فرمان کمکی الکترونیکی(EPS) چیست و چگونه کار می کند؟

نویسنده: علیرضا کرامتیان، مدیر مرکز فنی(آموزش و پشتیبانی فنی، گارانتی) و شبکه نمایندگی های خدمات پس از فروش شرکت رنو ایران

سیستم فرمان کمکی الکترونیکی EPS(Electronic Power Steering System) یکی از جدیدترین سیستم هایی است که بر روی خودروهای جدید نصب می شود و وظیفه آن آسان تر کردن و نرم تر کردن سیستم فرمان است. این سیستم معمولا بر روی خودروهای شاسی بلند نصب می شود. کارایی و دقت این سیستم بسیار بیشتر از دیگر انواع سیستم فرمان های کمکی است. در بعضی جزوات به این سیستم، فرمان کمکی برقی و یا الکترکی نیز گفته می شود.

در این سیستم یک کامپیوتر، یک موتور الکتریکی، چند سنسور، مدارات برقی و الکترونیکی جایگزین پمپ هیدرولیک، لوله های ارتباطی، مخزن هیدورلیک، تسمه و دیگر قطعات شده اند.

مهم ترین مزیت این سیستم، عملکرد آن بر پایه نیروی کمکی متغیر است که خصوصیات زیر را تامین می کند:

• نیروی کمکی فرمان در هنگام خاموش بودن موتور(در بعضی از خودروها)
• نیروی کمکی بالا در سرعت های پایین
• نیروی کمکی کم در سرعت های بالاتر

در خودروهایی که مجهز به سیستم کمکی فرمان از نوع هیدرولیکی هستند، گشتاور لازم برای عملکرد پمپ هیدرولیک فرمان توسط موتور تامین می شود و مقدار فرمان کمکی توسط یک میله پیچشی (Torsion Bar) تعیین می شود ولی در سیستم فرمان کمکی الکترونیکی، برای آسان کردن گردش فرمان، یک موتور الکتریکی جایگزین پمپ هیدرولیک شده است و نیروی کمکی را تامین می کند و تعیین مقدار نرم شدن فرمان توسط یک کامپیوتر و سنسورهای مربوطه انجام می گیرد لذا دقت آن نسبت به سیستم های دیگر از جمله سیستم کمکی هیدرولیکی بسیار بالاتر و عملکرد آن بسیار دقیق تر است.

همانطور که عنوان شد سیستم های فرمان کمکی هیدرولیکی نیروی مورد نیاز خود را مستقیما از موتور دریافت می کنند. یکی از پیامدهای این سیستم، سفت بودن فرمان در زمان خاموش بودن موتور است، این مشکل در سیستم های فرمان کمکی الکترونیکی برطرف شده است زیرا سیستم فرمان کمکی نیازمند به روشن بودن موتور نیست و عملکرد آن بستگی به سالم بودن باتری خودرو دارد. به عبارت دیگر برای نرم شدن فرمان تنها کافی است که باتری خودرو سالم و شارژ باشد و لزومی به روشن بودن موتور وجود ندارد.لازم به ذکر است که سیستم فرمان کمکی الکترونیکی تنها بر روی بعضی خودروها فعال است و این سیستم به دلیل بحث ذخیره انرژی(Energy Saving) بر روی بعضی خودروهای جدید، در حالت موتور خاموش غیرفعال شده است و صرفا وقتی موتور روشن باشد، فرمان کمکی برقی عمل خواهد کرد.

در خودروهایی که از سیستم هیدرولیک فرمان بهره می برند، در زمانی که بیشترین میزان اصطکاک مابین لاستیک های خودرو و سطح جاده وجود دارد، میله پیچشی(Torsion Bar) که در وسط شیر هیدرولیکی (مُقسم) قرار دارد، بیشترین میزان پیچش را داشته و دریچه ها طوری مقابل هم قرار می گیرند که بیشترین مسیر برای عبور روغن باز می شود و مقدار روغن زیادی به سمت جک هدایت شده و بیشترین میزان فرمان کمکی را در این وضعیت خواهیم داشت، در واقع تعیین میزان وجود اصطکاک و به سبب آن، افزایش یا کاهش نیروی کمکی توسط میله پیچشی(Torsion Bar) انجام می گیرد در حالی که این کار در خودروهای مجهز به سیستم فرمان کمکی الکترونیکی توسط سنسورهای مربوطه و بوسیله اطلاعاتی که بوسیله یونیت سیستم ESP به آن ارسال می شود، انجام می گیرد.

به عبارت دیگر سیستم فرمان الکترونیکی مناسبترین گشتاور لازم برای چرخاندن فرمان را با توجه به سرعت خودرو تامین می کند، در سرعت کم برای راحتی، گشتاور بالا و در سرعت بالا برای ایمنی و پایداری بهتر خودرو، گشتاور کمتری تولید می کند.

