سیستم فرمان برقی (EPS)electric power steering system، همانطور که از نام آن پیداست، یک سیستم برقی است که تلاش راننده را برای چرخاندن فرمان به میزان زیادی کاهش می دهد. برخلاف فرمان دستی که برای مانور دادن خودرو به نیروی زیادی نیاز دارد، فرمان برقی در خودرو این کار را برای رانندگان به خصوص در پیچ‌های آهسته مانند رفتن به محل پارک، مانور در پمپ بنزین شلوغ یا چرخش در گوشه های 90 درجه ای در هر جایی آسان‌تر می‌کند.
بررسی اجمالی سیستم فرمان الکترونیکی مدرن
فرمان الکترونیکی برقی یا EPS در حال حاضر جزو تجهیزات استاندارد تقریباً در تمام مدل های جدید خودروهای فروخته شده است. یک دلیل واضح است: کشش انگلی پمپ هیدرولیک تسمه محور که به طور مداوم می چرخد و برای تامین نیروی هیدرولیک برای حرکت مکانیسم فرمان استفاده می شود را حذف می کند.
نسخه‌های فعلی سیستم EPS از یک موتور الکتریکی استفاده می‌کنند که تنها زمانی که فرمان در موقعیت مرکزی قرار ندارد، نیاز به استفاده از کمک فرمان دارد. اگر وسیله نقلیه مجهز به موتور درونسوز باشد (که بار روی دینام را کاهش می دهد) این نوع سیستم EPS بر اساس تقاضا باعث صرفه جویی در سوخت و کاهش آلاینده ها می شود و اگر خودرو هیبریدی یا تمام برقی باشد، میزان انرژی الکتریکی مصرفی را کاهش می دهد.
سیستم EPS صداهای موتور، صداهای فرمان برقی و ارتعاشاتی را که سیستم فرمان هیدرولیک معمولی به داخل محفظه سرنشین منتقل می کند، کاهش می دهد. EPS همچنین اجزای فرمان را از لرزش سیستم تعلیق جدا می کند و در عین حال احساس خوب رانندگی را به راننده منتقل می کند و کنترل فرمان وابسته به سرعت و ایمنی افزایش یافته را فراهم می کند. به عنوان مثال، هوندا، حفظ تعادل خودرو را توسط سیستم EPS در صورت واکنش راننده به وضعیت لغزش فرمان با افزایش مقاومت چرخشی فرمان با چرخاندن فرمان در جهت اشتباه، ترکیب کرده است.
EPS یک تکنولوژی جدید نیست. مدتی است که در سیستم فرمان وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد، اما نسخه های فعلی بسیار برتر و پیشرفته تر از نسخه های قبلی خود هستند. آنها احساس رانندگی در جاده و زمان واکنش استثنایی دارند، اما این همه آن چیزی نیست که این سیستم‌ها قادر به انجام آن هستند. نسخه فعلی EPS هنگامی که به تعداد زیادی از سیستم‌های خودروی دیگر متصل می‌شود، می‌تواند زمانی که راننده فرمان را در دست نمی‌گیرد را تشخیص دهد و رانندگی خودرو را در جهت دلخواه راننده نگه می‌دارد و رانندگی خودکار یا نیمه مستقل را فراهم می‌کند، امکان پارک موازی یا عمودی خودکار را فراهم می‌کند. همچنین به حفظ خطوط کمک می کند و تغییر مسیر خودکار یا بیرون آمدن خودرو بصورت خودکار از محل پارک را نیز ارائه می دهد.
کارکرد سیستم فرمان برقی در خودرو
همانطور که گفته شد سیستم فرمان برقی، اعم از برقی یا هیدرولیک، مقدار نیروی مورد نیاز برای هدایت وسیله نقلیه را در سرعت های پایین کاهش می دهد.
فرمان برقی کمکی از یک موتور الکتریکی برای جذب انرژی از سیستم الکتریکی خودرو برای به دست آوردن اهرم در فرمان استفاده می کند. بنابراین، موتور الکتریکی یا مستقیماً روی قفسه فرمان قرار می گیرد یا بر روی ستون فرمان نصب می شود. در بیشتر خودروهای گران قیمت، اسپرت و لوکس روی قفسه فرمان قرار می گیرد.
سیستم الکتریکی دارای سنسورهایی برای تشخیص گشتاور یا میزان نیرویی است که راننده اعمال می کند. واحد مدار الکتریکی ECU نیز برای تعیین میزان کمک مورد نیاز برای چرخاندن فرمان نصب شده است. طبق آنچه گفته شد ECU سیگنالی ارائه می دهد که هنگام سرعت زیاد در بزرگراه کنترل بیشتری روی فرمان اعمال کند. در حالی که در هنگام پارک کردن، کنترل کمتر است و چرخش را برای رانندگان آسان تر می کند.
واحد مدار الکتریکی همچنین اطلاعاتی را از سیستم کنترل کشش و سایر مناطق به منظور دریافت خوانش مناسب می گیرد. این واحد داده های دریافتی را به موتور منتقل می کند تا هنگام فرمان دادن چرخش دقیق اعمال شود.
ورودی های سیستم
سیستم EPS با محاسبه مقدار کمک فرمان مورد نیاز بر اساس چندین عامل و ورودی سنسور کار می کند. اما مهمترین سنسورهای ورودی EPS سنسور گشتاور فرمان و سنسور زاویه فرمان هستند. این موارد برای عملکرد مناسب سیستم EPS بسیار مهم هستند. سایر مقادیر حسگر مانند انحراف، سرعت خودرو، شتاب‌سنج‌ها، سرعت چرخش موتور EPS، دمای موتور EPS و اطلاعات سایر سیستم‌های خودرو استفاده می‌شوند، اما گشتاور فرمان و زاویه فرمان ضروری‌ترین موارد هستند.
نمونه ای از سنسور موقعیت زاویه فرمان
سنسور گشتاور فرمان، میزان گشتاوری را که فرمان (از طریق راننده) به میل فرمان اعمال می کند، اندازه گیری کرده و آن را به صورت الکترونیکی گزارش می دهد. اطلاعات “گشتاور چرخشی” توسط سنسور گشتاور محاسبه می شود که مقدار کمی پیچش یا گشتاور را در یک میله پیچشی طراحی شده خاص اندازه گیری می کند. این میله پیچشی بر روی محفظه چرخ دنده فرمان در نزدیکی محور ورودی قرار دارد، یا می تواند در ستون فرمان نیز گنجانده شود. مجموعه حسگر گشتاور، گشتاور چرخشی را با استفاده از حسگر اثر هال، سنسور چرخ قطب مغناطیسی یا سایر دستگاه های الکترونیکی اندازه گیری می کند. سنسور گشتاور، میزان پیچش در میله پیچشی میل فرمان را اندازه گیری و گزارش می کند. ماژول کنترل EPS این اطلاعات پیچش یا گشتاور را به عنوان سیگنال آنالوگ یا دیجیتال دریافت می کند و آن را به عنوان مقدار گشتاور چرخشی تفسیر می کند. ما می‌توانیم این اطلاعات را در ابزارهای اسکن خود به‌عنوان یک واحد اندازه‌گیری گشتاور برحسب پوند، فوت یا نیوتن متر ببینیم. ماژول EPS از این مقدار حسگر گشتاور برای محاسبه مقدار کمک فرمانی که موتور فرمان الکتریکی باید اعمال کند استفاده می کند.
سیستم EPS باید موقعیت فرمان و سرعت چرخاندن فرمان توسط راننده را با اطلاعات ارائه شده توسط سنسور زاویه فرمان بداند. سنسور زاویه فرمان ممکن است در مجموعه حسگر گشتاور (مدل جدید GM)، یک مقدار محاسبه شده با استفاده از موقعیت موتور EPS (خودروهای فورد)، در فنر ساعت (خودروهای Dodge/Ram) یا یک سنسور مستقل باشد که به محور فرمان (مدل های قدیمی تر GM) نصب شده است.
سنسورهای زاویه فرمان در طرح‌های متنوعی ارائه می‌شوند که می‌توانند حسگر القایی یا هال را در خود جای دهند. برخی خودروها از سنسور زاویه فرمانی استفاده می کنند که از فناوری GMR (مقاومت مغناطیسی غول پیکر) استفاده می کند که مقدار خروجی سنسور زاویه 360 درجه را ارائه می دهد. سنسور GMR می تواند مقادیر زاویه فرمان را با چرخش های چندگانه کامل ارائه دهد. خروجی GMR از جهت گیری میدان های مغناطیسی در مجموعه سنسور زاویه فرمان GMR به دست می آید.
