فهرست مطالب
جعبه فرمان خودرو یکی از مهم‌ترین قطعات در سیستم کنترل و هدایت خودرو به شمار می‌رود که نقش مهمی در ایمنی و راحتی راننده و سرنشینان برعهده دارد و در انواع مکانیکی و هیدرولیکی و برقی در وسایل نقلیه استفاده میشود.
ساده‌ترین چیزی که احتمالا همه ما از کودکی درباره رانندگی می‌دانیم، آن است که فرمان وسیله هدایت خودرو به‌شمار می‌رود؛ اما برای اینکه راننده بتواند با فرمان مسیر خودرو را کنترل و هدایت کند، نیازمند همکاری اجزای مختلفی از سیستم بزرگی است که شاهد آن نیستیم. این سیستم را سیستم فرمان خودرو می‌نامند. سیستم مذکور ضمن انتقال نیروی چرخش فرمان، جهت حرکت آن را نیز به چرخها منتقل و بدین ترتیب مسیر حرکت خودرو را مشخص میکند.
سیستم فرمان نیز مانند سایر بخش‌های فنی خودرو، تاکنون پیشرفت فراوانی کرده و اجزای آن تغییرات زیادی کرده‌اند. یکی از اجزای اصلی سیستم فرمان، جعبه فرمان است که عمده تنوع سیستم به آن بستگی دارد. در واقع نوع جعبه فرمان است که نوع این سیستم را تعیین میکند؛ بنابراین، برای شناخت کامل سیستم فرمان، نیاز به شناخت جعبه فرمان با تمام جزئیات داریم. در این مقاله از سری مقالات کارشناس خودرو سانیار با بررسی جزئیات این قطعه، انواع و وظایف آن را در سیستم فرمان توضیح می‌دهیم.
عناوینی که در این مقاله خواهید خواند
وظیفه سیستم فرمان چیست؟
جعبه فرمان چیست؟
وظایف جعبه فرمان در خودرو
انواع جعبه فرمان
علائم خرابی جعبه فرمان
عیب‌یابی سیستم فرمان خودرو
وظیفه سیستم فرمان چیست؟
یکی از مهم‌ترین سیستم‌ها برای کنترل و هدایت خودرو، سیستم فرمان است. سیستم چرخش فرمان خودرو به‌خصوص فرمان‌های قدیمی، ساختار بسیار ساده‌ای دارد و حتی می‌توانیم آن را متشکل از چند میله و چرخد نده ساده بدانیم. وقتی شما فرمان خودرو را روبه‌روی خود می‌چرخانید، این چرخش ازطریق اتصالات مربوطه به حرکت افقی تبدیل و به پیچیدن لاستیک‌های خودرو و فرمان‌پذیری آن منجر میشود.
سیستم‌های اولیه فرمان، جزئیات خیلی زیادی نداشتند؛ به‌همین‌دلیل، معمولا فشار گردش چرخها به‌راحتی درون فرمان و خستگی دست راننده احساس می‌شد. در این سیستم‌ها، چرخها صرفا با نیرویی هدایت می‌شوند که راننده به فرمان خودرو وارد میکند؛ از این رو، به آن‌ها سیستم فرمان دستی هم می‌گویند.
اجزای سیستم فرمان
سیستم فرمان برای انتقال نیروی دست راننده به چرخ‌های فرمان پذیر نیازمند به غربیلک فرمان، ستون فرمان، جعبه فرمان و مکانیزم و اهرم بندی فرمان است. با پیشرفت فناوری در صنعت خودروسازی، فرمان‌های هیدرولیکی و الکتریکی نیز در ساخت خودروها رایج شده‌اند. فرمان‌های جدید باعث راحتی بیشتر راننده‌ها و افزایش قابلیت بهتر پارک کردن و پایداری خودروها شده‌اند.
سیستم فرمان وظیفه انتقال چرخش دست راننده به چرخها را برعهده دارد و از قطعات زیر تشکیل شده است:
۱. غربیلک فرمان
غربیلک فرمان ملموس‌ترین قطعه در سیستم فرمان است که چرخش دست راننده را به ستون (میل) فرمان منتقل میکند. علاوه‌براین، غربیلک وظیفه دیگری نیز برعهده دارد و آن هم افزایش گشتاور اعمالی است که راننده به غربیلک اعمال میکند. هر چقدر قطر غربیلک افزایش یابد، گشتاور اعمالی نیز افزایش پیدا خواهد کرد. در خودروهای جدید، غربیلک فرمان قابلیت تغییر ارتفاع و زاویه نیز دارد و شرکت‌های سازنده حداکثر تلاش خود را برای راحتی راننده دارند.
۲. ستون (میل) فرمان
میل فرمان رابط بین غربیلک و جعبه فرمان است و چرخش غربیلک را به جعبه فرمان منتقل میکند. ستون فرمان حالت خرطومی دارد؛ به همین دلیل، قدری انعطاف‌پذیر است و همین امر باعث افزایش ایمنی راننده در هنگام تصادف میشود؛ چرا که در غیر این صورت، ممکن بود هنگام تصادف، میل فرمان به داخل کابین وارد شود و به راننده آسیب بزند.
۳. جعبه فرمان
جعبه فرمان را شاید بتوان مهم‌ترین قطعه در سیستم فرمان دانست که سه وظیفه مهم برعهده دارد:
- افزایش گشتاور
- تغییر صفحه دَوَران غربیلک فرمان به صفحه مکانیزم فرمان
- تبدیل حرکت دَوَرانی به حرکت خطی
۴. پیتمن
پیتمن یا بازوی پیتمن یا محور هزارخاری فرمان روی شفت خروجی جعبه فرمان نصب شده است و حرکت دَوَرانی شفت را به حرکت زاویه‌ای تبدیل میکند. انتهای پیتمن نیز به واسطه سیبک به میله درگ اتصال می‌یابد.
