فرمان الکتریکی (EPS)
ELECTRIC POWER STEERINIG
مقدمه ای بر سیستم فرمان (STEERING SYSTEMM )
امروزه پیشرفتهای علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودروسازی و صنایع وابسته نیز شده است .
یکی از این صنایع و اجزای وابسته قسمت فرمان خودرو است که وظیفه خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود . برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان (STREERING SYSTEM) استفاده می شود .لذا مجموع تشکیل دهنده این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد . معمولترین این سیستمها سیستم دنده شانهای (RACK) و پینیون (PINION) است بطوری که پینیون حرکت دورانی داشته و دنده شانه ای حرکت خطی انجام می دهد .در این حال پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای انتقال داده ،دنده شانه ای نیز حرکت خطی را از طریق مفصلها به چرخهای خودرو انتقال می دهد .نحوه تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی در سیستم فرمان (RACK & PINION) در شکل زیر نشان داده شده است .
سیر تکامل سیستم فرمان
یکی از پارامترهای موثر در انتخاب نوع خودرو در کشورهای توسعه یافته ،راحتی چرخش غربیلک فرمان آن خودرو می باشد . این موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشته است که جهت تسهیل در چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی با فراهم کردن کنترل بهتر در جاده های خشن یک سیستم هیدرولیکی به قسمت مکانیکی اضافه نمایند . معمولا این سیستم جانبی بصورت کمکی(ASSISTED) عمل می کند .
یعنی وظیفه اصلی همچنان به عهده قسمت مکانیکی است .معمولا اجزای زیر به قسمت مکانیکی فرمان اضافه می شوند تا هیدرولیکی گردد .
1- پمپ هیدرولیک با مخزن روغن و چرخ تسمه (PULLEY)
2- شیر های کنترل (VALVE)
3- لوله های رابط
4- سیلندر (TUBE)
5- تسمه (BELT)
خودرو های سمند ،پژو (شامل 206،405،پارس )دوو،زانتیا و ماکسیما دارای فرمان هیدرولیک هستند . سیستم هیدرولیکی فرمان جهت ایفای نقش از موتور خودرو استفاده می کند . بنابر این از بازده موتورکمی میکاهد ،همچنین مصرف انرژی بیشتری را باعث می گردد .علاوه بر آن سیستم هیدرولیک بصورت مرکز آزاد (OPEN CENTER) عمل می کند ،یعنی حتی در زمانهایی که خودرو بصورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی انجام نمی دهد باز هم این سیستم عمل می کند .
این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا بدنبال سیستمهای بهتر و مفید تری گشته یا آنها را جایگزین هیدرولیکی نمایند یا سیستم هیدرولیکی را بهبود بخشند .یکی از سیستم های ارائه شده در سالهای اخیر فرمان الکترو هیدرولیکی (EHPS) است که در آنجا بجای استفاده از موتور خودرو یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه می شود و در نتیجه فرمان از موتور خودرو مستقل می گردد.
شکل زیر یک سیستم فرمان الکترو هیدرولیکی را نشان می دهد .
خودروی پژو 307 از این نوع سیستم فرمان استفاده می کند . در این نوع فرمان هر چند مسئله مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد (OPEN CENTER)هنوز پابرجاست.
به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شود سیستم عمل کند نه همه زمانها .
فرمان الکترکی (EPS)
این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیک است .این سیستم در اواسط دهه 1970 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید اولین بار توسط شرکت HONDA در اتمبیل های رالی NSX مورد استفاده قرار گرفت در این نوع فرمان مشکل دایمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است ،یعنی سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری موجود باشد .فرمان الکتریکی از سه قسمت اسامی زیر تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی (R & P)اضافه می شود:
1- سنسور گشتاور (Torque Sensor)
2- موتور با جریان مستقیم DC (DC Brushless Motor)
3- واحد کنترل الکترنیکی یا ECU (Electronic Control unit )
سه قسمت یاد شده می توانند در یک محفظه ( Housing )و یا جداگانه قرار گیرند.
