سایت تخصصی دانشجویی مکانیک خودرو

Electric power steering ( EPS) 

امروزه پيشرفتهاي علمي و فني در تمام  زمينه ها  تحقق  يافته  و اين امر شامل  صنايع  خودرو سازي  و صنايع وابسته  نيز شده  است. يكي از اين  صنايع  و اجزاي وابسته ، قسمت  فرمان خودرو است كه وظيفه خطير هدايت خودرو از طريق آن انجام میشود. براي تغيير مسير خودرو از سيستم فرمان استفاده ميشود. لذا مجموعه ي تشكيل دهنده ي اين سيستم نقش مهمي در خودرو به عهده دارد. معمول ترين اين سيستمها سیستم دنده شانه ای سیستم دنده شانه ایRackوپینیون(pinion)است. بطوري كه پينيون حرکت دورانی داشته و دنده شانه اي حركت خطي انجام مي دهد. در اين حال  پينيون حركت دوراني غربيلک فرمان را به دنده شانه اي  انتقال داده ، دنده  شانه اي نيز حركت خطي را از طريق مفصلها به چرخهاي خودرو انتقال ميدهد. نحوه تبديل حركت دوراني به حركت خطي در سيستم فرمان (Rack & Pinion) است . در شكل زیر نشان داده شده است.

يكي ازپارامتر هاي موثر در انتخاب نوع خودرو در كشورهاي توسعه  يافته ،راحتي  چرخش  غربيلك  فرمان آن خودرو ميباشد . اين موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشته است كه جهت تسهيل در چرخش فرمان و به تبع آن كاهش خستگي راننده و همچنين افزايش ايمني با فراهم كردن كنترل بهتر در جاده هاي خشن، يك سيستم هيدرولكي به قسمت مكانيكي اضافه نمايند .

معمولا اين سيستم جانبي به صورت كمكي(Assisted) عمل ميكند. يعني وظيفه ي اصلي به  عهده ي قسمت مكانيكي است.

معمولا اجزاء زير به قسمت مكانيكي فرمان اضافه ميشود تا هيدروليكي گردد: 

1. پمپ هيدروليك با مخزن روغن و چرخ تسمه (Pulley)                                                                

2.    شيرهاي كنترل (Valve)                                                                                                      

3.    لوله هاي رابط (Tube)                                                                                                        

4.    سيلندر (Cylinder)         

5.    تسمه (Belt)

 سيستم فرمان برقي :

سيستم فرمان انواع گوناگوني دارد از جمله سيستم فرمان مكانيكي(دنده شانه اي و پينيون)، هيدروليكي والكتريكي.
معمول ترين آنها سيستم مكانيكي يا دنده شانه اي و پينيون است. پينيون حركت دوراني دارد و دنده شانه اي حركت خطي انجام مي دهد. در اين حال پينيون حركت دوراني غربيلك فرمان را به دنده شانه اي منتقل مي كند و دنده شانه اي نيز حركت خطي را از طريق مفصل ها به چرخ هاي خودرو انتقال مي دهد.
براي تسهيل در چرخش فرمان و به تبع آن كاهش خستگي راننده و همچنين افزايش ايمني، سيستم هيدروليكي ابداع شده است. براي ايجاد فرمان هيدروليكي معمولا اجزاي زير به قسمت مكانيكي فرمان اضافه مي شوند:

پمپ هيدروليك با مخزن روغن و چرخ تسمه،
شيرهاي كنترل،
لوله هاي رابط،
سيلندر و
تسمه.
سيستم هيدروليكي فرمان براي ايفاي نقش خود از موتور خودرو استفاده مي كند بنابراين از بازده آن اندكي مي كاهد همچنين مصرف انرژي بيشتر را در پي دارد. علاوه بر آن، سيستم هيدروليك به صورت مركز آزاد عمل مي كند يعني حتي وقتي خودرو به صورت مستقيم در حال حركت است و هيچ انحرافي ندارد باز هم به عملكرد خود ادامه مي دهد. اين موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سيستم هاي بهتر و مفيدتري بگردند و آنها را جايگزين سيستم هيدروليكي كنند يا سيستم هيدروليكي را بهبود بخشند.
يكي از سيستم هاي ارائه شده در سال هاي اخير، فرمان الكتروهيدروليكي(EHPS) است كه در آن به جاي استفاده از موتور خودرو، يك موتور الكتريكي به پمپ هيدروليك اضافه مي شود و در نتيجه فرمان از موتور مستقل مي شود.

