دینامیک خودرو بخش جداییناپذیر یک خودرو است و به اندازهی سیستم انتقال قدرت آن اهمیت دارد. اگر برای به حرکت درآوردن یک خودرو به سیستم انتقال قدرت نیاز داریم، برای حفظ پایداری خودرو نیز به سیستمهای دینامیک خودرو نیاز داریم. همانطور که میدانیم سیستم تعلیق بخشی از دینامیک خودرو است که تماس سطحی را همراه با پایداری چرخش برای خودرو فراهم میکند، اما بیایید فقط فکر کنیم، چرخش جهت توسط خودرو در حین حرکت، نیروهای زیادی را برای برهم زدن پایداری خودرو وارد میکند که سوالات زیادی مانند چگونگی انجام آن را ایجاد میکند؟ الزامات هدایت خودرو در جهت دلخواه چیست؟ برای یافتن این پاسخها، بیایید بیشتر مطالعه کنیم.
سیستم فرمان خودرو بخش جداییناپذیر دینامیک خودرو است که در آن مجموعهای از اجزای مکانیکی با زوایای مهم خاص گرد هم میآیند تا چرخهای جلوی خودرو را طبق ورودی ارائه شده توسط سرنشین از طریق فرمان هدایت کنند. فرمان هیدرولیک، سیستم پیشرفتهای است که در آن با استفاده از دستگاههای الکتریکی یا هیدرولیکی واسطه که نیروی اعمال شده توسط راننده از طریق فرمان را چند برابر میکنند، تلاش لازم برای چرخاندن چرخهای جلوی خودرو به طرفین کاهش مییابد تا تغییر جهت خودرو به نرمی و سرعت انجام شود.
امروزه ۸۰ درصد از خودروهای موجود در جاده مجهز به سیستم فرمان هیدرولیک هستند که به نیاز اساسی خودروهای امروزی تبدیل شده است. اولین سیستم فرمان هیدرولیک که روی یک خودروی تولیدی نصب شد، در کرایسلر ایمپریال ۱۹۵۱ عرضه شد و رقبا به سرعت از آن پیروی کردند. پس از معرفی فرمان هیدرولیک، مشخص شد که تعداد تصادفات جادهای به حد قابل توجهی کاهش یافته است که به نوبه خود آن را به یک ضرورت در خودروهای چهار چرخ تبدیل میکند.
بیشتر بخوانید: دلایل لرزش فرمان خودرو چیست
چرا به فرمان هیدرولیک نیاز داریم؟
همانطور که گفته شد، فرمان هیدرولیک، نیروی لازم برای هدایت خودرو را که از نیازهای یک خودروی چهار چرخ است، کاهش میدهد، بنابراین به دلایل زیر به فرمان هیدرولیک نیاز داریم:
واکنش سریع: با افزایش تعداد وسایل نقلیه در جادهها و افزایش تعداد آنها، خطر تصادفات جادهای نیز افزایش مییابد، بنابراین برای جلوگیری از این خطر و چرخشهای سریع مورد نیاز شرایط جاده، یک سیستم فرمان با واکنش سریع در یک خودروی چهار چرخ مورد نیاز است.
واکنشهای فرمان: اگر با خودروهای قدیمی رانندگی کنیم، متوجه میشویم که چرخش فرمان خودرو در سرعتهای زیر ۴۰ کیلومتر در ساعت (بالاتر از آن، فرمان کمتر سفت به نظر میرسد) بسیار سخت است که این امر باعث خستگی راننده در هنگام رانندگی طولانی میشود. بنابراین یک وسیله نقلیه باید به سیستم فرمان هیدرولیک مجهز باشد تا نیروی لازم برای هدایت چرخهای جلو کاهش یابد.
فرمان ضربه گیر: همانطور که میدانیم، سیستم تعلیق، ناهمواریهای جاده را کاهش میدهد، اما از آنجایی که سیستم فرمان مستقیماً به توپی چرخ متصل است، مقداری از نیروی ناهمواری نیز به سیستم فرمان منتقل میشود که به نوبه خود سعی میکند خودرو را برخلاف میل راننده هدایت کند و به همین دلیل ممکن است خودرو پایداری خود را از دست بدهد. اگرچه فرمان ضربه گیر را میتوان با فراهم کردن شعاع سایش بهینه (زاویه بین خط مرکزی چرخ و شیب شاهپین مفصل) به صورت مکانیکی کنترل کرد، اما فرمان هیدرولیک آن را به شیوهای مؤثرتر کنترل میکند.
