آشنایی با سیستم فرمان خودرو و انواع جعبه فرمان

برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان خودرو استفاده می شود. لذا مجموعه ی تشکیل دهنده ی این سیستم نقش مهمی در اتومبیل به عهده دارد. کافی است سوار یک ماشین شده و کمی با آن رانندگی کنید. یکی از اولین چیزهایی که می‌توانید در مورد آن نظر بدهید، کیفیت فرمان آن ماشین است. راحتی در کنترل و هدایت ماشین و گردش در پیچ‌ها چیزی نیست که نیاز به دانش آنچنانی داشته باشد.

اما یکی از مواردی که شاید بهتر است کمی در مورد آن بدانید، آشنایی با  انواع سیستم‌ های مختلف فرمان در ماشین‌های سواری است. در این مقاله از کیان باتری با زبانی ساده می‌خواهیم ۳ سیستم مختلف فرمان را به شما معرفی کرده و نقاط قوت و ضعف هر کدام را توضیح  می دهیم.

طرز کار سیستم فرمان به زبان ساده

در حقیقت ماموریت اصلی تعریف شده برای این سیستم ابتدایی تبدیل نیرو دورانی فرمان به نیرو افقی روی چرخ‌های جلو خودروست. یک نمونه ساده و مکانیکی که به سادگی زمانی که راننده فرمان را می‌چرخاند نیرو دورانی را به نیرو افقی مبدل می‌کند.

اجزای سیستم فرمان خودرو

سیستم فرمان وظیفه انتقال چرخش دست راننده به چرخ‌ها را بر عهده داشته و از قطعات ذیل تشکیل شده است:

1- غربیلک فرمان

غربیلک فرمان، ملموس‌ترین قطعه سیستم فرمان خودرو است که چرخش دست راننده را به ستون (میل) فرمان منتقل می‌نماید. علاوه بر این، غربیلک وظیفه دیگری نیز بر عهده دارد و آن هم افزایش گشتاور اعمالی است که راننده به غربیلک اعمال می‌نماید.

هرچقدر قطر غربیلک افزایش یابد گشتاور اعمالی نیز افزایش پیدا خواهد کرد. در خودروهای جدید، غربیلک فرمان قابلیت تغییر ارتفاع و زاویه را داشته و کمپانی‌های سازنده حداکثر تلاش خود را برای راحتی راننده دارند.

2- ستون (میل) فرمان

میل فرمان رابط بین غربیلک و جعبه فرمان بوده و چرخش غربیلک را به جعبه‌فرمان منتقل می‌نماید. این میل حالت خرطومی داشته و به همین دلیل، قدری انعطاف‌پذیر است و همین امر باعث افزایش ایمنی راننده به هنگام تصادف می‌گردد چراکه در غیر این صورت ممکن بود به هنگام تصادف میل فرمان به داخل کابین وارد شده و به راننده آسیب برساند.

3- جعبه‌ فرمان خودرو

جعبه فرمان ماشین چیست؟

جعبه فرمان خودرو ( Steering wheel ) واسطه ی نیروی دست راننده و سیستم اهرم بندی ماشین است. به ابلاغ با جزییات بیشتر , هنگامی فرمان خودرو خویش را در دست دارید , گشتاور و نیرویی که به آن وارد می سازید , از روش جعبه فرمان به چرخ ها میرسد.

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.

جعبه‌ فرمان را شاید بتوان مهم‌ترین قطعه سیستم فرمان دانست که سه وظیفه مهم بر عهده دارد:

1.  افزایش گشتاور
2.  تغییر صفحه دوران غربیلک فرمان به صفحه مکانیزم فرمان
3.  تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی

مقاله پیشنهادی: علائم خرابی جعبه فرمان خودرو

4- پیتمن

پیتمن یا بازوی پیتمن بر روی شفت خروجی جعبه فرمان نصب شده که حرکت دورانی شفت را به حرکت زاویه‌ای تبدیل می‌نماید. انتهای پیتمن نیز به واسطه یک سیبک به میله درگ اتصال می‌یابد.