طرز کار :
سیستم EPS به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور گشتاور ( یا سنسورهای گشتاور)، گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده ،آن را به صورت سیگنال یا سیگنالهایی به قسمت میکرو کنترلر (ECU) ارسال می کند. میکرو کنترلر علاوه بر این سیگنال ،سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافتی می کند آنگاه این دو را پردازش نموده دستورالعمل لازم را به قسمت موتور DC اعمال می نماید تا به صورت کمکی (Assisted) سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد .
بنا براین دستورالعمل های ECU به موتور Brushless تابعی از خروجی سنسور و سرعت خودرو است .این یعنی سرعت خودرو در عملکرد EPS موثر بوده و این به منظور ایمنی بیشتر خودرو است .
یعنی بیشترین عملکرد EPS در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد آن در سرعتهای بالای خودرو است .
محل نصب EPS
فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می توانند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود.
الف – نصب بر روی ستون ((COLUMN فرمان : در این روش مجموعه سنسورها موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه مستقر شده و بر روی ستون فرمان (Steering Column) نصب می شود ،بنابراین عملکرد کمکی (Assisted) فرمان EPS به ستون فرمان اعمال می گردد . این روش در خودروهای کوچک مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی بویژه در ترافیکهای سنگین و پاک نمودن خودرو محسوب می شود،بکار می رود .
ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی (Worm Gear) درگیر هستند که در شکل زیر نشان داده شده است .
ب – نصب بر روی پینیون
در این روش نیز مجموعه سنسورها ،موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی بر روی پینیون نصب می شوند . این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب بوده جایی که راننده این نوع خودروها در راحتترین حالت می توانند خودرو را هدایت کنند .
ج – نصب بر روی دنده شانه ای
در این روش هر سه قسمت EPS یعنی سنسور ، موتور DV و ECU جدا از هم بر روی جعبه فرمان نصب می شوند .
به این صورت که موتور DC و ECU بطور جدا از هم بر روی دنده شانه ای (Rack) قرار گرفته و سنسور ها نیز روی پینیون مستقر می شوند .زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسور ها بتوانند آن را حس نمایند .
این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است.جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود .بنابراین نیروی کمکی (Assisted) بطور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای (Rack) وارد می گردد .
مزایای فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیک
1- حذف پمپ هیدرولیک (Pump) و چرخه تسمه (Pulley)
2- حذف شیرهای کنترل (Valve) و لوله های رابط
3- حذف تسمه ما بین پمپ هیدرولیک و موتور اتومبیل (Belt)
4- حذف جک هیدرولیک (Jack Hydraulic) و روغن هیدرولیک
5- وزن کم نسبت به هیدرولیکی
6- تغییرات کمتر در قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک
7- عدم کمک ( Assisted) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الکتریکی بعبارت دیگر زمانی که انحرافی در فرمان داده شود قسمت الکتریکی وارد عمل می گردد .
8- فرمان الکتریکی بصورت Fail Safe است ،چنانچه قسمت الکتریکی بدلایلی از کار افتاد،قسمت مکانیکی فرمان میتواند به کار خود ادامه دهد .
9- مقدار انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است .به عبارت دیگر به مقدار %85 در انرژی مصرفی از لحاظ فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی می شود .
10- کاهش حجم و اندازه نسبت به هیدرولیک
11 – مستقل بودن از موتور
12- کاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ
13 – افزایش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هیدرولیک
14 – قابلیت ایمنی بالا در شرایط بحرانی
15 – استفاده از یک نوع فرمان الکتریکی در چندین خودروی متفاوت ، به عبارت دیگر یک نوع طراحی فرمان الکتریکی را در چندین خودروی مختلف می توان به کار برد ،به شرطی که وزن اکسل جلوی خودروها و سیستم برق داخل آنها مشابه باشد .
