش کند دائما گشتاور بیشتری را دریافت می کند و چرخی که دارای اصطکاک بیشتری است از دریافت گشتاور محروم شده و ثابت می ماند همین امر موجب عدم حرکت خودرو در هنگام سکون یا انحراف خودرو در حال حرکت می گردد.
اهمیت سیستم کنترل کشش (TCS)
سیستم کنترل کشش یا همان TCS با توجه به قطعات خود می تواند به میزان پایداری خودرو دستیابی پیدا کند. اگر از عملکرد سیستم ترمزی ABS در هنگام حرکت و شتابگیری آشنایی داشته باشید، می توان گفت سیستم کنترل کشش (TCS) نیز به همین شکل هست. درکل می توان گفت ABS و سیستم کنترل کشش (TCS) در یک خودرو مکمل هم هستند و خودرویی پیدا نمی شود که تازه تولید شده باشد و با نداشتن این سیستم یشرفته بتواند بیشترین امتیاز را در تست های ایمنی دریافت کند.TCS با کمک سیستم ترمز ABS می تواند با عملکرد خود، گشتاور اعمال شده بر روی چرخ ها را کنترل کند و در کنار حفظ تعادل کمک می کند تا دور موتور نیز عملکردی متعادل داشته باشد.
یکی از آشکارترین عیب های خودروها، هرزگشتن چرخ های متحرک بر روی سطوح یخ زده می باشد که راننده های قدیمی حتما مشکلات بوجود آمده این مسئله را به خاطر دارند. البته که اگر خودروهای قدیم از قدرت موتور بالایی برخوردار بودند این مشکل را در مناطق خشک نیز تجربه می کردند.حال با مروری به گذشته و آمارهای کاهش یافته تصادفات و آسیب های پیش آمده بر اثر کشش ناهموار خودرو می توان به اهمیت سیستم کنترل کشش (TCS) پی برد. البته که ABS را می توان برادر جدانشدنی این سیستم دانست و در تمامی بخش های مقاله اگر از فواید و عیب های سیستم کنترل کشش (TCS) گفته می شود حتما ABS نیز لحاظ شده است.
سیستم کنترل کشش (TCS) به طور کلی چه وظایفی دارد؟
اکثر خودروهای آلمانی از سیستم TCS به همراه ABS یاری می گیرند. البته که وظایف مشخص شده ای نیز برای این سیستم در تمامی خودروهای جهانی وجود دارد که می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- در هنگام شتاب های زیادی که خودرو به خود می گیرد، سیستم کنترل کشش (TCS) باید از لغزش چرخ ها جلوگیری کند.
- چرخ های خودرو اگر در جاده های لغزنده جرکت کند، باید TCS از هرزگردی چرخ های درحال حرکت جلوگیری کند.
- اگر چرخ های خودرو در گل، یخ و شن گیر کرده باشد، سیستم کنترل کشش باید به کمک چرخ ها بیاید و خودرو را از آن شرایط نجات دهد.
عملکرد سیستم کنترل کشش خودرو
عملکرد این سیستم به صورت کلی شامل دو مرحله می باشد. مرحله اول تشخیص هرزگردی چرخ های محرک خودرو می باشد و مرحله دوم اجرای راهکارهایی جهت کنترل شرایط.
مرحله اول تقریبا در همه خودروها فرایند یکسانی دارد. امروزه اغلب خودروهایی که حداقل استانداردهای ایمنی را دارا باشند به سیستم ترمز ضد قفل (ABS) مجهز هستند. در این سامانه برای هر چرخ سنسورهایی نصب شده تا سرعت گردش هر چرخ مدام چک شود. سیستم کنترل کشش نیز ار اطلاعات دریافتی از این سنسورها جهت تشخیص شرایط هرزگردی بهره می گیرد. به بیان دیگر چنانچه نیرویی که از پیشرانه به لاستیک اعمال می شود بیشتر از میزانی باشد که لاستیک می تواند به زمین انتقال دهد تایر چسبندگی خود را از دست داده و چرخ ها با هرزگردی مواجه می شوند. این شرایط معمولا هنگام شتابگیری ،در وضعیت جوی نامناسب(بارانی، برفی)،رانندگی خارج از جاده روی زمین سنگلاخی و گلی و … اتفاق می افتد که واماندگی و ناتوانی خودرو در جابجایی یا از دست رفتن کنترل ماشین و خارج شدن از مسیر امن (کم یا بیش فرمانی) را به دنبال دارد.
در ماشین های دیفرانسیل جلو هرزگردی چرخ ها معمولا موجب کم فرمانی و حرکت خودرو به طرف بیرون پیچ می شود. در خودروهای دیفرانسیل عقب هم هرزگردی سبب بروز بیش فرمانی و حرکت ماشین به طرف داخل پیچ یا حتی پیچش خودرو به دور خود می گردد. در این شرایط سیستم کنترل کشش از بروز اتفاق پیشگیری می کند. شباهت سیستم های TCSو ABS در این است که هر دو از سر خوردن چرخ ها جلوگیری می کنند. سیستم ABS از سر خوردن هر چهار چرخ خودرو موقع ترمزگیری پیشگیری می کند ولی سیستم TCS از سر خوردن لاستیک های محرک خودرو موقع گازدادن جلوگیری می کند.