5- میله درگ

میله درگ رابط بین پیتمن و شغال‌دست است.

6- شغال‌دست و سگ‌دست

علت نامگذاری این دو قطعه به خاطر شکل ظاهری آن‌ها است. با حرکت شغال‌دست، سگ‌دست نیز چرخیده و در نهایت چرخ‌ها نیز تغییر جهت می‌دهند.

انواع سیستم فرمان خودرو

با توجه به آنکه جعبه فرمان اهمیت بسیار بالایی در سیستم فرمان دارد؛ کمپانی‌های سازنده تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام داده و چند نوع مختلف جعبه فرمان طراحی و تولید نموده‌اند. جعبه‌فرمان‌ها در حالت کلی به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند.

1- جعبه‌فرمان‌های مکانیکی: همانطور که از اسم این نوع جعبه‌فرمان‌ها نیز پیداست؛ تنها اجزای مکانیکی هستند که چرخش دست راننده را به چرخ‌ها منتقل می‌نمایند.

2- جعبه‌فرمان‌های با توان کمکی: در این نوع جعبه‌فرمان‌ها، علاوه بر قطعات مکانیکی، تجهیزات الکتریکی و هیدرولیکی دیگری نیز موجود هستند که به افزایش گشتاور دست راننده کمک می‌نمایند.

این دو دسته خود دارای انواع و زیرمجموعه‌های دیگری هستند. همچنین قطعات اصلی این دو دسته تفاوت‌های بسیاری دارند.

انواع جعبه فرمان‌های مکانیکی

این نوع جعبه فرمان‌ها امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و حتی عموما پیشرفته‌ترین آن‌ها نیز به نوعی به سیستم نیروی کمکی تجهیز می‌شوند. برخی از آن‌ها نیز به طور کامل در صنعت خودروسازی به فراموشی سپرده شده‌اند. مدل‌های مختلف جعبه فرمان مکانیکی اجزای متفاوتی دارند و تنها در برخی قطعات مانند پوسته‌ جعبه با هم مشترک هستند.

انواع جعبه فرمان‌های مکانیکی به این ترتیب هستند:

1- جعبه فرمان حلزونی انگشتی

این نوع جعبه فرمان که در بین انواع مکانیکی ساده‌ترین جعبه فرمان موجود است، دارای یک پوسته‌ جعبه‌ مربع شکل و قطعاتی به نام‌های انگشتی و حلزونی است. انتقال حرکت از غربیلک به چرخ‌ها و تغییر دوران آن به خطی، توسط این دو قطعه صورت می‌گیرد. این نوع جعبه دنده به دلیل معایب بسیار، سال‌ها است که از چرخ تولید خودروسازی خارج شده و مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

2-  جعبه فرمان حلزونی با دنده‌ تاج خروسی

در این نوع جعبه فرمان از قطعه‌ای دندانه‌دار به نام تاج خروسی که شباهت به تاج خروس نیز دارد به جای انگشتی استفاده می‌شود و انتقال حرکت مارپیچ که به غربیلک متصل است به سمت حلزونی و میل فرمان‌ها توسط آن صورت می‌گیرد.

گرچه جعبه فرمان مربع شکل حلزونی با دنده‌ تاج‌خروسی از مدل حلزونی انگشتی پیشرفته‌تر است، اما همچنان معایب زیادی دارد. بنابراین به سرنوشت خلف خود دچار و در بین قطعات از دور خارج شده قرار گرفته است.

3- جعبه فرمان حلزونی غلتکی

این مدل نیز شبیه نوع قبلی جعبه فرمان است با این تفاوت که در آن یک غلتک جای دنده‌ تاج خروسی را می‌گیرد. غلتک این نوع جعبه فرمان نیز باعث نشد تا از معایب مدل‌های قبلی بی‌بهره بماند. بنابراین چند سالی می‌شود که از رده خارج محسوب می‌شود.