فرمان SBW ( Steer By Wire )
این نوع فرمان مدرنترین نوع فرمانهای حال و آینده است .در این نوع سیستم ستون فرمان حذف شده و هیچ رابط مکانیکی بین غربیلک و قسمت دنده شانه ای و پینیون (R.P) وجود ندارد .شکل زیر نمای شماتیک فرمان SBW را نشان می دهد .این فرمان از دو آیتم الکترونیکی تشکیل شده است که بشرح زیر است :
الف – آیتم انتقال مقدار چرخش غربیلک به قسمت پینیون : این بخش شامل سنسور زاویه ای (Angular Sensor) میکروکنترلر (ECU)و موتورDC است .سنسور زاویه ای روی محوری که غربیلک روی آن می چرخد قرار دارد و مقدار زاویه گردش فرمان را حس نموده به میکرو کنترلر انتقال می دهد ،آنگاه میکروکنترلر سیگنال لازم را به موتور DC این آیتم که روی پینیون قرار دارد ارسال و در نهایت به دنده شانه ای منتقل و عمل هدایت خودرو توسط فرمان انجام می شود .
ممکن است این استنباط بوجود آید که فید بک جاده و چرخها به غربیلک و در نتیجه به راننده منتقل نمی گردد و همچنین هیچ باز دارنده ای در میزان چرخش غربیلک توسط راننده وجود ندارد ،در حالی که این استنباط درست نبوده و بازتاب و عکس العمل جاده به غربیلک (با توجه به اینکه ستون فرمان وجود ندارد) و راننده منتقل می شود .
ب – آیتم انتقال فید بک (Feedback) جاده و چرخها به راننده : این بخش شامل سنسور گشتاور (Torque sensor) میکروکنترلر و موتور DC مجزا است .سنسور گشتاور روی پینیون مستقر بوده و گشتاور روی پینیون مستقر بوده و گشتاور بوجود آمده را حس نموده به میکروکنترلر انتقال می دهد .
میکرو کنترلر نیز پش از پردازش سیگنال دریافتی دستورالعمل لازم را به موتور DC این آیتم که روی محور غربیلک نصب شده است ،ارسال می کند که به غربیلک نیرو وارد نماید .در نتیجه فید بک جاده به راننده منتقل گشته و عمل هدایت خودرو از طریق فرمان به درستی و واقعی انجام می پذیرد .
لذا این نوع سیستم فرمان علاوه بر قسمت مکانیکی دنده شانه ای و پینیون از دو مجموع سنسور (یکی زاویه ای و دیگری گشتاور )میکروکنترلر و موتور DC تشکیل شده است این نوع سیستم اگرچه به جهت حذف ستون فرمان به ایمنی راننده در مواقع بحرانی می انجامد اما ضریب ایمنی بالایی را در سیستم هدایت خودرو می طلبد ،زیرا سیستم مکانیکی کامل نبوده ،عمل ستون فرمان توسط یک سیگنال الکترونیکی انجام می شود وسیگنالهای الکترونیکی ضریب اطمینان بالایی را لازم دارند .
شرکتهای فعال در زمینه سیستم فرمان الکتریکی
فرمان الکتریکی از سال 1995 بتدریج بر روی خودروهای سواری نصب شده و شر کتهای صاحب فن آوری این نوع فرمان بر روی آن تحقیقات و سرمایه گذاریهای گسترده ای انجام داده اند .مهمترین آنها عبارتند از :
1- شرکت Dlphi : این شرکت از سال 1999 تا پایان سال 2003 بیش از 5/2 میلیون دستگاه فرمان با تکنولوژی الکتریکی تولید و به فروش رسانده است .فرمانهای تولیدی آن اکنون بر روی چهار نوع خودرو در اروپا شامل فولوکس لوپو ،فیات پاندا ،پونتو ،و اپل مریوا نصب و مورد استفاده قرار گرفته است .این شرکت تولیدات خود را با اسامی مخصوصی معرفی کرده است .
فرمان الکتروهیدرولیکی آن با نام Magnasteer فرمان الکتیکی با نام Esteer و فرمانSBW با نام Quadrateer عرضه می شود .به عنوان مثال فرمان Esteer نصب شده روی خودروی فیات پانتو در شکل زیر نشان داده است .
اکنون این شرکت روزانه 50000 دستگاه از انواع سه گانه فرمانهای یاد شده را در 10نقطه دنیا تولید می کند .
