جعبه فرمان برقی (EPS) چیست؟ بررسی کامل مزایا، ساختار و نحوه عملکرد

جعبه فرمان برقی یا Electric Power Steering (EPS) نسل جدید سیستم‌های فرمان خودرو است که با حذف تجهیزات هیدرولیکی و استفاده از موتور الکتریکی، فرمان‌دهی نرم‌تر، هوشمندتر و کم‌مصرف‌تری را فراهم می‌کند.
در این سیستم، نیروی کمکی به‌جای پمپ هیدرولیک، توسط یک موتور الکتریکی کنترل‌شده با ECU تأمین می‌شود. این ساختار باعث کاهش مصرف انرژی، افزایش پایداری خودرو و بهبود راحتی راننده شده است.

آنچه در این مقاله خواهید خواند...

چرا فرمان برقی در خودروهای امروزی ضروری شده است؟

استفاده از فرمان برقی به دلیل مزایای فنی و اقتصادی گسترده، در خودروهای جدید تقریباً به یک استاندارد تبدیل شده است.

مهم‌ترین مزایای جعبه فرمان برقی نسبت به هیدرولیک

1) کنترل‌پذیری هوشمند بر اساس سرعت

در فرمان برقی:

در سرعت‌های پایین و هنگام پارک → فرمان نرم‌تر می‌شود
در سرعت‌های بالا → فرمان سفت‌تر می‌شود

این ویژگی باعث افزایش پایداری در سرعت بالا و راحتی در مانورهای کم‌سرعت می‌شود.

2) کاهش مصرف انرژی و سوخت

در سیستم هیدرولیک، پمپ دائماً از موتور انرژی می‌گیرد.
اما در EPS:

موتور الکتریکی فقط هنگام نیاز فعال می‌شود
مصرف انرژی حدود یک‌ششم سیستم هیدرولیک است
تا حدود 85٪ صرفه‌جویی انرژی نسبت به هیدرولیک ایجاد می‌شود

3) حذف کامل تجهیزات هیدرولیکی

در فرمان برقی اجزای زیر حذف می‌شوند:

پمپ هیدرولیک
تسمه پمپ
پولی هرزگرد
جک هیدرولیک
شیر هیدرولیک
لوله‌های روغن
روغن هیدرولیک

نتیجه:
سیستم تمیزتر، سبک‌تر و کم‌استهلاک‌تر.

4) وزن و حجم کمتر

فرمان برقی نسبت به هیدرولیکی:

سبک‌تر است
فضای کمتری اشغال می‌کند
طراحی ساده‌تری دارد

5) قابلیت Safe Fail

اگر بخش الکتریکی دچار مشکل شود:

بخش مکانیکی فرمان همچنان فعال می‌ماند
راننده می‌تواند خودرو را کنترل کند (با نیروی بیشتر)

6) عمر بیشتر و قابلیت اطمینان بالاتر

قطعات کمتر
عدم وجود روغن و نشتی
استهلاک پایین‌تر

7) مستقل بودن از موتور خودرو

عملکرد فرمان برقی وابسته به تسمه و موتور نیست، بنابراین:

روی راندمان موتور تأثیر مستقیم ندارد
در خودروهای هیبریدی و برقی ایده‌آل است

استفاده از جعبه فرمان برقی در خودروهای امروزی به منظور ارتقا و بهبود پایداری خودرو و راحتی راننده به امری ضروری تبدیل شده است. جعبه فرمان الکتریکی خودرو نسبت به جعبه فرمان‌های هیدرولیکی دارای مزایا و قابلیت‌های ذیل می‌باشند:

قابلیت کنترل پذیری جعبه فرمان‌های الکتریکی نسبت به جعبه فرمان‌های هیدرولیکی بسیار بالاتر می‌باشد به نحوی که با افزایش سرعت خودرو فرمان سفت‌تر و با کاهش سرعت خودرو و بخصوص حین پارک کردن خودرو، فرمان سفت‌تر می شود.
پمپ هیدرولیک جعبه فرمان هیدرولیکی در تمام مدت زمانی که موتور روشن می‌باشد، از موتور انرژی دریافت می‌کند که هم باعث افزایش مصرف سوخت و آلایندگی می‌شود و هم استهلاک قطعات هیدرولیک افزایش می‌یابد.
در جعبه فرمان‌های الکتریکی (سیستم فرمان خودرو) استراتژی مدیریت مصرف انرژی بهینه تر صورت می‌پذیرد و عمدتا با گردش زیاد غربیلک فرمان جریان برق مصرفی بیشتری صورت گرفته و در سرعت های زیاد که زاویه فرمان کمی اعمال می شود از جریان برق اندکی استفاه می‌نماید.
جعبه فرمان‌های الکتریکی نسبت به جعبه فرمان های هیدرولیک (مشاهده فیلم آموزشی جعبه فرمان هیدرولیک خودرو در کانال آپارات ایمگ) تمیزتر بوده و تعداد قطعات آن نیز کمتر می‌باشد.
جعبه فرمان برقی نسبت به جعبه فرمان هیدرولیکی ارزان‌تر می‌باشند.
حذف ادوات هیدرولیک از قبیل پمپ هیدرولیک (pump)، پولی هرزگرد (Idler pulley)،شیر هیدرولیک فرمان، لوله‌های رابط، تسمه پمپ هیدرولیک، جک هیدرولیک (hydraulic jack) و روغن هیدرولیک
وزن کمتر سیستم فرمان برقی نسبت به سیستم هیدرولیکی
تغییرات کمتر در قسمت مکانیکی فرمان هنگام طراحی فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیکی
فرمان الکتریکی به صورت Safe Fail عمل می‌کند به نحوی که اگر بخش الکتریکی به دلایلی دچار مشکل شود، بخش مکانیکی فرمان می تواند به کار ادامه دهد.
انرژی مصرفی در فرمان الکتریکی، حدود یک ششم انرژی مصرفی در فرمان هیدرولیک است. به عبارت دیگر به مقدار 85 % در انرژی مصرفی فرمان الکتریکی نسبت به فرمان هیدرولیکی صرفه جویی می‌شود.
کاهش حجم و وزن سیستم فرمان برقی نسبت به سیستم فرمان هیدرولیک
سیستم فرمان برقی مستقل از موتور خودرو می‌باشد به نحوی که عملکرد سیستم فرمان برقی تاثیری در عملکرد موتور ندارد.
زمان مونتاژ سیستم فرمان برقی کمتر از سیستم فرمان هیدرولیکی می‌باشد.
سیستم فرمان الکتریکی دارای عمر موثر بیشتری نسبت به فرمان هیدرولیکی می‌باشد.
سیستم فرمان الکتریکی قابلیت اطمینان و ایمنی بالاتری در شرایط بحرانی نسبت به سیستم فرمان هیدرولیکی دارد.
با یکبار طراحی سیستم فرمان برقی و انجام کالیبراسیون مجدد، قابلیت استفاده در خودروهای مختلف وجود خواهد داشت.

