سیستم فرمان مکانیکی وبرقی

فرمان های مکانیکی

کار دستگاه فرمان هدایت مطلوب خودرو در مسیر دل خواه راننده است دستگاه فرمان از سه

قسمت اساسی تشکیل شده است الف : فلکه فرمان و مارپیچ ب: جعبه فرمان ج: اهرم بندی کار

فلکه فرمان انتقال دادن نیروی دست راننده به مارپیچ فرمان است کار جعبه فرمان تبدیل گشتاور

است یعنی گشتاور کمی که راننده به فلکه وارد می کند در جعبه فرمان به گشتاور زیادی که برای

به حرکت دراوردن چرخهای جلو مورد نیاز است تبدیل می شود در جعبه فرمانهای مکانیکی تبدیل

گشتاور فقط از نوع مکانیکی است و نسبت بین چرخ دندهای مارپیچ و تاج خروسی تعیین کننده ی

میزان گشتاور تبدیل شده است

انواع جعبه فرمان مکانیکی

جعبه فرمان کشویی : در این نوع جعبه فرمان میل مارپیچ به چرخ دنده ی کوچکی متصل می شود

که مارپیچ فرمان به حساب می اید و با فلکه فرمان حرکت دورانی می کند به این قطعه پینیون گفته

می شود پینیون با یک میله ی بلند دندانه دار شانه ای درگیر می شود این میله همان میل بلند

فرمان در ذوزنقه فرمان است

طرز کار : با حرکت دورانی فلکه فرمان و پینیون میل شانه ای به صورت خطی حرکت می کند این

حرکت به اهرم های چرخ)شغال دست( انتقال یافته چرخها را حول محورشان که سیبکی هستند

به دوران در می اورد برای انکه میل فرمان شانه ای با پینیون در تماس مطمئن قرار گیرد میله ی

شانه ای فرمان را در داخل لوله ای قرار داده دو انتهای ان را یاتاقان بندی کرده این یاتاقانها که

بوش راهنما هستند میل شانه ای را در خط مستقیم نگه می دارند تا فاصله ی ان با پینیون حفظ

شود علاوه بر بوش های دو طرف محلی برای تنظیم لقی شانه و پی نیون طراحی می شود این

محل به بوش تنظیم معروف است که فنری شانه ای را به پینیون اتصال می دهد

جعبه فرمان حلزونی تاج خروسی :

در این نوع جعبه فرمان یک مارپیچ حلزونی به کار رفته که با فلکه فرمان حرکت دورانی می کند

مارپیچ با چرخ دندانه دار دایره شکلی درگیر می شود و حرکت فلکه ی فرمان را به چرخ دندانه دار

انتقال می دهد اهرم هزار خار که به میل فرمان حرکت خطی می دهد به این چرخ دندانه دار

(تاج خروسی) متصل گردیده است بنابراین با حرکت مارپیچ فرمان یرو به تاج خروسی وارد

می شودو چون تاج خروسی با اهرم هزارخار یک پارچه گردیده اهرم هزار خار هم حرکت دورانی

محدود می نماید این حرکت به اهرم بلند فرمان انتقال یافته بالاخره سیستم اهرم بندی را به حرکت

در می اورد

جعبه فرمان ساچمه ای : در این نوع برروی مارپیچ حلزونی جعبه ی دندانه داری قرار دارد که

داخل ان ساچمه پر شده است روی مارپیچ یک محفظه ی پر از ساچمه قرار دارد که داخل ان دندانه

دار است و در داخل دندانه ها ساچمه قرار می گیرد به علت ضریب اصطکاک کمی که ساچمه به

دندانه دارد انتقال نیرو بین مارپیچ و محفظه ی ساچمه به راحتی انجام میگیرد بنابراین معمولا این

نوع جعبه فرمان کم اصطکاک تر هستند و با نیروی کم تری چرخ های جلو را می چرخانند ساچمه ها

در دو ریل جدا از هم در شیارهای محفظه پر شده اند و چون ریل محفظه با زاویه طراحی و ساخته

شده است در نتیجه با پیچاندن مارپیچ ساچمه ها به انتهای ریل مارپیچ هدایت می شوند در انتهای

حرکت وقتی ساچمه ها از شیار مارپیچ خارج شدند به لوله ی راهنما می رسند لوله های راهنما

ساچمه ها را مجددا به ابتدای مسیر مارپیچ هدایت می کنند به علت چرخش ساچمه ها در مدار

معین به این گونه جعبه فرمان ها نوع ساچمه ای چرخنده نیز می گویند با حرکت خطی محفظه در