2 – شرکت Koyo Seiko :این شرکت در سال 2001 در حدود 4/2 میلیون دستگاه از فرمانهای الکتریکی تولید نموده است .از مهمترین قراردادهای آن در سال 2003 می توان به فروش 350000 دستگاه فرمان الکتریکی به شرکت دایملر – کرایسلر جهت نصب بر روی خودروی اسمارت و 300000 دستگاه به شرکت جنرال موتورز اشاره نمود .پیش بینی ها حاکی از آن است که در سال 206 در حدود 10 میلیون دستگاه تولید و به فروش خواهد رساند .
3 – شرکت NSK : این شرکت در سال 2001 تولید 4/1 میلیون و در سال 2002 تولید 8/1 میلیون دستگاه فرمان الکتریکی داشته است .تلاش برای تولید 3/3 میلیون دستگاه در سال 2006 و 6 میلیون دستگاه در سال 2011 از برنامه های آتی آن است .
4 – شرکت TRW: این شرکت بزرگترین تولید کننده فرمان الکتریکی است .بطوریکه 4 میلیون دستگاه را تا پایان سال 2003 تولید و بفروش رسانده است .از شرکتهای طرف قرارداد /ان میتوان به فیات ،نیسان و رنو اشاره نمود .
سهم فروش شرکتهای تولید کننده فرمان EPS در سال 2003 در نمودار زیر نشان داده است .
پیش بینی آمار تولید فرمان الکتیکی در سالهای آینده
موسسه Just.auto.com در زمینه پیش بینی بازار انواع قطعات و فنآوری وخودرویی (Automotive) تحقیقات علمی انجام می دهد .از جمله این فعالیتها پیش بینی آمار تولید و فروش انواع گیربکسها (دستی ،اتوماتیک،CVT و....) و انواع فرمانها ،مکانیکی،هیدرولیکی،الکتریکی،در سالهای آتی است .
این تحقیقات بازار سه منطقه عمده در دنیا را در بر می گیرد :
1 – اروپا
2 – آمریکای شمالی
3 – آسیا و اقیانوس آرام
البته منظور از آسیا کشورهای شرق دور و جنوب شرق آسیا است . بنابراین کشور ایران در این آمار ها لحاظ نگردیده است .مطالب ذیل گلچینی از موسسه یاد شده در خصوص سیستم فرمان خودرو هاست ذگر این نکته ضروری است که آمارها تا پایان سال 2003 واقعی بوده اما برای سالهای بعد بعنوان پیش بینی است .در جدول زیر ذرصد خودروهایی که از سال 1995 انواع فرمان الکتریکی بر روی آنها نصب گردیده آمده است : ارقام تولید و نصب انواع سه گانه فرمان الکتریکی بر روی خودروهای اروپایی از سال 2000 تا 2010 در جدول زیر نشان داده است
منظور از RDEPS فرمان الکتریکی نصب شده روی دنده شانه ای یا RACK DRIVE EPS همچنین PD EPS فرمان الکتریکی نصب شده روی پینیون یا DRIVE EPS PINION و CDEPS فرمان الکتریکی نصب شده روی ستون فرمان یا EPS COLUMN DRIVE است .
ارقام تولید و نصب فرمان الکتریکی بر روی خودروهای آسیا اقیانوس آرام از سال 2000 تا 2010 در جدول بالا مشاهده می شود .
جدول ردیف آخر نیز ارقام تولید و نصب فرمان الکتریکی بر روی خودروهای دنیا از سال 2000 تا 2010 را نشان می دهد
نتیجه : با نگاهی به آمار های تولی و استفاده از فرمانهای الکتریکی در مناطق مختلف دنیا می توان این استنباط را نمود که درسالهای نه چندان دور طیف گسترده ای از خودروها به این فرمان ها مجهز خواهد شد . با عنایت به اقبال عمومی صاحبان صنایع و مصرف کنندگان خودرو از این نوع فرمانها بر ماست که در این مسیر قرار گرفته و خودروهای ساخت داخل را به این سیستم پیشرفته مجهز نماییم تا ضمن استفاده در خودروهای داخل کشور در صادرات خودرو به کشورهای دیگر نیز از دیگران عقب نمانیم .