به عنوان مثال اگر خودرو در حالت سکون باشد و راننده بخواهد خودرو را که در یک خیابان، مابین دو خودرو دیگر که به صورت طولی قرار گرفته است، از حالت پارک خارج کند و یا خودرو را مابین دو خودرو دیگر که بصورت طولی قرار گرفته اند، پارک کند، سرعت خودرو در حد صفر است که توسط ESP تشخیص داده شده و به کامپیوتر فرمان الکترونیکی ارسال می شود، در این حالت موتور سیستم فرمان الکترونیکی بیشترین میزان گشتاور را اعمال کرده و گردش فرمان بسیار نرم می شود ولی وقتی خودرو با سرعت زیاد در جاده در حال حرکت است، کمترین میزان گشتاور توسط موتور فرمان الکترونیکی اعمال می گردد تا پایداری خودرو با اختلال مواجه نشده و خودرو دارای حداکثر ایمنی باشد.

سیستم فرمان الکترونیکی کمکی به دلیل اینکه توسط کامپیوتر کنترل می شود، دارای مزایای دیگری نیز هست. چنانچه مشکلی در سیستم فرمان الکترونیکی بوجود آید، چراغ اخطار بر روی صفحه نمایشگرها روشن می شود. لازم به ذکر است که در صورت بروز نقص در سیستم الکتریکی فرمان کمکی، فرمان بصورت مکانیکی قادر به عملکرد است.

اندازه گیرى گشتاور و زاویه فرمان:

بر روی ستون فرمان، یک سنسور قرار دارد که مقدار گشتاور اعمالی توسط راننده را اندازه گرفته و آن را به کامپیوتر سیستم فرمان کمکی اطلاع می دهد. کامپیوتر سیستم فرمان کمکی از این پارامتر جهت مدیریت سیستم تقویت فرمان استفاده می کند. وظیفه دیگر این سنسور اندازه گیری میزان گردش غربیلک فرمان توسط راننده می باشد.

ساختار سنسور و چگونگی عملکرد آن:

سنسور، گشتاور میزان پیچش میل پیچشی را اندازه مى گیرد. دو دیسک که دور تا دور آنها مشبک است در دو انتهای میله قرار گرفته اند. اندازه گیری از طریق پرتوهای نور سنسورها که از شبکه ها می گذرند، انجام می گیرد. نیروى به کار رفته توسط راننده بر روى غربیلک فرمان، سبب مى شود پرتو نور عبورى از دیسک ها باریک شود. این حالت نسبت مستقیم با میزان نیروی کمکی فرمان دارد.

لازم به ذکر است که در سیستم هاى اولیه، براى اندازه گیرى زاویه فرمان یک سنسور و برای اندازه گیری گشتاور اعمالی توسط راننده، یک سنسور دیگر مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از این سنسورها در داخل ستون فرمان قرار گرفته و میزان گردش میله پیچشی را برای تعیین مقدار گشتاور وارد شده به غربیلک فرمان، اندازه گیری مى کند و یک سنسور دیگر  بر روی دنده شانه ای قرار گرفته و مقدار چرخش میل فرمان را محاسبه می کند.

بدین ترتیب اگر راننده فرمان را بچرخاند، میزان چرخش و همچنین مقدار گشتاور اعمالی توسط این سنسور به کامپیوتر سیستم فرمان کمکی ارسال می شود. به عنوان مثال اگر راننده بنابر نیاز، فرمان را بطور ناگهانی به اندازه 30 درجه بچرخاند، عکس العمل سیستم فرمان کمکی در مقایسه با حالتی که راننده فرمان را به آرامی و به اندازه همان 30 درجه بچرخاند، متفاوت خواهد بود. به عبارت دیگر در زمانی که راننده بطور ناگهانی فرمان را می چرخاند، میزان تقویت فرمان توسط سیستم فرمان کمکی نسبت به زمانیکه راننده فرمان را به آرامی می چرخاند، بیشتر خواهد بود زیرا سیستم به کمک سنسور مذکور متوجه می شود که ممکن است راننده در شرایط بحرانی قرار گرفته است و نیاز دارد تا فرمان با سرعت زیادی گردش کند بنابراین میزان گشتاور اعمال شده توسط موتور فرمان الکترونیکی، برای کمک به چرخش فرمان بیشتر خواهد بود.

بطور خلاصه فرآیند سیستم فرمان کمکی را می توان بصورت زیر نمایش داد:

معرفی قطعات سیستم فرمان کمکی الکترونیکی:

فرمان کمکی الکترونیکی از اجزای زیادی تشکیل شده است که عبارتند از: موتور الکتریکی، کلاچ، مجموعه چرخدنده حلزونی به سمت دنده شانه ای فرمان و به سمت غربیلک فرمان، سنسور گشتاور، میل پیچشی، کامپیوتر، موتور الکتریکی.

یک موتور الکتریکى متصل به ستون فرمان باعث حرکت میل فرمان مى شود. همچنان که غربیلک فرمان به میله فرمان متصل است نیروى موتور الکتریکى به نیروى اعمالی توسط راننده، اضافه مى شود. همانطور که گفته شد کامپیوتر سیستم کمک فرمان الکترونیکى، نیروى تولیدی توسط موتور الکتریکی را با استفاده از سرعت خودرو و همچنین نیروى اعمالی توسط راننده کنترل می کند.