روی مارپیچ دندانه های روی محفظه که با تاج خروسی محور هزار خار درگیر هستند به تاج خروسی

حرکت دورانی می دهد و به دنبال ان محور هزار خار هم حرکت دورانی می کند در انتهای مارپیچ

فرمان و در ابتدای جعبه فرمان محلی برای یاتاقان بندی مارپیچ پیش بینی شده است معمولا یاتاقان

انتهایی تکیه گاه قابل تنظیمی دارد تا با پیچاندن تکیه گاه بتوان مارپیچ را در محل درستی نسبت به

محفظه قرار داد ممکن است این تنظیم طولی مارپیچ با واشر گذاری انجام شود مانند جعبه فرمان

پیکان محور اهرم هزار خار به وسیله ی بوش یا یاتاقان بندی غلتکی در بدنه ی جعبه فرمان قرار

می گیرد بین دندانه های محفظه ی ساچمه و تاج خروسی اهرم هزار خار زاویه ای وجود دارد این

زاویه برای درگیری بهتر دو دندانه با هم است و لقی بین دو عضو را می کاهد برای تنظیم لقی

مجاز بین ان دو پیچ تنظیمی در روی در پوش جعبه فرمان پیش بینی می شود این پیچ دارای

مهره ی ضامنی است که به هنگام تنظیم چرخ ها را در حالت مستقیم قرار می دهد بدین ترتیب

مهره ی ضامن را شل کرده سپس با پیچ تنظیم لقی مجاز را ایجاد و مهره ی ضامن را سفت می کنند

جعبه فرمان انگشتی : در این جعبه فرمان یک انگشتی به محور اهرم هزار خار متصل است این

انگشتی در بین مارپیچ قرار می گیرد با حرکت مارپیچ فرمان انگشتی حرکت خطی نموده بازوی

متصل به ان نسبت به محور انگشتی حرکت دورانی می کند این حرکت به اهرم هزار خار انتقال

یافته میل بزرگ فرمان را به حرکت در می اورد

جعبه فرمان حلزونی غلتکی : در این نوع جعبه فرمان یک چرخ غلتک دار که به محور هزار خار متصل

است در روی مارپیچ فرمان قرارگرفته است و با حرکت مارپیچ چرخ نیز حرکت می کند این حرکت به

اهرم هزار خار انتقال می یابد

سيستم فرمان برقي

با توجه به تعريف پروژه فرمان برقي توسط سازه گستر و همكاري با شركت سايپا در توليد خودروي پرايد، در اين گزارش به معرفي سيستم مذكور و مزاياي آن نسبت به سيستم هيدروليكي و نحوه عملكردش مي پردازيم. با در نظر گرفتن مزيت هاي سيستم فرمان برقي، احتمال دارد در آينده از آن به عنوان يكي از آپشن هاي خودروي S81 استفاده شود.