در اين نوع فرمان هر چند مستقل بودن از موتور خودرو تحقق يافته ولي مشكل دائمي بودن عملكرد سيستم هيدروليكي يعني حالت مركز آزاد هنوز پا بر جاست.
به عبارت ديگر بايد وضعيتي را تدارك ديد كه سيستم تنها وقتي چرخشي به فرمان وارد مي شود عمل كند، نه هميشه.
از اين رو  در نسل جديد خودروها فرمان الكتريكي(EPS)
جايگزين انواع قبلي شد. اين نوع فرمان مشابه نوع هيدروليكي عمل مي كند ولي از لحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با توجه به مزاياي متعدد خودروهاي فرمان برقي در قياس با خودروهاي داراي فرمان¬هاي هيدروليكي و مكانيكي، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روي آورده اند تا جايي كه در سال 2007 بيش از 60درصد خودروهايي كه د اروپا به فروش رفته اند، سيستم فرمان برقي داشته اند.

Electric power steering ( EPS)

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 :  

 در سيستم فرمان برقي ميله پيچشي به محور فرمان متصل است و از طريق حسگر گشتاور متصل به ميله پيچشي، مقدار گشتاور مقاومي كه بر اثر چرخش فرمان بين چرخ هي خودرو و نيروي پيچشي فرمان اعمال ميشود، اندازه گيري مي گردد و براساس آن به سيگنال الكتريكي تبديل و به ECU  ارسال ميشود. ECU هم براساس دادههاي ارسالي از حسگر گشتاور و سرعت خودرو، مقدار نيروي اعمالي لازم  به موتور الكتريكي DC را تعيين ميكند.
ميله پيچشي جزئي از محور فرمان است و هنگام فرمان گيري از خودرو  تحت دو گشتاور، يكي گشتاور ورودي از طرف غربيلك و ديگري گشتاور عكس العملي وارده از سمت تاير قرار مي گيرد. دو حسگر براي اندازه گيري مقدار نيروي پيچشي و تبديل آن به سيگنال الكتريكي و خروجي ولتاژ (متناسب با مقدار پيچش) وجود دارد. هر حسگر به صورت coil در شكل نشان داده شده است. بر اثر چرخش رينگ هاي متصل به شفت، القاي مغناطيسي دركويل ها ايجاد و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود كه در شرايط بدون اعمال گشتاور ولتاژ 2.5 ولت را توليد مي كند. وقتي پيچش اتفاق نمي افتد ميزان اختلاف ولتاژ خروجي حسگرها صفر و محدوده ولتاژ خروجي مجموعه دو حسگر صفر تا 5 ولت است. مطابق شكل وقتي فرمان به سمت چپ يا راست مي پيچد همزمان در يك حسگر ولتاژ خروجي افزايش مي يابد و در حسگر ديگر كاهش ولتاژ خروجي اتفاق مي افتد. هر چه اختلاف بين خروجي ولتاژ حسگرها بيشتر باشد نيروي اعمالي بيشتري در موتور الكتريكي توليد مي شود و در صورت معكوس شدن ولتاژ جهت چرخش موتور الكتريكي تغيير مي كند.ECU  براساس سيگنالهاي مختلفي كه از حسگرهاي گشتاور و سرعت دريافت مي كند و با لحاظ وضعيت خودرو در آن لحظه مقدار دور لازم براي چرخش  را به موتور الكتريكي ارسال مي كند و موتور الكتريكي DC  توسط يك چرخ دنده گشتاور موتور الكتريكي را به محور فرمان انتقال مي دهداين سيستم كه مكانيزم كاهش نام دارد نيروي اعمالي موتور را به پينيون شفت انتقال مي دهد. اين مكانيزم شامل يك چرخ دنده مارپيچي و يا حلقوي است كه ارتباط بين پينيون محور فرمان و پينيون چرخ دنده اي متصل به شفت موتور را برقرار  و نيروي موتور را به پينيون شفت منتقل مي كند. به اين ترتيب پينيون شفت به چرخش در مي آيد تا گشتاور مقاوم ايجاد شده در ميله پيچشي به صفر برسد.