۵. میله درگ
میله درگ رابط بین پیتمن و شغال دست است.
۶. شغال دست و سگ دست
دلیل نام‌گذاری این دو قطعه به‌دلیل شکل ظاهری آن‌ها است. با حرکت شغال دست، سگ دست نیز می‌چرخد و در نهایت چرخها نیز تغییر جهت می‌دهند.
جعبه فرمان چیست؟
با‌‌‌توجه‌‌به آنکه جعبه فرمان اهمیت بسیار زیادی در سیستم فرمان دارد، شرکت‌های سازنده تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام داده و چند نوع مختلف جعبه فرمان طراحی و تولید کرده‌اند. جعبه فرمان‌ها در حالت کلی به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند.
- جعبه‌فرمان مکانیکی: همان طور که از اسم این نوع جعبه فرمان نیز پیدا است، تنها اجزای مکانیکی هستند که چرخش دست راننده را به چرخها منتقل میکنند.
- جعبه‌فرمان با توان کمکی: در این نوع جعبه فرمان، علاوه بر قطعات مکانیکی، تجهیزات الکتریکی و هیدرولیکی دیگری نیز موجود هستند که به افزایش گشتاور دست راننده کمک میکنند.
وظایف جعبه فرمان در خودرو
جعبه فرمان اصلی‌ترین قسمت سیستم هدایت و کنترل خودرو محسوب میشود و ضمن انتقال گشتاور دست راننده به چرخها، فرایند افزایش این گشتاور را نیز انجام می‌دهد. جعبه فرمان روی اتاق خودرو وصل میشود و گشتاور و دَوَران فرمان را به کمک مفصل‌ها و سیبک‌های سیستم فرمان به سگ دست منتقل میکند. این قسمت از سیستم فرمان انواع مختلفی دارد و هر نوع از اجزای مخصوصی تشکیل شده است؛ اما وظایف جعبه فرمان برای همه انواع آن یکی است و تغییری نمی‌کند.
این وظایف عبارت‌اند از:
- افزایش گشتاور و کاهش حرکت چرخشی و جا‌به‌جایی دَوَرانی دست راننده
- تغییر صفحه دَوَران غربیلک فرمان به صفحه مکانیکی فرمان
- تبدیل حرکت چرخشی و دَوَرانی غربیلک به حرکت خطی اهرم بندی فرمان
تنوع جعبه فرمان در کیفیت ارائه این وظایف تأثیر درخور توجهی می‌گذارد.هر اندازه کیفیت خدمات جعبه فرمان بیشتر باشد، کنترل فرمان برای راننده راحت‌تر و نرم‌تر است؛ اما در عین حال، اساس طرز کار همه انواع جعبه فرمان مشابه است.
بدین ترتیب که وقتی راننده غربیلک فرمان را می‌چرخاند، این گشتاور و حرکت دَوَرانی به جعبه فرمان منتقل میشود. جعبه فرمان حرکت دَوَرانی غربیلک را به حرکت خطی تبدیل و ازطریق اهرم‌بندی فرمان یا شغال‌دست‌های چپ و راست به سگ‌دست منتقل میکند. سگ‌دست روی سیبک‌ها به داخل یا خارج می‌چرخد و این حرکت سبب پیچیدن چرخها به چپ یا راست میشود.
انواع جعبه فرمان
جعبه فرمان بر اساس کیفیت عملکرد، یعنی میزان افزایش گشتاور، نحوه افزایش آن و درصد راحتی راننده در فرمان‌دادن و کنترل خودرو به دو دسته (مکانیکی و با نیروی کمکی) و این دو دسته خود به انواع و زیرمجموعه‌های دیگری تقسیم می‌شوند. همچنین، قطعات اصلی این دو دسته تفاوت‌های بسیاری دارند.
جعبه فرمان مکانیکی
فرمان مکانیکی از مجموعه‌ای شامل دنده‌ها و مکانیزم‌ها تشکیل میشود که در جعبه‌ای به نام جعبه فرمان قرار گرفته است. این نوع جعبه فرمان که ساده‌ترین سیستم را دارد و در گذشته استفاده می‌شد، عمل افزایش گشتاور دست راننده و انتقال آن به چرخها را تنها با مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها و بازوها انجام می‌دهد. در سیستم‌های فرمان مجهز به جعبه فرمان مکانیکی، تنها منبع انرژی سیستم نیروی دست راننده است. این امر برای راننده خستگی ناشی از صرف نیروی زیاد برای کنترل و حرکت غربیلک را ایجاد میکند.
جعبه فرمان با نیروی کمکی
در این نوع جعبه فرمان، نیروهای هیدرولیکی یا الکتریکی به‌کمک قطعات مکانیکی می‌آیند تا نیروی گشتاور دست راننده افزایش دهند را که با غربیلک به جعبه فرمان منتقل شده است؛ بنابراین با کاهش سختی و خشکی فرمان، رانندگی راحت‌تری را به راننده نوید می‌دهند. درادامه، این دو دسته، اجزا، تقسیم‌بندی و مزایا و معایب هرکدام را بررسی می‌کنیم.
