شاید اولین قطعهای که از خودرو در ذهن همه افراد تجسم میشود، فرمان است. فرمانها عامل اصلی در هدایت خودرو هستند. در حقیقت راننده از طریق جعبه فرمان و اجزای آن میتواند مسیرها را انتخاب کند. کوچکترین اشتباهها در هدایت فرمان میتواند بزرگترین خسارتها را باعث شود. حفظ جان سرنشینان و سایر افراد به صحت عملکرد فرمان بستگی دارد. خودروسازان خیلی زود به اهمیت این قطعه پی بردند و تلاش کردند تا به کمک تکنولوژی و اصول علمی، جعبه فرمانهایی دقیقتر، منعطفتر، سریعتر و امنتر بسازند.
جعبه فرمان چیست؟
جعبه فرمان یکی از بخشهای سیستم هدایت خودرو است که وظیفه انتقال گشتاور دست راننده را به چرخها دارد. علاوه بر این جعبه فرمان میتواند سبب افزایش نیروی گشتاور شود. این دستگاه روی اتاق خودرو نصب میشود و نیروهای گشتاور را به کمک مفصلها و سیبکها به سگدست انتقال میدهد.
انواع جعبه فرمان
این جعبهها میتوانند قابلیتها، روشها و کیفیتهای مختلفی داشته باشند. به همین دلیل این قطعه انواع متنوعی دارد. با وجود این که ساختار و فرایند کاری تمام جعبه فرمانها یکسان است اما کیفیت اجرا میتواند بسیار متفاوت باشد. هر چه جعبه فرمان کیفیت بیشتری داشته باشد، راننده راحتتر خودرو را کنترل و هدایت خواهد کرد. به طور کل میتوان این قطعات را به دو دسته «مکانیکی» و «همراه با نیروی کمکی» تقسیمبندی کرد.
جعبه فرمان مکانیکی
سادهترین جعبه فرمانها از نوع مکانیکی هستند. امروزه بهترین جعبههای مکانیکی هم با نیروهای کمکی تجهیز میشوند تا کار با آنها راحتتر باشد. استفاده از برخی مدلهای این نوع جعبه فرمان نیز به طور کل منسوخ شده است. در ادامه به برخی از معروفترین انواع جعبههای مکانیکی اشاره میکنیم.
حلزونی انگشتی
حلزونی انگشتی سادهترین نوع جعبههای مکانیکی است. این سیستم از یک پوسته جعبه مربعی شکل و قطعاتی با نام انگشتی و حلزونی تشکیل شده است. در این سیستم که سالها است مورد استفاده قرار نمیگیرد، نیروی زیادی برای چرخاندن و تغییر مسیر وسیله نیاز است.
حلزونی با دنده تاج خروسی
در این جعبه از دندههای تاج خروسی به جای دنده انگشتی استفاده شده است تا حرکت خودرو کمی تسهیل شود. این جعبه فرمان نیز یک سیستم از کار افتاده به حساب میآید.
حلزونی غلتکی
در این جعبهها از حلزونهای غلتکی برای ایجاد اتصال و چرخاندن لاستیکها استفاده میشد. با وجود اعمال تغییرات محسوس و قابل توجه، اما جعبه فرمانهای حلزونی غلتکی نتوانستند معایب یک سیستم مکانیکی را به طور کامل رفع کنند. این مدل تا چند سال پیش همچنان کاربرد داشت اما با پیدایش انواع جدید جعبههای مکانیکی و هیدرولیکی، به مرور محبوبیت خودش را از دست داد.
ساچمهای با دنده تاج خروسی
جعبههای ساچمهای تاج خروسی برای هدایت خودروهای سنگین به کار میروند. این نوع جعبه فرمان مکانیکی ترکیبی از دو نوع دنده مختلف تاج خروسی است. به کمک دندههای بزرگ و کوچک حرکت دادن چرخها کمی آسانتر میشود. وزن چرخهای خودروهای سنگین بسیار زیاد است و حرکت دادن آنها به وسیله سیستمهای قدیمیتر بسیار طاقتفرسا بود.
چرخ دنده شانهای
سیستمهای چرخ دنده شانهای رایجترین و بهترین نوع جعبههای مکانیکی است. پوسته این نوع جعبه فرمان یک سیلندر فلزی است و از بست اتصال، بازوی فرمان، پیچ و مهره لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان و دنده شانهای تشکیل میشود. قیمت مناسب، حجم و وزن کم از مزایای این سیستم است. با این وجود سیستم چرخ دنده شانهای محدودیتهای در افزایش گشتاور و پایداری خودرو ایجاد میکند.