ELECTRIC POWER STEERINIG
مقدمه ای بر سیستم فرمان (STEERING SYSTEMM )
امروزه پیشرفتهای علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودروسازی و صنایع وابسته نیز شده است .
یکی از این صنایع و اجزای وابسته قسمت فرمان خودرو است که وظیفه خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود . برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان (STREERING SYSTEM) استفاده می شود .لذا مجموع تشکیل دهنده این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد . معمولترین این سیستمها سیستم دنده شانهای (RACK) و پینیون (PINION) است بطوری که پینیون حرکت دورانی داشته و دنده شانه ای حرکت خطی انجام می دهد .در این حال پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای انتقال داده ،دنده شانه ای نیز حرکت خطی را از طریق مفصلها به چرخهای خودرو انتقال می دهد .نحوه تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی در سیستم فرمان (RACK & PINION) در شکل زیر نشان داده شده است .
سیر تکامل سیستم فرمان
یکی از پارامترهای موثر در انتخاب نوع خودرو در کشورهای توسعه یافته ،راحتی چرخش غربیلک فرمان آن خودرو می باشد . این موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشته است که جهت تسهیل در چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی با فراهم کردن کنترل بهتر در جاده های خشن یک سیستم هیدرولیکی به قسمت مکانیکی اضافه نمایند . معمولا این سیستم جانبی بصورت کمکی(ASSISTED) عمل می کند .
یعنی وظیفه اصلی همچنان به عهده قسمت مکانیکی است .معمولا اجزای زیر به قسمت مکانیکی فرمان اضافه می شوند تا هیدرولیکی گردد .
1- پمپ هیدرولیک با مخزن روغن و چرخ تسمه (PULLEY)
2- شیر های کنترل (VALVE)
3- لوله های رابط
4- سیلندر (TUBE)
5- تسمه (BELT)
خودرو های سمند ،پژو (شامل 206،405،پارس )دوو،زانتیا و ماکسیما دارای فرمان هیدرولیک هستند . سیستم هیدرولیکی فرمان جهت ایفای نقش از موتور خودرو استفاده می کند . بنابر این از بازده موتورکمی میکاهد ،همچنین مصرف انرژی بیشتری را باعث می گردد .علاوه بر آن سیستم هیدرولیک بصورت مرکز آزاد (OPEN CENTER) عمل می کند ،یعنی حتی در زمانهایی که خودرو بصورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی انجام نمی دهد باز هم این سیستم عمل می کند .
این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا بدنبال سیستمهای بهتر و مفید تری گشته یا آنها را جایگزین هیدرولیکی نمایند یا سیستم هیدرولیکی را بهبود بخشند .یکی از سیستم های ارائه شده در سالهای اخیر فرمان الکترو هیدرولیکی (EHPS) است که در آنجا بجای استفاده از موتور خودرو یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه می شود و در نتیجه فرمان از موتور خودرو مستقل می گردد.
شکل زیر یک سیستم فرمان الکترو هیدرولیکی را نشان می دهد .
خودروی پژو 307 از این نوع سیستم فرمان استفاده می کند . در این نوع فرمان هر چند مسئله مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد (OPEN CENTER)هنوز پابرجاست.
به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شود سیستم عمل کند نه همه زمانها .
فرمان الکترکی (EPS)
این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیک است .این سیستم در اواسط دهه 1970 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید اولین بار توسط شرکت HONDA در اتمبیل های رالی NSX مورد استفاده قرار گرفت در این نوع فرمان مشکل دایمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است ،یعنی سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری موجود باشد .فرمان الکتریکی از سه قسمت اسامی زیر تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی (R & P)اضافه می شود:
1- سنسور گشتاور (Torque Sensor)
2- موتور با جریان مستقیم DC (DC Brushless Motor)
3- واحد کنترل الکترنیکی یا ECU (Electronic Control unit )
سه قسمت یاد شده می توانند در یک محفظه ( Housing )و یا جداگانه قرار گیرند.