جعبه فرمان‌های مکانیکی
جعبه فرمان‌های مکانیکی امروزه کمتر استفاده می‌شوند و حتی عموما پیشرفته ترین آن‌ها نیز به نوعی به سیستم نیروی کمکی تجهیز می‌شوند. برخی از آن‌ها نیز کاملا در صنعت خودروسازی به‌دست فراموشی سپرده شده‌اند. مدل‌های مختلف جعبه فرمان مکانیکی اجزای متفاوتی دارند و تنها در برخی قطعات مانند پوسته جعبه فرمان با هم مشترک هستند. انواع جعبه فرمان‌های مکانیکی بدین ترتیب هستند:
۱. جعبه فرمان حلزونی انگشتی
جعبه فرمان حلزونی انگشتی که در بین انواع مکانیکی، ساده‌ترین جعبه فرمان موجود است؛ چراکه از یک پوسته جعبه مربعی شکل و قطعاتی به نام‌های انگشتی و حلزونی بهره می برد. انتقال حرکت از غربیلک به چرخها و تغییر دَوَران آن به خطی به واسطه این دو قطعه صورت می‌گیرد. این نوع جعبه‌دنده به‌دلیل معایب بسیار سال‌های زیادی است که از چرخ تولید خودروسازی خارج شده است و استفاده نمی‌شود.
۲. جعبه فرمان حلزونی با دنده تاج‌خروسی
در این نوع جعبه فرمان، از قطعه‌ای دندانه‌دار به نام تاج خروسی که شباهت به تاج خروس نیز دارد، به‌جای انگشتی استفاده میشود و انتقال حرکت مارپیچ که به غربیلک متصل است، به‌سمت حلزونی و میل‌فرمان‌ها با آن صورت می‌گیرد. اگرچه جعبه فرمان مربع‌شکل حلزونی با دنده تاج‌خروسی از مدل حلزونی انگشتی پیشرفته‌تر است، همچنان معایب زیادی دارد؛ بنابراین، به سرنوشت مدل حلزونی انگشتی دچار شد و در بین قطعات از دور خارج شده قرار گرفت.
۳. جعبه فرمان حلزونی غلتکی
جعبه فرمان حلزونی غلتکی نیز شبیه نوع قبلی جعبه فرمان است، با این تفاوت که در آن غلتک جای دنده تاج‌خروسی را می‌گیرد. غلتک این نوع جعبه فرمان نیز باعث نشد تا از معایب مدل‌های قبلی بی‌بهره بماند؛ بنابراین، چند سالی است که از رده خارج محسوب میشود.
۴. جعبه فرمان ساچمه ای با دنده تاج خروسی
در این مدل جعبه دنده یک چرخ‌دنده تاج خروسی و یک دنده تاج خروسی به شکل مخروط در‌کنار‌هم به کار می‌روند. جعبه فرمان ساچمه ای ازجمله جعبه فرمان‌های مکانیکی است که در صنعت خودروسازی، به خصوص خودروهای سنگین (هرچند به ندرت) همچنان استفاده میشود. قطعات اصلی آن را ساچمه‌ها، مهره انتقال، دنده تاج خروسی، شفت خروجی و پیچ تنظیم شامل میشود.
بدین ترتیب، ساچمه‌ها و لوله‌های مسیر گردش آن‌ها جای حلزونی را می‌گیرند. لوله‌های مسیر گردش ساچمه‌ها به دور پیچ‌های مارپیچی می‌پیچند. عملکرد این جعبه‌دنده با حرکت چرخشی مارپیچ فرمان آغاز میشود. این حرکت به ساچمه‌ها که دور مارپیچ چرخیده‌اند، منتقل و سپس با ساچمه‌ها تبدیل به حرکت خطی میشود. این تبدیل دقیقا به‌کمک دنده‌های روی دیواره مهره انتقال صورت می‌گیرد که بین ساچمه‌ها، مارپیچ و دنده تاج‌خروسی قرار دارد. حرکت خطی نیز به‌واسطه دنده تاج‌خروسی به شفت خروجی و سپس بازوی هزار خار فرمان و درنهایت میل فرمان می‌رسد. پیچ تنظیم نیز در این سیستم، وظیفه تنظیم لقی فرمان را برعهده دارد. این نوع جعبه فرمان مزایایی دارد که باعث شده همچنان استفاده شود؛ ازجمله:
- اصطکاک کم در بین قطعات جعبه فرمان
- ایمنی بیشتر درمقایسه‌با مدل‌های قبلی
- استهلاک و حساسیت کمتر و نگه‌داری راحت‌تر
- امکان تجهیز آن به سیستم توان کمکی (هیدرولیکی یا الکتریکی)
اصطکاک کمتر قطعات این نوع جعبه فرمان کار را برای راننده راحت‌تر میکند و نیروی کمتری از او برای چرخش غربیلک می‌گیرد. درضمن، این خصوصیت به کاهش سایش و خوردگی قطعات و درنتیجه افزایش لقی فرمان منجر میشود و احتمال خلاصی آن را کاهش می‌دهد؛ اما معایب این نوع جعبه نیز نباید نادیده گرفته شود. این معایب عبارتند از:
- وزن زیاد که به سنگین‌شدن نهایی خودرو و سیستم فنی آن منجر میشود.
- قیمت زیاد که هزینه تعمیرات آن را نیز افزایش می‌دهد.
۵. جعبه فرمان دنده شانه‌ای
جعبه فرمان دنده شانه‌ای رایج ترین نوع جعبه فرمان مکانیکی است که همچنان استفاده میشود و به جعبه فرمان کشویی یا رک اند پینیون (Rack & Pinion) نیز معروف است. دلیل اصلی استفاده آن سبک بودن و فضای کمی است که اشغال میکند.
پوسته جعبه فرمان در این نوع به یک سیلندر فلزی تبدیل میشود. قطعات آن شامل بست اتصال، پوسته، بازوی فرمان، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون و دنده شانه‌ای است. پینیون و دنده شانه‌ای که رک هم نامیده میشود، اصلی ترین اجزای این نوع جعبه فرمان هستند.