سيستم فرمان انواع گوناگوني دارد از جمله سيستم فرمان مكانيكي(دنده شانه اي و پينيون)، هيدروليكي والكتريكي.
معمول ترين آنها سيستم مكانيكي يا دنده شانه اي و پينيون است. پينيون حركت دوراني دارد و دنده شانه اي حركت خطي انجام مي دهد. در اين حال پينيون حركت دوراني غربيلك فرمان را به دنده شانه اي منتقل مي كند و دنده شانه اي نيز حركت خطي را از طريق مفصل ها به چرخ هاي خودرو انتقال مي دهد.
براي تسهيل در چرخش فرمان و به تبع آن كاهش خستگي راننده و همچنين افزايش ايمني، سيستم هيدروليكي ابداع شده است. براي ايجاد فرمان هيدروليكي معمولا اجزاي زير به قسمت مكانيكي فرمان اضافه مي شوند:
پمپ هيدروليك با مخزن روغن و چرخ تسمه،
شيرهاي كنترل،
لوله هاي رابط،
سيلندر و
تسمه.
سيستم هيدروليكي فرمان براي ايفاي نقش خود از موتور خودرو استفاده مي كند بنابراين از بازده آن اندكي مي كاهد همچنين مصرف انرژي بيشتر را در پي دارد. علاوه بر آن، سيستم هيدروليك به صورت مركز آزاد عمل مي كند يعني حتي وقتي خودرو به صورت مستقيم در حال حركت است و هيچ انحرافي ندارد باز هم به عملكرد خود ادامه مي دهد. اين موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سيستم هاي بهتر و مفيدتري بگردند و آنها را جايگزين سيستم هيدروليكي كنند يا سيستم هيدروليكي را بهبود بخشند.
يكي از سيستم هاي ارائه شده در سال هاي اخير، فرمان الكتروهيدروليكي(EHPS) است كه در آن به جاي استفاده از موتور خودرو، يك موتور الكتريكي به پمپ هيدروليك اضافه مي شود و در نتيجه فرمان از موتور مستقل مي شود.
در اين نوع فرمان هر چند مستقل بودن از موتور خودرو تحقق يافته ولي مشكل دائمي بودن عملكرد سيستم هيدروليكي يعني حالت مركز آزاد هنوز پا بر جاست.
به عبارت ديگر بايد وضعيتي را تدارك ديد كه سيستم تنها وقتي چرخشي به فرمان وارد مي شود عمل كند، نه هميشه.
از اين رو در نسل جديد خودروها فرمان الكتريكي(EPS)
جايگزين انواع قبلي شد. اين نوع فرمان مشابه نوع هيدروليكي عمل مي كند ولي از لحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با توجه به مزاياي متعدد خودروهاي فرمان برقي در قياس با خودروهاي داراي فرمان¬هاي هيدروليكي و مكانيكي، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روي آورده اند تا جايي كه در سال 2007 بيش از 60درصد خودروهايي كه د اروپا به فروش رفته اند، سيستم فرمان برقي داشته اند.
از مزاياي سيستم را الكتريكي مي وان به افزايش سرعت، عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان پذيري آسانتر بهخصوص هنگام پارك خودرو ميشود و با توجه به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل ميكند. از مزاياي سيستم فرمان برقي نسبت به فرمان هيدروليك مي توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود 5درصد) و تقويت فرمان در سرعت هاي پايين و كاهش قدرت فرمان در سرعت هاي بالا را نام برد. در سيستم فرمان برقي تنها زماني كه فرمان مي چرخد انرژي مصرف ميشود؛ در حالي كه در سيستم فرمان هيدروليك، پمپ هيدروليك صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار ميكند و حدود 5 اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبي و پمپاژ دائمي روغن هيدروليك در مدار مي شود. ماكزيمم قدرت فرمان هيدروليك در سرعتهاي بالاست كه بيشترين دبي توسط پمپ توليد ميشود؛ درحالي كه در سرعتهاي بالا كمترين نيرو براي چرخش فرمان مورد نياز است. وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به علت حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و ... حدود 4 تا 6 كيلوگرم كمتر از خودروي مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است همچنين حذف روغن هيدروليك و غير قابل چرخش بودن اين روغن باعث كاهش اثرات مخرب زيست محيطي آن مي شود و مشكلات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است. برخي مزايا در جدول شماره 1 به اختصارآورده شده است.

اجزاي اصلي سيستم فرمان برقي خودرو شامل موتور الكتريكي با جريان مستقيم(DC)، كنترل يونيت، ميله پيچشي و حسگر گشتاور است كه در ادامه به نحوه عملكرد اين سيستم مي پردازيم.
انواع سيستم هاي EPS با توجه به محل قرار گرفتن موتورالكتريكي تعريف ميشوند. موتور الكتريكي روي محور فرمان، پينيون، رك و يا به صورت تركيبي با پمپ هيدروليك قرار دارد. معمولا در مدلهاي جديد از نوع فرمان برقي با نصب موتور الكتريكي روي محور فرمان به جاي نصب روي جعبه فرمان استفاده ميكنند.