طرز کار :
سیستم EPS به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور گشتاور ( یا سنسورهای گشتاور)، گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده ،آن را به صورت سیگنال یا سیگنالهایی به قسمت میکرو کنترلر (ECU) ارسال می کند. میکرو کنترلر علاوه بر این سیگنال ،سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافتی می کند آنگاه این دو را پردازش نموده دستورالعمل لازم را به قسمت موتور DC اعمال می نماید تا به صورت کمکی (Assisted) سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد .
بنا براین دستورالعمل های ECU به موتور Brushless تابعی از خروجی سنسور و سرعت خودرو است .این یعنی سرعت خودرو در عملکرد EPS موثر بوده و این به منظور ایمنی بیشتر خودرو است .
یعنی بیشترین عملکرد EPS در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد آن در سرعتهای بالای خودرو است .
محل نصب EPS
فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می توانند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود.
الف – نصب بر روی ستون ((COLUMN فرمان : در این روش مجموعه سنسورها موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه مستقر شده و بر روی ستون فرمان (Steering Column) نصب می شود ،بنابراین عملکرد کمکی (Assisted) فرمان EPS به ستون فرمان اعمال می گردد . این روش در خودروهای کوچک مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی بویژه در ترافیکهای سنگین و پاک نمودن خودرو محسوب می شود،بکار می رود .
ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی (Worm Gear) درگیر هستند که در شکل زیر نشان داده شده است .
ب – نصب بر روی پینیون
در این روش نیز مجموعه سنسورها ،موتور DC و قسمت ECU بطور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی بر روی پینیون نصب می شوند . این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب بوده جایی که راننده این نوع خودروها در راحتترین حالت می توانند خودرو را هدایت کنند .
ج – نصب بر روی دنده شانه ای
در این روش هر سه قسمت EPS یعنی سنسور ، موتور DV و ECU جدا از هم بر روی جعبه فرمان نصب می شوند .
به این صورت که موتور DC و ECU بطور جدا از هم بر روی دنده شانه ای (Rack) قرار گرفته و سنسور ها نیز روی پینیون مستقر می شوند .زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسور ها بتوانند آن را حس نمایند .
این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است.جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود .بنابراین نیروی کمکی (Assisted) بطور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای (Rack) وارد می گردد .
مزایای فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیک
1- حذف پمپ هیدرولیک (Pump) و چرخه تسمه (Pulley)
2- حذف شیرهای کنترل (Valve) و لوله های رابط
3- حذف تسمه ما بین پمپ هیدرولیک و موتور اتومبیل (Belt)
4- حذف جک هیدرولیک (Jack Hydraulic) و روغن هیدرولیک
5- وزن کم نسبت به هیدرولیکی
6- تغییرات کمتر در قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک
7- عدم کمک ( Assisted) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الکتریکی بعبارت دیگر زمانی که انحرافی در فرمان داده شود قسمت الکتریکی وارد عمل می گردد .
8- فرمان الکتریکی بصورت Fail Safe است ،چنانچه قسمت الکتریکی بدلایلی از کار افتاد،قسمت مکانیکی فرمان میتواند به کار خود ادامه دهد .
9- مقدار انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است .به عبارت دیگر به مقدار %85 در انرژی مصرفی از لحاظ فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی می شود .
10- کاهش حجم و اندازه نسبت به هیدرولیک
11 – مستقل بودن از موتور
12- کاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ
13 – افزایش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هیدرولیک
14 – قابلیت ایمنی بالا در شرایط بحرانی
15 – استفاده از یک نوع فرمان الکتریکی در چندین خودروی متفاوت ، به عبارت دیگر یک نوع طراحی فرمان الکتریکی را در چندین خودروی مختلف می توان به کار برد ،به شرطی که وزن اکسل جلوی خودروها و سیستم برق داخل آنها مشابه باشد .