درواقع پینیون که با مارپیچ فرمان در ارتباط است، حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ فرمان می گیرد و با در گیر کردن دنده‌های خود با دنده‌های شانه‌ای، این دَوَران را به حرکت عمودی تبدیل میکند. پینیون و دنده شانه‌ای به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هر دو فرمی دندانه دار دارند. دنده شانه‌ای و اهرم عرضی و پینیون اهرم عمودی این سیستم هستند. این نوع جعبه دنده نیز مزایایی در مقایسه با جعبه دنده ساچمه‌ای دارد که استفاده از آن را رایج تر کرده است. این مزایا عبارت‌اند از:
- قیمت کمتر که هزینه تعمیرات آن را نیز کاهش می‌دهد.
- اشغال فضای کمتر که آن را برای خودروهای دیفرانسیل جلو مناسب میکند.
- وزن کمتر که این سیستم را برای خودروهای سبک مناسب می‌سازد.
البته جعبه فرمان دنده شانه‌ای در مزیت‌هایی مانند اصطکاک کمتر، درصد استهلاک کمتر، قابلیت ارتقای بازده و قابلیت تجهیز به سیستم توان کمکی مشترک است. معایب این سیستم نیز عبارت‌اند از:
- محدودیت در افزایش گشتاور که میزان گشتاور را درمقایسه با نوع ساچمه‌ای کمتر افزایش می‌دهد.
- محدودیت در افزایش پایداری خودرو که در این مورد نیز جعبه فرمان‌های ساچمه‌ای مکانیزم بهتری برای افزایش پایداری خودرو دارند.
جعبه فرمان با نیروی کمکی
جعبه فرمان‌های با نیروی کمکی، راحتی و آسایش راننده را بیشتر تأمین میکنند و نیروی زیادی از او برای به حرکت درآوردن غربیلک نمی‌گیرند؛ بلکه نیروی کمکی از نوع هیدرولیکی یا الکتریکی در جعبه فرمان به‌کمک راننده می‌آید. نرمی سیستم‌های مجهز به این نوع جعبه فرمان هنگام پارک خودرو و فرمان‌گرفتن‌های تیز بیشتر به چشم می‌آید. این دسته جعبه فرمان‌ها نیز مانند انواع مکانیکی، زیرمجموعه‌ها و انواع مختلفی دارند و هریک از این انواع هم اجزای مختص خودشان را در اختیار می‌گیرند. درادامه، انواع جعبه فرمان با نیروی کمکی را معرفی می‌کنیم.
۱. جعبه فرمان هیدرولیکی
در جعبه فرمان‌های هیدرولیک، از فشار هیدرولیکی پمپ هیدرولیک برای کمک به حرکت چرخ دنده و کاهش نیروی دست راننده استفاده میشود که این پمپ نیز نیروی مورد نیاز خود را از تسمه و پولی از میل لنگ دریافت میکند. جعبه فرمان هیدرولیکی اولین نوع جعبه فرمان کمکی و رایج ترین آن‌ها است.
در این جعبه فرمان که ساختاری مشابه جعبه فرمان مکانیکی دنده شانه‌ای دارد، از فشار هیدرولیکی برای به حرکت در آوردن دنده شانه‌ای کمک گرفته میشود تا راننده نیروی کمتری برای چرخاندن غربیلک به‌کار گیرد؛ بنابراین، به سیستم جعبه فرمان دنده شانه‌ای مکانیکی تجهیزاتی جهت ایجاد فشار اضافه میشود. این تجهیزات قطعات زیر را شامل 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 درکنار پوسته یا سیلندر جعبه فرمان 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 پیشرانه خودرو است.
در این سیستم، پمپ نیروی دَوَرانی و چرخشی خود را ازطریق تسمه از پیشرانه دریافت میکند و روغن را با فشاری معادل هفتاد بار روانه لوله‌های فشار قوی یا لوله‌های رفت میکند. این لوله‌ها روغن را با همان فشار به پشت شیر (سوپاپ) هیدرولیک سیستم منتقل میکنند. سوپاپ هیدرولیک سوراخ‌هایی دارد که با چرخش فرمان به راست یا چپ، تعدادی از آن‌ها باز می‌شوند.
بدین ترتیب، هدایت روغن به‌سمت چپ یا راست جک هیدرولیک کنترل میشود. ورود روغن با فشار به هر سمت جک، باعث حرکت راحت تر فرمان میشود. سپس، روغن مجددا از جک عبور میکند و به سمت لوله‌های برگشت یا فشار ضعیف می‌رود و به مخزن برمی‌گردد. جعبه فرمان هیدرولیک مزایای دیگری به جز نرمی بیشتر فرمان دارد که موجب استفاده بیشتر از آن میشود؛ از جمله:
- کاهش نیروی دست راننده برای دَوَران غربیلک
- افزایش پایداری خودرو
- کاهش لرزش و ارتعاشات فرمان
- کاهش حساسیت فرمان در سرعت‌های سریع و کنترل راحت‌تر آن
فرمان‌های هیدرولیکی درصورت ثابت بودن غربیلک، به فعالیت خود ادامه می‌دهد؛ بدین ترتیب که درصورت حرکت خودرو در مسیر مستقیم، اگر راننده دستش را از روی غربیلک بردارد، خودرو به حرکت مستقیم خود ادامه می‌دهد و جهت غربیلک تغییر نمی‌کند. این امر به هدر رفت زیاد انرژی منجر میشود؛ بنابراین، با وجود تمام مزایای گفته‌شده جعبه فرمان هیدرولیکی نیز مانند بسیاری فناوری‌های روز معایبی دارد. معایب اصلی این جعبه فرمان عبارت‌اند از:
- گران بودن قیمت تمام شده برای ساخت و هزینه زیاد تعمیرات
- افزایش مصرف سوخت به دلیل دَوَران مداوم پمپ
- کاهش توان موتور به‌دلیل استفاده پمپ از نیروی پیشرانه
- نیاز به گشتاور بیشتر برای فرمان دادن به خودرو در زمان خاموش بودن پیشرانه
- استهلاک زیاد به دلیل فعال بودن مداوم پمپ بدون تأثیر در سرعت خودرو
۲. جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی
وجود برخی معایب سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سيستم‌های بهتر و مفيدتری بگردند و آن‌ها را جايگزين سيستم هيدروليكی كنند يا سيستم هيدروليكی را بهبود بخشند. يكی از سيستم‌های ارائه‌شده در سال‌های اخير، فرمان الكتروهيدروليكی (EHPS) است كه در آن به‌جای استفاده از نیروی پیشرانه خودرو، يک موتور الكتريكی به پمپ هيدروليک اضافه و درنتيجه فرمان از پیشرانه خودرو مستقل میشود.
