موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)
واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
دانلود پایان نامه سیستم فرمان خودرو
امروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است.یکی از این صنایع و اجزای وابسته،قسمت فرمان خودرو است که وظیفه ی خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود.
برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان استفاده می شود.لذا مجموعه ی تشکیل دهنده ی این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد.معمول ترین این سیستم ها،سیستم دنده شانه ای و پینیون است،به طوری 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 نیزحرکت خطی را از طریق مفصل ها به چرخ های خودرو انتقال می دهد.
پیشرفت علم در فرمان خودرو
امروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است.یکی از این صنایع و اجزای وابسته،قسمت فرمان خودرو است که وظیفه ی خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود.
دراین نوع فرمان،هر چند مسئله ی مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد هنوز پابر جاست.
به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شودسیستم عمل کند،نه همه ی زمان ها.
این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است.
این سیستم در اواسط دهه ی 1970 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید.
اولین بار توسط شرکت HONDA در اتومبیل های رالی NSX مورد استفاده قرار گرفت.
در این نوع فرمان مشکل دائمی بودن اجزای سیستم EPS 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 اساسی زیر تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی اضافه می شود:
- سنسور گشتاور
- موتور با جریان مستقیم DC
- واحد کنترل الکتریکی ECU
سه قسمت یاد شده می توانند در یک محفظه و یا جداگانه قرار گیرند.
سیستم EPS به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور گشتاور،گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده،آن را به صورت سیگنال یا سیگنال هایی به قسمت میکروکنترولر(ECU) ارسال می کند.میکروکنترلر علاوه بر این سیگنال،سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافت می کند،آن گاه این دو را پردازش نموده، دستورالعمل لازم را به قسمت موتورDC اعمال می نماید تا به صورت کمکی، سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد.
بنابراین دستورالعمل های ECU به موتور DC 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 سرعت های پایین و کمترین عملکرد آن در سرعت های بالای خودروست.
فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می تواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود.
الف- نصب بر روی ستون فرمان:
در این روش مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه مستقر شده و بر روی ستون فرمان نصب می شود.بنابراین عملکرد کمکی فرمان ESP به ستون فرمان اعمال می گردد.این روش در خودروهای کوچک،مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی به ویژه در ترافیک های سنگین و پارک نمودن خودرو محسوب می شود،به کار می رود.
ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند.
ب- نصب بر روی پینیون:
در این روش نیز مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی بر روی پینیون نصب می شوند.
این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب بوده،جایی که راننده ی این نوع خودروها در راحت ترین حالت می تواند خودرو را هدایت کند.
ج- نصب بر روی دنده شانه ای:
در این روش هر سه قسمت ESP یعنی سنسور،موتور DC و ECU جدا از هم برروی جعبه فرمان نصب می شوند.
به این صورت که موتور DC و اجزای سیستم EPS ECU به طور جداگانه بر روی دنده شانه ای 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 مناسب است.جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود.بنابراین نیروی کمکی به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای وارد می گردد.
فرمان (EPS ) امروزه جایگزین فرمان هیدرولیک ،در تعداد زیادی از خودروهای جدید است.یکی از مزیتهای EPS حذف شدن پمپ هیدرولیک فرمان است که از8تا10اسب بخار از قدرت موتور رامصرف می کند.همچنین حذف شدن مایع هیدرولیک ،شیلنگها،نشتیهای آن ونیز نیاز به چک کردن آنها از مزیتهای این سیستم می باشد.این سیستم همچنین آرامتر از فرمان هیدرولیک کار می کند0زیرا نه صدای پمپ وجود دارد ونه مایع در داخل شیلنگها وسوپاپها،اما برجسته ترین تفاوت در فرمان پذیری ومنظم بودن فرمان آن است.
فرمان (EPS ) حتی هنگامی که موتور خاموش باشد نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند. همچنین این سیستم در مصرف سوخت نیز صرفه جویی می کند زیرا وزن کمی دارد وموتور DC آن فقط هنگامی که نیاز باشد به ما کمک می کند.(هنگام پیچیدن فرمان )0 سیستم (EPS ) به وسیله یک موتور12ولت کار می کند وبه موتور خودروبرای منبع انرژی وابسته نیست. بنابراین حساسیت فرمان حتی هنگامی که موتور خاموش است تحت تاثیر قرار نمی گیرد.