ECU داراي سه مد عملياتي است:1- مد كنترلي نرمال: زماني كه فرمان به چپ و راست مي پيچد و نيروي كمكي با توجه به ميزان گشتاور ورودي در حسگر گشتاور اعمال مي شود.  2- مد كنترلي بازگشت: زماني كه فرمان به طور كامل پيچيده است نيروي كمكي در جهت برگشت ايجاد مي كند. 3- مد كنترلي ميراكننده: سرعت خودرو را با هدف بهبود احساس سواري و جذب تنش هاي وارده از جاده به چرخ ها تغيير مي دهد.
زماني كه فرمان تا انتها مي چرخد كنترل يونيت نيروي كمكي را كاهش مي دهد تا از آسيب ديدن موتور الكتريكي جلوگيري كند همچنين در صورت وجود هرگونه خطا، سيستم به طور خودكار از حالت برقي به مكانيكي تغيير مي كند و چراغ اخطار روشن ميشود كه بايد با استفاده از نرم افزار و دستگاه عيب ياب، ايراد برطرف شود.
بيشترين نيرو توسط موتور الكتريكي هنگامي اعمال ميشود كه خودرو در سرعت پايين حركت كند و روي يك سطح با اصطكاك بالا فرمان با سرعت چرخانده شود. در شرايطي كه سطح جاده داراي اصطكاك كمي باشد نيروي كمتري توسط موتور الكتريكي اعمال و از انحراف خودرو جلوگيري ميشود. عواملي چون فشار باد تاير، سطح جاده، سرعت خودرو و ... بر مقدار نيرويي كه بايد راننده براي چرخش فرمان اعمال كند تأثير نخواهد داشت و در شرايط اضطراري كه فرمان به سرعت چرخانده ميشود با توجه به اهميت گشتاور مقاوم بين تاير و نيروي وارده به غربيلك، خودرو در مسير مستقيم بدون انحراف به حركت خود ادامه ميدهد. 
سيستم فرمان برقي معمولا با ولتاژ 12ولت و ماكزيمم مصرف 80 آمپر  و متوسط توان0.1 كيلووات كار ميكند

1.    سنسور گشتاور (Torque Sensor)

2.    موتور با جريان مستقيم DC (DC Brushless Motor)

3.    واحد كنترل الكترونيكي يا  ECU (Electronic Control Unit)

سه قسمت ياد شده ميتوانند در يك محفظه (Housing) يا جداگانه قرارگيرند.

محل نصب  :EPS

فرمان الكتريكي در سه حالت مختلف متواند بر روي قسمت مكانيكي نصب شود.

الف)- نصب بر روي ستون(Column) فرمان : در اين روش مجوعه سنسورها ، موتور DC   و قسمت ECU بطور مجتمع در يك محفظه مستقر شده وبر روي ستون فرمان(Steering- Column) نصب  ميشود. بنابراين عملكرد كمكي  (Assisted) فرمان EPS به ستون فرمان اعمال ميگردد. اين روش در خودروهاي  كوچك ، مخصوصا خودروهاي  درون شهري كه راحتي فرمان فاكتور مهمي به ويژه در  ترافيك هاي سنگين و پارك نمودن خودرو محسوب ميشود ، بكار ميرود. ستون فرمان با موتور الكتريكي DC توسط دنده حلزوني (Worm Gear) درگير هستند

ب)- نصب بر روي پينيون :

در اين روش نيز مجموعه سنسورها ، موتور DC  و قسمت ECU بطور مجتمع در يك محفظه قرار گرفته ولي بر روي پينيون نصب ميشوند. اين حالت براي خودروهاي نيمه سنگين مناسب بوده ، جايي كه راننده اين نوع خودروها در راحت ترين حالت ميتوانند خودرو را هدايت كنند.

