فرمان برقی چیست و چگونه کار می‌ کند؟ آشنایی با EPS در خودرو

این روزها عبارت فرمان برقی یا EPS را زیاد می‌شنویم و به‌مرور این سیستم در حال حذف فرمان هیدرولیک در خودروها است. فرمان برقی مزیت‌های بسیار زیادی دارد و به همین دلیل به انتخاب اول خودروهای شهری و حتی برخی از خودروهای اسپرت در آمده است. در این مطلب قصد داریم فرمان برقی و کارکرد و نقاط قوت و ضعف آن را بررسی کنیم.

ازآنجایی‌که فرمان اتومبیل وظیفه بسیار خطیری را در هدایت آن به عهده دارد، همواره سعی می‌شود تا همه شرایط ریسک‌پذیر مورد بررسی قرار بگیرد. فرمان با ساختار مکانیکی در اکثر موارد جزو ایمن‌ترین سیستم‌های طراحی فرمان به شمار می‌رود. ولی دارای کاستی‌هایی نظیر سختی در گردش است که در بسیاری موارد راننده‌ را به دردسر می‌اندازد.

هرچند سیستم‌های فرمان مکانیکی انواع مختلفی دارند اما در نهایت کارکرد همه آن‌ها تبدیل حرکت دورانی فرمان به نیرویی خطی است که باعث جابجایی چرخ‌ها شده که در نهایت منجر به تغییر جهت حرکت خودرو می‌شود. چون در این حالت تغییر مسیر خودرو از لحظه چرخش فرمان تا انحراف چرخ‌ها به جوانب به‌صورت کاملاً مکانیکی و از طریق اتصالات انجام می‌شود دارای امنیت قابل قبولی بوده و استفاده از تکنولوژی‌های دیگر نظیر هیدرولیک کاملاً مبتنی بر همین روش انجام می‌شود.

فرمان برقی چیست؟آیا فرمان برقی کاملا برقی است؟

سیستم فرمان برقی یا EPS که مخفف Electric power steering یکی از انواع سیستم‌های کمکی فرمان خودرو است که با ایجاد نیرو (یا به‌طور دقیق‌تر گشتاور) اضافی از طریق یک موتور الکتریکی، به گردش آسان‌تر فرمان کمک می‌کنند. به این ترتیب راننده می‌تواند با اعمال گشتاور کمتر، فرمان را به چرخش درآورد.

یکی از اشتباهاتی که در مورد سیستم فرمان برقی یا EPS وجود دارد، تصور کاملا برقی بودن آن است. به این ترتیب برخی به‌غلط تصور می‌کنند در این سیستم، اتصال مستقیمی میان فرمان و چرخ‌ها وجود ندارد و تغییر جهت فرمان مستقیما با نیروی برق یا الکتریسیته اتفاق می‌افتد.

همان‌طور که عنوان شد این تصور غلط است چراکه در فرمان برقی، همچنان ارتباط مکانیکی میان غربیلک فرمان، جعبه‌فرمان و چرخ‌ها، مانند سیستم‌های سنتی برقرار است. در این سیستم، نیروی الکتریسیته، وظیفه کمک به چرخش راحت‌تر فرمان را دارد و به هیچ عنوان جای سیستم مکانیکی را نگرفته است. به این ترتیب عنوان درست‌تر این سیستم، نه فرمان برقی که فرمان با نیروی کمکی برقی است. بد نیست بدانید به دلیل خطراتی که قطع ارتباط مکانیکی میان غربیلک فرمان و جعبه‌فرمان و در نهایت چرخ‌ها وجود دارد، هنوز موسسات استاندارد جاده‌ای در جهان، مجوز تردد به خودروهایی که همه ارتباط‌های مکانیکی در آن حذف شده باشد را صادر نکرده است و فعل هیچ خودروی تولید انبوهی در جهان، فرمان کاملا برقی ندارد.