چنانچه اطلاعات سیستم ABS نشان دهند که سرعت یک چرخ به صفر رسیده در صورتی که سایر چرخ ها در حال حرکت می باشند سنسور ABS وارد مدار می شود ولی اگر اطلاعات حاکی از آن باشد که سرعت یک چرخ یا چند چرخ محرک ماشین از سایر چرخ ها بیشتر شده است نوبت وارد کار شدن سیستم کنترل کشش یا TCS می باشد.
مرحله دوم سیستم کنترل کشش (TCS) در خودروهای مختلف فرایندهای متفاوتی دارد و عملکرد آن در هر ماشین شامل یک یا چند مورد است. همه راهکارهایی که سامانه TCS برای بازگرداندن چسبندگی چرخ های محرک خودرو اجرا می کند تلاش در کاهش یا کنترل گشتاور رسیده به چرخ ها را دارد از این رو موارد زیر ممکن است انجام شود.
- وارد شدن نیروی ترمز روی یک یا چند چرخ
- تغییر در زمان جرقه زدن شمع در یک یا چند سیلندر
- تغییرات در سنسور پاشش سوخت یک یا چند سیلندر
- در خودروهای با دریچه گاز برقی بسته شدن دریچه گاز
- کم شدن فشار توربو یا سوپر شارژر در خودروهای مجهز به این سیستم ها
مورد اول در شرایطی کارایی دارد که تنها یکی از چرخ های محور محرک ماشین با هرزگردی مواجه شده است ولی ۴ مورد بعدی زمانی که هر دو چرخ محور محرک دچار هرزگردی شده اند کارایی دارد. این سیستم تقریبا بر روی بیشتر خودروهای امروزی نصب می باشد. کنترل کشش جزو سامانه هایی می باشد که به صورت پیش فرض و از هنگام استارت خودرو فعال است. ضمنا در بیشتر خودروها کلیدی برای خاموش کردن این سیستم نیز تعبیه شده است.
در خودروهای مدرن سیستم TCS عملکرد خیلی سریعی دارد و موقعی که برای حفظ کنترل خودرو وارد عمل شود، چراغی که درون مجموعه پنل کیلومتر شمار قرار دارد شروع به چشمک زدن می کند. البته در بعضی خودروها چراغ مجزایی جهت سیستم کنترل کشش تعبیه نشده و چراغ این سامانه با سامانه کنترل پایداری یکی می باشد.
راهکارهای سیستم TCS برای اجرای وظیفه اش
سیستم کنترل کشش خودرو برای عملکردش راههای مختلفی را به کار می گیرد. یک راه از طریق مدیریت موتور می باشد. هنگامی که لغزندگی تشخیص داده شود این سیستم ، انتقال نیرو به چرخ های لغزنده را متوقف ساخته و با کاهش هرزگردی کشش خودرو را بهبود می بخشد. مدیر توسعه و تست سامانه های ترمز الکتریکی در شرکت Continental به نام کریس هاریسون درباره کنترل کشش این طور می گوید که این سیستم موجب به حداکثر رسیدن توانایی های تحرکی خودرو در حرکت به جلو یا عقب می شود. و این سیستم ها می توانند برای مدیریت هرزگردی چرخ ها از مدیریت موتور، سیستم ترمز یا دیفرانسیل مرکزی استفاده نمایند. نوع خودرو یا قوای محرکه اهمیت نداشته چرا که هدف این تکنولوژی یکی بوده و آن پیدا کردن اصطکاک می باشد.
البته هنوز بعضی رانندگان به این سیستم چندان اعتقاد ندارند و برخی افراد در شرایط لغزنده این سیستم را خاموش می کنند تا هرزگردی چرخ موجب ایجاد چسبندگی گردد ولی این امر ضرورتا مفید نمی باشد. هاریسون بیان می دارد چنانچه خودرو، گیر بیافتد؛ سیستم های کنترل کشش زیادی وجود دارند که آن را تشخیص بدهند. این سیستم ها در حقیقت موجب می شوند چرخ اندکی هرزگردی داشته باشد تا کشش را بیاید. نمونه آشکار این موضوع را می توان در لاستیک هایی پیدا کرد که در برف می چرخند تا به سطح گل یا آسفالت برسند.