فرمان SBW ( Steer By Wire )
این نوع فرمان مدرنترین نوع فرمانهای حال و آینده است .در این نوع سیستم ستون فرمان حذف شده و هیچ رابط مکانیکی بین غربیلک و قسمت دنده شانه ای و پینیون (R.P) وجود ندارد .شکل زیر نمای شماتیک فرمان SBW را نشان می دهد .این فرمان از دو آیتم الکترونیکی تشکیل شده است که بشرح زیر است :
الف – آیتم انتقال مقدار چرخش غربیلک به قسمت پینیون : این بخش شامل سنسور زاویه ای (Angular Sensor) میکروکنترلر (ECU)و موتورDC است .سنسور زاویه ای روی محوری که غربیلک روی آن می چرخد قرار دارد و مقدار زاویه گردش فرمان را حس نموده به میکرو کنترلر انتقال می دهد ،آنگاه میکروکنترلر سیگنال لازم را به موتور DC این آیتم که روی پینیون قرار دارد ارسال و در نهایت به دنده شانه ای منتقل و عمل هدایت خودرو توسط فرمان انجام می شود .
ممکن است این استنباط بوجود آید که فید بک جاده و چرخها به غربیلک و در نتیجه به راننده منتقل نمی گردد و همچنین هیچ باز دارنده ای در میزان چرخش غربیلک توسط راننده وجود ندارد ،در حالی که این استنباط درست نبوده و بازتاب و عکس العمل جاده به غربیلک (با توجه به اینکه ستون فرمان وجود ندارد) و راننده منتقل می شود .
ب – آیتم انتقال فید بک (Feedback) جاده و چرخها به راننده : این بخش شامل سنسور گشتاور (Torque sensor) میکروکنترلر و موتور DC مجزا است .سنسور گشتاور روی پینیون مستقر بوده و گشتاور روی پینیون مستقر بوده و گشتاور بوجود آمده را حس نموده به میکروکنترلر انتقال می دهد .
میکرو کنترلر نیز پش از پردازش سیگنال دریافتی دستورالعمل لازم را به موتور DC این آیتم که روی محور غربیلک نصب شده است ،ارسال می کند که به غربیلک نیرو وارد نماید .در نتیجه فید بک جاده به راننده منتقل گشته و عمل هدایت خودرو از طریق فرمان به درستی و واقعی انجام می پذیرد .
لذا این نوع سیستم فرمان علاوه بر قسمت مکانیکی دنده شانه ای و پینیون از دو مجموع سنسور (یکی زاویه ای و دیگری گشتاور )میکروکنترلر و موتور DC تشکیل شده است این نوع سیستم اگرچه به جهت حذف ستون فرمان به ایمنی راننده در مواقع بحرانی می انجامد اما ضریب ایمنی بالایی را در سیستم هدایت خودرو می طلبد ،زیرا سیستم مکانیکی کامل نبوده ،عمل ستون فرمان توسط یک سیگنال الکترونیکی انجام می شود وسیگنالهای الکترونیکی ضریب اطمینان بالایی را لازم دارند .
شرکتهای فعال در زمینه سیستم فرمان الکتریکی
فرمان الکتریکی از سال 1995 بتدریج بر روی خودروهای سواری نصب شده و شر کتهای صاحب فن آوری این نوع فرمان بر روی آن تحقیقات و سرمایه گذاریهای گسترده ای انجام داده اند .مهمترین آنها عبارتند از :
1- شرکت Dlphi : این شرکت از سال 1999 تا پایان سال 2003 بیش از 5/2 میلیون دستگاه فرمان با تکنولوژی الکتریکی تولید و به فروش رسانده است .فرمانهای تولیدی آن اکنون بر روی چهار نوع خودرو در اروپا شامل فولوکس لوپو ،فیات پاندا ،پونتو ،و اپل مریوا نصب و مورد استفاده قرار گرفته است .این شرکت تولیدات خود را با اسامی مخصوصی معرفی کرده است .
فرمان الکتروهیدرولیکی آن با نام Magnasteer فرمان الکتیکی با نام Esteer و فرمانSBW با نام Quadrateer عرضه می شود .به عنوان مثال فرمان Esteer نصب شده روی خودروی فیات پانتو در شکل زیر نشان داده است .
اکنون این شرکت روزانه 50000 دستگاه از انواع سه گانه فرمانهای یاد شده را در 10نقطه دنیا تولید می کند .