قابلیت بازگشت: پس از چرخش، مشخص میشود که فرمان به طور خودکار به موقعیت اصلی خود باز میگردد که به نوبه خود وسیله نقلیه در حال حرکت را به طور خودکار صاف میکند. وسیله نقلیهای که مجهز به سیستم فرمان هیدرولیک است، قابلیت بازگشت بهتری را برای سیستم فرمان فراهم میکند.
فرمان دستی در مقابل سیستمهای فرمان هیدرولیک
در سیستمهای فرمان دستی، راننده صرفاً به نیروی مکانیکی برای چرخاندن چرخها متکی است. این نوع فرمان میتواند از نظر فیزیکی طاقتفرسا باشد، به خصوص در وسایل نقلیه بزرگتر یا سنگینتر. قفسههای فرمان مکانیکی وقتی وسیله نقلیه با هر سرعتی حرکت میکند، خوب کار میکنند.
با این حال، هنگامی که وسیله نقلیه ساکن است، چرخاندن چرخها در جای خود به یک مسابقه طنابکشی با فرمان تبدیل میشود.
این جایی است که سیستمهای فرمان هیدرولیک وارد عمل میشوند. آنها از مکانیزمهای مختلفی برای تقویت ورودی فرمان راننده استفاده میکنند که منجر به فرمانپذیری نرمتر و قابل کنترلتر میشود.
انواع سیستم فرمان هیدرولیک
بر اساس روش مورد استفاده برای افزایش نیروی فرمان، 3 نوع سیستم فرمان هیدرولیک وجود دارد که عبارتند از:
-
سیستم فرمان هیدرولیک (HPS):
این نوع سیستم فرمان هیدرولیک، سیستمی است که در آن از پمپ هیدرولیک که توسط موتور و سیلندرهای هیدرولیک به کار میافتد، برای افزایش نیروی ورودی به فرمان استفاده میشود که به نوبه خود باعث کاهش نیروی لازم برای هدایت چرخهای جلوی خودرو میشود.
یک سیال (مایع) هیدرولیک بسیار فشرده در داخل سیلندر هیدرولیک استفاده میشود که فشار را بر روی دنده فرمان اعمال میکند. در واقع، فرمان هیدرولیک، مایع هیدرولیک را تحت فشار قرار میدهد تا قدرت بیشتری به ما بدهد که هدایت خودرو را آسانتر میکند. این یک کمک ارگونومیک برای بهبود کنترل و مانورپذیری ایمن است.
-
سیستم فرمان الکتروهیدرولیک (EHPS):
این نسخه اصلاح شده سیستم هیدرولیک است که در آن پمپ هیدرولیک دوار که توسط موتور در سیستم فرمان هیدرولیک به کار میافتد، با پمپ هیدرولیک که توسط موتور الکتریکی به کار میافتد، جایگزین شده است. به دلیل استفاده از اجزای هیدرولیکی و الکتریکی، به آن سیستم فرمان هیبریدی نیز گفته میشود.
- سیستم فرمان الکترونیکی (EPS):
این جدیدترین نوع سیستم فرمان هیدرولیک است که در آن سیستم هیدرولیک فرمان هیدرولیک به طور کامل با موتورهای الکتریکی و حسگرهای الکتریکی جایگزین شده است. به جای استفاده از نیروی هیدرولیک، از موتوری که توسط باتری خودرو هدایت میشود برای اعمال نیرو بر روی جعبه فرمان استفاده میشود و گشتاور ارائه شده توسط موتور توسط حسگرهایی که موقعیت ستون فرمان را تشخیص میدهند، کنترل میشود. پاسخ فرمان این سیستم سریع و بسیار مؤثر است، به همین دلیل است که تقریباً در تمام خودروهای جدید امروزی استفاده میشود.
اجزای مهم سیستم فرمان هیدرولیک خودرو
بخشهای مهم سیستم فرمان هیدرولیک عبارتند از:
- مکانیزم فرمان
- اتصالات
- دستگاه قدرت
- فرمان
کارکرد سیستم فرمان هیدرولیک
کارکرد سیستم فرمان هیدرولیک با تفاوت در دستگاههای افزایش نیروی مورد استفاده متفاوت است. بنابراین برای درک نحوه کار فرمان هیدرولیک، هر ۳ روش باید جداگانه مورد بحث قرار گیرند.