جعبه فرمان‌های الکتریکی از اجزای زیر تشکیل شده اند:

سنسور زاویه غربیلک فرمان: این سنسور بر روی محور ستون فرمان نصب شده است و مقدار زاویه دوران غربیلک فرمان و همچنین شتاب حرکت آن را اندازه گیری کرده و به واحد کنترل یا ECU سیستم فرمان الکتریکی گزارش می‌دهد.
موتور الکتریکی: جعبه فرمان برقی شامل یک موتور الکتریکی بدون زغال یا Brushless می باشد که با دریافت اطلاعات از واحد کنترل جعبه فرمان برقی، میزان زاویه دوران و شتاب لازم را تولید کرده و از طریق یک جعبه دنده حلزون و چرخ حلزون با نسبت 20، توان لازم را به پینیون جعبه فرمان منتقل می نماید. استفاده از جعبه دنده حلزون چرخ حلزون با نسبت 20 باعث می‌شود که دور موتور یک بیستم شده و گشتاور آن 20 برابر شده و به پینیون جعبه فرمان منتقل شود.
واحد کنترل یا ECU: واحد کنترل، سنسور و موتور جعبه فرمان الکتریکی به صورت یکپارچه بر روی ستون فرمان نصب می گردند. واحد کنترل الکترونیکی جعبه فرمان برقی، اطلاعات لازم را از شبکه مالتی پلکس خودرو و سنسور زاویه غربیلک فرمان دریافت کرده و نسبت به اتخاذ تصمیم میزان دوران موتور و گشتاور تولیدی آن دستورات لازم را به موتور الکتریکی ارسال می نماید.

قدرت خروجی موتور برقی و گیربکس حلزون و چرخ حلزون به محور پینیون جعبه فرمان منتقل می‌شود. جعبه فرمان خودروهای امروزی عمدتا از نوع چرخ دنده شانه‌ای می باشد که قدرت کمکی را از موتور الکتریکی و گیربکس دریافت کرده و از طریق شانه‌ای به مکانیزم فرمان و نهایتا چرخ‌ها منتقل می نماید و باعث دوران چرخ‌ها حین عملیات فرمان دهی می‌گردد.

کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان

پس از بار باز و بست کردن سیستم فرمان برقی خودرو و بخصوص سرویس و نگهداری سنسور زاویه فرمان باید نسبت به کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان اقدام کرد. با انجام کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان، نقطه مبنا یا نقطه صفر عملکرد سیستم فرمان برای واحد کنترل الکترونیکی فرمان تعریف می‌شود و پس از آن قادر به محاسبه میزان دوران غربیلک و نتیجتا دوران چرخ ها کرده و تاثیرات سرعت خودرو، دور موتور و سایر پارامترها بر عملکرد فرمان برقی را لحاظ خواهد کرد.

در صورت عدم کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان، عملکرد سیستم فرمان برقی مطلوب نمی باشد و ممکن است در شرایط مختلف همچون سرعت بالا و سرعت پایین واکنش های مطلوب را نداشته باشد ضمن اینکه ممکن است در حرکت مستقیم، غربیلک فرمان در موقعیت استاندارد قرار نگیرد.

برای انجام کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان خودروی دنا اتوماتیک از رویه زیر استفاده کنید:
1- موتور را روشن کنید و فرمان را در حالت مستقیم قرار دهید.
2- دستگاه دیاگ را به خودرو متصل نمایید.
3- موتور را خاموش کنید و سوئیچ را روشن کنید.
4- از منوی فرمان برقی، کدهای خطا را پاک کنید.
5- از منوی کالیبراسیون، کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان را انتخاب کنید.
6- پس از تایید دستگاه دیاگ، کالیبراسیون سنسور زاویه فرمان انجام شده است.

جمع‌بندی نهایی

جعبه فرمان برقی نسل پیشرفته سیستم‌های فرمان است که با حذف تجهیزات هیدرولیکی، مصرف انرژی را به شدت کاهش داده و کنترل هوشمند فرمان را ممکن ساخته است.
این سیستم سبک‌تر، کم‌استهلاک‌تر، ایمن‌تر و اقتصادی‌تر از فرمان هیدرولیکی است و به دلیل قابلیت تطبیق با سرعت خودرو، نقش مهمی در افزایش پایداری و راحتی رانندگی دارد.