2 – شرکت Koyo Seiko :این شرکت در سال 2001 در حدود 4/2 میلیون دستگاه از فرمانهای الکتریکی تولید نموده است .از مهمترین قراردادهای آن در سال 2003 می توان به فروش 350000 دستگاه فرمان الکتریکی به شرکت دایملر – کرایسلر جهت نصب بر روی خودروی اسمارت و 300000 دستگاه به شرکت جنرال موتورز اشاره نمود .پیش بینی ها حاکی از آن است که در سال 206 در حدود 10 میلیون دستگاه تولید و به فروش خواهد رساند .
3 – شرکت NSK : این شرکت در سال 2001 تولید 4/1 میلیون و در سال 2002 تولید 8/1 میلیون دستگاه فرمان الکتریکی داشته است .تلاش برای تولید 3/3 میلیون دستگاه در سال 2006 و 6 میلیون دستگاه در سال 2011 از برنامه های آتی آن است .
4 – شرکت TRW: این شرکت بزرگترین تولید کننده فرمان الکتریکی است .بطوریکه 4 میلیون دستگاه را تا پایان سال 2003 تولید و بفروش رسانده است .از شرکتهای طرف قرارداد /ان میتوان به فیات ،نیسان و رنو اشاره نمود .
سهم فروش شرکتهای تولید کننده فرمان EPS در سال 2003 در نمودار زیر نشان داده است .
پیش بینی آمار تولید فرمان الکتیکی در سالهای آینده
موسسه Just.auto.com در زمینه پیش بینی بازار انواع قطعات و فنآوری وخودرویی (Automotive) تحقیقات علمی انجام می دهد .از جمله این فعالیتها پیش بینی آمار تولید و فروش انواع گیربکسها (دستی ،اتوماتیک،CVT و....) و انواع فرمانها ،مکانیکی،هیدرولیکی،الکتریکی،در سالهای آتی است .
این تحقیقات بازار سه منطقه عمده در دنیا را در بر می گیرد :
1 – اروپا
2 – آمریکای شمالی
3 – آسیا و اقیانوس آرام
البته منظور از آسیا کشورهای شرق دور و جنوب شرق آسیا است . بنابراین کشور ایران در این آمار ها لحاظ نگردیده است .مطالب ذیل گلچینی از موسسه یاد شده در خصوص سیستم فرمان خودرو هاست ذگر این نکته ضروری است که آمارها تا پایان سال 2003 واقعی بوده اما برای سالهای بعد بعنوان پیش بینی است .در جدول زیر ذرصد خودروهایی که از سال 1995 انواع فرمان الکتریکی بر روی آنها نصب گردیده آمده است : ارقام تولید و نصب انواع سه گانه فرمان الکتریکی بر روی خودروهای اروپایی از سال 2000 تا 2010 در جدول زیر نشان داده است
منظور از RDEPS فرمان الکتریکی نصب شده روی دنده شانه ای یا RACK DRIVE EPS همچنین PD EPS فرمان الکتریکی نصب شده روی پینیون یا DRIVE EPS PINION و CDEPS فرمان الکتریکی نصب شده روی ستون فرمان یا EPS COLUMN DRIVE است .
ارقام تولید و نصب فرمان الکتریکی بر روی خودروهای آسیا اقیانوس آرام از سال 2000 تا 2010 در جدول بالا مشاهده می شود .
جدول ردیف آخر نیز ارقام تولید و نصب فرمان الکتریکی بر روی خودروهای دنیا از سال 2000 تا 2010 را نشان می دهد
نتیجه : با نگاهی به آمار های تولی و استفاده از فرمانهای الکتریکی در مناطق مختلف دنیا می توان این استنباط را نمود که درسالهای نه چندان دور طیف گسترده ای از خودروها به این فرمان ها مجهز خواهد شد . با عنایت به اقبال عمومی صاحبان صنایع و مصرف کنندگان خودرو از این نوع فرمانها بر ماست که در این مسیر قرار گرفته و خودروهای ساخت داخل را به این سیستم پیشرفته مجهز نماییم تا ضمن استفاده در خودروهای داخل کشور در صادرات خودرو به کشورهای دیگر نیز از دیگران عقب نمانیم .
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر