فرمان برقی خودرو چیست؟

زمانی که شروع به یادگیری رانندگی می­کنید، می­بینید که  سخت­ ترین کار هدایت خودرو در پیچ­ هاست. آیا می­دانستید چه مکانیزم و فیزیکی در سیستم فرمان خودرو وجود داره که باعث میشه خودرو بدون لغزش چرخ­ ها به مسیر خودش ادامه بدهد؟

در این مقاله خواهیم فهمید که چرا سیستم فرمان اینقدر حیاتی و همچنین با نحوه ­ی کار کردن فرمون برقی بیشتر آشنا می ­شویم.

دانلود ویدئو

یک نکته ­ی جالب در مورد خودرو اینه که زمانی که چرخ­ ها مطابق تصویر می­ چرخند، کل مجموعه­ ی خودرو خواهد پیچید، حال سوال اینجاست که چرا این اتفاق می افتد؟ برای یافتن پاسخ به این سوال بایستی فیزیک مربوط به مهم ترین اختراع بشر رو بیشتر بشناسیم، یعنی فیزیک چرخ ­ها.

در یک چرخ متحرک و بدون لغزش، سرعت در نقطه ­ی تماس با سطح جاده همیشه صفر است. بدین ترتیب هیچ گونه لغزشی بین چرخ و جاده وجود نداره اما چطور یک چرخ متحرک میتونه سرعتی برابر با صفر در نقطه تماس با سطح جاده داشته باشه، این حالت امکان ­پذیر چون یک چرخ دارای دو نوع حرکت است.

یک، حرکت چرخ در راستای حرکت خودرو و دیگری چرخش حول مرکز خودش، زمانی که این دو سرعت رو در پایین چرخ در نظر بگیریم خواهید دید که در دو جهت مخالف اند و همدیگر رو خنثی می کنند.

حال این قانون رو در نظر داشته باشیم تا بتونیم به راحتی مکانیزم فرمون رو درک بکنیم، فرض کنید بعد از چرخاندن چرخ­ها، خودرو همچنان به مسیر مستقیم خودش ادامه بدهد.

حال بیاید دوباره سرعت چرخشی و جابجایی چرخ رو در نقطه تماس با جاده بررسی بکنید. خواهید دید که در اینجا سرعت چرخشی مورب شده ولی سرعت جابه جایی همچنان مستقیم هست.

به همین خاطر این دو سرعت دیگه هم دیگر رو خنثی نخواهند کرد. این عمل منجر به لغزش چرخ خواهد شد. تنها راه برای رسیدن به حالت خنثی این است که مطمئن بشویم که سرعت جابجایی هم مورب شده است. این حالت تنها زمانی که ممکنه کل خودرو حول مرکز پیچ بچرخد.

قانون فرمان پذیری چرخ ها:

در این تصویر این حالت به خوبی نشان داده شده، در اینجا همه ­ی چرخ ­ها در بهترین وضعیت­ شان قرار گرفتند. یک نکته مهم در این­جا اینه که برای یک پیچیدن بدون نقص، راستای محورهای چرخ­ های جلو بایستی در یک نقطه به راستای چرخ­های عقب برسد. این قانون اصلی فرمان ­پذیری خودرو هست.

اگر خوب دقت کرده باشید خواهید دید که زاویه چرخش چرخ­ها با هم برابر نیست. یعنی برای پیچیدن بدون نقص، چرخ سمت راست و سمت چپ تحت زوایای مختلفی خواهند پیچید. سیستم فرمان خودرو بدین منظور طراحی شده،

متداول­ ترین نوع مکانیزم فرمان در خودرو­ های امروزی از نوع راک اَن پینیون (RACK & PINION) هست.

بیاید ببینیم که این سیستم چگونه کار میکنه. رَک (RACK) در مرکز این مکانیزم قرار گرفته. رَک از طرفین محدود شده، پس تنها در یک خط مستقیم قادر به حرکت هست. پینیون (PINION) که به فرمان متصل هست، عامل حرکت رَک به حساب می آید. قطعه­ای به نام شُغال دَست به چرخ­ها متصل شده، این قطعه هم تنها قادر به چرخش حول محور خودش است. شغال دست توسط یاتاقان به شاسی متصل شده که این چرخش رو تضمین می کند.

اهرم تایراد شغال دست رو به رَک متصل میکنه، تایراد هم میتونه حرکت خطی به حرکت چرخشی داشته باشه، حال ببینیم چه اتفاقی برای چرخ ­ها در درون پیچ می افتد، خواهید دید چرخ راست و چپ تحت زوایای مختلف می­ پیچند، حال اگر خوب دقت کنید خواهید دید که مرکز، همه­ ی چرخ­ ها در یک نقطه به هم خواهند رسید، بنابراین سیستم رَک اَن پینی­یِن (RACK & PINION)  کاملا با این شرایط سازگار است. بر این اساس خودرو بدون هیچ گونه لغزشی خواهد چرخید.

سیستم فرمانی رو که تا اینجا بررسی کردیم، سیستم فرمان عادی بود. امروز سیستم فرمان برقی در اکثر خودروها به کار گرفته میشه. سیستم فرمان برقی، چرخوندن فرمون رو بسیار راحت و دقیق ­تر می کند، یک محور کمکی برای این سیستم در این تصویر نمایش داده شده، یک موتور الکتریکی بدون ذغال، محور و پینیون رو می­چرخونه، این موتور قادره هم در جهت موافق و هم مخالف جهت حرکت عقربه­ های ساعت بچرخد. یک واحد کنترل الکترونیکی ecu تصمیم خواهد گرفت که تا چه حد جریان الکتریکی بایستی به موتور داده بشود.

ECU داده­ هایی از قبیل گشتاور وارد شده به فرمان خودرو توسط راننده، زاویه فرمان، سرعت چرخش فرمان و سرعت خودرو رو دریافت و سپس بر اساس این داده­ها گشتاور لازم رو اعمال میکنه. یک سنسور حال اِفکت به همراه اهرم تُرشِن­بار برای اندازه­ گیری گشتاور وارده به کار گرفته می شوند.

به خاطر کمک موتور الکتریکی، چرخوندن فرمون خودرو برای راننده بسیار راحت میشه. حال فکر میکنید این مکانیزم، کامل و بدون نقصه، یک لحظه صبر کنید و تصور کنید که موتور الکتریکی دچار نقص بشه، همونطور که می­بینید دنده مارپیچی باعث چرخش دنده حلزونی میشه ولی حالت عکسش امکان­ پذیر نیست.

بدین ترتیب در صورت خرابی موتور الکتریکی، هرگونه چرخوندن فرمون به صورت دستی غیرممکن خواهد بود. یعنی فرمون قفل میشه. برای حل این مشکل، چرخش فرمون هرگز به صورت مستقیم به دنده حلزونی منتقل نمیشه و به جاش به واسطه یک مجموعه چرخ دنده­ ی سیاره ­ای انتقال پیدا می کند، در این حالت چرخش فرمون به دنده خورشیدی منتقل میشه و خروجی حامل سیاره­ ها است و همچنین دنده رینگی هم به دنده حلزونی متصل خواهد شد، در حالت عادی نیرو به راحتی از دنده رینگی به حامل سیاره­ ها منتقل می شود.

در وضعیت خراب بودن موتور الکتریکی، دنده رینگی دیگه قادر به چرخش نخواهد بود. با این حال خواهید دید که حرکت فرمون توسط راننده باعث چرخش دنده خورشیدی شده و بدین ترتیب حامل سیاره­ها و سپس پینیون به چرخش درمی آید.

دانلود فایل صوتی مقاله