جعبه فرمان با نیروی کمکی
این روزها برای تولید خودروها از جعبه فرمان با نیروی کمکی استفاده میشود. این جعبه به راننده اجازه میدهد تا به آسانی فرمان را به گردش در بیاورد. برای سهولت چرخش فرمان، از نیروی هیدرولیکی یا الکتریکی استفاده میشود. احتمالا نام فرمانهای هیدرولیک را تا امروز شنیدهاید. این فرمانها از جعبههای مجهز به نیروی هیدرولیک استفاده میکنند. خودروهای جدیدتر و پیشرفتهتر نیز از نیروی الکتریکی برای چرخش فرمان کمک میگیرند. رانندگی به کمک این فرمانها اصطلاحا نرمتر خواهد بود.
هیدرولیکی
ساختار این سیستم شباهت زیادی به سیستم مکانیکی شانهای دارد؛ با این تفاوت که فشار هیدرولیکی دنده شانهای را به حرکت در میآورد. میتوان گفت اگر سیستم فشار هیدرولیک را به جعبه مکانیکی شانهای اضافه کنیم، جعبه فرمان هیدرولیکی تولید خواهد شد.
تجهیزات سیستم هیدرولیکی شامل پمپ، شیر، تسمه و جک هیدرولیک به همراه مخزن و لولههای رفت و برگشت روغن است. نیروی پمپ از طریق تسمه موتور دریافت میشود. در این سیستم روغن با فشار بالایی به پشت شیر هیدرولیک منتقل شده و هدایت چرخها توسط جک هیدرولیک کنترل میشود.
نیاز به نیروی کمتر نسبت به فرمانهای مکانیکی، کاهش لرزش و ارتعاشات فرمان، کاهش حساسیت فرمان در سرعت بالا، افزایش پایداری خودرو و کنترل راحتتر اتومبیل از مزایای فرمانهای هیدرولیک محسوب میشود. همچنین افزایش مصرف سوخت، کاهش توان موتور و استهلاک بالا معایب سیستم هیدرولیکی است.
الکتروهیدرولیکی
این جعبه فرمان فرایندهای مشابه با سیستم هیدرولیکی دارد اما پمپ از طریق نیروی موتور تغذیه نمیشود. در نتیجه توان موتور کاهش نخواهد یافت. در این جعبه برای تامین نیروی پمپ از یک موتور الکتریکی مجزا استفاده شده است. این موتور دقیقا پشت پمپ جایگذاری میشود و جایگزین تسمه هیدرولیک است.
در این جعبه فرمان یک سنسور سنجش سرعت و یک ECU فشار روغن را با سرعت خودرو هماهنگ میکنند. بدین ترتیب در سرعتهای مختلف راننده کنترل بهتری روی فرمان خواهد داشت. جلوگیری از کاهش توان موتور و افزایش سوخت مهمترین ویژگیهای جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی است.
الکتریکی
در جعبه فرمانهای الکتریکی دیگر خبری از نیروهای مکانیکی یا هیدرولیکی نیست. تمام نیروی کمکی برای چرخاندن فرمان از طریق موتور الکتریکی تامین میشود. این نوع جعبه بهترین و پیشرفتهترین سیستم برای هدایت و کنترل خودرو محسوب میشود. موتور الکتریکی، سنسور گشتاور و ECU عناصر اصلی جعبه فرمان الکتریکی هستند.
از مزایای این سیستم میتوان به وزن بسیار کم، هزینههای پایین تعمیر و نگهداری، افزایش ایمنی و پایداری خودرو، اشتغال فضای کمتر در موتور، تغییر وضعیت و هماهنگی با شرایط خودرو، امکان متوقف کردن و خاموشی موقت و کاهش مصرف سوخت اشاره کرد.
در طرف مقابل باید گفت که این سیستم قیمت تمام شده بالایی دارد و برای خودروهای سنگین مناسب نیست. همچنین این جعبه فرمان برای شرایط اقلیمی خاص یا پیمودن مسیرهای صعبالعبور نمیتواند بهترین گزینه باشد.
جمعبندی
جعبه فرمان طی سالهای اخیر تحولات زیادی را پشت سر گذاشته است. خودروهای امروزی از پیشرفتهترین جعبههای الکتروهیدرولیکی و الکتریکی استفاده میکنند. استفاده از سیستمهای مکانیکی بسیار منسوخ شده است و حتی تز جعبههای هیدرولیکی برای ساخت خودروهایی با درجه کیفیت متوسط و قیمت ارزان استفاده میشود.
اگر تجربه راندن خودروهای گرانقیمت و بهروز را داشته باشید، متوجه شدهاید که با کوچکترین نیرو فرمان به حرکت درمیآید. همچین چرخاندن فرمان در سرعتهای بالا کمی سختتر میشود. هر روز جعبه فرمانها هوشمندتر میشوند تا هدایت خودرو آسانتر شود و امنیت جان سرنشینان افزایش یابد.