سیستم فرمان برقی بااندازه گیری های بسیار دقیق تنظیم می شود که تطبیق یافتن آن برای کنترلهای هیدرولیکی سخت می باشداین سیستم بوسیله بازبینی ورودی های غربیلک فرمان ،سرعت خودرو ودیگر عاملهای دینامیکی می تواند یک حرکت مستقیم برای خودرو مهیا کند. EPS می تواند نیروی زیادی هنگامی که شما احتیاج دارید فراهم کند ( سرعت کم ) همچنین هنگامی که نیاز نداریم از توانایی فرمان می کاهد( سرعت زیاد ) .
در عین حال چون با سیستم نرم افزاری هدایت می شود دقت فرمان و اعتدال آن و حساس بودن آنرا بالا می برد.
سیستم فرمان پر قدرت برقی (EPS ) اولین بار روی خودروی Acura NSX ( از اولین خودروهای تولیدی با این مشخصه ) Honda S2000 ، Toyota Prius و Toyota RAV4 به اضافه تعداد زیادی از مدلهای GM بین 2004 تا 2009 و شورلت ، پونتیاک از 2002 تا 2009 و غیره ، استفاده شد .
چگونگی کارکرد فرمان برقی
اگر چه برخی از سیستم های قدیمی فرمان برقی عملا” الکتروهیدرولیک بودند به طوری که از یک الکتروموتور برای به حرکت در آوردن پمپ هیدرولیک استفاده می شد اما نسل جدید فرمان های برقی (EPS ) بطور کلی الکتریکی و الکترونیکی است ، جعبه فرمان از یک میل دندانه دار و یک موتور الکتریکی که روی میل فرمان یا میل دندانه دار بسته شده است ، تشکیل شده است . هنگامی که راننده غربیلک را به حرکت در می آورد سنسورهای فرمان چگونگی و سرعت چرخش غربیلک را بدست می آورد این اطلاعات همراه با شکل های ورودی از سنسور گشتاور پیچشی ( TORQUE ) بسته شده روی شفت فرمان ، کنترل یونیت سیستم فرمان را تغذیه می کند ، دیگر ورودی ها مثل سرعت خودرو و کنترل کشش ( TRACTION ) یا سیستم کنترل پایداری خودرو( ESP ) برای تصمیم گیری مقدار کمک مورد نیاز و چگونگی فرمان ملاک هستند ، سپس کنترل یونیت برای چرخش به مقدار صحیح به موتور فرمان می دهد وسنسور روی موتور از میزان چرخش موتور به کنترل یونیت فیدبک می دهد . پس کنترل یونیت موقعیت موتور را نیز مورد نظارت قرار می دهد.
اجزای سیستم EPS
سیستم فرمان برقی یا EPS
سیستم فرمان برقی یا فرمان الکتریکی EPS مخفف (Electric Power Steering) از سال ۱۹۹۰ میلادی برای مونتاژ خودروها در کمپانی‌های خارجی استفاده شد. این سیستم فرمان پیشرفته خودرو با قابلیت‌ها و عملکرد مثبتی که در حوزه ایمنی خودروها داشته است، توانست جایگزین فرمان هیدرولیکی خودروها شود. قابل ذکر است که وجود سیستم فرمان برقی در خودرو باعث کاهش میزان خرابی سیستم‌های فرمان خودرو، راحتی بیشتر، تجربه رانندگی بهتر و حتی ایمنی بیشتر خودرو ها شده است .
چگونگی عملکرد سیستم فرمان خودرو
متعلقات فرمان روی اکسل جلو درسمت راست و یا چپ اتومبیل بسته شده و هدایت اتومبیل توسط راننده را با تغییر جهت چرخهای جلو امکان پذیر می نماید . بدین معنی که حرکت غربیلک توسط راننده و میله اصلی فرمان به هزار خاری و میله های رابط فرمان و بعد به سگدست منتقل شده و اجزای سیستم EPS در نتیجه حرکت رفت وبرگشتی یا سمت چپ و راست غربیلک فرمان باعث گردش اتومبیل می شود. سیستم فرمان انواع گوناگونی دارد از جمله سیستم فرمان مکانیکی (دنده شانه ای و پینیون) ،هیدرولیکی و الکتریکی که در این مقاله به توضیح آنها می پردازیم .
امروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است. یکی از این صنایع و اجزای وابسته ، قسمت فرمان خودرو است که وظیفه هدایت خودرو از طریق آن میسر می شود. لذا مجموعه تشکیل دهنده این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد. معمول ترین این سیستم اجزای سیستم EPS ها، سیستم دنده شانه ای و پینیون است. به طوری 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 نیزحرکت خطی را از طریق مفصل ها به چرخ های خودرو انتقال اجزای سیستم EPS می دهد .
انواع گوناگون فرمان:
به طور کلی انواع گوناگونی از سیستم فرمان وجود دارد که عبارت‌اند از:
- سیستم فرمان مکانیکی (دنده شانه‌ای و پینیون)
- سیستم فرمان الکتریکی یا برقی ( EPS )
- سیستم فرمان هیدرولیکی
- سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی( EHPS )
معمول‌ترین سیستم فرمان خودرو، فرمان مکانیکی با 2 سیستم دنده شانه‌ای و پینیون است. روند کار سیستم دنده شانه‌ای به صورت حرکت خطی و سیستم پینیون به صورت حرکت دورانی است. در واقع سیستم پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به سیستم شانه‌ای ارسال میکند و سپس سیستم شانه‌ای، حرکت خطی را به چرخهای اتومبیل منتقل میکند.
به مرور زمان به دلیل سختی چرخش غربیلک اجزای سیستم EPS فرمان در سیستم فرمان مکانیکی، کمپانی‌های خودروساز به دلیل سختی چرخش فرمان و ایمنی بالاتر خودرو در جاده‌های ناهموار بر آن شدند تا با تغییر فناوری سیستم فرمان خودروها و اضافه کردن امکانات بیشتر موجب کاهش خستگی رانندگان شوند. به همین دلیل یک سیستم فرمان هیدرولیکی با امکانات و قابلیت‌های بیشتر و به خصوص حفظ ایمنی سرنشینان خودرو به قسمت سیستم فرمان مکانیکی اضافه شد. البته این سیستم فرمان هیدرولیکی صرفاً به عنوان یک سیستم جانبی و کمکی در خودرو عمل میکند و وظیفه اصلی هدایت خودرو به عهده سیستم فرمان مکانیکی می‌باشد.
البته جدا از مزیت‌ها و قابلیت‌های مثبت سیستم فرمان هیدرولیکی، اما این سیستم فرمان یک عیب بزرگ نیز دارد و آن این است که سیستم فرمان هیدرولیکی برای عملکرد خود از موتور خودرو بهره می‌برد و این امر باعث کاهش بازده موتور خودرو و مصرف بیشتر انرژی میشود. به همین دلیل تکنسین‌های فنی خودروساز به خاطر رفع این عیب به دنبال جایگزین کردن یک سیستم فرمان بهتر شدند و سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی را جایگزین نمودند.
برای رفع عیب سیستم فرمان هیدرولیکی از موتور خودرو استفاده می‌کرد، برای سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی یک موتور الکتریکی جداگانه به قسمت پمپ هیدرولیک اضافه کرده‌اند که در این صورت فرمان خودرو از موتور جدا میشود. در خودروهای پژو ۴۰۷ از سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی استفاده کرده‌اند. در سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی عملا همچنان یک سیستم هیدرولیک به کمک فرمان آمده است اما مزیت بزرگ آن را می توان جدا بودن سیستم از فرایند حرکت موتور خودرو دانست.
فرمان برقی چیست؟
این نوع فرمان مشابه فرمان هیدرولیکی عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است. این سیستم در اواسط دهه 70 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید. اولین بار شرکت HONDA در اتومبیل های رالی NSX از فرمان الکترونیکی استفاده نمود. در این سیستم ، مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است به طوریکه سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری وجود داشته باشد . فرمان الکتریکی از سه قسمت اساسی تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی (Rack and pinion) اضافه می شود :
- سنسورگشتاور (Torque Sensor)
- موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)
- واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
نحوه عملكرد EPS
فرمان الکترونیکی به این صورت عمل می کند که ابتدا سنسور ، گشتاور وارده از غربیلک فرمان را حس نموده و آنرا به صورت سیگنال یا سیگنالهایی به واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) ارسال می کند . میکروکنترلر یونیت فرمان الکترونیکی علاوه بر این سیگنال ، سیگنالی نیز از سرعت خودرو دریافت می کند. آنگاه این دو را پردازش نموده و دستور العمل لازم را به قسمت موتور DC اعمال می نماید تا به صورت کمکی (Assisted) سیستم فرمان مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین دستور العملهای ECU به موتور Brushless تابعی از خروجی سنسور گشتاور و سرعت خودرو است. این یعنی به منظور ایمنی بیشتر خودرو سرعت درعملکرد EPS موثر بوده و بیشترین عملکرد در سرعتهای پایین و کمترین عملکرد فرمان در سرعت های بالای خودرو است .
تفاوت فرمان برقی و فرمان هیدرولیک
استفاده از فرمان هیدرولیکی اجزاء جدیدی را به اتومبیل‌ها اضافه کرد و باعث مصرف انرژی بیشتر خودروها شد. در حقیقت این فرمان ها کاملا مستقل و آزادانه فعالیت نمی‌کردند و به دلیل اتصال به موتور خودرو، حتی زمانی که در طول رانندگی حرکتی انجام نمی‌دهند باز هم انرژی زیادی مصرف می‌کنند. این موضوع باعث شد تا پژوهشگران صنعت خودروسازی به فکر ساخت سیستمی جدید برای فرمان‌ها بی‌افتند و در نتیجه آن فرمان‌های برقی یا EPS اختراع شد. فرمان برقی به جای استفاده از نیروی موتور خودرو که باعث افزایش مصرف سوخت میشود؛ مجهز به یک موتور کوچک و مستقل است و مانند فرمان هیدرولیکی باعث افزایش مصرف انرژی نمی‌شوند .
فرمان الکتریکی با توجه به مکانیک خودروها به سه حالت بر روی تمام خودوها نصب می‌شوند. نصب بر روی اجزای سیستم EPS ستون فرمان، نصب بر روی پینیون‌ها که بیشتر مورد استفاده در خودروهای نیمه سنگین است و نصب بر روی دنده شانه‌ای خودرو. فرمان الکتریکی مزایای زیادی نسبت به فرمان هیدرولیکی دارد که از آن جمله می‌توان به این موارد اشاره کرد:حذف پمپ هیدرولیک و چرخ، حذف شیرهای کنترل و لوله های رابط، حذف اجزای سیستم EPS تسمه ما بین پمپ هیدرولیک و موتور اتومبیل، حذف جک هیدرولیک و روغن هیدرولیک و وزن کم نسبت به فرمان هیدرولیکی، تغییرات کمتر مکانیکی نسبت به فرمان هیدرولیک، فعالیت در زمان حرکت فرمان، کاهش حجم و اندازه نسبت به فرمان هیدرولیکی، مستقل بودن از موتور، طول عمر بیشتر، ایمنی بالاتر و مصرف کمتر انرژی. ضمن اجزای سیستم EPS آنکه اگر زمانی فرمان الکتریکی دچار مشکل شده و عملکرد آن متوقف شود، به صورت خودکار می‌توان از فرمان مکانیکی استفاده کرد .
به طور کلی سیستم فرمان الکتریکی تنها تفاوتی که با سیستم هیدرولیکی دارد این است که منجر به از بین رفتن بسیاری از اجزاء اضافی شده و در کاهش مصرف سوخت خودروها بسیار موثر است و تنها در مواقعی عمل میکند که فرمان چرخش یا گشتاوری داشته باشد .
مزایای فرمان برقی نسبت به هیدرولیک:
1- حذف پمپ هیدرولیک (pump) وهرزگرد (pulley)
2- حذف شیرهای کنترل (valve) و لوله های رابط
3- حذف تسمه ها بین پمپ هیدرولیک وموتور اتومبیل (belt)
4- حذف جک هیدرولیک (hydraulic jack) و روغن هیدرولیک
5- وزن کم نسبت به سیستم هیدرولیکی
6- تغییرات کمتردر قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک
7- عدم کمک (Assist) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الکتریکی(به عبارت دیگر زمانی که گردشی در فرمان داده شود ، قسمت الکتریکی وارد عمل می گردد .)
8- فرمان الکتریکی به صورت Safe Fail است .( چنانچه قسمت الکتریکی به دلایلی از کار افتد، قسمت مکانیکی فرمان می تواند به کار ادامه دهد .)
9- مقداری انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی ، حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است. به عبارت دیگر به مقدار 85 % در انرژی مصرفی فرمان الکتریکی نسبت به هیدرولیک صرفه جویی می شود .
10- کاهش حجم واندازه نسبت به هیدرولیک
11- مستقل بودن از موتور خودرو
12- کاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ
13- افزایش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هیدرولیکی
14- قابلیت ایمنی بالا در شرایط بحرانی
15- استفاده از یک نوع فرمان الکتریکی در چندین خودروی متفاوت
آشنایی با سیستم فرمان برقی(EPS)
فرمان (EPS ) امروزه جایگزین فرمان هیدرولیک،در تعداد زیادی از خودروهای جدید شده است. یکی از مزیت های EPS حذف شدن پمپ هیدرولیک فرمان است که از 8 تا 10 اسب بخار از قدرت موتور رامصرف می کند. همچنین حذف شدن مایع هیدرولیک ، شلنگ ها، نشتی های آن و نیز عدم نیاز به چک کردن آنها از مزیت های این سیستم می باشد.این سیستم همچنین آرامتر از فرمان هیدرولیک کار می کند. زیرا نه صدای پمپ وجود دارد و نه مایع در داخل شیلنگ ها و سوپاپ ها،ا ما برجسته ترین تفاوت در فرمان پذیری و منظم بودن فرمان آن است.