از آنجا که مهندسان مکانیک همواره در حال تلاش برای ارائه فناوری‌های جدید تر در خودروها و رفع معایب فناوری‌های به کار‌گرفته شده هستند، جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی جایگزین جعبه فرمان‌های هیدرولیکی میشود تا معایب آن‌ها را پوشش دهد.
این جعبه فرمان عملکردی مشابه جعبه فرمان‌های هیدرولیکی دارد، با این تفاوت که پمپ در این سیستم نیروی خود را از پیشرانه دریافت نمی‌کند؛ بنابراین، کاهش توان پیشرانه را به‌همراه نخواهد داشت. قطعه‌ای که به این سیستم با هدف تأمین نیروی پمپ اضافه میشود، یک موتور الکتریکی است که دقیقا پشت پمپ قرار می‌گیرد. این پمپ که جایگزین تسمه هیدرولیک میشود، فضای کمتری نیز در مقایسه با آن اشغال میکند.
همچنین، گاهی حسگر سنجش سرعت و ECU کوچک کنار جعبه فرمان تعبیه میشود تا با بررسی و پایش سرعت خودرو، فشار روغن هیدرولیک تنظیم شود. این عمل باعث میشود در سرعت‌های سریع، فشار هیدرولیک کاهش یابد و کنترل فرمان با نیروی بیشتری صورت بگیرد و برعکس که افزایش پایداری خودرو را در سرعت‌های سریع‌تر به‌دنبال دارد. نکته مهم اینکه موتور الکتریکی در این سیستم، معضل کاهش توان پیشرانه و افزایش مصرف سوخت را مرتفع می‌سازد؛ اما معضل فعال‌بودن مداوم سیستم هیدرولیک در آن‌ها همچنان پابرجا است.
در اين نوع فرمان، هرچند مستقل‌بودن از پیشرانه خودرو تحقق يافته، مشكل دائمی‌بودن عملكرد سيستم هيدروليكی، يعنی حالت مركز آزاد، هنوز پابرجا است. به‌عبارت‌ديگر، بايد وضعيتی را تدارک ديد كه سيستم فقط وقتی عمل كند که گشتاوری به فرمان وارد میشود، نه هميشه.
۳. جعبه فرمان الکتریکی
فرمان الكتريكی (EPS) مشابه نوع هيدروليکی عمل می‌كند؛ ولی از لحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با توجه به مزايای متعدد خودروهای فرمان برقی در مقایسه با خودروهای مجهز به فرمان‌های هيدروليکی و مكانيکی، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روی آورده‌اند تا جايی كه در سال ۲۰۰۷ بيش از ۶۰ درصد خودروهايی كه در اروپا به فروش رفتند، سيستم فرمان برقی داشتند.
توان کمکی این نوع جعبه فرمان که به‌کمک نیروی دست راننده می‌رود و آن را تکمیل میکند، یک موتور الکتریکی است. درواقع، در این سیستم یک موتور الکتریکی جایگزین نیروی روغن هیدرولیک و اجزای تأمین‌کننده این نیرو میشود. این سیستم که در حال رواج روزافزون در بین خودروسازان است، آخرین و جدیدترین فناوری جعبه فرمان به شمار می‌رود.
در این نوع جعبه فرمان، بخش‌هایی مانند مخزن، پمپ، شیر و لوله‌های هیدرولیک حذف و مجموعه‌ای شامل موتور الکتریکی با جریان مستقیم و حسگر گشتاور و ECU اضافه میشود. ساختار اصلی جعبه فرمان که این بخش‌ها به آن اضافه میشود، دنده شانه‌ای است. موتور الکتریکی و حسگر گشتاور و ECU در این سیستم روی ستون فرمان نصب می‌شوند.
سیستم برقی بخشی است که در بیرون جعبه فرمان به آن اضافه میشود. درون سیلندر نیز شفت موتور الکتریکی و پتانسیومتر و غلاف قرقره‌ای اجزایی هستند که به جعبه فرمان دنده‌شانه‌ای اضافه می‌شوند و آن را به جعبه فرمان با نیروی کمکی تبدیل میکنند. برای شروع به کار این سیستم با چرخش غربیلک فرمان، سیستم برقی آن فعال میشود و ضمن تولید توان کمکی لازم، نیرو را به میل‌فرمان منتقل میکند. میل فرمان نیز این چرخش و توان را به پینیون می‌رساند.