در مواردی راننده خواهان خاموش کردن سیستم کنترل کشش خودرو می باشد ولی این موارد بعضا محدود بوده و ممکن است با ریسک هایی همراه باشد. بدون شک تنها وقتی خواستار خاموشی این سیستم هستید که خودرو در برف، یخ یا گل گیر می کند. به طور معمول روش کار این سامانه ها می تواند، قدرت شما را در خارج شدن از چنین شرایطی محدود سازد. با خاموش شدن این سیستم اندکی لغزش برای بیرون آمدن ایمن از برف، یخ یا گل ایجاد می شود که در ادامه توصیه می شود با خارج شدن خودرو از چنین وضعیتی دوباره سیستم را فعال نمایید.
همانطور که پیشتر اشاره شد در همه خودروها با خاموش و روشن شدن پیشرانه مجددا این سیستم فعال می شود. در ضمن کنترل کشش می تواند موقع رانندگی در پیست خاموش شود که این موضوع ریسک بالایی دارد چرا که سرعت و پرفورمنس ماشین با هیچ محدودیتی مواجه نمی شود. روش دیگر عملکرد سیستم کنترل کشش اتومبیل از طریق ترمز می باشد که بنا به نظر هاریسون کنترل کشش ترمز بسیار شبیه دیفرانسیل قفل شونده کار می کند. با استفاده از سیستم ABS سیستم کنترل کشش می تواند ترمز را روی چرخی که دچار هرزگردی شده اعمال نماید.
به طور کلی سیستم ترمز ضد قفل( ABS) از لیزخوردن تایرها موقع ترمز گرفتن جلوگیری نموده ولی سیستم کنترل کشش خودرو( TCS) از سرخوردن یا هرز روی ایرها موقع گاز دادن پیشگیری می کند و همانطور که زمان ترمز کردن در خودرو مجهز به ABS راننده پالس هایی را روی پدال ترمز حس می کند هنگام گاز دادن نیز شبیه این پالس ها را روی پدال گاز حس می نماید.
به عنوان مثال اگر موقع پیچیدن و حرکت روی سطوح لغزنده به خصوص در شرایط آب و هوای بارانی و برفی و جاده های خاکی بیش از حد گاز داده شود چرخ های محرک شروع به هرزگردی نموده و سبب لیز خوردن و از دست دادن کنترل خودرو می شود. ولی در بیشتر خودروهای مجهز به سیستم کنترل کشش یا TCS اگر بیش از اندازه گاز داده شود و یکی از چرخ های محرک ماشین بیش از حد بچرخد و هرزگردی شروع شود این سیستم به شکل خودکار فعال می شود. و با کاهش میزان گاز نیروی موتور را به طور مرحله ای تا مقدار مطلوب کاهش می دهد و از هرزگردی چرخ محرک پیشگیری می کند.
سیستم کنترل کشش خودرو به عنوان سیستم مکمل ترمز ضد قفل عهده دار حفظ پایداری و فرمان پذیری مناسب خودرو در زمان شتابگیری از حالت توقف یا درحال حرکت می باشد. همانطور که باید موقع ترمزگیری از لغزش چرخ ها به خاطر کاهش پایداری ماشین جلوگیری شود ، در زمان شتابگیری و افزایش سرعت نیز باید از این لغزش پیشگیری شود. این لغزش سبب شده مقداری از گشتاور پیشرانه که باید خرج رانش شود صرف لغزش چرخ ها گردد. از این رو سیستم TCS به کمک سیستم ABS و سیستم مدیریت پیشرانه گشتاور اعمالی به چرخ ها و بالارفتن دور موتور را کنترل نموده و از لغزش چرخ ها جلوگیری می شود.
هرزگردی چرخ های محرک موقع حرکت بر روی سطح یخ زده از مشکلاتی است که اکثر رانندگان آن را تجربه نموده اند و مشابه این مشکل در مورد خودرو هایی با موتور حتی قوی بر روی سطوح خشک نیز دیده شده است. راه حلی که از گذشته برای جلوگیری از هرزگشتن چرخ های ماشینهایی که نیروی خروجی دیفرانسیل زیادی دارند استفاده می شد دیفرانسیل های LSD می باشد.
به عبارت ساده تر در خودروهای دیفرانسیل آزاد یا معمولی که گشتارو به هر دو چرخ انتقال می یابد اگر یکی از چرخ های متحرک تماسی با سطح زمین نداشته باشد و یا روی سطح یخ زده قرار گیرد آن چرخ آزادانه چرخیده و چرخ دیگر روی زمین خشک در حالت سکون قرار گرفته در نتیجه ماشین ثابت می ماند. علت این امر انتقال کمتر گشتارو به چرخی که اصطکاک بیشتری دارد، می باشد که این ایراد اصلی دیفرانسیل های آزاد یا معمولی است. ولی در دیفرانسیل LSD، گشتارو لازم جهت به حرکت درآوردن چرخ ثابت به آن منتقل شده و در نتیجه ماشین می تواند به حرکت خود ادامه بدهد. در حقیقت تقسیم گشتاور میان هر یک از چرخ ها به نسبت میزان نیروی اصطکاک آن ها با سطح جاده می باشد.
قفل دیفرانسیل خودرو چیست و چگونه کار می کند؟