فرمان (EPS ) حتی هنگامی که موتور خاموش باشد نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند. همچنین این سیستم در مصرف سوخت نیز صرفه جویی می کند زیرا وزن کمی دارد و موتور DC آن فقط هنگامی که نیاز باشد به ما کمک می کند.(هنگام پیچیدن فرمان )، سیستم (EPS ) به وسیله یک موتور 12 ولت کار می کند و به موتور خودرو برای منبع انرژی وابسته نیست. بنابراین حساسیت فرمان حتی هنگامی که موتور خاموش است تحت تاثیر قرار نمی گیرد.
سیستم فرمان برقی با اندازه گیری های بسیار دقیق تنظیم می شود که تطبیق یافتن آن برای کنترل های هیدرولیکی سخت می باشد، این سیستم بوسیله بازبینی ورودی های غربیلک فرمان ،سرعت خودرو و دیگر عامل های دینامیکی می تواند یک حرکت مستقیم برای خودرو مهیا کند. EPS می تواند نیروی زیادی هنگامی که شما احتیاج دارید فراهم کند ( سرعت کم ) همچنین هنگامی که نیاز نداریم از توانایی فرمان می کاهد ( سرعت زیاد ) .
در عین حال چون با سیستم نرم افزاری هدایت می شود دقت فرمان و اعتدال آن و حساس بودن آنرا بالا می برد .
سیستم فرمان پر قدرت برقی (EPS ) اولین بار روی خودروی NSX Acura ( از اولین خودروهای تولیدی با این مشخصه )Honda S2000 ، Toyota Prius و Toyota RAV4 به اضافه تعداد زیادی از مدل های GM بین 2004 تا 2009 و شورلت ، پونتیاک از 2002 تا 2009 و غیره ، استفاده شد .
چگونگی کارکرد فرمان برقی :
اگر چه برخی از سیستم های قدیمی فرمان برقی عملا” الکتروهیدرولیک بودند به طوری که از یک الکتروموتور برای به حرکت در آوردن پمپ هیدرولیک استفاده می شد اما نسل جدید فرمان های برقی (EPS ) بطور کلی الکتریکی و الکترونیکی است ، جعبه فرمان از یک میل دندانه دار و یک موتور الکتریکی که روی میل فرمان میل دندانه دار بسته شده است ، تشکیل شده است . هنگامی که راننده غربیلک را به حرکت در می آورد سنسورهای فرمان چگونگی و سرعت چرخش غربیلک را بدست می آورد، این اطلاعات همراه با شکل های ورودی از سنسور گشتاور پیچشی ( TORQUE ) بسته شده روی شفت فرمان ، کنترل یونیت سیستم فرمان را تغذیه می کند ، دیگر ورودی ها مثل سرعت خودرو و کنترل کشش ( TRACTION ) یا سیستم کنترل پایداری خودرو( ESP ) برای تصمیم گیری مقدار کمک مورد نیاز و چگونگی فرمان ملاک هستند ، سپس کنترل یونیت برای چرخش به مقدار صحیح به موتور، فرمان می دهد و سنسور روی موتور از میزان چرخش موتور به کنترل یونیت فیدبک می دهد . پس کنترل یونیت موقعیت موتور را نیز مورد نظارت قرار می دهد .
اجزاء تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی ( EPS ) :
جعبه فرمان :
هنگامی که غربیلک فرمان به چرخش در می آید گشتاور فرستاده شده به پینیون موجب می شود که شفت ورودی به چرخش در آید . میل پیچشی که به شفت ورودی متصل است و پینیون می چرخاند 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 DC :
این موتور نیروی لازم برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند و برای انتقال گشتاور تولیدی موتور به شفت اصلی از یک دنده مارپیچ استفاده می کند .
مکانیزم تقلیل :
این مکانیزم نیروی کمکی موتور برقی را به شفت پینیون انتقال می دهد . این مکانیزم 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 انتقال داده می شود و نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را فراهم می کند .
سنسور TORQUE :
این سنسور پیچش میل پیچشی را حس کرده و گشتاور به کار برده شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند . کنترل یونیت فرمان برقی از این سیگنال ها استفاده می کند و نیروی کمکی که موتور DC باید فراهم کند را محاسبه می کند .
