فرمان برقی خودرو یا EPS چیست و چگونه کار می کند؟

به گزارش اقتصاد آنلاین، در میان برخی از خودروهای امروزی آپشنی با نام فرمان برقی خودرو یا electric power steering system (ESP) مشاهده می شود اما امکان دارد برخی از ما ندانیم این سیستم دقیقا چیست و چه کارایی دارد که به عنوان آپشن در نظر گرفته می شود.

در این مطلب قصد داریم شما را با ESP کاملا آشنا کنیم، همراه ما باشید.

 فرمان برقی خودرو یا EPS چیست؟

برای خودروهای امروزی سیستم های کمکی در نظر گرفته شده تا راننده ها کار سهل تری برای هدایت ماشین داشته باشند. به ویژه در بخش فرمان،خودروهای قدیمی دشواری از قبیل سفتی و سختی فرمان را برای رانندگان به وجود می آورد که موجب خستگی زودهنگام آنها می شد.

از این رو سیستم هایی طراحی شده تا فرمان خودرو نرم و آسان تر حرکت کند و اعمالی مانند پارک کردن راحت تر شود. سیستم‌های کمکی فرمان دو نوع عمده دارند که یکی هیدرولیکی و دیگری برقی هستند.

سیستم کمکی فرمان برقی که به صورت اختصار EPS نامیده می‌شود امروزه جایگزین فرمان هیدرولیکی شده توانسته است با حذف پمپ هیدرولیک خودروها،سیستم کنترل آنها را ساده تر و البته با کیفیت تر کند.

در فرمان برقی خودرو شاهد استفاده ستون فرمان فلزی ثابت هستیم که به صورت فیزیکی غربیلک فرمان را به چرخ‌ها متصل می‌کند. تفاوت در آنجایی است که در EPS از یک موتور الکتریکی به عنوان نیروی کمکی برای حرکت دادن چرخ‌ها استفاده می‌شود.

 این الکتروموتور یا روی ستون فرمان نصب می‌شود یا روی میل فرمان. نصب الکتروموتور روی میل فرمان هزینه بیشتری دارد و به همین دلیل بیشتر در خودروهای اسپرت یا لوکس استفاده می‌شود.

در این سیستم سنسورهایی وجود دارند که میزان نیروی وارده و گشتاور اعمال شده از سوی راننده را اندازه‌گیری می‌کنند و سپس کامپیوتر خودرو تصمیم می‌گیرد که الکتروموتور چه میزان نیرو را در چه جهتی به سیستم فرمان وارد کند.

 در بیشتر خودروها میزان نیروی وارده از سوی سیستم EPS به سرعت خودرو بستگی دارد. برای مثال در هنگام پارک کردن، این سیستم بیشترین نیروی خود را وارد می‌کند تا فرمان خودرو تا حد امکان نرم باشد و راننده بتواند به راحتی خودرو را پارک کند. در مقابل، هنگام رانندگی با سرعت بالا در جاده، دخالت سیستم کمتر می‌‌شود تا با سنگین‌ تر شدن فرمان راننده کنترل بهتری روی پایداری خودرو داشته باشد.

تاریخچه ساخت فرمان برقی خودرو

در اوایل دههٔ ۲۰۰۰ میلادی و با توجه به افزایش مصرف سوخت همزمان و بهای آن، خودروسازان و خریداران خودرو در پی یافتن راهی برای کاهش هزینه‌های انرژی خودروها بودند و این موضوع به پیدایش سیستم‌های فرمان خودکار مبتنی بر کنترل الکترونیکی فرمان منجر شد.

این نوع از فرمان خودکار در دههٔ ۲۰۱۰ به فناوری منتخب خودروسازانی بدل شد که به دنبال کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌های CO2 خروجی موتور خودروهای خود بودند. بر اساس تحقیق انجام گرفته توسط واحد تحقیقاتی وبگاه جاست-اتو با نام کیوب, سه چهارم از خودروهای سبک موجود در جهان تا سال ۲۰۱۵ به این نوع فرمان مجهز شده و پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۲۳ این میزان به ۸۸٪ از مجموع خودورها برسد.