تغییر از فرمان مکانیکی به فرمان هیدرولیک

همان‌طور که اشاره شد، مشکل اصلی فرمان‌های مکانیکی سفتی آن‌ها و عدم رضایت راننده اتومبیل است. این مشکل در ترافیک شهرها بسیار آزاردهنده‌تر می‌شود ضمن آنکه با افزایش سایز لاستیک خودروها، اصطکاک آن‌ها با آسفالت نیز بالاتر می‌رود و همین امر موجب سفت‌تر شدن فرمان می‌شود. از این‌رو خودروسازان بر آن شدند تا با ایجاد یک سیستم اعمال نیروی کمکی به غربیلک فرمان، گردش آن را ساده‌تر کنند.

این سیستم یک مدار هیدرولیک است که به قسمت مکانیکی فرمان اضافه می‌شود و با نیروی هیدرولیکی که از پمپی متصل به موتور کسب می‌کند، چرخش فرمان را آسان‌تر می‌سازد. نصب سیستم هیدرولیک بر روی فرمان نیازمند تقویت اتصالات فرمان در قسمت‌های مختلف آن است.

مشکلات فرمان هیدرولیک

استفاده از مدار هیدرولیک در کنار مزیت‌ها، معایبی نیز دارد. ازآنجاکه اساس کار سیستم‌های هیدرولیک کاملاً مبتنی بر روغن هیدرولیک است، توجه به آن و تعویض به‌موقع و هزینه‌های جانبی آن یکی از مواردی است که برخی از صاحبان خودرو از آن به‌عنوان عیب این سیستم یاد می‌کنند، ولی این مساله تنها جنبه ظاهری موضوع است. یکی از مهم‌ترین موضوعاتی که به‌عنوان ضعف فرمان هیدرولیک به شمار می‌رود این است که پمپ هیدرولیک نیروی خود را از موتور اتومبیل تامین می‌کند که این موضوع از توان موتور تا حد کمی کاسته و باعث مصرف انرژی بیشتری می‌شود.

یکی دیگر از معایب این سیستم عملکرد پیوسته آن است، یعنی پمپ هیدرولیک همواره در حال کار بوده، حتی اگر فرمان اتومبیل در حالت ثابت و بدون حرکت قرار داشته باشد. به این ترتیب سیستم هیدرولیک خودرو بدون آنکه لزومی به کار آن باشد، همواره در حال کار است. این موضوع باعث شد تا خودروسازان سیستم جدیدی را جایگزین فرمان هیدرولیک کنند. طرح جدیدی که درواقع یک بهبود در سیستم هیدرولیک به شمار می‌رود، فرمان الکتروهیدرولیک نام دارد. در این سیستم یک موتور الکترونیکی در کنار پمپ هیدرولیک نصب می‌شود تا عملکرد هیدرولیک مستقل از موتور اتومبیل انجام شود. اما باز هم مشکل هزینه‌های جانبی و تعویض مرتب روغن و همچنین کار پیوسته مدار هیدرولیک به قوت خود باقی مانده است.

فرمان برقی از کجا آمده است؟

از دهه ۹۰ میلادی سیستم جدیدی در فرمان خودرو به خدمت گرفته شد. در این نوع فرمان، خبری از مدارات و پمپ هیدرولیک نیست و با به خدمت گرفتن دانش الکترونیک، یک موتور الکترونیکی و پردازنده مرکزی جایگزین سیستم قبلی شده است.

طرح اولیه فرمان برقی از زمان مطرح شدن ایده تا زمان ساخت عملی آن در حدود ۲۰ سال طول کشید. از خودروسازان پیشگام در استفاده از این نوع فرمان می‌توان به اتومبیل NSX هوندا، فیات پونتو و ب ام و Z4 اشاره کرد. در حال حاضر این سیستم فراگیرتر شد است و هم‌اکنون نیز در تمام محصولات فونیکس نصب می‌شود.

فرمان برقی چگونه کار می‌کند؟

قسمت‌های اصلی فرمان برقی شامل ECU، موتور الکترونیکی و سنسور گشتاور است. هنگامی‌که فرمان اتومبیل می‌چرخد، سنسور گشتاور حرکت را تشخیص داده و سیگنالی به ECU ارسال می‌کند، سپس ECU با در نظر گرفتن سرعت حرکت اتومبیل (که از ECU مرکزی اتومبیل دریافت می‌کند) موتور الکترونیکی را با سرعت و قدرت معینی به کار می‌اندازد.