سنسور دما:

در مجموعه فرمان الکترونیکی، یک سنسور تعبیه شده است که دمای موتور و دیگر قطعات داخلی سیستم را اندازه گیری کرده و به کامپیوتر فرمان برقی ارسال می کند، چنانچه به دلیل استفاده بیش از اندازه از سیستم فرمان و عملکرد متناوب موتور فرمان الکترونیکی، دمای سیستم بالا برود و ریسک آسیب دیدن سیستم افزایش یابد، کامپیوتر سیستم فرمان الکترونیکی عملکرد فرمان کمکی را محدود و یا بطور کامل قطع می کند تا به قطعات سیستم فرمان کمکی آسیبی وارد نشود. در این وضعیت به دلیل خارج شدن فرمان کمکی برقی از سیستم، فرمان سفت خواهد شد. لازم به ذکر است که بعد از اینکه دمای سیستم کاهش پیدا کرد، عملکرد سیستم به حالت عادی باز می گردد و فرمان کمکی الکترونیکی وارد مدار خواهد شد.

سیستم بازگشت فرمان فعال:

به منظور افزایش راحتى راننده، برخى سیستم هاى کمکى فرمان الکترونیکی داراى سیستم بازگشت فرمان هستند. گشتاور کمکی با حرکت طبیعی غربیلک برای بازگشت به موقعیت مرکزی در حین رانندگی ترکیب می شود.

جبران کشیده شدن فرمان به یک طرف:

این سیستم کشیده شدن غیر معمولی فرمان را در خودرو تشخیص داده (در اثر ناهمواری جاده یا سایش غیر یکنواخت تایرها و غیره) و در نتیجه راننده را از اصلاح مداوم فرمان باز مى دارد که باعث افزایش راحتى راننده و پایداری خودرو مى شود. براى تشخیص کشیده شدن فرمان، کامپیوتر سیستم کمکی فرمان الکترونیکی، اعمال هرگونه گشتاور به غربیلک فرمان را در هنگامی که نزدیک به موقعیت مرکزی خود است، کنترل می کند.

نگهداری سیستم فرمان کمکی الکترونیکی:

سیستم فرمان کمکی الکترونیکی به دلیل نداشتن قطعات هیدرولیکی، دارای فرآیندهای نگهداری ساده تری می باشد. در این سیستم راننده می بایست از حرکت در جاده ها و خیابان های سیلابی و آب گرفته پرهیز کند زیرا نفوذ آب و رطوبت به موتور و کامپیوتر سیستم، می تواند به شدت به آن آسیب رسانده و هزینه های زیادی را به صاحب خودرو تحمیل نماید. صاحب خودرو می بایست از موتورشوئی غیراصولی پرهیز کند زیرا کلیه سیستم های برقی خودرو از جمله سیستم فرمان برقی کمکی در مقابل رطوبت و مایعات بسیار آسیب پذیر می باشند.

راننده می بایست مطابق جدول زمانی و بر اساس آنچه در دفترچه راهنمای مشتری توصیه شده است، بصورت دوره ای به یکی از نمایندگی های شبکه خدمات پس از فروش مراجعه نماید و سرویس های دوره ای بر روی خودرو ایشان انجام گیرد. یکی از موارد مهم در سرویس های دوره ای، بازدید از سیستم فرمان کمکی الکترونیکی می باشد. کارشناس دوره دیده بوسیله دستگاه عیب می تواند کلیه خطاهای(Fault) ذخیره شده اعم از خطاهای های دائمی(permanent) و یا خطاهای موقتی(Temporary) در کامپیوترهای مختلف خودرو از جمله کامپیوتر سیستم فرمان کمکی را مشاهده کرده و با توجه به دیگر اطلاعات و وضعیت های(Status) کامپیوترهای مختلف، وجود مشکل و یا خطا را بررسی و تفسیر کرده و به وجود ایراد در سیستم پی ببرد و یا از بروز مشکل در سیستم های مختلف خودرو در آینده آگاه شده و تدابیر تعمیراتی لازم را بیندیشد و از تحمیل هزینه های سنگین جلوگیری نماید.

تعمیرات فرمان کمکی الکترونیکی:

انجام هرگونه تعمیر بر روی سیستم کمکی فرمان می بایست در نمایندگی مجاز و توسط کارشناس دوره دیده و با تجربه انجام گیرد. صاحب خودرو می بایست از سپردن خودرو به کسانیکه دوره ها و آموزشهای تئوری و عملی لازم و تخصصی را در مراکز آموزش فنی معتبر نگذرانده اند، پرهیز نماید زیرا ممکن است علاوه بر اینکه ایراد خودرو برطرف نشود، مشکلات دیگری نیز برای خودرو ایجاد گردد.

What is the Electronic Power Steering (EPS) and how does it work?

Writer: Alireza Keramatian/ Renault IRAN Technical Hub and Network Manager