مزایای فرمان برقی
از جمله مزايای سيستم فرمان الكتريکی می‌توان به افزايش سرعت و عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان‌پذيری آسان تر، به‌خصوص هنگام پارک خودرو میشود و با توجه به ارتباط مدار الكتريکی با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل می‌كند. از مزايای سيستم فرمان برقی در مقایسه با فرمان هيدرولیک می‌توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود ۵ درصد) و تقويت فرمان در سرعت‌های کُند و كاهش قدرت فرمان در سرعت‌های سریع را نام برد.
در سيستم فرمان برقی، تنها زمانی كه فرمان می‌چرخد، انرژی مصرف میشود؛ در حالی كه در سيستم فرمان هيدروليک، پمپ هيدروليک صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار می‌كند و حدود پنج اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبی و پمپاژ دائمی روغن هيدروليک در مدار میشود. حداکثر قدرت فرمان هيدروليک در سرعت‌های سریع است كه بيشترين دبی ازطریق پمپ توليد میشود؛ در حالی كه در سرعت‌های سریع كمترين نيرو برای چرخش فرمان مورد نياز است.
وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقی به‌دلیل حذف اتصالات هيدروليک، پمپ، پولی و… حدود چهار تا شش كيلوگرم كمتر از خودرو مجهز به سيستم فرمان هيدروليک است. همچنين، حذف روغن هيدروليک و چرخش‌‌ناپذیربودن اين روغن باعث كاهش اثرهای مخرب زيست محيطی آن میشود و مشكلات ناشی از ايرادهای مربوط به نشتی‌های روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است.
سیستم جعبه فرمان برقی که جدیدترین در نوع خود است، مزایای بسیاری دارد. برخی از این مزایا عبارت‌اند از:
- وزن خیلی کم
- هزینه نگه‌داری و تعمیر ارزان
- اشغال فضای کمتر از دیگر انواع
- فعال‌نبودن 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 راحت تر فرمان در موقعیت‌های مختلف
- افزایش پایداری خودرو
- افزایش ایمنی خودرو
- افزایش سرعت عملکرد فرمان
- کاهش مصرف سوخت
یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های این سیستم با جعبه فرمان‌های هیدرولیکی و الکتروهیدرولیکی، مصرف انرژی فقط در زمان چرخش غربیلک است. این امر در جلوگیری از هدر رفت انرژی تأثیر بسیار زیادی دارد. این جعبه فرمان نیز با وجود جدید و جوان بودن، همچنان معایبی دارد که باید مرتفع شود. هرچند این معایب درمقایسه با دیگر انواع جعبه فرمان کمتر هستند؛ اما به نوبه خود از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. این معایب عبارت‌اند از:
- قیمت تمام‌شده گران تولید و هزینه زیاد ساخت
- مناسب نبودن برای خودروهای سنگین
- حساسیت زیاد سیستم برقی
- ناهماهنگی سیستم با شرایط محیطی و ناتوانی در پیدا‌کردن این هماهنگی با شرایط اقلیمی خاص
علائم خرابی جعبه فرمان
سیستم فرمان استفاده شده در بسیاری از خودروهای مدرن، سیستم فرمان دنده شانه‌ای (rack and pinion) است. سیستم فرمان دنده شانه‌ای اجزای متعددی ازجمله چهار شاخه فرمان، محورهای اصلی و میانی را شامل میشود و در مرکز آن جعبه فرمان یا جعبه دنده فرمان قرار دارد.
این واحد مرکزی است که با استفاده از غربیلک و ستون فرمان، ورودی را از راننده دریافت میکند و سیگنال مکانیکی به میله‌ها و محورهای فرمان می‌فرستد تا چرخش‌های نرم و کارآمد خودرو را به چپ و راست کامل کند. با‌این‌حال، گاهی اوقات شانه‌ای فرمان یا جعبه فرمان فرسوده میشود. سرویس سریع و کارآمد برای تعمیر این قطعه مهم می‌تواند به معنای تفاوت بین ناراحتی جزئی و تعمیر اساسی مکانیکی باشد.
جعبه فرمان در اصل قلب سیستم فرمان خودرو است و درصورت فرسودگی یا خرابی کامل آن، هدایت وسیله نقلیه به‌خطر می‌افتد. اگر این اتفاق در هنگام رانندگی رخ دهد، ممکن است بسیار خطرناک باشد. به همین دلیل و بسیاری دلایل دیگر، آگاهی از علائم هشداردهنده معیوب شدن جعبه فرمان می‌تواند در هزینه و زمان صرفه جویی کند و احتمال تصادف را کاهش دهد. در اینجا، چند علامت یا علائم هشداردهنده وجود دارد که به راننده هشدار می‌دهد مشکلی احتمالی در جعبه فرمان خودرو یا دنده شانه‌ای ایجاد شده است.
۱. فرمان بسیار سفت است
سیستم‌های فرمان دنده شانه‌ای امروزی با واحد فرمان برقی پشتیبانی می‌شوند که با استفاده از فشار هیدرولیک، کنترل آسان و سریع غربیلک فرمان را ممکن میکند. هنگامی که فرمان سفت یا پیچ خوردن آن سخت تر از حد معمول میشود، معمولا به دلیل افزایش گرمای بیشتر دنده شانه‌ای یا جعبه فرمان یا از دست دادن فشار هیدرولیک واحد فرمان برقی است.
در هر صورت، مشکلی است که برطرف نمی‌شود و باید در اسرع وقت مکانیک ماهر آن را بررسی کند. بعضی اوقات کار به سادگی پیش می‌رود و مکانیک می‌تواند با افزودن روغن بیشتر یا تنظیم جزئی جعبه فرمان، این مشکل را حل کند و طول عمر جعبه فرمان خودرو را افزایش دهد.
