سامانه کنترل الکترونیکی فرمان Steering By Wire

Steering By Wire سامانه کنترل الکترونیکی فرمان

کنترل خودرو به وسیله برق (Drive By Wire) یکی از تکنولوژی هایی است که در آینده شاهد حضور آن در خودرو به  صورت گسترده  خواهیم بود . این فناوری بیانگر آن است که احتمالاً در آینده ما از قطعات و سیستم های مکانیکیکمتری در خودروها استفاده می کنیم و به جای آن از سامانه الکترومکانیکی ، بین انسان و ماشین مانند پدال ها و سنسورهای الکترونیکی روی خودروها بهره می بریم . از این رو اجزایی چون ستون فرمان ، شافت ها ، پمپ ها و تسمه ها ، از ساختمان خودرو حذف می شوند . نمونه هایی از این تکنولوژی شامل کنترل الکترونیکی دریچه گاز (ElectronicThrottle Control) ، ترمز الکترونیکی (Break By Wire) ، فرمان الکترونیکی (Steering By Wire) و سیستم تعلیق الکترونیکی فعال (Active Suspension By Wire) هستند .

اولین خودرویی که از این تکنولوژی بهره گرفت ، شورلت کوروت سری 1980 بود که به یک سیستم کنترل الکترونیکی دریچه گاز مجهز شده بود . ناگفته نماند که این سیستم روی بسیاری از خودروهای امروزی همچون پژو 206 نیز موجود است . بعضی نظریه ها در این مورد بیانگر آن است که احتمالاً در یک خودرو مجهز به این تکنولوژی ها ، این امکان وجود دارد تا شما مجموعه المان هایی که با آن خودرو را کنترل    می کنید . به طور کامل و به راحتی از جدا کرده و خودرو را از جای دیگری هدایت کنید . این موضوع بدان معناست که این خودروها به وسیله مجموعه ای از دکمه ها ، جوی استیک ها و حتی فرمان های صوتی هدایت می شوند .

در این نوشتار به یکی از این تکنولوژی ها یعنی سیستم کنترل الکترونیکی فرمان (Steering By Wire) می پردازیم .

تا کنون سه نوع سامانه فرمان های الکتریکی در خودرو معرفی شده که عبارتند از :

- سیستم فرمان الکتریکی معمولی (ارتباط مکانیکی همراه با تقویت کننده الکتریکی ) ، در این نوع فرمان ، یک موتور الکتریکی با گرفتن فرمان از واحد کنترل ، عمل چرخاندن چرخ ها را تسهیل می کند .

- کنترل الکترونیکی فرمان همراه با مدار پشتیبان هیدرولیکی ، که در آن ارتباطات مکانیکی حذف شده و عمل چرخاندن چرخ های فرمان پذیر صرفاً توسط سیگنال ها و قطعات الکترونیکی انجام می پذیرد . نکته قابل توجه این است که مدار هیدرولیکی تعبیه شده روی فرمان در مواقع اضطراری و خرابی سیستم الکترونیکی وارد مدار شده تا عمل چرخاندن چرخ ها را بر عهده بگیرد .

- سیستم فرمان کاملاً الکترونیکی ، که موضوع مورد بحث ماست و مسئولیت چرخاندن چرخ ها کاملاً بر دوش مدارات و تجهیزات الکترونیکی بوده و از هیچ گونه کوپلینگ مکانیکی بین غربیلک فرمان و چرخ ها استفاده نمی شود .

چهار وظیفه اصلی یک مدار فرمان به شرح ذیل است :

1- تطابق دقیق و سریع چرخ های فرمان پذیر با غربیلک فرمان .

این قابلیت بیانگر آن است که پرخ باید سریعاً مطابق میزان گشتاوری که راننده بر غربیلک اعمال می کند بچرخد .