ج)- نصب بر روي دنده شانه اي:

در اين روش هر سه قسمت EPS يعني سنسور ، موتور DC  و ECU جدا از هم بر روي جعبه فرمان نصب ميشوند . به اين صورت كه موتور DC و ECU بطور جدا از هم بر دنده شانه اي (Rack) قرار گرفته و سنسورها نيز روي پينيون مستقر ميشوند . زيرا روي دنده شانهاي گشتاوري وجود ندارد كه سنسورها بتوانند آن را حس نمايند. اين حالت براي خودروهاي سنگين مناسب است . جايي كه نيروي زيادي بايد به دنده شانهاي ااعمال شود. بنا براين نيروي كمكي ( Assisted) بطور مستقيم از موتور DC به دنده شانه اي Rack)) وارد ميگردد.

مزياي فرمان الكتريكي نسبت به فرمان هيدروليكي:

1.    حذف پمپ هيدروليك (pump) وچرخ( pulley)

2.    حذف شيرهاي كنترل(valve) و لوله هاي رابط

3.    حذف تسمه ما بين پمپ هيدروليك وموتور اتومبيل(belt)

4.    حذف جك هيدروليك(jack hydraulic) و روغن هيدروليك

5.    وزن كم نسبت به هيدروليكي

6.    تغييرات كمتردر قسمت مكانيكي فرمان هنگام طراحي فرمان الكتريكي نسبت به هيدروليك

7.    عدم كمك (Assist) فرمان در هنگام عدم ورود گشتاور در فرمان الكتريكي ،به عبارت ديگر زماني كه انحرافي در فرمان داده شود ،قسمت الكتريكي  وارد عمل ميگردد.

8. فرمان الكتريكي به صورت Fail Safe است. چنانچه قسمت الكتريكي به دلايلي از كار افتد، قسمت مكانيكي فرمان ميتواند به كار ادامه دهد.

9. مقداري انرژي مصرفي در فرمان الكتريكي ،حدود يك ششم انرژي مصرفي در فرمان هيدروليك است. به عبارت ديگر به مقدار85% در انرژي مصرفي از لحاظ فرمان الكتريكي نسبت به هيدروليك صرفه جويي ميشود.

10.كاهش حجم واندازه نسبت به هيدروليك

11. مستقل بودن از موتورخودرو

12. كاهش قابل ملاحظه زمان مونتاژ

13. افزايش قابل ملاحظه عمر موثر نسبت به فرمان هيدروليك

14. قابليت ايمني بالا در شرايط بحراني

15. استفاده از يك نوع فرمان الكتريكي در چندين خودروي متفاوت، به عبارت ديگر يك نوع طراحي فرمان الكتريكي را در چندين خودروي مختلف مي توان بكار برد .

به شرطي كه وزن اكسل جلوي خودروها و سيستم برق داخل آنها مشابه باشد.