کنترل یونیت EPS:
این کنترل یونیت سیگنال ها را از سنسورهای مختلف دریافت می کند و حالت جاری خودرو را تشخیص داده و اندازه جریانی را که باید در موتور DC بکار رفته شود را تعیین می کند.اگر ECU درکارکرد سیستم خطایی پیدا کند یک چراغ خطر اجزای سیستم EPS آن را به راننده هشدار می دهد. ECU خطاها را ذخیره می کند و سیستم EPS از مدار خارج می شود.اما خودرو هنوز قابلیت هدایت معمولی را دارا می باشد.
سیستم EPS شرکت جنرال موتور وچند نمونه از مدهای کارکردی آن:
NORMAL MODE : کمک کردن به فرمان در جهت های چپ و راست در پاسخ به ورودی ها و سرعت خودرو
RETURN MODE : کمک که برگشت فرمان بعد از اتمام یک چرخش و فیدبک از سنسور موقعیت فرمان برای OVER SHOOT نشدن سیستم EPS از موقعیت وسط.
DAMPER CONTROL MODE : اصلاح نمودن حساسیت های جاده و مستهلک نمودن ضربه به طور مثال در سرعت های بالا.
PROTECTION MODE : حفاظت از بخش های الکتریکی در مقابل دمای زیاد و شدت جریان بالا ،اگر فرمان یکباره در یک سمت رانده شود و همچنین اگر در موقعیت قفل به مدت طولانی باقی بماند.
راندن ناگهانی فرمان به یک سمت موجب می شود مدول کنترل فرمان دستور دهد بالاترین مقدار جریان به موتور برسد سپس اگر غربیلک فرمان در یک پریود زمانی طولانی در آن موقعیت نگه داشته شود سیستم وارد مد حفاظتی می شود بنابراین موتور بیش از حد گرم نمی شود.
دراین مد PSCM(مدول کنترل فرمان پرقدرت ) اندازه جریان ارسالی به موتور را محدود می کند و از کمک کردن به فرمان کم می کند.(فرمان سفت تر می شود ).
اگر دمای سیستم بالا رود و مد حفاظت بار اضافی فعال شود یک کد خطای DTC C0176 (خطای دمای بالای سیستم ) در حافظه قرار می گیرد. همچنین در برخی مدل ها ممکن است خطای DTC C0476 (عملکرد/ارزیابی مدار موتور فرمان برقی) قرار گیرد.این DTCها نشان دهنده نرمال بودن کارکرد PSCM (سفت شدن فرمان ) برای جلو گیری از آسیب حرارتی به قسمت های سیستم فرمان است .
به هر حال راننده در مورد نچرخانیدن و نگه داشتن غربیلک فرمان در هر دو سمت و به مدت طولانی ،نیاز به آموزش دارد.
اگر یک سنسور در قسمت های دیگر EPS خراب شود سیستم خود عیب یاب باید خطاها را نشان داده و با روشن کردن یک چراغ اخطار راننده را مطلع کرده و EPS را از مدار خارج کند. در این مواقع فرمان سفت شده و نیروی زیادی برای فرمان دادن نیاز می باشد.
تعویض قطعات برای فرمان پرقدرت برقی
دریک مدل از EPS روی GM که موتور برقی روی ستون فرمان مونتاژ شده موتور و مدول کنترل هر دو از قسمت های مونتاژ شده میل فرمان هستند.معمولا به عنوان یک واحد در هنگام بروز مشکل تعویض می گردند، درمدل های دیگر (برای مثال تویوتا) موتور برقی می تواند به تنهایی تعویض شود.
موتور برقی می تواند در دو محل قرار گیرد ،روی پایه ستون فرمان مثل مدل GM.و یا بطور کامل روی چرخ دنده های فرمان قرار می گیرد (مانند هوندا). در مدل GM موتور به تنهایی سرویس یا مونتاژ می شود و حال آنکه در نوع هوندا در صورت خرابی موتور اجزای سیستم EPS ،نیاز به تعویض جعبه فرمان می باشد.
تعویض ستون فرمان می تواند گران تمام شود،قیمت ها در جاهای مختلف متغیر است (بسته به نوع آن).بنابراین عیب یابی صحیح برای جلوگیری از تعویض قطعات غیرضروری لازم می باشد.