یکی از دلایل محبوبیت فرمان خودکار برقی، افزایش فروش خودروهای هیبرید و الکتریکی است که نیازمند یک سیستم فرمان الکتریکی در حالت حرکت با نیروی برق هستند. از سوی دیگر، با توجه به تطبیق‌ پذیری این نوع فرمان، می‌توان در خودروهای غیر هیبرید نیز از آن استفاده‌ کرد. با این حال، به گفته متیو بیکام، یکی از محققان کیوب، سیستم‌های هیدرولیکی نیز به‌ طور کامل کنار گذاشته نخواهند شد. چرا که هزینه‌های تولید سیستم‌های برقی بیشتر از نوع هیدرولیکی است.

اجزای تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی خودرو

فرمان الکتریکی از اجزایی تشکیل شده که هر یک وظیفه ای را بر عهده دارند و سنسورگشتاور (Torque Sensor)، موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)، واحد کنترل الکترونیکی (ECU) به سیستم فرمان مکانیکی (Rack and pinion) اضافه می شود. در ادامه با اجزای تشکیل دهنده فرمان الکتریکی کاملا آشنا خواهید شدم

جعبه فرمان

هنگامی که غربیلک فرمان می چرخد گشتاور فرستاده شده پینیون موجب می شود که شفت ورودی به چرخش در آید.  میل پیچشی که به شفت ورودی متصل است و پینیون می چرخند  تا اینکه گشتاور و نیروی متقابل آن مساوی شوند. سنسور گشتاور پیچش میل پیچشی را حس کرده و گشتاور به کار رفته در آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

موتور با جریان مستقیم DC

این موتور تامین کننده نیروی لازم برای چرخیدن فرمان است و انتقال گشتاور تولیدی موتور به شفت اصلی از یک دنده مارپیچ استفاده می کند.

مکانیزم تقلیل

مکانیزم تقلیل در واقع نیروی کمکی موتور برفی را به شفت پینیون منتقل می کند و از یک حلقه دندانه دار که با شفت پینیون به حرکت در می آید و دنده پینیون که با شفت موتور یکی می شود، تشکیل شده است.

نیروی کمکی موتور توسط مکانیزم تقلیل به شفت پینیون منتقل شده و نیروی کمکی برای چرخیدن فرمان را فراهم می کند. 

سنسور گشتاور TORQUE

این سنسور چرخش میل پیچشی را حس کرده و گشتاور به کار برده شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. کنترل یونیت فرمان برقی از این سیگنالها استفاده می کند و نیروی کمکی که موتور DC باید فراهم کند را محاسبه می کند.

کنترل یونیت EPS

کنترل یونیت سیگنال ها را از سنسورهای مختلف دریافت می کند، حالت جاری خودرو را تشخیص داده و اندازه جریانی را که باید در موتور DC بکاررفته شود، تعیین می کند.

اگر ECU درکارکرد سیستم خطایی پیدا کند یک چراغ خطر آن رابه راننده هشدارمی دهد.   ECUخطاها راذخیره می کند و سیستم   EPSاز مدار خارج می شود اما خودرو هنوز قابلیت هدایت معمولی را دارا است.

روش های نصب سیستم فرمان برقی خودرو

فرمان های الکتریکی خودرو به سه روش مختلف روی ماشین ها نصب می شود که به شرح زیر است:

نصب روی ستون فرمان

در این روش مجموعه سنسورها، موتور DC و قسمت ECU جمعا در یک محفظه مستقر و روی ستون فرمان (Column- Steering) نصب می شود، بنابراین عملکرد کمکی (Assisted) فرمان EPS به ستون فرمان اعمال می شود.

این روش در خودروهای کوچک، مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی در سرعت پایین، ترافیک های سنگین و پارک کردن خودرو به شمارمی آثید، بکار می رود. ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند.