از مزاياي دیگر سيستم  الكتريكي مي توان به افزايش سرعت، عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان پذيري آسانتر بهخصوص هنگام پارك خودرو ميشود و با توجه به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل ميكند. از مزاياي سيستم فرمان برقي نسبت به فرمان هيدروليك مي توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود 5درصد) و تقويت فرمان در سرعت هاي پايين و كاهش قدرت فرمان در سرعت هاي بالا را نام برد. در سيستم فرمان برقي تنها زماني كه فرمان مي چرخد انرژي مصرف ميشود؛ در حالي كه در سيستم فرمان هيدروليك، پمپ هيدروليك صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار ميكند و حدود 5  اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبي و پمپاژ دائمي روغن هيدروليك در مدار مي شود. ماكزيمم قدرت فرمان هيدروليك در سرعتهاي بالاست كه بيشترين دبي توسط پمپ توليد ميشود؛ درحالي كه در سرعتهاي بالا كمترين نيرو براي چرخش فرمان مورد نياز است. وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به علت حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و ... حدود 4 تا 6 كيلوگرم كمتر از خودروي مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است همچنين حذف روغن هيدروليك و غير قابل چرخش بودن اين روغن باعث كاهش اثرات مخرب زيست محيطي آن مي شود و مشكلات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است.

اجزاء تشکیل دهنده سیستم فرمان برقی (EPS ) : 

جعبه فرمان :

 هنگامی که غربیلک فرمان به چرخش در می آید 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 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 .

 گشتاور کمکی تولید شده در هر سیستم EPS به وسیله جریان موتور الکتریکی محدود می شود. سیستم الکتریکی موجود در خودروها دارای ولتاژی معادل 12 ولت است که توانایی تولید حداکثر شدت جریان 80 آمپری را دارد. این شدت جریان حداکثر توان یک کیلو وات را دارد که توان محدودی است بنابراین کاربرد سیستم EPS با این شرایط محدود به خودروهای کوچک و متوسط می شود اما با ظهور سیستم های 42 ولت در خودرو، سیستم EPS به راحتی می تواند برای خودروهای بزرگ تر و حتی خودروهای سنگین نیز به کار رود سیستم های 42 ولت در خودرو به وسیله استارت و دینام یکپارچه ایجاد می شوند که می توانند برای سیستم EPS گشتاور کمکی لازم برای هدایت خودرو را از طریق یک موتور الکتریکی تأمین کنند.
یکی دیگر از مشکلات طراحی حداقل کردن هزینه سیستم و حداکثر کردن مقاومت سیستم، امنیت و قابلیت انعطاف آن است.
از آن جا که موتور الکتریکی به طور مکانیکی به میل فرمان متصل شده استف باید دارای مشخصات زیر باشد:
1. تولید گشتاور با ریپل حداقل برای کنترل دقیق هدایت خودرو
2. رانمان بالا، زیرا انرژی الکتریکی مستقیماً درون خودرو تولید می شود.
3. تکنو لوژی ساخت آسان، اندازه و وزن کمیته
4. تولید گشتاور در حالت توقف خودرو
5. تغییر جهت چرخش به طور ناگهانی
6. نوسان و نویز صوتی بسیار ناچیز
از آن جا که گشتاور کمکی هدف نهایی سیستم Eps است موتور Dc یک انتخاب طبیعی و مناسب برای این کاربرد است زیرا گشتاور آن به سادگی با تنظیم جریان آرمیچر موتور کنترل می شود.
به منظور ایجاد امنیت بیشتر، تمام اجزای الکتریکی به کار رفته در سیستم Eps را می توان به صورت دو گانه یا تکراری به کار برد؛ یعنی می توان در ساختار Eps دو باتری، دو اینورتر، دو مدار تغذیه و دو موتور الکتریکی برای حرکت دادن میل فرمان به کار برد تا قابلیت اطمینان بیشتر شود. با سافتاده از ساختار تکراری در سیستم Eps، کارکرد این سیستم با خروج یا نقص در یکی از دو موتور یا محرکه آن حفظ می شود البته ممکن است با خروج یا نقض در یکی از اجزای الکتریکی، ک ارایی سیستم Eps کاهش یابد که میزان آن بستگی به نوع نقص در سیستم دارد. اگر بدترین حالت را خروج و از دست رفتن یک اینورتر یا یک موتور در نظر بگیریم در این حالت کمیت های مربوط به کرایی سیستم Eps نصف می شود ولی عملکرد کامل به صورت گذرا و موقت در دسترس است. طراحی سیستم Eps با تغییر محل قرار گرفتن موتور الکتریکی که گشتاور کمکی را ایجاد می کند، می تواند شکل های مختلفی داشته باشد؛ چون فضای موجود برای موتور الکتریکی در سیستم هدایت خودرو محدود است، موتور الکتریکی باید چگالی توان و بازدهی بالا را داشته باشد.
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی که برای کاربرد در سیستم Eps مورد توجه قرار گرفتند موتورهای سوییچ رلوکتانس SR بودند. موتورهای SRدارای تکنولوژی ساخت آسان هستند و هیچ مغناطیس دائمی در ساختار خود ندارند که باعث شود موتور قابلیت کار کرد خوب در دماهای بالا و قابلیت اطمینان مناسبی داشته باشد همچنین موتورهای SR می توانند با از دست رفتن یک فاز تغذیه نیز به گردش خود ادامه دهند اما روتور موتور SR به خود خود میدان مغناطیسی تولید نمی کند، به این معنا که در این موتور فقط گشتاور رلوکتانسی تولید می شود که ضربان بالایی دارد. با وجود ارایه راه حل های مختلف توسط طراحان اثر این نوسان گشتاور بر روی فرمان آن قدر زیاد است که غلبه بر این مشکل به صورت اقتصادی غیر ممکن است.