در سيستم فرمان برقي ميله پيچشي به محور فرمان متصل است و از طريق حسگر گشتاور متصل به ميله پيچشي، مقدار گشتاور مقاومي كه بر اثر چرخش فرمان بين چرخ هي خودرو و نيروي پيچشي فرمان اعمال ميشود، اندازه گيري مي گردد و براساس آن به سيگنال الكتريكي تبديل و به ECU ارسال ميشود. ECU هم براساس دادههاي ارسالي از حسگر گشتاور و سرعت خودرو، مقدار نيروي اعمالي لازم به موتور الكتريكي DC را تعيين ميكند.
ميله پيچشي جزئي از محور فرمان است و هنگام فرمان گيري از خودرو تحت دو گشتاور، يكي گشتاور ورودي از طرف غربيلك و ديگري گشتاور عكس العملي وارده از سمت تاير قرار مي گيرد. دو حسگر براي اندازه گيري مقدار نيروي پيچشي و تبديل آن به سيگنال الكتريكي و خروجي ولتاژ (متناسب با مقدار پيچش) وجود دارد. هر حسگر به صورت coil در شكل نشان داده شده است. بر اثر چرخش رينگ هاي متصل به شفت، القاي مغناطيسي دركويل ها ايجاد و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود كه در شرايط بدون اعمال گشتاور ولتاژ 2.5 ولت را توليد مي كند. وقتي پيچش اتفاق نمي افتد ميزان اختلاف ولتاژ خروجي حسگرها صفر و محدوده ولتاژ خروجي مجموعه دو حسگر صفر تا 5 ولت است. مطابق شكل وقتي فرمان به سمت چپ يا راست مي پيچد همزمان در يك حسگر ولتاژ خروجي افزايش مي يابد و در حسگر ديگر كاهش ولتاژ خروجي اتفاق مي افتد. هر چه اختلاف بين خروجي ولتاژ حسگرها بيشتر باشد نيروي اعمالي بيشتري در موتور الكتريكي توليد مي شود و در صورت معكوس شدن ولتاژ جهت چرخش موتور الكتريكي تغيير مي كند.ECU براساس سيگنالهاي مختلفي كه از حسگرهاي گشتاور و سرعت دريافت مي كند و با لحاظ وضعيت خودرو در آن لحظه مقدار دور لازم براي چرخش را به موتور الكتريكي ارسال مي كند و موتور الكتريكي DC توسط يك چرخ دنده گشتاور موتور الكتريكي را به محور فرمان انتقال مي دهداين سيستم كه مكانيزم كاهش نام دارد نيروي اعمالي موتور را به پينيون شفت انتقال مي دهد. اين مكانيزم شامل يك چرخ دنده مارپيچي و يا حلقوي است كه ارتباط بين پينيون محور فرمان و پينيون چرخ دنده اي متصل به شفت موتور را برقرار و نيروي موتور را به پينيون شفت منتقل مي كند. به اين ترتيب پينيون شفت به چرخش در مي آيد تا گشتاور مقاوم ايجاد شده در ميله پيچشي به صفر برسد.
ECU داراي سه مد عملياتي است:1- مد كنترلي نرمال: زماني كه فرمان به چپ و راست مي پيچد و نيروي كمكي با توجه به ميزان گشتاور ورودي در حسگر گشتاور اعمال مي شود. 2- مد كنترلي بازگشت: زماني كه فرمان به طور كامل پيچيده است نيروي كمكي در جهت برگشت ايجاد مي كند. 3- مد كنترلي ميراكننده: سرعت خودرو را با هدف بهبود احساس سواري و جذب تنش هاي وارده از جاده به چرخ ها تغيير مي دهد.
زماني كه فرمان تا انتها مي چرخد كنترل يونيت نيروي كمكي را كاهش مي دهد تا از آسيب ديدن موتور الكتريكي جلوگيري كند همچنين در صورت وجود هرگونه خطا، سيستم به طور خودكار از حالت برقي به مكانيكي تغيير مي كند و چراغ اخطار روشن ميشود كه بايد با استفاده از نرم افزار و دستگاه عيب ياب، ايراد برطرف شود.
بيشترين نيرو توسط موتور الكتريكي هنگامي اعمال ميشود كه خودرو در سرعت پايين حركت كند و روي يك سطح با اصطكاك بالا فرمان با سرعت چرخانده شود. در شرايطي كه سطح جاده داراي اصطكاك كمي باشد نيروي كمتري توسط موتور الكتريكي اعمال و از انحراف خودرو جلوگيري ميشود. عواملي چون فشار باد تاير، سطح جاده، سرعت خودرو و ... بر مقدار نيرويي كه بايد راننده براي چرخش فرمان اعمال كند تأثير نخواهد داشت و در شرايط اضطراري كه فرمان به سرعت چرخانده ميشود با توجه به اهميت گشتاور مقاوم بين تاير و نيروي وارده به غربيلك، خودرو در مسير مستقيم بدون انحراف به حركت خود ادامه ميدهد.
سيستم فرمان برقي معمولا با ولتاژ 12ولت و ماكزيمم مصرف 80 آمپر و متوسط توان0.1 كيلووات كار ميكند

سیستم فرمان مکانیکی وبرقی

مطالب مشابه :

فرمان هیدرولیک

مجموعه جعبه فرمان پراید

فرمان خودرو

مقاله سيستم جعبه فرمان{کیهان}

جعبه فرمان پيكان

سیستم فرمان معمولی و انواع جعبه فرمان (ساچمه ای و اره ای)

سیستم فرمان مکانیکی وبرقی

فرمان هیدرولیک و روغن هیدرولیک

فرمان های مکانیکی

مزایای فرمان هیدرولیک نسبت به فرمان مکانیکی