۱. سیستم فرمان هیدرولیک
در این نوع سیستم فرمان هیدرولیک، همانطور که در بالا بحث کردیم، از نیروی هیدرولیک برای افزایش نیروی ورودی فرمان به منظور نرم کردن فرمان چرخهای جلو استفاده میشود. این نیروی هیدرولیک توسط مجموعهای از اجزا تولید میشود که شامل سیلندر هیدرولیک، پمپ هیدرولیک چرخان، خطوط هیدرولیک، سیال هیدرولیک بسیار فشرده و یک مکانیزم کوپلینگ است که میتواند این سیستم هیدرولیک را با قفسه سیستم فرمان جفت کند.
- هنگامی که راننده با چرخاندن فرمان، نیروی ورودی را فراهم میکند، پمپ هیدرولیک که توسط موتور به حرکت در میآید، شروع به پمپاژ سیال هیدرولیک بسیار فشرده از طریق خطوط میکند.
- فشار هیدرولیک تولید شده توسط پمپ وارد سیلندر هیدرولیک میشود که به نوبه خود بر پیستون سیلندر فشار وارد میکند.
- پیستون که تحت فشار زیاد است، از یک سر به سر دیگر شروع به حرکت میکند که به نوبه خود سیال بیشتری را از طریق خطوط به جلو میراند. با این حرکت پیستون، نیروی ورودی اعمال شده توسط راننده چندین برابر میشود. این سیال پرفشار که توسط سیلندر هیدرولیک ارسال میشود، سپس از طریق مکانیزم کوپلینگ، فشار را به پینیون متصل اعمال میکند که به نوبه خود نیروی زیادی را به چرخدنده قفسهای وارد آورده و عمل فرمان در چرخهای جلو انجام میشود.
حفره داخلی جعبه فرمان توسط یک پیستون آببندی شده متصل به قفسه به دو محفظه تقسیم شده است. اعمال سیال هیدرولیک تحت فشار به یک طرف پیستون و در عین حال بازگشت سیال از طرف دیگر به مخزن، به فرمان کمک میکند. یک شیر متصل به شفت پینیون، جریان سیال هیدرولیک را کنترل میکند:
۱. شیر کنترل هیدرولیک
۲. چرخ دنده پینیون
۳. خطوط فشار/بازگشت هیدرولیک
۴. پیستون هیدرولیک
۵. محفظه قفسه
۲. سیستم فرمان هیبریدی یا نیمه هیدرولیک
در این نوع سیستم فرمان هیدرولیک، پمپ هیدرولیک که توسط موتور از سیستم فرمان هیدرولیک به حرکت در میآید، با پمپ الکتریکی جایگزین شده است که آن را قابل اعتمادتر میکند. این تنها اصلاحی است که انجام شده است، اما عملکرد این سیستم مشابه سیستم فرمان هیدرولیک ذکر شده در بالا است.
۳. سیستم فرمان الکتریکی (برقی)
این سیستم جدیدترین سیستم فرمان از بین تمام سیستمهای فرمان ذکر شده در بالا است. قبلاً در مورد افزایش نیرو به جای مایع هیدرولیک بحث کردیم و نحوه کار این سیستم به شرح زیر است:
- هنگامی که راننده از طریق فرمان ورودی میدهد، سنسورهای الکترونیکی متصل به ستون فرمان، ورودی را خوانده و آنها را به واحد کنترل الکتریکی خودرو ارسال میکنند.
- ECU خودرو این ورودیها را تجزیه و تحلیل کرده و سیگنال ولتاژ را به موتور الکتریکی واقع در انتهای ستون فرمان که چرخ دنده آن در حالت درگیری ثابت با چرخ دنده پینیون است، ارسال میکند.
- به دلیل این سیگنالهای ولتاژ ارسال شده توسط ECU، موتوری که توسط باتری خودرو هدایت میشود، شروع به کار میکند و گشتاور خاصی را مطابق با مقدار سیگنالهای ولتاژ دریافتی ارائه میدهد.
- پس از روشن شدن موتور، چرخ دندهای که در حالت درگیری ثابت با چرخ دنده پینیون است، شروع به انتقال گشتاور ضرب شده به چرخ دنده پینیون میکند که به نوبه خود این گشتاور را به چرخ دندهای که از طریق آن متصل است، اعمال میکند.
- سیستم فرمان برقی با اعمال این گشتاور توسط پینیون روی چرخ دنده، چرخ دنده حرکت میکند که به نوبه خود چرخهای جلو را (با کمک میلههای اتصال) مطابق نیاز هدایت میکند.