این موتور نیروی کمکی لازم را برای گردش نرم‌تر فرمان اتومبیل فراهم می‌کند. محل اعمال نیروی کمکی با توجه به اتومبیل و اندازه آن متغیر است. به‌طور معمول هرقدر اتومبیل بزرگ‌تر و سنگین‌تر باشد محل نصب موتور الکترونیکی به محور چرخ‌ها و دنده شانه‌ای نزدیک‌تر است. این موضوع به این دلیل است که در اتومبیل‌های سنگین‌تر نیروی بیشتری باید از سمت موتور فرمان وارد شود و با دور بودن این موتور از محور اصلی چرخ‌ها، نیروی بیشتری هدر می‌رود.

در اتومبیل‌های سواری معمولی، موتور الکترونیکی بر روی میله بدنه فرمان نصب می‌شود. همان‌طور که می‌بینیم سیر تکاملی در طراحی فرمان، کاملاً مبتنی بر همان فرمان‌های مکانیکی اولیه است. به بیان دیگر فرمان مکانیکی به‌عنوان بستری برای نصب مدارات جدید و طراحی‌های بعدی به شمار می‌رود. مگان ازجمله خودروهایی است که از این سیستم فرمان بهره می‌گیرد. هم‌اکنون نیز این سیستم بر روی بخش عمده محصولات مدیران خودرو به‌صورت استاندارد نصب می‌شود.

مزایای فرمان برقی

اکنون که ساختار فرمان برقی را شناختیم، می‌توان در مورد مزیت‌های فرمان برقی خودرو راحت‌تر صحبت کرد. اصلی‌ترین مزیت این سیستم بدون شک ایجاد راحتی در زمان رانندگی است اما این سیستم مزیت‌های دیگری هم دارد.

همان‌طور که گفتیم اصلی‌ترین مزیت فرمان برقی، ایجاد راحتی در رانندگی است. هدف اصلی استفاده از این سیستم، راحت‌تر چرخاندن فرمان خودرو است و خودروهای مجهز به فرمان برقی از این نظر مزیت بزرگی دارند. در این خودروها، طراحان تلاش می‌کنند در سرعت‌های پایین، گشتاور بیشتری را از موتور الکتریکی بر روی فرمان وارد کنند تا به این ترتیب چرخاندن فرمان راحت‌تر شود. به این ترتیب فرمان این خودروها در شهر بسیار نرم است. البته می‌توان همین کار را برای فرمان هیدرولیک هم انجام داد که مشابه آن را در خودروهای آمریکایی دهه ۷۰ میلادی می‌بینیم اما در مقابل نرمی آن‌ها در سرعت‌های بالا دردسرساز است.

مزیت بزرگ دیگر فرمان برقی، امکان کنترل آسان میزان گشتاور منتقل شده به فرمان است. به این ترتیب در سرعت‌های بالا، می‌توان گشتاور وارد شده به فرمان را کم کرد تا فرمان کمی سفت‌تر شود. در سرعت‌های بالا، خودرو به پایداری نیاز دارد و نباید حرکت‌های ناگهانی به فرمان داد. در این شرایط، سیستم میزان گشتاور کمکی را محدود می‌کند تا فرمان سفت‌تر شود و خودرو پایدارتر باقی بماند.

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم این سیستم فرمان، عدم وابستگی به نیروی موتور است. در فرمان هیدرولیک، نیروی پمپ هیدرولیک از موتور خودرو تامین می‌شود و این مسئله به معنای فشار دائمی به موتور خودرو است که هم مصرف سوخت را بالا می‌برد و هم پمپ هیدرولیک را مستهلک می‌کند و هم بخشی از توان موتور را می‌گیرد. این در حالی است که ممکن است در بسیاری موارد اصلا نیازی به نیروی کمکی هیدرولیک نباشد. در مقابل در سیستم‌های برقی، نیرو از موتور خودرو گرفته نمی‌شود و از سوی دیگر، نیرو تنها در لحظه‌ای که به آن نیاز دارد وارد می‌شود.