۲. نشت روغن از جعبه فرمان
همان‌طور که گفتیم، گاهی اوقات سفت بودن فرمان با کم شدن قدرت فرمان خود را نشان می‌دهد. با این حال، از آنجا که جعبه فرمان هیدرولیک است، سطح روغن هیدرولیک کاهش نمی‌یابد؛ مگر اینکه نشتی در جایی از سیستم رخ دهد. هنگامی که روغن هیدرولیک از جعبه فرمان شروع به نشت کردن کند، یعنی قطعه‌ای شل شده یا واشری شکسته یا سایر مشکلات مکانیکی باعث نشتی شده است و باید این عیب در اسرع وقت برطرف شود.
انجام ندادن این کار باعث میشود در دنده شانه‌ای فرمان یا جعبه فرمان حرارت اضافی ایجاد کند و به طور بالقوه چرخ دنده‌ها و سایر قطعات را بشکند و به تصادف منجر شود. نشت روغن هیدرولیک فرمان را می‌توان با بوی آن (معمولا بوی روغن سوخته) از سایر مایعات متمایز کرد. همچنین معمولا رنگ قرمز یا صورتی دارد و از قسمت پشتی پیشرانه خودرو می‌چکد. درصورت مشاهده این نوع مایع در زیر خودرو، در اسرع وقت به مکانیک مراجعه کنید تا نشتی را بررسی کند و قبل از اینکه نشتی باعث آسیب بیشتر شود، آن را تعمیر کند.
۳. صدای گوش خراش هنگام فرمان گیری
خراب شدن جعبه فرمان معمولا به دلیل فقدان روان کاری و سرویس مناسب ایجاد میشود. گرمای اضافی باعث تماس فلز با فلز میشود؛ بنابراین، هنگام چرخاندن غربیلک به چپ یا راست، صدای گوش خراش و تیزی ایجاد میکند. اگر هم زمان بپیچید و به دست انداز هم برخورد کنید (مانند زمانی که به جاده داخل میشود)، واقعا می‌توانید متوجه این صدا شوید. اگر هنگام چرخاندن به چپ یا راست متوجه این صدای تیز شدید، با مکانیک تماس بگیرید تا درصورت لزوم به‌سرعت عیب جعبه فرمان را تشخیص دهد یا برخی قطعات معیوب را تعویض کند.
۴. بوی روغن سوخته
یکی از علائم هشدار دهنده در هنگام خرابی جعبه فرمان، احساس کردن بوی روغن سوخته از خودرو است. از آنجا که روغن هیدرولیک فرمان بوی روغن سوخته می‌دهد، بوی قوی روغن سوخته هنگام گرم شدن جعبه فرمان به وجود خواهد آمد. در این صورت، بلافاصله وسیله نقلیه خود را متوقف و مکانی امن برای پارک خودرو پیدا کنید و در اسرع وقت با مکانیک تماس بگیرید. تداوم رانندگی هنگام گرم شدن بیش از حد جعبه فرمان، ممکن است به آتش سوزی و آسیب‌های فاجعه بار منجر شود.
جعبه فرمان یکی از اجزای ضروری برای عملکرد نرم فرمان در هر خودرو مجهز به سیستم فرمان دنده شانه‌ای است. درصورت مشاهده هریک از علائم هشداردهنده یاد شده، در اسرع وقت با مکانیک ماهر محلی تماس بگیرید تا او بتواند آسیب‌های وارد شده را تشخیص دهد و تعمیرشان کند.
عیب‌یابی سیستم فرمان خودرو
در این بخش به سراغ عیب یابی سیستم فرمان خودرو می‌رویم. دلیل هر عیب در مقابل آن گفته شده و نحوه بر طرف کردن عیب هم در پرانتز آمده است.
۱. خلاصی زیاد در دستگاه فرمان
- اولین دلیل: لقی در دنده فرمان (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- دومین دلیل: لقی در اهرم بندی (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- سومین دلیل: خوردگی قطعات سگ دست (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- چهارمین دلیل: لقی یاتاقان چرخ (تعویض قطعه معیوب)
۲. سفتی فرمان
- اولین دلیل: کم بودن یا نا مساوی بودن باد تایرها (تنظیم باد تایرها)
- دومین دلیل: اصطکاک در جعبه فرمان (روغن کاری و تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- سومین دلیل: اصطکاک در اهرم بندی (روغن کاری و تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- چهارمین دلیل: اصطکاک در کینگ پین (روغن کاری و تعویض قطعات خُرد شده)
- پنجمین دلیل: میزان نبودن فرمان شامل زوایای کستر، کمبر و تواین (درصورت لزوم دوباره تنظیم گردد)
- ششمین دلیل: دفرمه شدن شاسی (شاسی را میزان کنید)
- هفتمین دلیل: ضعیف شدن فنرهای جلو (تعویض فنرها)
۳. گیج بودن فرمان خودرو
- اولین دلیل: کم یا نا میزان بودن باد تایرها (تایرها را تا میزان صحیح باد کنید)
- دومین دلیل: لقی اهرم‌ها (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده و روغن کاری)
- سومین دلیل: لقی دنده فرمان (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده و روغن کاری)
- چهارمین دلیل: میزان نبودن چرخ‌های جلو شامل زوایای کستر و کمبر (میزان کردن زوایای چرخ)