2- شبیه سازی احساس ناشی از چرخاندن فرمان مکانیکی در راننده . عدم وجود یک ارتباط مکانیکی باعث می شود که فرمان راحت ، نرم و در هر شرایط جاده ای بچرخد . این مشخصه علیرغم مثبت بودن ، در بعضی اوقات مشکل ساز نمی شود زیرا شما درک صحیحی از مشخصه های سطح جاده و شرایط بین جاده و لاستیک پیدا نمی کنید .

3- قابلیت بازگشت قربیلک فرمان به جای اول خود پس از عبور از یک پیچ .

حتماً بسیار این نکته را تجربه کرده اید که وقتی از یک پیچ در جاده عبور می کنید فرمان به طور خودکار به جای اول خود باز می گردد . شبیه سازی این عملکرد امری حیاتی است .

4- قابلیت بوجود آوردن ضریب فرمان های مختلف در سرعت های متفاوت .

این نکته هم پر واضح است که میزان فرمان مورد نیاز برای پارک کردن یک خودرو در یک جای باریک بسیار بیشتر از وقتی است که خودرو را با سرعت 120 کیلومتر بر ساعت از یک پیچ جاده عبور می دهیم . پس شما با یک تحریک یکسان غربیلک فرمان باید فرمان گیری متفاوتی بر اساس سرعت خودرو را تجربه کنید . اصولاً یک سیستم کنترل الکترونیکی فرمان از دو مدار مجزا تشکیل شده است :

مدار کنترل و قدرت

وظیفه سنجش میزان گشتاور وارده بر غربیلک فرمان توسط راننده و تغییر زاویه چرخ ها را بر عهده دارد .

مدار بازخورد (فیدبک)

این امکان را به راننده می دهد تا عکس العمل چرخ ها را حس کند و درک صحیحی از شرایط جاده ای داشته باشد .

عملکرد دقیق این سیستم بدین گونه است که در ابتدا میزان گشتاور اعمالی راننده بر غربیلک توسط سنسور تعبیه شده بر پشت فرمان اندازه گیری شده و اطلاعات حاصله به واحد پردازشگر ارسال می شود . این واحد سیگنالی که تابعی از خودرو است را به کنترلر موتور ارسال می کند . سیگنال وارده در این قسمت به یک جریان الکتریکی تبدیل شده و به موتورها وارد می شود . موتورها نیز نیروی لازم جهت زاویه دادن به چرخ ها را اعمال می کند . می توان نتیجه گرفت که گشتاور خروجی از موتورها خود نیز تابعی از گشتاور اعمالی راننده است .

ادامه عملکرد سیستم وارد مدار فیدبک شده به طوری که یک سنسور گشتاور در این قسمت میزان گشتاور وارده بر چرخ ها را محاسبه می کند که تأثیر پذیر مواردی چون نیروی موتورها و نیروهای خارجی مؤثر بر  چرخ ها است . در قدم بعدی نیز موقعیت دنده شانه فرمان توسط سنسور دیگری شناسایی شده و اطلاعات حاصله به واحد کنترل مدار فیدبک ارسال می شود . از سوی دیگر سنسور موقعیت دیگری نیز که پشت غربیلک فرمان جاسازی شده اطلاعاتی را به این واحد ارسال می دارد که نتیجه آن تولید یک جریان الکتریکی و حرکت موتور کنترل غربیلک فرمان است . بنابراین موقعیت غربیلک نیز خود تابعی از موقعیت چرخ ها است . اجزای اصلی تشکیل دهنده این سیستم نیز همانگونه که اشاره شد در قسمت غربیلک شامل یک موتور الکتریکی ، سنسور گشتاور ، سنسور موقعیت فرمان و در قسمت چرخ ها نیز شامل عملگر (موتور) ، ساختار دنده و شانه و سنسور موقعیت دنده است .

مزایای استفاده از سیستم فرمان الکترنیکی

- به دلیل حذف ارتباطات مکانیکی و روبرو نبودن با مشکلات ناشی از آن ، طراحی درون خودرو بسیار ساده تر خواهد بود .