فرمان تیگو ۸ پرو؛ این خودرو به فرمان برقی مجهز است

معایب فرمان برقی

این سیستم فرمان در کنار مزایای زیادی که به دنبال دارد، از سوی علاقه‌مندان واقعی خودرو چندان مورد استقبال نیست چراکه این گروه معتقدند در این سیستم فرمان، حسی که از فرمان به راننده منتقل می‌شود برخلاف سیستم‌های قبلی به‌هیچ‌وجه واقعی نیست. در این سیستم‌ها نیروی فرمان به‌گونه‌ای تنظیم شده است که بیشتر در جهت راحتی راننده باشد و به همین دلیل راننده در تشخیص اصطکاک لاستیک‌ها با سطح مسیر دچار مشکل می‌شود که این امر در یک رانندگی اسپرت مطلوب نیست. البته خودروسازان در سیستم‌های جدید تلاش دارند این مشکل را تا حدودی برطرف کنند اما تا آن زمان فرمان‌های با نیروی کمکی الکتریکی سیستم محبوب اسپرت سواران نخواهد بود.

امروزه خودروسازان سعی می‌کنند تا با ارائه طرح‌های جدید در ساخت فرمان، بتوانند اتصالات و تجهیزات فرمان مکانیکی را حذف کنند. برای مثال در طرح جدید می‌توان با استفاده از یک موتور الکترونیکی بر روی محور اصلی بین دو چرخ و یک سیم که به سنسور پشت تلسکوپی فرمان متصل است، حرکت اتومبیل به جهات مختلف را کنترل کرد. اما در این روش ریسک‌ زیادی وجود دارد و در صورت بروز مشکل فنی در برق خودرو، این سیستم از کار می‌افتد که این مساله می‌تواند فاجعه‌بار باشد. به همین دلیل تاکنون استفاده از این سیستم در خودروها رایج نشده است و تنها در حد نمونه‌های تحقیقاتی باقی مانده است.

خرابی فرمان برقی؛ دلایل سفت شدن فرمان برقی خودرو

یکی از مشکلاتی که در این سیستم پیش می‌آید، سفت شدن فرمان برقی است. در این شرایط چرخاندن فرمان دشوار می‌شود و رانندگی در شهر سخت خواهد شد. سفت شدن فرمان برقی خودرو می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد که بخشی از آن به ساختار فرمان برقی بازمی‌گردد. البته در مقابل باید وضعیت باد تایرها و اتصالات جلوبندی را نیز بررسی کرد.

یکی از دلایل سفت شدن فرمان برقی خودرو، خرابی موتور الکتریکی آن است. در این شرایط موتور با کلا به مدار نمی‌آید و یا از توان کافی برخوردار نیست. مورد بعدی می‌تواند خرابی سنسورها باشد که نمی‌تواند وضعیت چرخش فرمان را تشخیص دهد و موتور را به کار بیاندازد. به‌علاوه ممکن است مشکلی در اتصالات برقی به جود آمده باشد.

البته این را هم در نظر بگیرید خرابی فرمان برقی مانند بسیاری دیگر از بخش‌های برقی خودرو عمومیت ندارد و معمولا به‌ندرت رخ می‌دهد. به‌علاوه سیستم فرمان برقی معمولا عملکرد صفر و یک دارد به این معنی که عمدتا یا درست کار می‌کند یا به‌طور کلی از کار می‌افتد. به همین دلیل برای بررسی وضعیت آن بهتر است به مراکز خدمات پس از فروش مراجعه کنید.

مشاوره خرید محصولات مدیران خودرو (نقدی | اقساطی)
برای اطلاع از جدیدترین شرایط فروش محصولات مدیران خودرو (ام وی ام | فونیکس) به صورت نقدی و اقساطی، شماره خود را درج کنید.