سيستم فرمان و کنترل

سيستم فرمان و کنترل
در اين جا به بررسي و معرفي انواع سيستم هاي فرمان، جعبه فرمان ها و هندسه ي فرمان پرداخته و سپس با توجه به محدوديت هايي كه در ساخت و يا در بازار وجود دارد بهترين سيستم هاي موجود را مورد بررسي قرار مي دهيم. قبل از اینکه وارد بحث شویم نیروهای وارد بر سیستم را شناسایی خواهیم کرد. نیروهای مخالف با حرکت چرخ عبارتند از :
• نیروی اصطکاک

• نیروی شتاب گیری
• نیروی جانب به مرکز یا همان گریز از مرکز
• نیروی هوا و باد
• نیروی حاصل از شیب جاده
نيروهاي فوق بر حركت و كنترل خودرو تاثير مي گذارند، علاوه بر آن، حركت خودرو، خود نيز تاثير پذير از موارد زير است :
• متعادل توزیع شدن نیرو بر چرخ ها
• عرض خودرو و فاصله بین دو محور
• کیفیت ارتعاش گیرها
• سطح اتکای موثر

در طراحی فرمان با تنظیم صحیح زوایای فرمان، نکات فوق را لحاظ می کنیم، اما باید به مسئله ی حرکت راحت و آسان چرخ توسط نیروی منتقل شده از طریق فرمان نیز توجه کرد. یکی از مهمترین معیارهایی که درانتخاب نوع فرمان نقش دارد، ایمنی آن است. مانند استفاده از کیسه هوا یا استفاده از نوعی میل فرمان که در مقابل ضربه، تا می شود. مثلا در نوعی ميل فرمان به نام ستون لوله ای، فرمان از نوع تلسكوپي می باشد. مزایای این سیستم عبارتند از:

• تاب بر نمی دارد.
• در هنگام ضربه شدید مثل تلسکوپ عمل کرده و از طول جمع می شود و لذا انرژی را جذب کرده و از فشار ضربه کاسته می شود و حالت بالشتکی ایجاد می کند.
در نوعی دیگر به هنگام ضربه ستون پایینی به طرف بالا حرکت می کند و انرژی ضربه را می گیرد.
تقسیم بندی فرمان به دو دسته است: الف)دستی ب) غیر دستی

منظور از فرمان دستی، فرمانی است که نیروی دست راننده مستقیم به چرخ منتقل می شود و فرمان غیردستی فرمانی است که در آن برای کاستن نیروی مورد نیاز برای چرخاندن فرمان از وسایل رابط کمک کننده استفاده می کنند. بعنوان مثال، در فرمان غیردستی از خاصیت هیدرولیک و مغناطیس در جعبه فرمان برای افزایش نیروی راننده استفاده می شود. در اینجا به توضیح اجزای فرمان مي پردازيم.
اجزای فرمان دستی عبارتند از:
• غربيلك
• میل فرمان
• جعبه فرمان
• اهرم های هدایت کننده
• سگدست یا شغالدست
۱‌.۱‌ انواع جعبه فرمان
مهمترين بخش يك سيستم فرمان جعبه فرمان آن است كه چرخش غربيلك را به چرخش چرخ ها تبديل مي كند. مهمترين وظيفه جعبه فرمان عبارت از تبديل حركت دوراني ميل ورودي جعبه فرمان به حركت خطي از طريق اهرم ها، جهت هدايت خودرو است.
۱‌.۱‌.۱‌ جعبه فرمان ساچمه اي
اين سيستم فرمان بيشتر در اتومبيل هاي سنگين استفاده مي شود. مزيت اصلي اين سيستم اصطكاك بسيار
كمي است كه با استفاده از ساچمه فراهم گرديده است.
عيب اصلي اين سيستم حجم زیاد آن است.
۱‌.۱‌.۲‌ جعبه فرمان راك و پينيون

اين سيستم فرمان ابتدا در اتومبيل هايي به كار گرفته شد كه در قسمت قرارگيري موتور با كمبود فضا با مشكل مواجه بودند. عملكرد اين سيستم فرمان آن چنان مناسب بود كه به سرعت در بيشتر اتومبيل ها مورد استفاده قرار گرفت. قسمتهاي اصلي اين سيستم درشكل زير نشان داده شده است .
هنگامي كه راننده غربيلك فرمان را مي چرخاند، دنده پينيون مي چرخد و باعث حركت شانه مي گردد. اين حركت به يك اهرم بندي متصل است كه چرخهاي جلو را به حركت در مي آورد. اين سيستم از بقيه سيستم هاي فرمان دقيق تر بوده و در عين حال كه از اجزاي كمتري تشكيل شده است، طراحي ساده وسبك تري دارد. فشردگي و به عبارت ديگر فضاي كمي كه اين سيستم اشغال مي كند، دليلي است كه اين سيستم در همه خودرو هاي فرمان از جلوي اروپايي و ژاپني استفاده مي شود. يكي از اشكالات اين سيستم اين است كه در اكسل هاي صلب قابل استفاده نيست.