- بهره گیری از سامانه های هوشمند پارک اتوماتیک و نصب آنها ، ساده تر است .

- با یک تحریک کوچک غربیلک فرمان ، می توان مقدار زیادی به چرخ ها زاویه داد و دیگر برای پارک خودرو و یا دور زدن مجبور نخواهیم بود غربیلک را چند دور بچرخانیم .

- به دلیل حذف ارتباطات مکانیکی، پمپ هیدرولیک و اجزایی از قبیل، سر و صدای ناشی از آن و لرزش ها به حداقل خود می رسند.

- با بهره گیری از این سامانه ، قربیلک فرمان می تواند هر جای خودرو قرار بگیرد و یا حتی طی حرکت می توان آن را از شخصی به شخص دیگر تحویل داد!

- موقعیت صندلی راننده انعطاف پذیرتر و قابل تغییر است.

- به دلیل فقدان ستون فرمان و محور چرخان ، محل قرارگیری پیشرانه و گیربکس ساده تر می شود.

- همانگونه که میدانید پمپ هیدرولیک فرمان در هر شرایطی در حال چرخیدن و گرفتن نیرو از پیشرانه است ، از این رو حذف این قطعه تاثیر مثبتی در کاهش مصرف سوخت خواهد داشت.

- وزن کلی خودرو کاهش می یابد.

- به دلیل حذف ستون فرمان ، ریسک ناشی از برخورد راننده با فرمان در هنگام تصادفات از روبرو کم می شود.

- در خودروهای هیبریدی به دلیل خاموش شدن مکرر پیشرانه احتراقی طی حرکت، امکان استفاده از فرمان هیدرولیکی فراهم نیست. از این رو بهره گیری در خودروهای هیبریدی پیشنهاد می شود.

- به دلیل داشتن پارامترهای دیجیتالی و الکترونیکی به راحتی و با تعبیه یک حافظه داخلی می توان تاریخچه ای از فرمان های صادره از راننده همچون جعبه سیاه هواپیما تهیه کرد . برای مثال بعد از رخداد یک تصادف می توان به بررسی موقعیت فرمان خودرو و تغییر مسیرهای ناگهانی پرداخت.

اشکالات استفاده از سیستم فرمان الکترونیکی

تنها ایراد بزرگ ، از کار افتادن سیستم در هنگام قطع جریان برق بوده که مطمئناً منجربه یک تراژدی فجیع خواهد شد. بهره گیری از یک مدار پشتیبان هیدرولیکی همانند آنچه در قبل گفته شد برای جلوگیری از این مورد توصیه می شود. همین عامل عدم اطمینان پذیری باعث جلوگیری از گسترش استفاده از این سیستم در خودروهای تولید انبوه شده، به طوری که اکثراً آن را روی خودروهای مفهومی، لیفتراک ها و ماشین آلات کشاورزی همچون تراکتورها مشاهده می کنیم.

مشخصه های اضافی قابل نصب روی سیستم فرمان الکترونیکی سیستم پارک خودکار

سامانه پارک خودکار می تواند اطلاعات لازم را از سنسورهای فاصله ، دوربین ها و سنسور سرعت خودرو دریافت کرده و میزان فرمان مورد نیاز برای پارک خودرو را به واحد کنترل و عملگرهای مدار فرمان بدهد تا خودرو به راحتی و در کوتاه ترین زمان به طور خودکار پارک شود.

سیستم کنترل پایداری خودرو

با بهره گیری از سیستم فرمان الکترونیکی همه موتورها و سنسورهایی که برای اصلاح فرمان خودرو به جهت رسیدن به حالت پایدار مورد نیاز است ، قبلاً نصب شده اند.

سیستم هشدار خروج از لاین جاده

با بهره گیری از سیستم هشدار خروج از لاین جاده ، سیستم فرمان الکترونیکی به طور خودکار می تواند خودرو را به لاین قبلی برگرداند.

نوشته شده توسط : سینا مکانیک1390.2.28