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 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 رااز سنسورهای مختلف دریافت میکند وحا لت جاری خودرورا تشخیص داده واندازه جریانی راکه باید در موتور DC بکاررفته شود راتعیین می کند.اگر ECU درکارکرد سیستم خطایی پیدا کند یک چراغ خطر آن رابه راننده هشدارمی دهد. ECUخطاهاراذخیره می کند و سیستم  EPSاز مدار خارج میشود.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 وراست در پاسخ به ورودی ها وسرعت 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 ومستهلک نمودن ضربه به طور مثال در سرعت های بالا.

PROTECTION MODE : حفاظت از بخشهای الکتریکی در مقابل دمای زیاد وشدت جریان بالا ،اگر فرمان یکباره دریک سمت رانده شود وهمچنین 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 واز کمک کردن به فرمان کم می کند.(فرمان سفت تر می شود ).

اگردمای سیستم بالا رود و مد حفاظت بار اضافی فعال شود یک کد خطای ) DTC C0176 خطای دمای بالای سیستم ) در حافظه قرار میگیرد. همچنین در برخی مدلها 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 قسمتهای سیستم فرمان است .

به هر حال راننده درمورد نچرخانیدن و نگه داشتن غربیلک فرمان درهردوسمت وبه مدت طولانی ،نیاز به آموزش دارد.

اگر یک سنسور در قسمتهای دیگرEPS خراب شود سیستم خود عیب یاب باید خطاها رانشان داده و با روشن کردن یک چراغ اخطار راننده رامطلع کرده وEPS را از مدار خارج کند. دراین مواقع فرمان سفت شده ونیروی 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 مونتاژشده موتور ومدول کنترل هر دو از قسمتهای مونتاژشده میل فرمان هستند.معمولا به عنوان یک واحد در هنگام بروز مشکل تعویض می گردند0درمدلهای 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 ویا بطور کامل روی چرخ دنده های فرمان قرار می گیرد (مانند هوندا). در مدل GM موتور به تنهایی سرویس یا مونتاژ میشود وحال انکه در نوع هوندا در صورت خرابی موتور ،نیاز به تعویض جعبه فرمان می باشد.

تعویض ستون فرمان می تواند گران تمام شود،قیمتها در جاهای مختلف 600 تا1500دلار یابیشتر متغیر است (بسته به نوع آن).بنابراین عیب یابی صحیح برای جلوگیری از تعویض قطعات غیرضروری لازم می باشد.