۱‌.۱‌.۳‌ سيستم فرمان سيمي
اين نوع سيستم فرمان قطعات الكترونيكي را جايگزين قطعات مكانيكي مي كند. بنا براين با چرخش غربيلك فرمان چرخ ها مستقيما نمي چرخند، بلكه يك سيگنال به موتور پله اي كه در هر يك از چرخهاي جلو قرار گرفته است، فرستاده شده و سيگنال مورد نظر باعث چرخش چرخ ها مي شود

. در اين سيستم يك بکار اندازنده بر روي غربيلك قرار مي گيرد، بدين ترتيب خطر برخورد ميله فرمان با سينه راننده در تصادفات از بين مي رود. مهم ترين مزيت اين سيستم وزن كمتري است كه نسبت به سيستم هاي فرمان مكانيكي دارد. بدين ترتيب حتي اين امكان وجود دارد كه به جاي غربيلك از يك اهرم كنترل استفاده شود. در اين سيستم ارتعاشات داخل اتومبيل نيز كاهش مي يابد. مهمترين اشكال اين سيستم اين است كه يك بازخور مكانيكي مستقيم درباره شرايط فرمان پذيري وجود ندارد. در اين نوع سيستم امنيت و پايداري اتومبيل نيز افزايش مي يابد.

۱‌.۱‌.۴‌ سيستم حلزوني و قطاع
در اين سيستم فرمان، انتهاي ميله فرمان به يك چرخ دنده حلزوني متصل است كه مستقيما با يك چرخ دنده به شكل قطاعي از دايره درگير است. چرخش غربيلك موجب چرخش حلزوني و قطاع مي شود كه اين خود سبب حركت بازوي پيتمن و در نتيجه باعث تغيير زاويه چرخها مي گردد.

۱‌.۱‌.۵‌ سيستم حلزوني غلتكي
طراحي جعبه دنده اين سيستم فرمان شباهت زيادي به سيستم حلزوني و قطاع دايره دارد. تنها با اين تفاوت كه به جاي قطاع دايره، يك غلتك با دنده حلزوني درگير مي شود. اصولا طراحي اين غلتك ها به گونه اي است كه در دو انتها پهناي بيشتري داشته باشد، در غير اين صورت حركت حلزوني روي غلتك دچار مشكل مي شود.

۱‌.۲‌ هندسه ی فرمان
هندسه ی فرمان عبارت است از ارتباطی که بین زوایای چرخهای جلو نسبت به هم و نیز نسبت به جلوبندی اتومبیل وجود دارد. این زوایا عبارتند از: زاویه کمبر ، زاویه کستر ، تو-این و تو-آت
۱‌.۲‌.۱‌ زاویه کمبر
زاویه کمبر، تمایل قسمت بالای چرخ های جلو به داخل و یا خارج است و زاویه ای است که بین قطر عمودی چرخ و خط قائم وجود دارد. اگر چرخ های جلو متمایل به بیرون باشد، یعنی فاصله ی قسمت بالای چرخ ها بیشتر از فاصله ی پایین آن ها باشد، در این صورت کمبر مثبت بوده و اگر کمتر باشد کمبر منفی خواهد بود.

کمبر گردش چرخهای جلو در سر پیچها را آسانتر کرده و در نرم بودن فرمان نقش مستقیم دارد. فشار بر اهرم بندی فرمان و مقدار نیروی راننده به هنگام پارک کردن را کاهش داده و در سرعت های بالا نیز چنگ اندازی جاده (گرفتن و رها کردن) را به حداقل می رساند.
کمبر مثبت عمل فرمان دادن را آسان کرده و سبب دیرتر آسیب دیدن سيستم فرمان می شود. به همین دلیل از آن در چرخ های جلو استفاده مي نماییم. کمبر منفی که در سیستم تعلیق مستقل، از آن استفاده می شود همراه با افزایش سطح اتکا می باشد. بنابراین از آن در چرخ های عقب استفاده خواهیم کرد. مقدار كمبر چه مثبت و چه منفي باشد باعث سايش لاستيك ها مي گردد.
استفاده از ترکیب کمبر مثبت در چرخ های جلو با کمبر منفی در چرخ های عقب این امکان را می دهد تا در پیج چرخ جلو کمبر منفی پیدا کرده و به کمک کمبر منفی در چرخ های عقب، پایداری خودرو را افزایش می دهد. آنچه در اینجا قابل ذکر است، نحوه ي تغییر نیروی رانش به چرخ در هنگام پیچیدن است که ناشی از کمبر چرخ می باشد. در نمودار زیر می توان این توزیع نیرو را

مشاهده نمود. هنگام گردش خودرو در اثر اين نيروها، تایرهای داخلی به طرف بدنه و تایرهای خارجی به طرف بیرون بدنه متمایل می شوند. نیروی جانبی که بر اثر مایل شدن تایر به وجود می آید، فشار تمایل نامیده می شود. در این نمودار می توان دید که هر چه زاویه کمبر افزایش یابد میزان نیروی جانبی که به چرخ وارد خواهد شد افزایش خواهد یافت. در نتیجه در خودرو میزان بهینه برای این زاویه بین ۰ و ۱ درجه خواهد بود.

۱‌.۲‌.۲‌ زاویه کستر
(شکل ۶-۲ و ۷-۲) زاویه بین محور شغال دست چرخهای جلو و یا محور کینگ پین با خط قائم را نشان مي دهند. اگر این زاویه رو به عقب اتومبیل باشد آن را کستر مثبت و اگر رو به ج

لو باشد آنرا کستر منفی نامند. کلا زاویه کستر در خودروهای سبک بین ۰ تا ۵ درجه تغییر نموده و از مهمترین عوامل در کنترل مسیر خودرو است. زاویه ی کستر از طریق زاویه دادن به شغال دست و یا کینگ پین یا محور فرمان بدست می آید.

در سیستم های متداول از کستر مثبت استفاده می شود زیرا شامل مزایای زیر می باشد:
• حرکت متعادل و آرام چرخ ها.