- پنجمین دلیل: شُل بودن اهرم‌ها (تنظیم مجدد و تعویض قطعات)
- ششمین دلیل: لقی در دنده فرمان (تنظیم مجدد و تعویض قطعات)
- هفتمین دلیل: لقی زیاد در کینگ پین (تعویض قطعات خُرد شده)
- هشتمین دلیل: لق بودن فنرهای عقب (محکم کردن)
- نهمین دلیل: معیوب بودن میله‌های تعادل دهنده (محکم کردن قطعات و اتصالات و تعویض در صورت خرابی)
۴ .خودرو در حالت عادی رانندگی به یک سمت کشیده میشود
- اولین دلیل: نا میزان بودن فشار باد تایرها (تنظیم باد تایرها)
- دومین دلیل: نا مساوی بودن کمبر یا کستر (تنظیم زوایا)
- سومین دلیل: افت نا مساوی و شکستگی و لق بودن اتصالات فنرها (محکم بستن و تعویض قطعات معیوب)
- چهارمین دلیل: سفت بودن یاتاقان چرخ (تنظیم مجدد و تعویض قطعات)
- پنجمین دلیل: یکی نبودن مسیر چرخها (آزمایش کردن مسیر چرخها، میزان کردن شاسی، محکم کردن قطعات و تعویض قطعات معیوب)
۵. خودرو در موقع ترمز‌کردن به یک سمت کشیده میشود
- اولین دلیل: گیر‌کردن ترمز (بازدید ترمزها و تنظیم مجدد)
- دومین دلیل: میزان نبودن باد تایرها (تنظیم فشار باد تایرها)
- سومین دلیل: غلط یا نا مساوی بودن کستر (تنظیم مجدد)
۶. چرخ جلو در سرعت کم لرزش دارد
- اولین دلیل: کم یا نا مساوی بودن فشار باد تایرها (تنظیم فشار باد تایرها)
- دومین دلیل: لقی اهرم بندی (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- سومین دلیل: لقی کینگ پین (تعویض قطعات خُرد شده)
- چهارمین دلیل: لقی دو دنده فرمان (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- پنجمین دلیل: قابلیت ارتجاع زیاد فنرهای جلو (تعویض و محکم کردن اتصالات)
- ششمین دلیل: درست نبودن کمبر یا نا مساوی بودن آن (تنظیم مجدد)
- هفتمین دلیل: نا منظم بودن شیار تایر (تعویض تایر فرسوده)
۷. چرخ‌های جلو در سرعت‌های زیاد ناپایدار است (لرزش در سرعت زیاد)
- اولین دلیل: چرخها نامتعادل است (چرخها را بالانس کنید)
- دومین دلیل: چرخها به مقدار زیاد از حالت دایره‌ای خارج شده (درصورت اشکال تعویض شود)
- سومین دلیل: معیوب‌بودن کمک فنر (تعمیر یا تعویض کنید)
۸. پس زدن فرمان
- اولین دلیل: کم یا نا مساوی بودن فشار باد تایر (تایرها را تا فشار باد صحیح تنظیم کنید)
- دومین دلیل: افت کردن فنرها (محکم کردن اتصالات و تعویض و تعمیر)
- سومین دلیل: معیوب بودن کمک فنرها (تعمیر یا تعویض)
- چهارمین دلیل: لقی اهرم بندی (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
- پنجمین دلیل: لقی در دنده فرمان (تنظیم مجدد و تعویض قطعات خُرد شده)
۹. تایرها در سر پیچ‌ها صدا تولید میکنند
- اولین دلیل: زیاد بودن سرعت (پیچ‌ها را با سرعت کمتری دور بزنید)
- دومین دلیل: کم یا نا مساوی بودن فشار باد تایرها (تایرها را تا فشار صحیح باد کنید)
- سومین دلیل: زوایای چرخ میزان نیست (آزمایش و تنظیم کنید)
۱۰. رانندگی خشن و سخت
- اولین دلیل: زیاد بودن فشار باد تایرها (فشار باد چرخها را تا میزان صحیح کاهش دهید)
- دومین دلیل: معیوب بودن کمک فنرها (تعمیر یا تعویض کنید)
۱۱. ساییدگی نادرست تایرها
- اولین دلیل: ساییدگی دو کناره سطح تماس تایر در اثر کمی فشار باد (تنظیم فشار باد تایرها)
- دومین دلیل: ساییدگی وسط سطح تماس دراثر زیادی فشار باد (تایرها را تا فشار صحیح باد کنید)
- سومین دلیل: ساییدگی یکی از کناره‌های سطح تماس دراثر زیاد بودن بیش از حد کمبر (زاویه کمبر را تنظیم کنید)
- چهارمین دلیل: ساییدگی لبه‌دار ناشی از تو این یا تواوت بیش از حد در سر پیچ‌ها (تواین یا تواوت را در سر پیچ‌ها تنظیم کنید و پیچ‌ها را با سرعت کمتری دور بزنید)
- پنجمین دلیل: ساییدگی گوشه ناشی از سرعت زیاد در سر پیچ‌ها (ترمزها و زوایای چرخ را میزان کنید)
- ششمین دلیل: ساییدگی غیر یکنواخت یا موضعی ناشی از علل مکانیکی (چرخها را میزان و اهرم‌ها را تنظیم کنید)
- هفتمین دلیل: ساییدگی سریع ناشی از سرعت زیاد (برای ازدیاد عمر تایر با سرعت کمتر برانید)
۱۲. کج شدن خودرو در سر پیچ‌ها
- اولین دلیل: لق بودن میله تعادل دهنده (محکم کنید)
- دومین دلیل: افت فنر یا ضعیف بودن فنر (تعمیر یا تعویض کنید)
- سومین دلیل: صحیح نبودن کستر (تنظیم کنید)