به منظور عیب یابی صحیح باید از دستگاه دیاگ مناسب و دقیق استفاده کرد،عملیاتی که می توان با دستگاه دیاگ روی این سیستم انجام داد عبارتند از:
1) بازبینی پارامترها و بررسی مقادیر آن ها در شرایط مختلف کارکرد سیستم فرمان
تعمیرسیستم فرمان برقی-پاوراسترینگ-EPS
فرمان الكتریكی یا (Electronic Power Steering (EPS مانند فرمان هیدرولیکی عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت است و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است. این سیستم در اواسط دهه 70 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید. اولین بار شرکت HONDA در اتومبیل های رالی NSX از فرمان الکترونیکی استفاده نمود. در این سیستم مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده به طوریکه سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری وجود داشته باشد.
فرمان الکتریکی از سه قسمت تشکیل شده که به سیستم فرمان مکانیکی اضافه می شود :
سنسورگشتاور (Torque Sensor)
موتور با جریان مستقیم (Motor Brushless DC)
واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
مزایای سیستم فرمان برقی
عیب یابی و تعمیر سیستم فرمان برقی یا پاوراسترینگ EPS
این فرمان امروزه جایگزین فرمان هیدرولیک در خودروهای جدید شده است. یکی از مزیت های EPS حذف شدن پمپ هیدرولیک فرمان است که از8تا10اسب بخار از قدرت موتور رامصرف می کند. همچنین حذف شدن مایع هیدرولیک شلنگها نشتیهای آن ونیز عدم نیاز به چک کردن آنها از مزیت های این سیستم می باشد. این سیستم صدای کمتری از فرمان هیدرولیک دارد. همچنین این سیستم در مصرف سوخت نیز صرفه جویی می کند زیرا وزن کمی دارد. سیستم فرمان برقی با اندازه گیری های بسیار دقیق تنظیم می شود که تطبیق یافتن آن برای کنترل های هیدرولیکی سخت می باشد این سیستم بوسیله بازبینی ورودی های غربیلک فرمان سرعت خودرو ودیگر عاملهای دینامیکی می تواند یک حرکت مستقیم برای خودرو مهیا کند.
در عین حال چون با سیستم نرم افزاری هدایت می شود دقت فرمان و اعتدال آن و حساس بودن آنرا بالا می برد . سیستم فرمان برقی EPS اولین بار روی خودروی NSX Acura – Honda S2000 – Toyota Prius – Toyota RAV4 به اضافه تعداد زیادی از مدلهای شورلت- پونتیاک و غیره استفاده شد .
فرمان برقی چگونگی کارمی کند؟
برخی از سیستم های قدیمی فرمان برقی الکتروهیدرولیک بودند به طوری که از یک الکتروموتور برای به حرکت در آوردن پمپ هیدرولیک استفاده می شد اما نسل جدید فرمان های برقی بطورکلی الکتریکی و الکترونیکی شدند. جعبه فرمان از یک میل دندانه دار و یک موتور الکتریکی که روی میل فرمان میل دندانه دار بسته شده است تشکیل شده است .
هنگامی که راننده غربیلک را به حرکت در می آورد سنسورهای فرمان و سرعت چرخش غربیلک را بدست می آورد این اطلاعات همراه با شکل های ورودی از سنسور گشتاور پیچشی بسته شده روی شفت فرمان کنترل یونیت سیستم فرمان را تغذیه می کند دیگر ورودی ها مثل سرعت خودرو و کنترل کشش یا سیستم کنترل پایداری خودرو( ESP ) برای تصمیم گیری مقدار کمک مورد نیاز و چگونگی فرمان ملاک هستند سپس کنترل یونیت برای چرخش به مقدار صحیح به موتر فرمان می دهد وسنسور روی موتور از میزان چرخش موتور به کنترل یونیت فیدبک می دهد . پس کنترل یونیت موقعیت موتور را نیز مورد نظارت قرار می دهد .
اجزاء تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی یا (EPS ) :
جعبه فرمان :
هنگامی که غربیلک فرمان به چرخش در می آید گشتاور فرستاده شده موجب می شود که شفت ورودی به چرخش در آید . میل پیچشی که به شفت ورودی متصل است 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 DC :
این موتورنیروی لازم برای پیچیدن فرمان را تهیه می کند و برای انتقال گشتاور تولیدی موتور به شفت اصلی از یک دنده مارپیچ استفاده می کند
مکانیزم تقلیل :
این مکانیزم نیروی کمکی موتور برقی را به شفت انتقال می دهد. این مکانیزم 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 انتقال داده می شود و نیروی کمکی برای پیچیدن فرمان را فراهم می کند .