4- جعبه فرمان ساچمه‌ای با دنده‌ تاج خروسی

در این نوع جعبه‌فرمان با چرخش غربیلک، مارپیچ جعبه‌فرمان نیز دوران می‌نماید. حرکت مارپیچ از طریق ساچمه‌ها به حرکت خطی تبدیل شده و در نهایت این حرکت خطی به چرخ‌ها هدایت شده و تغییر چهت خودرو اتفاق می‌افتد. این نوع جعبه‌فرمان با توجه مزایایی که دارد بیش از انواع حلزونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایای جعبه فرمان پینیون

از مزایای این نوع جعبه‌فرمان نسبت به انواع حلزونی می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

1. اصطکاک کم در جعبه‌فرمان که این امر منجر به کاهش تلفات در جعبه‌فرمان شده و از این روی راننده جهت یک تغییر مسیر یکسان، نیروی کمتری را نسبت به انواع حلزونی نیاز دارد؛ به همین دلیل در خودروهای سواری استفاده بیشتری دارد.
2. بالاتر بودن ایمنی به دلیل اصطکاک کمتر، سایش کمتر شده و در نتیجه خلاصی جعبه‌فرمان نیز کمتر از موارد قبلی است که همین امر ایمنی را افزایش می‌دهد.
3. نگهداری و تعیمرات کمتر
4. امکان استفاده از سیستم توان کمکی در این نوع جعبه‌فرمان

البته در کنار این مزایا، معایبی نیز نظیر گرانتر بودن، وزن بیشتر و. . . دارد.

5- جعبه فرمان چرخ‌دنده شانه‌ای

این نوع جعبه فرمان رایج‌ترین نوع جعبه فرمان مکانیکی است که همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد و به کشویی یا راک اند پینیون نیز معروف است. دلیل اصلی مورد استفاده قرار گرفتن آن سبک بودن و فضای کمی است که اشغال می‌کند.

پوسته‌ جعبه دنده در این نوع تبدیل به یک سیلندر فلزی می‌شود. قطعات آن شامل بست اتصال، پوسته، بازوی فرمان، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون و دنده‌شانه‌ای می‌شود. پینیون و دنده‌شانه‌ای که راک هم نامیده می‌شود اصلی‌ترین اجزای این نوع جعبه فرمان هستند.

در واقع پینیون که با مارپیچ فرمان در ارتباط است حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ گرفته و با درگیر کردن دنده‌های خود با دنده‌های راک این دوران را به حرکت عمودی تبدیل می‌کند. پینیون و دنده شانه‌ای به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هر دو فرمی دندانه‌دار دارند. دنده شانه اهرم عرضی و پینیون اهرم عمودی این سیستم هستند.

مزایای جعبه فرمان دنده شانه ای

این نوع جعبه دنده نیز مزایایی نسبت به جعبه دنده‌ ساچمه‌ای دارد که استفاده از آن را رایج‌تر کرده است. مزایایی مانند:

• قیمت کمتر که هزینه‌ تعمیرات آن را نیز کاهش می‌دهد.
• اشغال فضای کمتر که آن را برای خودروها دیفرانسیل جلو مناسب می‌کند.
• وزن کمتر که این سیستم را مناسب برای خودروهای سبک می‌سازد.

البته جعبه دنده‌ چرخ‌دنده شانه‌ای در مزیت‌هایی مانند اصطکاک کمتر، درصد استهلاک پایین‌تر، قابلیت ارتقاء بازده و قابلیت تجهیز به سیستم توان کمکی مشترک است.

معایب این سیستم فرمان دنده شانه ای نیز عبارتند از:

• محدودیت در افزایش گشتاور، به این ترتیب که میزان گشتاور را نسبت به نوع ساچمه‌ای کمتر افزایش می‌دهد.
• محدودیت در افزایش پایداری خودرو، که در این مورد نیز جعبه‌های ساچمه‌ای مکانیزم بهتری برای افزایش پایداری خودرو دارند.