برای کمک به فرمان، یک موتور الکتریکی که در کنار محفظه قفسه فرمان نصب شده است، یک مکانیزم پیچ ساچمهای را از طریق یک تسمه لاستیکی دندانهدار به حرکت در میآورد. این پیچ با یک برش مارپیچی در قسمت بیرونی قفسه فرمان درگیر میشود. یک سنسور گشتاور متصل به شفت پینیون، زمان ارائه کمک را به کامپیوتر کنترل سیگنال میدهد:
۱. شفت پینیون
۲. سنسور گشتاور فرمان
۳. محفظه قفسه و پینیون
۴. موتور الکتریکی
۵. مکانیزم پیچ ساچمهای
۶. قفسه فرمان
۷. تسمه محرک
علل خرابی فرمان هیدرولیک
خرابی فرمان هیدرولیک میتواند در هر دو سیستم فرمان هیدرولیک و فرمان الکتریکی رخ دهد. درک علل رایج خرابی فرمان هیدرولیک برای تشخیص و رسیدگی سریع به مشکلات ضروری است. بیایید برخی از دلایل اصلی خرابی سیستمهای فرمان هیدرولیک را بررسی کنیم:
کمبود مایع فرمان هیدرولیک
در سیستمهای فرمان هیدرولیک، یکی از علل رایج خرابی، سطح پایین یا ناکافی مایع فرمان هیدرولیک است. مایع ناکافی میتواند ناشی از نشتی، نگهداری نامناسب یا فرسودگی پمپ فرمان هیدرولیک باشد. هنگامی که سطح مایع پایین است، سیستم ممکن است فشار هیدرولیک کافی برای ارائه کمک لازم تولید نکند و منجر به سفت شدن یا مشکل در فرمان شود.
تسمهها و پولیهای فرمان هیدرولیک فرسوده یا آسیب دیده
در سیستمهای فرمان هیدرولیک، نیرو از طریق یک تسمه از موتور به پمپ فرمان هیدرولیک منتقل میشود. با گذشت زمان، این تسمهها میتوانند فرسوده، شل یا آسیب دیده شوند و بر عملکرد پمپ تأثیر بگذارند. به طور مشابه، پولیهای پمپ فرمان هیدرولیک آسیب دیده یا ناهمراستا میتوانند منجر به لغزش تسمه، کاهش راندمان پمپ فرمان هیدرولیک و ایجاد مشکلات فرمان شوند.
مشکلات مربوط به پمپ یا موتور فرمان هیدرولیک
سیستمهای فرمان هیدرولیک و الکتریکی هر دو میتوانند با پمپها یا موتورهای مربوطه خود دچار مشکل شوند. در سیستمهای هیدرولیک، یک پمپ فرمان هیدرولیک معیوب ممکن است برای تولید فشار کافی تلاش کند و در نتیجه کمک فرمان کاهش یابد. موتورهای فرمان هیدرولیک میتوانند با نقصهای الکتریکی یا مکانیکی مواجه شوند که منجر به از دست دادن کامل کمک فرمان یا عملکرد متناوب میشود.
نشت شلنگها و درزگیرهای فرمان هیدرولیک
سیستمهای فرمان هیدرولیک از شلنگها و درزگیرها برای انتقال مایع تحت فشار استفاده میکنند. با گذشت زمان، این اجزا میتوانند به دلیل فرسودگی، فرسودگی یا آسیب دچار نشتی شوند. نشت شلنگها یا درزگیرها منجر به از دست رفتن مایع فرمان هیدرولیک میشود که فشار هیدرولیک سیستم را کاهش میدهد و بر عملکرد فرمان تأثیر میگذارد.
سنسورها یا ماژولهای کنترل معیوب
در سیستمهای فرمان هیدرولیک، مشکلات میتوانند از حسگرها یا ماژولهای کنترل معیوب ناشی شوند. حسگرهای معیوب، مانند حسگر گشتاور ستون فرمان یا حسگر سرعت خودرو، ممکن است اطلاعات نادرستی را به کنترلکننده فرمان هیدرولیک ارائه دهند و منجر به کمک نامناسب فرمان شوند. علاوه بر این، مشکلات مربوط به خود کنترلکننده فرمان هیدرولیک میتواند عملکرد سیستم را مختل کند.
علائم خرابی فرمان هیدرولیک
تشخیص علائم خرابی فرمان هیدرولیک برای رسیدگی سریع به مشکلات و جلوگیری از آسیب بیشتر به سیستم حیاتی است. در اینجا چند شاخص رایج که نشان دهنده مشکلات سیستم فرمان هیدرولیک هستند، آورده شده است:
مشکل در چرخاندن فرمان
یکی از علائم اصلی خرابی فرمان هیدرولیک، افزایش تلاش مورد نیاز برای چرخاندن فرمان است. ممکن است هنگام تلاش برای هدایت خودرو، به ویژه در سرعتهای پایین یا هنگام مانورهای پارک، سفتی یا مقاومت را تجربه کنید. این امر میتواند مانور دادن موثر خودرو را چالش برانگیز کند.
