یکی از مواردی که در تجربه رانندگی با یک خودرو بسیار موثر است راحتی فرمان و کنترل خودرو با آن است. معمولا حین بررسی مشخصات یک خودرو و بیان تجربه رانندگی با آن، از تحت کنترل بودن فرمان در دستان راننده، راحتی کنترل خودرو و فرمان‌پذیر بودن آن، نرمی حرکت فرمان و بی‌نیاز بودنش به صرف انرژی بیش از حد، مواردی هستند که در بین نکات مثبت یک خودرو مطرح می‌گردند. همین اهمیت باعث شده است تا خودروسازان در طراحی و ایجاد تغییرات مثبت در سیستم فرمان خودرو در تلاشی مستمر باشند و از جدید‌ترین تکنولوژی‌های ممکن برای این بخش بهره‌ ببرند. فرمان هیدرولیک و بخش‌های مهم و مختلف آن بر همین اساس به خودروها اضافه شده و امروزه جزئی جدایی‌ناپذیر از آن‌ها شده‌اند. در این نوشته قصد داریم درباره اساس کار یکی از این اجزا یعنی پمپ هیدرولیک فرمان بگوییم.

فرمان هیدرولیک چیست و چه کاربردی در خودرو دارد؟

فرمان‌های مکانیکی و قدیمی مشکلات بسیاری داشتند. از جمله حرکت سخت آنها که منجر به خستگی راننده حین رانندگی می‌شد. همین امر باعث شد تا پس ابداع مکانیزم هیدرولیک و استفاده از آن‌ها در صنعت، فرمان‌های هیدرولیک نیز به مزایای خودروها اضافه شوند. اما راحتی و نرمی آن‌ها موجب رواج روزافزون‌شان در این صنعت شد. به طوری که امروزه فرمان هیدرولیک یک آپشن برای خودرو محسوب نمی‌شود و وجود آن امری طبیعی است. فرمان هیدرولیک دارای یک نیروی کمکی است که عمل پیچاندن فرمان را راحت‌تر می‌کند. این سیستم علاوه بر این عمل اصلی کارایی‌های دیگری نیز دارد که شامل موارد زیر می‌شود:

-​ کاهش نیروی دست راننده برای دوران غربیلک فرمان

-​ افزایش پایداری خودرو

-​ کاهش لرزش و ارتعاشات فرمان

-​ کاهش حساسیت فرمان در سرعت‌های بالا و کنترل راحت‌تر آن

نیروی کمکی سیستم فرمان هیدرولیک از یک منبع هیدرولیک تامین می‌شود. قسمت اصلی منبع هیدرولیک این فرمان‌ها، پمپ هیدرولیک فرمان است.

 

اجزای اصلی سیستم هیدرولیک فرمان

فرمان هیدرولیک یکی از انواع سیستم فرمان کمکی است. درواقع در این نوع فرمان، علاوه بر بخش‌های اصلی و ثابت جعبه فرمان، یک بخش مربوط به سیستم هیدرولیک وجود دارد که با اجزای مشخص خود فرآیند تامین نیروی کمکی حرکت فرمان را به ثمر می‌رسانند. اجزای سیستم هیدرولیک جعبه فرمان‌های هیدرولیکی عبارتند از:

• روغن هیدرولیک: نیروی کمکی به جعبه فرمان از طریق آن وارد می‌شود.
• لوله‌های مسیر حرکت روغن هیدرولیک: شلنگ‌هایی هستند که مسیر رفت و برگشت روغن هیدرولیک را تامین می‌کنند.
• پمپ هیدرولیک: وظیفه پمپ کردن روغن هیدرولیک را برعهده دارد و بیرون از جعبه فرمان تعبیه می‌شود.
• مخزن هیدرولیک: روغن هیدرولیک را در خود جای می‌دهد و تقریبا در کنار پمپ روغن قرار دارد.
• شیر هیدرولیک: روی پوسته یا سیلندر اصلی جعبه فرمان نصب می‌شود.
• تسمه هیدرولیک فرمان: رابط پمپ هیدرولیک و موتور است و انرژی لازم پمپ را از موتور تامین می‌کند.
• جک هیدرولیک دوطرفه فرمان

این مجموعه، در کنار هم سیستم هیدرولیک را تشکیل می‌دهند. بنابراین باید در نظر داشت این سیستم بخشی مجزا از اجزای اصلی جعبه فرمان است.

