سیستم فرمان خودرو: اصول، انواع، اجزا و نکات فنی
سیستم فرمان یکی از اجزای حیاتی خودرو است که ارتباط مستقیم بین راننده و مسیر حرکت خودرو را برقرار میکند. این سیستم وظیفه انتقال حرکت دست راننده به چرخهای جلو برای تغییر جهت خودرو را بر عهده دارد. کیفیت و جامعیت سیستم فرمان تاثیر مستقیم بر ایمنی، دقت رانندگی و راحتی کاربر دارد. در این مقاله به بررسی کامل اجزا، انواع و مکانیزم عملکرد سیستمهای فرمان مدرن و سنتی خواهیم پرداخت و نکات فنی و تعمیراتی مهم را توضیح میدهیم.
۱. آشنایی با ساختار کلی سیستم فرمان خودرو
سیستم فرمان متشکل از مجموعهای اجزای مکانیکی، هیدرولیکی و الکتریکی است که با همکاری یکدیگر سبب تغییر جهت چرخهای خودرو خواهند شد. این ساختار شامل موارد زیر است:
- فرمان یا غربیلک فرمان: دستگیره اصلی که راننده آن را میچرخاند.
- ستون فرمان: رابط بین فرمان و مکانیزم انتقال حرکت، اغلب قابل تنظیم ارتفاع و عمق.
- مکانیزم فرمان (جعبه فرمان): تبدیل حرکت دورانی فرمان به حرکت خطی برای چرخها.
- اهرمهای فرمان: شامل میل فرمان، تیغهها و سایر اهرمها که حرکت را منتقل میکنند.
- چرخها و سیستم تعلیق: که فرمان را عملیاتی میکنند.
- سیستم کمکی فرمان: هیدرولیکی یا الکتریکی برای کاهش نیرو مورد نیاز جهت چرخاندن فرمان.
نقشه کلی مسیر انتقال نیرو در سیستم فرمان
وقتی راننده غربیلک فرمان را میچرخاند، این حرکت از طریق ستون فرمان به جعبه فرمان انتقال مییابد. داخل جعبه فرمان که بسته به نوع سیستم، مکانیزم پیچشی یا دنده شانهای دارد، وظیفه تبدیل حرکت چرخشی فرمان به حرکت خطی بازوهای فرمان را بر عهده دارد. این تغییر جهت باعث میشود تا چرخهای جلو به سمت مورد نظر راننده بچرخند و خودرو در مسیر دلخواه حرکت کند.
۲. انواع سیستم فرمان خودرو و عملکرد آنها
با پیشرفت تکنولوژی خودروسازی، سیستمهای فرمان متنوعی طراحی شدهاند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در ادامه پرکاربردترین انواع سیستم فرمان را معرفی میکنیم:
۲.۱. سیستم فرمان مکانیکی (ساده)
این نوع سیستمها قدیمیترین فرم فرمانها هستند و در خودروهای کلاسیک یا سبکتر یافت میشوند. مکانیزم شامل جعبه فرمان دنده شانهای یا مارپیچی است که بدون کمک کمکی عمل میکند.
- مزایا: ساختار ساده، استحکام بالا و قابلیت تعمیر آسان.
- معایب: نیاز به نیروی زیاد برای چرخاندن فرمان مخصوصاً در سرعت پایین، راحتی رانندگی پایین.
۲.۲. سیستم فرمان هیدرولیکی (HPS)
فرمان هیدرولیکی با استفاده از یک پمپ روغن فشار قوی، نیروی فرمان را کاهش میدهد و رانندگی در سرعت پایین یا پارک کردن را آسانتر میکند.
اجزای کلیدی سیستم فرمان هیدرولیکی:
- پمپ هیدرولیک (متصل به موتور)
- سیلندر کمکی فرمان
- خطوط هیدرولیکی فشار بالا و پایین
روغن تحت فشار در سیلندر باعث میشود نیروی کمکی برای چرخاندن فرمان اعمال شود. این سیستم در خودروهای میان رده و سنگین بسیار متداول است.
۲.۳. سیستم فرمان الکتریکی (EPS)
جدیدترین سیستم فرمان، فرمان برقی یا EPS است که در آن موتور الکتریکی نیروی کمکی را تأمین میکند. موتور به کمک سنسورهای موقعیت و گشتاور فعال میشود و دقیقترین کنترل را فراهم میآورد.
- مزایا: کاهش مصرف سوخت، حساسیت بالا، امکان تنظیم نرمافزاری، عدم نیاز به روغن و پمپ هیدرولیک.
- معایب: هزینه تعمیرات نسبتا بالا، وابستگی به سیستمهای الکترونیکی.
مثال: خودروی پراید جدید با سیستم EPS مجهز شده که کمک میکند فرمانی روان با حداقل صدای اضافی داشته باشد.
۲.۴. سیستم فرمان چهار چرخ (4WS)
این سیستم پیشرفته امکان چرخش چرخهای عقب را نیز فراهم میکند تا شعاع گردش خودرو کاهش یافته و پایداری در سرعتهای بالا افزایش پیدا کند.
- کاربرد در خودروهای مسابقهای و لوکس
- افزایش مانورپذیری
- کنترل پیچیده و هزینه بالا
۳. اجزای کلیدی سیستم فرمان و جزئیات فنی آنها
در ادامه به بررسی تخصصی اجزای مختلف سیستم فرمان میپردازیم.