شركتهاي فعال در زمينه ي سيستم فرمان الكتريكي :

فرمان الكتريكي از سال 1995 بتدريج برروي خودروهاي سواري نصب شده و شركتهاي صاحب فن آوري اين نوع فرمان آن تحقيقات و سرمايه گذاريهاي گسترده اي انجام داده اند . مهمترين انها عبارتند از :

شركت Delphi :

اين شركت از سال 1999 تا پايان سال 2003 بيش از 2.5 ميليون دستگاه فرمان با تكنولوژي الكتريكي توليد و به فروش رسانده است . فرمانهاي توليدي آن اكنون بر روي چهار نوع خودرو در اروپا شامل فولكس لوپو ، فيات پاندا ، پونتو و اپل مريوا نصب و مورد استفاده قرار گرفته است . اين شركت توليدات خود را با اسامي مخصوصي معرفي كرده است . فرمانهاي الكترو هيدروليكي با نام Magnasteer ، فرمانهاي الكتريكي با نام  Esteer و فرمان SBW با نام Quadra steer عرضه مي شود. بعنوان مثال فرمان Esteer نصب شده  روي خودرو فيات پانتو در شكل  صفحه بعد  نشان داده شده است . اكنون روزانه 50000  دستگاه از انواع  سه گانه فرمانهاي ياد شده را در 10 نقطه ي  دنيا توليد ميكند.

شركت Koyo Seiko :

اين شركت در سال 2001 در حدود 2.4 ميليون دستگاه از فرمانهاي الكتريكي توليد نموده است .از مهم ترين قرار دادهاي آن درسال 2003 ميتوان به فروش 350000 دستگاه فرمان الكتريكي به شركت دايملر- كرايسلر جهت نصب بر روي خودرو ا سمارت و 300000 دستگاه به شركت جنرال موتورز اشاره نمود. پيش بينيها حاكي از آن است . كه در سال 2006 در حدود 10 ميليون  دستگاه توليد و بفروش خواهد رساند .

شركت NSK :

 اين شركت در سال 2001 توليد 1.4 ميليون و در سال 2002 توليد 1.8 ميليون دستگاه فرمان الكتريكي داشته است . تلاش براي توليد 3.3 ميليون دستگاه در سال 2006 و 6 ميليون دستگاه در سال 2011 از برنامه هاي آتي آن است .

شركت TRW   :

اين شركت بزرگ ترين توليد كننده ي فرمان الكتريكي است . بطوري كه 4 ميليون دستگاه را تا پايان 2003 توليد و به فروش رسانده است. از شركتهاي طرف قرارداد آن مي توان به فيات، نيسان و رنواشاره نمود.

سهم فروش شركتهاي توليد كننده ي فرمان EPS در سال 2003 در نمودار زير نشان داده شده است .

مزیت این سیستم دقت و چابكی بیشتر راننده در حین رانندگی و در هر موقعیتی است.

در قلب سیستم جدید AS مجموعه ای از دنده های سیاره‌واری وجود دارد كه با ستون فرمان ادغام شده است. در رانندگی با سرعت های پایین مانند حركت در ترافیك شهری، در زمان پارك كردن خودرو و یا حركت در جاده های كوهستانی،سیستم AS میزان زاویه فرمان را افزایش می دهد. چرخ های جلویی به سرعت در مقابل حركات كوچك چرخ فرمان عكس العمل نشان داده و به این نحو راننده را قادر می سازد بدون نیاز به چرخاندن زیاد فرمان از میان فضاهای تنگ و باریك به راحتی عبور كند. از دیگر مزایای این سیستم، پارك كردن آسان خودرو و افزایش مانور خودرو است. در سرعت های بالاتر و هنگام عبور از پیچ های تند، سیستم AS موجب كاهش تغییر در درجه زاویه فرمان می شود. این امر به راننده این امكان را می دهد تا در سرعت بالا توانایی بیشتری در كنترل فرمان و نتیجتاً خودرو داشته و موجبات ثبات و راحتی بیشتری را برای وی فراهم آورد.