نحوه عملکرد فرمان هیدرولیک

جعبه دنده در این نوع سیستم مانند جعبه دنده‌های مکانیکی است و در آن‌ها یک سیلندر فلزی نقش پوسته جعبه دنده را بازی می‌کند. درون این سیلندر نیز اجزایی مانند بست اتصال، بازوی فرمان، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون و دنده‌شانه‌ای قرار دارند. اجزای سیستم هیدرولیک خارج از این جعبه قرار دارند. در فرمان‌های مکانیکی پینیون حرکت چرخشی غربیلک فرمان را از قطعه‌ای رابط به نام مارپیچ گرفته و با درگیر کردن دنده‌های خود با دنده‌های دنده شانه‌ای این دوران را به حرکت عمودی تبدیل می‌کند. پینیون و دنده شانه‌ای به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هردو فرمی دندانه‌دار دارند. دنده شانه اهرم عرضی و پینیون اهرم عمودی این سیستم هستند. حال در فرمان‌های هیدرولیکی فشار روغن هیدرولیک بر دنده شانه‌ای به حرکت در آمدن آن را راحت‌تر می‌کند. در این سیستم پمپ نیروی خود را از طریق تسمه از موتور دریافت می‌کند و روغن را با فشاری معادل ۷۰بار درون لوله‌های فشار قوی یا لوله‌های رفت می‌ریزد. این لوله‌ها روغن را با همان فشار پشت شیر هیدرولیک که روی پوسته و مماس با دنده شانه‌ای قرار دارد می‌رسانند. شیر هیدرولیک دارای سوراخ‌هایی است که با چرخش فرمان به راست یا چپ، تعدادی از آن‌ها باز می‌شوند. به این ترتیب هدایت روغن به سمت چپ یا راست جک هیدرولیک کنترل می‌شود. ورود روغن با فشار به هر سمت جک، حرکت راحت‌تر فرمان را موجب می‌شود. سپس روغن مجددا از جک عبور کرده و به سمت لوله‌های برگشت یا فشار ضعیف رفته و به مخزن برمی‌گردد.

پمپ هیدرولیک فرمان چیست؟

از میان این اجزا، پمپ هیدرولیک می‌تواند اصلی‌ترین بخش سیستم فرمان هیدرولیک باشد. پمپ هیدرولیک خودرو از نوع پمپ‌های هیدرولیک مکانیکی موجود در صنعت هیدرولیک است. این پمپ نیروی مورد نیاز خود برای کار را از تسمه مخصوصی که با میل لنگ در تماس است دریافت می‌کند. این تسمه که با چرخش میل لنگ می‌چرخد نیروی دورانی مورد نیاز دینام، پمپ هیدرولیک و واترپمپ را همزمان تامین می‌کند. پمپ نیروی دورانی دریافتی از تسمه را توسط پره‌های برگشت‌پذیر خود به نیروی فشار تبدیل نموده و روغن را از مخزن مخصوص مکیده به شیلنگ‌های مخصوص رفت پمپ می‌کند. پره‌های برگشت‌پذیر پمپ هیدرولیک درون محفظه‌ای بیضی شکل هستند که بدنه پمپ را تشکیل می‌دهند و چرخش خود را از تسمه می‌گیرند. قسمت داخلی این محفظه به روتر پمپ معروف است. برای تامین نیروی لازم جهت چرخش چرخ‌ها توسط فرمان یک پمپ هیدرولیک در خودروها وجود دارد.

انواع پمپ هیدرولیک خودرو

پمپ‌های هیدرولیک در صنعت استفاده‌های فراوانی دارند و بر همین اساس تنوع آن‌ها بسیار زیاد است. از این بین تنها سه نوع اصلی در صنعت خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پمپ‌ها عموما در میزان فشاری که در روغن هیدرولیک ایجاد می‌کنند متفاوت هستند. تفاوت فشار ایجاد شده توسط آن‌ها از تفاوت اندازه روتر یا پره‌های‌شان و محل قرارگیری آن‌ها ناشی می‌شود. چرا که عموما پمپ‌های هیدرولیک مورد استفاده در خودروسازی، عملکرد مشابهی دارند. انواع پمپ هیدرولیک مورد استفاده در خودروها عبارتند از:

۱. پمپ دنده خارجی هیدرولیک

از انواع پمپ دورانی هیدرولیک در صنعت است که در آن با چرخش دنده‌ها فرآیند پمپ کردن روغن را انجام می‌دهند. این نوع پمپ که از دو عدد چرخ دنده در کنار یکدیگر تشکیل شده است یک ورودی و خروجی نیز در کنار این چرخ‌دنده‌ها در روتر خود دارد. یکی از این چرخ‌ دنده‌های محرک و دیگری متحرک هستند. چرخ‌دنده محرک با تسمه در ارتباط است و با چرخش تسمه به حرکت درآمده چرخ دنده کناری را نیز می‌گرداند. با حرکت آن‌ها نیروی مکش ایجاد شده و روغن را از مخزن مکیده و روغن از پورت مکش یا دریچه ورودی وارد روتر می‌شود. به این ترتیب که چرخ دنده‌ها با چرخیدن ایجاد خلاء نسبی در فضای روتر می‌کنند. این خلاء افت فشار را ناشی شده و باعث می‌شود تا روغن از سمت مخزن به فضای میان چرخ‌دنده‌ها و دندانه‌های آن‌ها رانده می شود. روغن در این فضا و با حرکت چرخ‌دنده‌ها به حرکت در می‌آید و به دلیل بسته بودن مسیر برگشت بر فشار آن افزوده شده و از پورت فشار یا دریچه خروجی پمپ به سمت شلنگ‌های رفت با فشار خارج می‌شود.

۲. پمپ پره‌ای

در این نوع از چرخ دنده خبری نیست و پره‌هایی که روی بدنه روتر تعبیه می‌شوند نقش دندانه‌ها و چرخ‌دنده‌ها را بازی می‌کنند. در این نوع پمپ روتر خود بخش متحرک است که توسط محوری که به تسمه متصل است به حرکت در می‌آید. حرکت کردن روتر، به حرکت در آمدن پره‌ها را به دنبال دارد. حرکت پره‌ها نیز فرآیند ایجاد خلاء، مکش، تولید فشار و پمپ کردن روغن را به همان شکل که در پمپ‌های دنده خارجی شاهد بودیم صورت می‌دهد.

۳. پمپ پیستونی

این نوع پمپ را به ندرت در خودروسازی شاهد هستیم و تنها در خودروهای پیشرفته و یا مسابقه‌ای به کار می‌روند. در ساختار پمپ‌های هیدرولیکی پیستونی تعداد زیادی سیلندر و پیستون وجود دارد. فرآیند مکش و پمپ شدن روغن از طریق حرکت رفت و برگشت پیستون‌ها داخل سیلندر‌ها انجام می‌شود.

معایب سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی

سیستم فرمان هیدرولیک در کنار تمام مزایای مطرح شده درباره آن معایبی نیز دارد. این معایب شامل مواردی مانند

-​ بالا بودن قیمت تمام شده ساخت و هزینه بالای تعمیرات

– ​نیاز به گشتاور بیشتر برای فرمان دادن به خودرو در زمان خاموش بودن موتور

– ​استهلاک بالا به دلیل فعال بودن مداوم پمپ بدون تاثیر سرعت خودرو

می‌شوند. اما اصلی‌ترین معایب سیستم فرمان هیدرولیکی را می‌توان کاهش توان موتور به دلیل استفاده پمپ از نیروی آن و افزایش مصرف سوخت به دلیل فعالیت مداوم پمپ دانست. برای رفع این نقص امروزه از نوعی موتور الکتریکی مخصوص در کنار پمپ استفاده می‌شود که نیروی لازم برای فعالیت پمپ را تامین می‌کند. این موتور برقی نیز انرژی لازم خود را از باتری می‌گیرد. این پمپ‌ها را الکتروهیدرولیکی می‌نامند که برخی آن‌ها را در دسته پمپ‌های کمکی برقی دسته بندی می‌کنند. موتور برقی مورد نظر دقیقا پشت پمپ هیدرولیک تعبیه می‌شود.گاهی نیز یک سنسور سرعت و یک کامپیوتر کوچک کنار این نوع جعبه فرمان قرار می‌گیرد که به بررسی سرعت خودرو می‌پردازند. با اطلاعات به دست آمده ECU به کار رفته در مجموعه فشار روغن هیدرولیک را براساس سرعت خودروتنظیم می‌کند و دستور لازم را به پمپ ارسال می‌نماید. پمپ نیز بر اساس تنظیمات ارسال شده از سوی ECU روغن را با فشار لازم پمپ می‌کند. نکته مهم دیگر اینکه موتور الکتریکی در این سیستم معضل کاهش توان موتور و افزایش مصرف سوخت را که استفاده از فرمان هیدرولیکی در پی دارد مرتفع می‌سازد.

 

منبع: کارنامه