۳.۱. غربیلک فرمان (Steering Wheel)
این قطعه علاوه بر انتقال نیرو، محل نصب اجزای جانبی مثل ایربگ و دکمههای کنترلی است. قطر غربیلک غالباً بین 350 تا 400 میلیمتر است تا حداکثر راحتی را فراهم کند.
۳.۲. ستون فرمان (Steering Column)
وظیفه اتصال غربیلک فرمان به سیستم انتقال نیرو را دارد. همچنین در حالت تصادف به صورت تلسکوپی جمع شده تا آسیب به راننده کاهش یابد. ستون فرمان معمولاً مجهز به قفل فرمان نیز هست.
۳.۳. جعبه فرمان (Steering Gearbox)
اهمیت بالایی در تبدیل حرکت دارد. نوعهای رایج شامل:
- دنده مارپیچی سیارهای (Recirculating Ball)
- دنده قیچی یا دنده شانهای (Rack and Pinion)
جعبه فرمان دنده مارپیچی برای خودروهای سنگین کاربرد دارد ولی جعبه فرمان دنده شانهای در خودروهای سواری رایج است. ساختار دنده شانهای از یک شفت چرخان مجهز به یک پینیون و یک ریل دنداندار تشکیل شده که حرکت دورانی را به خطی تبدیل میکند.
۳.۴. بازوهای فرمان و میل فرمان (Pitman Arm, Idler Arm)
این اجزا نیروی منتقل شده از جعبه فرمان را به چرخها منتقل کرده و جهت چرخها را تغییر میدهند. بازوهای فرمان باید مقاومت بالایی در برابر تنشهای دینامیکی داشته باشند.
۳.۵. سیستم کمکی فرمان
به طور عمده در دو نوع هیدرولیکی و الکتریکی عرضه میشود. مشخصات فنی هرکدام:
- کمک هیدرولیک: فشار روغن در حدود 70 تا 120 بار، جریان روغن حدود چند لیتر در دقیقه، استفاده از پمپ و شیر کنترل.
- کمک الکتریکی: موتور براشلس یا براش دار با توان 0.5 تا 2 کیلووات، سنسورهای گشتاور و موقعیت، پیسیبی کنترلر تعبیه شده.
۴. عملکرد سیستم فرمان در شرایط مختلف
۴.۱. فرمانپذیری در سرعت پایین
نیروی مورد نیاز برای چرخاندن فرمان در سرعت پایین مانند پارک کردن بسیار بالا است و اهمیت سیستمهای کمکی در این شرایط کاملا مشهود است. برای مثال سیستم فرمان هیدرولیکی فشار زیادی تولید میکند که به سهولت تغییر جهت خودرو کمک میکند.
۴.۲. پایداری در سرعت بالا
در سرعتهای بالا، میزان تغییر جهت فرمان باید دقیق و نه بیش از حد حساس باشد تا خودرو تعادل خود را حفظ کند. فرمانهای الکتریکی با تنظیم دقیق حساسیت، این عملکرد را بهبود میبخشند.
۴.۳. عملکرد اضطراری سیستم فرمان
در صورت خرابی سیستم کمکی فرمان، خودرو باید بتواند به صورت مکانیکی نیز راهبری شود اما نیروی لازم به مراتب بیشتر خواهد بود. سیستمهای فول الکتریک امکان فعال شدن مود ایمنی با قدرت کمکی حداقلی را فراهم کردهاند.
۵. عیوب رایج و نگهداری سیستم فرمان
۵.۱. علائم خرابی سیستم فرمان
- سفت یا نرم شدن غیرعادی فرمان
- صداهای غیرمعمول، مانند صدای جیر جیر یا تق تق در موقع گردش
- لرزش فرمان در سرعتهای بالا
- عدم بازگشت فرمان به موقعیت مرکزی
- نشت روغن سیستم هیدرولیک
۵.۲. عیبیابی و تعمیرات
چک کردن روغن پمپ هیدرولیک به صورت دورهای ضروری است. تعویض فیلتر روغن و بررسی سالم بودن شیلنگها از اقدامات مهم است. در جعبه فرمان دنده شانهای معمولا پس از چند ده هزار کیلومتر نیاز به تنظیم یا تعویض بلبرینگها و مجموعه پینیون است.
در سیستم EPS، عیبیابی با دستگاه دیاگ تخصصی امکانپذیر است و خطاهای سنسورها، موتور یا سیستمهای کنترلر باید دارشت تحلیل شود.
۵.۳. نکات مهم نگهداری
- از چرخاندن بیش از حد فرمان در حالت ایستاده خودداری کنید.
- روغن فرمان هیدرولیک را به موقع تعویض کنید.
- اجزای مکانیکی را به صورت دورهای روانکاری و بازدید کنید.
- در صورت شنیدن صدای غیرطبیعی، هرچه سریعتر به تعمیرکار مجاز مراجعه شود.
۶. نتیجهگیری
سیستم فرمان نقش کلیدی در امنیت و کیفیت رانندگی دارد و با توجه به انواع مختلف آن - از فرمانهای مکانیکی قدیمی تا سیستمهای پیشرفته الکتریکی و چهارچرخ فرمان - شناخت کامل اجزا و چگونگی عملکرد آنها برای هر مالک خودرو ضروری است. نگهداری مناسب و عیبیابی به موقع میتواند ضمن افزایش طول عمر قطعات، از بروز حوادث ناشی از نقص سیستم فرمان جلوگیری کند. با توسعه فناوریهای جدید، سیستمهای فرمان الکتریکی و هوشمند جایگزین نمونههای سنتی شده و آیندهای پر از امکانات دینامیکی برای رانندگان فراهم آوردهاند.