زاویه فرمان و سرعت فرمان نه تنها برای سیستم EPS بلکه برای سیستم پایداری خودرو نیز ورودی های مهمی هستند، بنابراین اطلاعات این سنسور اغلب در شبکه ارتباطی خودرو به اشتراک گذاشته می شود. مقدار زاویه فرمان در ابزار اسکن معمولاً به عنوان مقدار درجه نشان داده می شود و مرکز یا صفر کردن زاویه فرمان یک سرویس رایج است که باید پس از تراز کردن و سایر خدمات تعمیر انجام شود.
اکثر خودروها به دو سنسور گشتاور و دو سنسور زاویه فرمان برای افزایش ایمنی مجهز خواهند شد. استفاده از حسگرهای اضافی، تعداد شرایطی را که ممکن است کنترل فرمان برقی از دست برود را کاهش می دهد.
اگر سنسور گشتاور یا زاویه فرمان نقصی داشته باشند، سیستم EPS چراغ سرویس EPS را روشن می‌کند و راننده را از وجود مشکل مطلع می‌کند، اما ممکن است تا زمانی که تعمیرات انجام شود هنوز فرمان برقی عملکرد نیمه کاربردی داشته باشد.
سیستم کنترل و موتور EPS
ماژول کنترل EPS از اطلاعات ارسال شده از حسگرهای زاویه فرمان و گشتاور و از شبکه های ارتباطی خودرو برای محاسبه عملکرد فرمان مورد نیاز استفاده می کند. هنگامی که ماژول کنترل EPS این داده ها را پردازش کرد، با کنترل جریان اعمال شده به موتور EPS، چرخ دنده فرمان را به موقعیت مورد نظر منتقل می کند.
اکثر سیستم‌های EPS از یک موتور الکتریکی سه فاز بدون جارو DC ثابت و برگشت‌پذیر 12 ولتی برای حرکت چرخ دنده استفاده می‌کنند. موتور EPS دارای ولتاژ کاری بین 9 تا 16 ولت خواهد بود. این نوع موتور EPS به این دلیل استفاده می شود که گشتاور فرمان مورد نیاز را سریعتر و با دقت بیشتری در زمانی که موتور EPS در دور کمتری می چرخد فراهم می کند. موتور EPS با استفاده از سیگنال ولتاژ DC مدوله شده با پهنای پالس کنترل می شود.
برخی از خودروهای نیسان آلتیما هیبریدی و کامیون‌های هیبریدی GM و شاسی‌بلندها از مبدل DC-DC برای پایین آوردن باتری ولتاژ بالا برای تامین 42 ولت به سیستم‌های EPS استفاده می‌کنند. موتور EPS بازخوردی را به ماژول EPS در مورد محل محور، سرعت چرخش موتور، دمای موتور و وضعیت سلامت آن ارائه می دهد.
محل موتور EPS اغلب بستگی به اندازه و بسته بندی وسیله نقلیه و طراحی سیستم فرمان دارد. اکثر وسایل نقلیه بزرگتر (وانت بارها و SUVها) دارای موتور EPS هستند که مستقیماً روی قفسه فرمان قرار دارد و برای کار از یک پینیون دوگانه یا طراحی تسمه درایو استفاده می کنند. بسیاری از وسایل نقلیه کوچکتر ممکن است برای صرفه جویی در جای مورد استفاده، موتور EPS را روی ستون فرمان، در داخل خودرو نصب کنند.
ماژول کنترل EPS می تواند کشش فرمان، نوک فرمان، یا بادهای شدید جانبی را با کاهش عملکرد بر روی فرمان تشخیص داده و جبران کند، بنابراین خستگی راننده را نیز کاهش می دهد. این ماژول می تواند فرمان را روی دست انداز کنترل کند، ارتعاشات جاده ناهموار را جذب کند و پس از پیچ جاده به مرکزیت فرمان کمک کند. ماژول کنترل EPS ممکن است مجهز به نرم افزاری باشد که سایش عادی چرخ دنده فرمان و موتور EPS را محاسبه می کند. این سایش با افزودن گشتاور اضافی برای حفظ احساس واقعی فرمان جبران می شود. سیستم شورولت بلیزر 2022 حتی می تواند حداکثر حرکت دنده فرمان را تنظیم کند و شعاع چرخش خودرو را در پارکینگ با استفاده از سیستم ماژول کنترل EPS به نام Dynamic Rack Travel کاهش دهد.