جعبه فرمان با نیروی کمکی

این جعبه فرمان‌ها راحتی و آسایش راننده را بیشتر تامین می‌کنند و نیروی زیادی از او جهت به حرکت درآوردن غربیلک نمی‌گیرند، بلکه یک نیروی کمکی از نوع هیدرولیکی یا الکتریکی در جعبه فرمان به کمک راننده می‌آید.

نرمی سیستم‌های مجهز به این نوع جعبه فرمان هنگام پارک خودرو و فرمان گرفتن‌های تیز بیشتر به چشم می‌آید. این دسته جعبه‌ها نیز مانند انواع مکانیکی زیرمجموعه‌ها و انواع مختلفی دارند. هر یک از این انواع هم اجزای مختص خودشان را در اختیار می‌گیرند. اکنون به معرفی انواع جعبه فرمان با نیروی کمکی می‌پردازیم.

جعبه‌فرمان‌های با توان کمکی به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1. فرمان هیدرولیکی
2. فرمان الکتروهیدرولیکی
3. فرمان الکتریکی

1- جعبه فرمان‌های هیدرولیکی

جعبه فرمان هیدرولیکی اولین نوع جعبه فرمان کمکی است و همچنان رایج‌ترین آن‌ها. در این جعبه فرمان که ساختاری مشابه جعبه فرمان مکانیکی ‌دنده شانه‌ای دارد از یک فشار هیدرولیکی برای به حرکت درآوردن ‌دنده شانه‌ای کمک گرفته می‌شود تا راننده نیروی کمتری برای دوران غربیلک به کار گیرد.

بنابراین به سیستم جعبه دنده شانه‌ای مکانیکی، تجهیزاتی جهت ایجاد این فشار اضافه می‌شود. این تجهیزات شامل این قطعات می‌شود:

• پمپ هیدرولیکی که بیرون از جعبه فرمان و سیلندر آن قرار دارد و با غربیلک در ارتباط است.
• شیر هیدرولیکی که روی شفت ورودی جعبه فرمان و در کنار پوسته یا سیلندر جعبه نصب می‌شود.
• مخزن روغن که نزدیک به پمپ روغن تعبیه می‌شود.
• لوله‌های رفت و برگشت روغن که در فاصله‌ جعبه فرمان و پمپ قرار دارند.
• جک هیدرولیک که در مسیر ورود و خروج روغن به جعبه فرمان قرار دارد.
• تسمه‌ هیدرولیک که رابط پمپ و موتور خودرو است.

در این سیستم پمپ نیروی دورانی و چرخشی خود را از طریق تسمه از موتور دریافت می‌کند و روغن را با فشاری معادل ۷۰بار روانه‌ لوله‌های فشار قوی یا لوله‌های رفت می‌کند. این لوله‌ها روغن را با همان فشار به پشت شیر هیدرولیک سیستم منتقل می‌کنند.

شیر هیدرولیک دارای سوراخ‌هایی است که با چرخش فرمان به راست یا چپ، تعدادی از آن‌ها باز می‌شوند. به این ترتیب هدایت روغن به سمت چپ یا راست جک هیدرولیک کنترل می‌شود. ورود روغن با فشار به هر سمت جک، حرکت راحت‌تر فرمان را موجب می‌شود. سپس روغن مجددا از جک عبور کرده و به سمت لوله‌های برگشت یا فشار ضعیف رفته و به مخزن برمی‌گردد.

مزایای فرمان هیدرولیک

جعبه فرمان هیدرولیک مزایای دیگری به جز نرمی بیشتر فرمان دارد که موجب استفاده بیشتر از آن می‌شود. مزایایی مانند:

• کاهش نیروی دست راننده برای دوران غربیلک
• افزایش پایداری خودرو
• کاهش لرزش و ارتعاشات فرمان
• کاهش حساسیت فرمان در سرعت‌های بالا و کنترل راحت‌تر آن

معایب سیستم فرمان هیدرولیکی

فرمان‌های هیدرولیکی در صورت ثابت بودن غربیلک به فعالیت خود ادامه می‌دهد به این ترتیب که در صورت حرکت خودرو در مسیر مستقیم، اگر راننده دست خود را از روی غربیلک بردارد خودرو به حرکت مستقیم ادامه می‌دهد و جهت غربیلک تغییر نمی‌کند. اما این مساله منجر به هدررفت بالای انرژی می‌شود. بنابراین با وجود تمام مزایای گفته شده، جعبه فرمان هیدرولیکی نیز مانند بسیاری تکنولوژی‌های روز معایبی دارد.