سنسور TORQUE :
این سنسور پیچش 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:
این کنترل یونیت سیگنالها را از سنسورهای مختلف دریافت میکند وحالت خودرورا تشخیص داده واندازه جریانی را که باید در موتور DC بکاررفته شود را تعیین می کند. اگرکامپیوتر خودرو درکارکرد سیستم خطایی پیدا کند یک چراغ خطر آن را به راننده هشدارمی دهد. ECU خطاهارا ذخیره می کند و سیستم EPS از مدار خارج میشود. اما خودرو هنوز قابلیت هدایت معمولی را دارا می باشد.
به منظور عیب یابی صحیح باید از دستگاه دیاگ مناسب ودقیق استفاده کرد و عوامل زیر را چک کرد در دستگاه دیاگ:
1) بازبینی پارامترها و بررسی مقادیر آن ها در شرایط مختلف کارکرد سیستم فرمان
سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی چیست؟
سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی که توسط شرکت تی ار دبیلیو توسعه داده شده است؛ در این سیستم نیروی محرک پمپ هیدرولیک فرمان توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود. با استفاده از این سیستم مصرف سوخت ۲.۸ درصد کاهش پیدا می کند.
در این سیستم به دلیل امکان کنترل موتور الکتریکی می توان حالت های مختلف را در شرایط مختلف خودرو ایجاد نمود یعنی امکان این وجود دارد با توجه به سرعت خودرو و میزان زاویه فرمان سفتی و نرم فرمان را به راحتی کنترل نمود. از این سیستم در خودروی هیوندای جنسیس استفاده شده است.
اصول کارکرد سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی:
در این سیستم سیگنال ورودی به EHPS سرعت خودرو سرعت زاویه ای فرمان و دور موتور از طریق سنسور ها ارسال می شود. با تغییر در سرعت خودرو و سرعت زاویه ای فرمان برنامه کنترلی مدول کنترلی تغییر می کند و باعث می شود فشار و جریان پمپ تغییر داشته باشد.
در این سیستم برای اینکه شرایط ایده ال برای عملکرد صحیح سیستم مهیا باشد باید ولتاژ باتری از ۱۰.۵ ولت بالاتر باشد. در موتور باید بالای ۵۰۰۰RPM باشد. کلیه سیگنال ها باید از طریق شبکه CAN دریافت شوند.
برای فعال شدن سیستم EHPS باید موتور روشن باشد سیگنال دور موتور از ECM موتور توسط شبکه CAN دریافت می شود. سرعت خودرو در عملکرد سیستم بسیار مهم می باشد با تغییر سرعت خودرو سرعت موتور پمپ هم تغییر می کند و با یکدیگر نسبت عکس دارند که مشابه عملکرد سیستم EPS سنتی می باشد. برای کنترل سیستم بجای اطلاعات موقعیت فرمان از اطلاعات سرعت زاویه ای گردش فرمان استفاده می شود. این سیگنال از سنسور زاویه ای فرمان توسط شبکه CAN دریافت می شود.
نحوه هواگیری:
ابتدا زیر خودرو جک بزنید و چرخ ها جلو را از زمین جدا کنید.
مخزن را با روغن تا سطح COLD MAX پر کنید. به هیچ وجه موتور راروشن نکنید. چنانچه پیش از انجام مرحله ۳ موتور را روشن کنید ممکن است در زمان چرخش فرمان صدای غیر عادی شنیده شود.
به مدت ۱۵ تا ۲۰ ثانیه فرمان را ۴ یا ۵ مرتبه از انتهای راست به چپ بچرخانید.
یک یا دو مرتبه سوییچ را بسیار سریع از حالت ON به حالت Start ببرید اما موتور را روشن نکنید.
به مدت ۱۵ تا ۲۰ ثانیه فرمان را ۴ یا ۵ بار از انتهای راست به چپ و برعکس بچرخانید.
موتور را روشن کنید و شروع کنید به چرخاندن فرمان از انتهای راست به انتهای چپ و برعکس تا زمانیکه حباب هوا روی مخن در زمان دور آرام ناپدید شود.
رنگ و سطح روغن هیدرولیک را کنترل کنید و سپس در صورت لزوم مخزن را با روغن تا سطح COLD MAX پر کنید. چنانچه در زمان چرخش فرمان به چپ و راست سطح روغن هیدرولیک بالا و پایین برودبعد از خاموش کردن موتور از مخزن سر ریز خواهد شد اگر رنگ روغن سفید شود نشانه وجود حباب هواست که بطور کامل از سیستم خارج نشده است. سپس در صورت نیاز مرحل ۵ و ۶ را تکرار کنید.
دیدگاه شما