ماژول کنترل EPS همیشه باید وضعیت موتور EPS و موقعیت آن را در ارتباط با موقعیت مرکزی آن (هنگامی که چرخ ها بصورت مستقیم قرار گرفته اند) برای کنترل صحیح فرمان بداند. ماژول کنترل EPS به طور مداوم سیستم فرمان برقی را بمنظور وجود نقص بررسی می کند و در صورت تشخیص هر گونه نقص، راننده را با چراغ یا پیام هشدار دهنده آگاه می سازد و کدهای عیب تشخیصی را تنظیم می کند. نوع نقص شناسایی شده می تواند میزان کمک فرمان برقی موجود را محدود کند یا در بدترین حالت کمک فرمان را به طور کامل غیرفعال کند.
اگر موتور EPS به دلیل وجود تقاضا با جریان بیش از حد بالا شروع به گرم شدن بیش از حد کند، یعنی فرمان برای مدت طولانی بصورت قفل نگه داشته شود، در این صورت ماژول کنترل EPS مداخله خواهد کرد. ماژول EPS مقدار جریان ورودی به موتور EPS را کاهش می دهد و میزان کمک فرمان برقی را به طور موقت پایین می آورد و تا زمانی که دمای موتور EPS کاهش یابد از آسیب به اجزای درگیر جلوگیری می کند. ماژول کنترل EPS داده های خدمات عیب یابی را در مورد زاویه فرمان، قرائت سنسور گشتاور، کشش جریان موتور EPS، دمای موتور EPS و بسیاری از داده های دیگر ارائه می دهد که می تواند به تکنسین در تشخیص خرابی EPS کمک کند.
خدمات EPS، هشدارها و نکات
کالیبره کردن، قرارگیری در مرکز یا صفر کردن زاویه فرمان یکی از متداول ترین روش های سرویس EPS است که باید انجام شود، همچنین روش های مختلف دیگری نیز وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد. وسط یا صفر کردن سنسور زاویه فرمان باید پس از تراز کردن، تغییر اجزای فرمان، به روز رسانی ماژول EPS، تعمیرات ستون فرمان و پس از اتمام باتری یا تعویض باتری انجام شود.
بسیاری از سیستم‌های EPS معمولاً با راه‌اندازی موتور و چرخاندن فرمان قفل به قفل بصورت کامل و سپس یک آزمایش کوتاه جاده‌ای برای تأمین ورودی سنسور سرعت خودرو بصورت خودکار کالیبره می‌شوند. این عمل معمولا چراغ های هشدار EPS را خاموش می کند و سیستم را ریست می کند.
ممکن است برای تنظیم مجدد مقدار مرکز زاویه فرمان در برخی خودروها به یک اسکنر نیاز باشد، اما اگر مقدار زاویه فرمان پاک شده و تنظیم مجدد شود، ممکن است این کار تنها تنظیمی نباشد که نیاز به تنظیم مجدد داشته باشد. بسیاری از تویوتاها پس از تراز کردن به کالیبراسیون نقطه صفر سنسورهای انحراف و شتاب نیاز دارند. استفاده از یک سیستم اطلاعاتی به روز بهترین منبع هنگام ریست سنسور زاویه فرمان خواهد بود.
نکته ای در مورد سرویس EPS
هنگام برداشتن روتورها و تعویض اجزای انتهای جلو، مهم است به یاد داشته باشید که موتور EPS ممکن است مستقیماً به قفسه فرمان متصل شود و ضربه های سخت چکش که روتور، توپی یا انتهای میله گیر کرده را از بین می برد و باعث آسیب به قفسه فرمان، موتور EPS یا سایر قطعات الکترونیکی می شود.
عملکرد و مزایای سیستم فرمان برقی
سیستم فرمان برقی (EPS) امروزه به یکی از لوازم اصلی خودروها تبدیل شده است. وقتی نوبت به انتخاب فرمان برقی می رسد، می توانید از سیستم های الکترونیکی یا هیدرولیک استفاده کنید. هر دو نوع در دسترس هستند، اما اکثر خودروسازان در درجه اول با توجه به محبوبیت آن و راحتی ای که برای رانندگان ارائه می دهد از EPS استفاده می کنند.
در اینجا لیستی از مزایای سیستم فرمان برقی آورده شده است:
1. صرفه جویی در مصرف سوخت بهبود می یابد زیرا موتور الکتریکی فقط در صورت نیاز انرژی را جذب می کند.