معایب عمده‌ این جعبه فرمان عبارتند از:

• بالا بودن قیمت تمام شده‌ ساخت و هزینه‌ بالای تعمیرات
• افزایش مصرف سوخت به دلیل دوران مداوم پمپ
• کاهش توان موتور به دلیل استفاده‌ پمپ از نیروی موتور
• نیاز به گشتاور بیشتر برای فرمان دادن به خودرو در زمان خاموش بودن موتور
• استهلاک بالا به دلیل فعال بودن مداوم پمپ بدون تاثیر در سرعت خودرو

مقاله پیشنهادی: علائم خرابی پمپ هیدرولیک فرمان ماشین

2- جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی

این جعبه فرمان عملکردی مشابه جعبه فرمان‌ها هیدرولیکی دارد با این تفاوت که پمپ در این سیستم نیروی خود را از موتور دریافت نمی‌کند. بنابراین کاهش توان موتور را به همراه نخواهد داشت. قطعه‌ای که به این سیستم جهت تامین نیروی پمپ اضافه می‌شود یک موتور الکتریکی است که دقیقا پشت پمپ قرار می‌گیرد. این پمپ که جایگزین تسمه هیدرولیک می‌شود فضای کمتری را نیز نسبت به آن اشغال می‌کند.

3- جعبه فرمان الکتریکی

در این نوع جعبه‌فرمان دیگر خبری از پمپ هیدرولیک نبوده و نیروی کمکی توسط موتور الکتریکی که بر روی میل فرمان نصب شده است تولید می‌گردد. از مزایای این سیستم می‌توان به وزن کم، فضای کم، استهلاک پایین و. . . اشاره کرد.

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های این سیستم با جعبه فرمان‌های هیدرولیکی و الکتروهیدرولیکی مصرف انرژی تنها در زمان چرخش غربیلک است. این امر در جلوگیری از هدررفت انرژی تاثیر بسیاری دارد.

مزایای سیستم فرمان برقی خودرو

سیستم جعبه فرمان برقی که جوان‌ترین در نوع خود است مزایای بسیاری دارد. مانند:

• وزن خیلی کم
• هزینه‌ی نگهداری و تعمیر پایین
• اشغال فضای کمتر از دیگر انواع
• فعال نبودن دائم سیستم و شروع به کار آن با حرکت فرمان
• تغییر شرایط و میزان نیروی کمکی با تغییر شرایط خودرو و سرعت آن و در نتیجه کنترل راحت‌تر فرمان در موقعیت‌های مختلف
• افزایش پایداری خودرو
• افزایش ایمنی خودرو
• افزایش سرعت عملکرد فرمان
• کاهش مصرف سوخت

معایب جعبه فرمان الکتریکی

 این جعبه فرمان نیز به نسبت جوان بودن همچنان معایبی دارد که باید مرتفع گردد. هرچند این معایب نسبت به دیگر انواع جعبه فرمان کمتر باشند اما به نوبه‌ خود از اهمیت ویژه برخوردارند. این معایب عبارتند از:

• قیمت تمام شده بالای تولید و هزینه‌ زیاد ساخت
• مناسب نبودن برای خودروهای سنگین
• حساسیت بالای سیستم برقی
• عدم هماهنگی سیستم با شرایط محیطی و ناتوانی در پیدا کردن این هماهنگی با شرایط اقلیمی خاص

طرز کار فرمان برقی خودرو یا EPS