نصب روی پینیون

در این روش هم مجموعه سنسورها، موتور DC و قسمت ECU در یک محفظه قرار گرفته ولی روی پینیون نصب می شوند. این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب است، جایی که راننده این نوع خودروها در راحت ترین حالت می توانند خودرو را هدایت کنند.

نصب روی دنده شانه‌ای

دراین روش علی رغم دو شیوه قبل هر 3  قسمت EPS یعنی سنسور، موتور DC  و ECU جداگانه روی جعبه فرمان نصب می شوند. به شکلی که موتور DC و ECU جدا از هم  روی دنده شانه ای (Rack) قرار گرفته و سنسورها نیز روی پینیون مستقر می شوند. زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسورها بتوانند آن را حس کنند.

این حالت برای خودروهای سنگین که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود مناسب است.   بنابراین نیروی کمکی (Assisted) به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای (Rack) وارد می  شود.

تفاوت فرمان برقی با هیدرولیک

این دو فرمان تفاوت هایی با یکدیگر دارند که شامل موارد زیر است:

• پیچیدگی سیستم فرمان هیدرولیک در مقایسه با فرمان برقی 
• سنگین تر بودن سیستم فرمان هیدرولیک نسبت به فرمان برقی
• استفاده از مایعات در فرمان هیدرولیک و عدم استفاده از سیالات در فرمان برقی
• نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری در فرمان برقی
• پاسخگویی بهتر فرمان برقی در قیاس با فرمان های هیدرولیک در سرعت های مختلف
• دوام بیشتر و مشکلات کمتر فرمان برقی
• مسافت پیموده شده بیشتر در خودروهایی با فرمان برقی نسبت به خودروهای دارای نیروی هیدرولیک

مزایای سیستم فرمان برقی خودرو

فرمان الکتریکی خودرو برتری هایی نسبت به سیستم هیدرولیک دارد که به شرح زیر است:

• مصرف سوخت بهتر: تنها زمانی برق مصرف می‌کند که فرمان بچرخد.
• تعمیر و نگهداری کمتر : سیستم فرمان برقی پیچیده نیست و می توانید سیستم را روی میله فرمان پیدا کنید.

معایب سیستم فرمان برقی خودرو

از نکات منفی فرمان برقی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پاسخگویی کمتر: برخی رانندگان از احساس  سنگینی این فرمان نسبت به هیدرولیک گلایه  دارند.
• عدم قابلیت اطمینان: سیستم الکترونیکی بسیار راحت تر از هیدرولیک ازکار می افتد.اگر هنگام رانندگی سیستم از کار بیفتد،فرمان ممکن است قفل شود و خطرناک است.
• گران بودن: هنگامی که یک قطعه آسیب می‌بیند شما باید منتظر یه صورتحساب سنگین تعمیر باشید نه تنها قطعات گران تر هستند بلکه میله فرمان باید تعویض شود و به هزینه کار اضافه می‌شود.

سوالات متداول

علت سفت شدن فرمان برقی ماشین چیست؟

فرمان برقی خودرو نمی تواند در زمان مناسب دستور آغاز به کار را به الکتروموتور برساند و به همین دلیل فرمان الکتریکی خودرو سفت می شود.

چه ماشین هایی فرمان برقی دارند؟

در حال حاضر شاهین، دنا پلاس، ۲۰۷ و تارا از بین خودروهای ایرانی دارای سیستم فرمان برقی هستند و از بین خارجی‌های محبوب در جاده‌های ایران هایما S7 پلاس، جک اس ۵، هاوال اچ۲ و بسیاری از محصولات چینی و کره‌ای دارای این آپشن هستند.

قیمت فرمان برقی ماشین چقدر است؟

قیمت بالای فرمان برقی موجب شده تا فقط در خودروهای لوکس به کار رود و در خودروهای دیگر به عنوان آپشن از آن استفاده شود.