2. دردسر تعمیر و نگهداری مایعات هیدرولیک را از بین می برد.
3. ویژگی کمک راننده را فعال می کند که در آن راننده نیازی به چرخاندن چرخ ها با ورودی فرمان نیست.
4. EPS همچنین می‌تواند ویژگی‌های دیگری مانند دستیار حفظ خطوط، پارک خودکار و تغییر مسیر، یا توانایی هدایت خودرو را در صورت وجود موانع ارائه دهد.
5. حالت هدایت خودکار یا Automatic Pilot با کمک یک سیستم کامپیوتری آنبورد ماشین را هدایت می کند.
6. با استفاده از نرم افزار برای تشخیص و جبران فرمان، تنظیمات تراز خارج از مشخصات را متحمل می شود.
7. می توان آن را به طور خودکار بر روی سطح جاده با باد متقابل یا تاج تنظیم کرد.
طبقه بندی سیستم فرمان برقی
EPS بر اساس محل قرارگیری موتور الکتریکی به چهار دسته مختلف طبقه بندی می شود.
- دستیار ستونی یا Column Assist: واحد کمکی به ستون فرمان متصل می شود.
- کمک پینیون: واحد کمکی به محور پینیون سیستم فرمان متصل است، این اتصال به ویژه در خودروهای کوچکتر یافت می شود.
- رانندگی مستقیم: دارای یک واحد ترکیبی از دنده فرمان و واحد کمکی است.
- دستیار قفسه یا Rack Assist: واحد کمکی به قفسه فرمان متصل است که معمولاً در وسایل نقلیه با اندازه متوسط تا سنگین یافت می شود.
هنگام از کار افتادن سیستم فرمان برقی چه باید کرد؟
در صورتی که علائم خرابی سیستم فرمان برقی را مشاهده کردید، قانون کلی این است که برای ایمنی بیشتر به کنار بزنید.
فرمان برقی معیوب به طور بالقوه می تواند جهت حرکت وسیله نقلیه را تغییر دهد و ممکن است منجر به تصادفات رانندگی شود که جان سرنشینان و عابران را به خطر می اندازد. بنابراین، وقتی متوجه می‌شوید که فرمان برقی‌تان دیگر به درستی کار نمی‌کند، کنار زدن خودرو همیشه باید اولین اقدام شما باشد.
سیستم‌های فرمان برقی در طول سال‌ها با ترکیب الگوریتم‌های پیشرفته‌ای که حس فرمان واقعی را ایجاد کرده و تکامل یافته‌اند و دارای عمکلردها و ویژگی های جدیدی شده اند که هنگام تغییر از واحدهای هیدرولیک به سیستم‌های فرمان برقی وجود نداشتند. امروزه جدیدترین EPS ها در مدل‌های جدید خودروی پورشه، مزدا و جی‌ام‌سی دیده می شود.
اگر می خواهید فرمان هیدرولیک خود را به EPS تغییر دهید، از آخرین عملکردهای آن اطلاع داشته باشید. یک ایده بهتر می تواند خرید یک مدل دست دوم سیستم فرمان برقی باشد. تعدادی از ماشین‌های دست دوم که به خوبی نگهداری شده‌اند در دوبی با قیمت‌های مقرون به صرفه به فروش می‌رسند که دارای EPS یکپارچه هستند.
آینده سیستم EPS
آنچه در حال حاضر اتفاق می افتد برقی‌سازی ناوگان خودرو می باشد. بنابراین استفاده از سیستم فرمان الکترونیکی به یک امر عادی تبدیل خواهد شد. GMC Hummer EV جدید به دو مجموعه فرمان EPS مجهز شده است: فعال کردن فرمان چهار چرخ و ویژگی راه رفتن خرچنگ یکی در جلو و دیگری در عقب.
هنگامی که سیستم EPS با دوربین‌های خودرو سواری و سایر سیستم‌های حسگر خودرو یکپارچه می‌شود، ویژگی‌های خودرو مانند خروج از مسیر، اصلاح مسیر و سیستم‌های پارک خودکار جزو تجهیزات استاندارد آن هستند. اما ادغام سیستم EPS در اینجا متوقف نمی شود. علاقه مصرف کنندگان و تولیدکنندگان به رانندگی نیمه مستقل یا کاملاً خودمختار سیستم EPS را در آینده نزدیک به یک ضرورت در سیستم حمل و نقل تبدیل می کند.