در صورتی كه خودرو در معرض خطر بی ثباتی باشد، مانند زمانی كه از سطوح ناهموار عبور نموده و مستلزم استفاده مكرر ار ترمز است، می توان با استفاده از سیستم AS آن را مرتفع نمود. برای مثال، به منظور كاهش انحرافات خطرناك خودرو در این حالت، سیستم AS می تواند سریع تر از هر راننده حرفه ای، زاویه فرمان را افزایش دهد. این سیستم رابطه بین چرخ فرمان و چرخ های جلویی را مختل نكرده و بنابراین حتی در مواقعی كه سیستم الكتریكی خودرو به طور كامل از كار می‌افتد، خودرو در همه شرایط كاملا قابل كنترل خواهد بود.

فرمان SBW (Steer By Wire)

اين نوع فرمان مدرن ترين نوع فرمانهاي حال و آينده است .در اين نوع سيستم ، ستون فرمان حذف  شده و هيچ رابط مكانيكي بين غربيلك و قسمت دنده شانه اي و پينيون (R , P) وجود  ندارد شكل روبرو نماي شماتيك فرمان SBW  را نشان ميدهد .

اين فرمان از دو آيتم الكترونيكي تشكيل شده است كه به شرح زير است :

الف- آيتم انتقال مقدار چرخش غربيلك به قسمت پينيون : اين بخش شامل سنسور و زاويه اي (Angular Sensor) ميكروكنترولر(ECU) و موتور DC  است. سنسور زاويه اي ، روي محوري كه غربيلك روي آن ميچرخد ، قرار دارد و مقدار زاويه گردش فرمان را حس نموده، به ميكروكنترولر انتقال ميدهد. آنگاه ميكروكنترلر سيگنال لازم را به موتور DC  اين آيتم كه روي پينيون قرار دارد ، ارسال و در نهايت به دنده شانه اي منتقل و عمل هدايت خودرو توسط فرمان انجام ميشود . ممكن است اين استنباط بوجود آيد كه فيدبك جاده و چرخها به غربيلك و در نتيجه به راننده منتقل نمي گردد و همچنين هيچ باز دارنده اي در ميزان چرخش غربيلك توسط راننده وجود ندارد. در حالي كه اين استنباط درست نبوده و بازتاب و عكس العمل جاده به غربيلك (با توجه به اين كه ستون فرمان وجود ندارد ) و راننده منتقل ميشود.

ب)- آيتم انتقال فيدبك (Feedback) جاده و چرخها به راننده:

اين بخش شامل سنسور گشتاور (Torque Sensor) ، ميكروكنترلر و موتور DC مجزا است . سنسور گشتاور روي پينيون مستقر بوده و گشتاور بوجود آمده را حس نموده ، به ميكروكنترلر انتقال ميدهد . ميكروكنترلر نيز پس از پردازش سيگنال دريافتي ، دستورالعمل لازم را به موتور DC  اين آيتم كه روي محور غربيلك نصب شده است ، ارسال ميكند كه به غربيلك نيرو وارد نمايد.در نتيجه فيدبك جاده به راننده منتقل گشته و عمل هدايت خودرو از طريق فرمان به درستي و واقعي انجام ميپذيرد. لذا اين نوع سيستم فرمان علاوه بر قسمت مكانيكي دنده شانه اي و پينيون ، از دو مجموعه سنسور ( يكي زاويه اي و ديگري گشتاور ) ، ميكروكنترلر و موتور DC تشكل شده است . اين نوع سيستم اگر چه به جهت  حذف  ستون فرمان به ايمني راننده در مواقع بحراني مي انجامد اما ضريب ايمني بالايي را در سيستم هدايت خودرو مي طلبد. زيرا سيستم مكانيكي كامل نبوده، عمل ستون فرمان  توسط يك سيگنال الكترونيكي انجام ميشود و سيگنال هاي الكترونيكي ضريب اطمينان بالايي را لازم دارند .