صداهای غیرمعمول هنگام فرمان
مشکلات فرمان هیدرولیک میتواند صداهای غیرطبیعی ایجاد کند. اگر هنگام چرخاندن فرمان، صدای جیغ، ناله یا خرخر میشنوید، ممکن است نشان دهنده فرسودگی یا خرابی پمپ یا تسمه فرمان هیدرولیک باشد. علاوه بر این، هوای محبوس شده در سیستم فرمان هیدرولیک میتواند باعث ایجاد صدای حباب مانند یا قل قل شود.
احساس لرزش یا تکان شدید هنگام رانندگی
یک سیستم فرمان هیدرولیک معیوب میتواند باعث ایجاد لرزش یا تکان شدید در فرمان هنگام رانندگی شود. این ارتعاشات ممکن است با احساس ناپایدار یا غیرقابل پیشبینی فرمان همراه باشد و حفظ مسیر ثابت را دشوار کند.
چراغهای هشدار مربوط به فرمان هیدرولیک
برخی از وسایل نقلیه مجهز به چراغهای هشداری هستند که به طور خاص برای نشان دادن مشکلات فرمان هیدرولیک طراحی شدهاند. اگر چراغ هشدار فرمان هیدرولیک را روی داشبورد خود روشن میبینید، بازرسی سیستم در اسرع وقت ضروری است.
عیبیابی مشکلات فرمان هیدرولیک
هنگام مواجهه با مشکلات فرمان هیدرولیک، پیروی از یک رویکرد عیبیابی سیستماتیک برای شناسایی و حل مشکلات اساسی ضروری است. در اینجا چند مرحله وجود دارد که میتوانید برای عیبیابی مشکلات فرمان هیدرولیک انجام دهید:
مرحله 1. بررسی سطح مایع فرمان هیدرولیک: با بررسی مخزن مایع فرمان هیدرولیک شروع کنید. مطمئن شوید که سطح مایع در محدوده توصیه شده است. اگر سطح مایع پایین باشد، ممکن است نشان دهنده نشتی یا سایر مشکلات در سیستم باشد. در صورت لزوم مایع را دوباره پر کنید، اما به هرگونه نشتی اساسی نیز توجه داشته باشید.
مرحله 2. بررسی تسمهها، پولیها و شیلنگهای فرمان هیدرولیک: وضعیت تسمهها، پولیها و شیلنگهای فرمان هیدرولیک را بررسی کنید. به دنبال نشانههایی از سایش، آسیب یا شل بودن باشید. تسمههای شل یا فرسوده را سفت یا تعویض کنید و در صورت نیاز شلنگها یا پولیهای آسیب دیده را تعمیر یا تعویض کنید. از تراز و کشش مناسب تسمهها اطمینان حاصل کنید.
مرحله ۳. ارزیابی عملکرد پمپ فرمان هیدرولیک یا موتور: برای سیستمهای فرمان هیدرولیک، هنگام روشن بودن موتور به صداهای غیرمعمول پمپ فرمان هیدرولیک گوش دهید. اگر پمپ بیش از حد پر سر و صدا است یا نمیتواند کمک کافی ارائه دهد، ممکن است نیاز به تعمیر یا تعویض داشته باشد. در سیستمهای فرمان هیدرولیک، عملکرد صحیح موتور فرمان هیدرولیک و ماژولهای کنترل را بررسی کنید.
مرحله ۴. به دنبال نشتی باشید: سیستم فرمان هیدرولیک را از نظر هرگونه نشتی قابل مشاهده بررسی کنید. شلنگها، آببندها و اتصالات فرمان هیدرولیک را از نظر علائم نشت سیال بررسی کنید. با تعمیر یا تعویض اجزای آسیبدیده، هرگونه نشتی را برطرف کنید.
نتیجهگیری
سیستم فرمان هیدرولیک مکانیزمی در خودرو است که به راننده در چرخاندن فرمان با حداقل تلاش کمک میکند. هدف اصلی آن کاهش فشار فیزیکی مورد نیاز برای فرمان، به ویژه در سرعتهای پایین یا هنگام پارک کردن است. با استفاده از کمک هیدرولیک، الکتریکی یا الکتروهیدرولیک، کنترل نرمتر و دقیقتری ارائه میدهد و در مقایسه با سیستمهای فرمان دستی سنتی، راحتی و سهولت رانندگی را تا حد زیادی افزایش میدهد.
