فرمان های کمکی هیدرولیک در مقابل فرمان های کمکی الکتریکی

فرمان های کمکی هیدرولیک در مقابل فرمان های کمکی الکتریکی:

مقدمه:

این روزها کمتر خودرویی را در بازارهای جهانی می توان یافت که فاقد سیستم کمکی فرمان باشد. این سیستم ها امروزه به سه دسته اصلی هیدرولیک،الکتریکی و الکتروهیدرولیک تقسیم می شود که هر یک مزایا و معایب خود را دارند. نشریه معتبر "Car and Driver"در آزمونی رو در رو،دو سیستم اصلی الکتریکی و هیدرولیکی را رو در روی یکدیگر قرار داده است تا سیستم برتر مشخص شود. این رقابت نفس گیر نتایج جالب توجهی به دنبال داشته که در ادامه می خوانیم.

      

 شاید در کشورمان که فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک بر روی برخی از خودروها یک آپشن تلقی می شود ، بررسی تفاوت سیستم های مختلف کمکی فرمان بی معنی به نظر برسد اما در بازارهای جهانی مدت ها است بحث برتری هر یک از سیستم های کمکی به بحثی داغ تبدیل شده است. در کشورمان ، سیستم های هیدرولیک از مدت ها قبل شناخته شده بودند اما سیستم های کمکی الکتریکی با معرفی رنو مگان وارد ایران شدند. پیش از آغاز رقابت میان این دو سیستم ، بهتر است ابتدا این دو سیستم را مرور کنیم.  

- فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک (HPS):

فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک ، هر چند در دو دهه اخیر به شدت فراگیر شده است اما اختراع آن به سال ۱۹۲۷ میلادی باز می گردد و برای نخستین بار در سال ۱۹۵۱ میلادی بود که کرایسلر این سیستم را بر روی خودروهای تولید انبوه نصب کرد. در این سیستم ، فشار هیدرولیک است که برای چرخاندن فرمان به یاری راننده می آید تا بخشی از نیروی لازم را برای جابجایی چرخ ها فراهم کند. برای بررسی اصول کلی کارکرد این سیستم ، کافی است بدانید نیروی هیدرولیک لازم در این سیستم از طریق یک پمپ هیدرولیک کوچک که به وسیله تسمه به موتور خودرو متصل است تأمین می شود.

      

نیروی هیدرولیک تولید شده ، از طریق شیلنگ هایی به پیستون هیدرولیک درون شفت راک می رسد و این فشار است که گشتاور تولید شده توسط دست راننده ، برای چرخاندن فرمان را تقویت می کند. این نیروی کمکی تنها در شرایطی که راننده قصد چرخاندن فرمان را داشته باشد باید اعمال شود چرا که در غیر این صورت فرمان بدون دخالت راننده ممکن است تغییر جهت بدهد. کنترل این تقسیم نیرو بر عهده سوپاپی است که به آن "Rotary Valve" یا سوپاپ دورانی می گویند ، که با آغاز چرخش فرمان ، مسیر حرکت جریان هیدرولیک را به سمت مناسب پیستون هیدرولیک باز می کند.

- فرمان با نیروی کمکی الکتریکی (EPS):

در سیستم های کمکی هیدرولیک،پمپ هیدرولیک در تمام شرایط در حال کار است در حالی که بسیاری از مواقع نیازی به وجود آن نیست. در مقابل در سیستم های الکتریکی،نیروی کمکی تنها در لحظه ای که به آن نیاز است به وجود می آید. در این سیستم یک موتور الکتریکی وظیفه تأمین گشتاور کمکی را بر عهده دارد. در اینجا تشخیص چرخاندن فرمان از سوی راننده بر عهده یک سنسور گشتاور است که بر روی ستون فرمان نصب می شود.

      

کوچک ترین حرکتی در فرمان از سوی راننده تولید گشتاوری می کند که توسط این سنسور تشخیص داده می شود. به محض تشخیص چرخش فرمان از سوی راننده ، این سنسور از طریق "ECU" ویژه که به این منظور در نظر گرفته شده است ، فرمان حرکت در جهت مناسب را به یک موتور الکتریکی منتقل می شود. این موتور به شفت راک متصل است و نیروی تولید شده توسط آن به راک منتقل می کند. انتقال این نیرو ممکن است از طریق سیستم دنده شانه ای و یا محور مارپیچی باشد. تا زمانی که گشتاوری از سوی راننده به فرمان خودرو اعمال می شود این موتور الکتریکی نیز مشغول به کار است و در چرخش فرمان به راننده یاری می رساند.

مقایسه:

این روزها با فراگیر شدن استفاده از سیستم های کمکی الکتریکی در خودروها جدال میان طرفداران دو سیستم بسیار بالا گرفته است. یکی از مهمترین مزایای سیستم های الکتریکی،کاهش مصرف سوخت خودرو است چرا که پمپ هیدرولیک به دلیل اتصال دائمی به موتور همواره بخشی از نیروی موتور را صرف تولید فشار هیدرولیکی می کند که ممکن است اصلا نیازی به آن نباشد و همین مساله مصرف سوخت خودرو را بالا می برد. در مقابل اما سیستم های کمکی الکتریکی تنها زمانی آغاز به کار می کنند که به آنها نیاز باشد و از سوی دیگر به دلیل آنکه به موتور خودرو متصل نیستند،نقشی در افزایش مصرف سوخت خودرو ندارند.

      

نمودار مقایسه میان گشتاور لازم برای به حرکت در آوردن فرمان در دو سیستم در شتاب‌های جانبی مختلف

این سیستم ها کوچک تر و سبک تر هستند و اجزای کمتری دارند که نیاز به تعمیر و نگهداری آنها را نیز کمتر می کند. در مقابل بسیاری معتقدند سیستم های الکتریکی ، به ویژه در خودروهای اسپرت احساس مناسبی از مسیر حرکت را به راننده منتقل نمی کنند و به این ترتیب راننده نمی تواند در زمان پیچیدن به خوبی مانور دهد. البته خودروسازان تا حدود زیادی مشکلات این سیستم را برطرف کرده اند تا آنجا که پورشه بر روی نسل جدید "911" نیز این سیستم را نصب کرده است. خوشبختانه سری 5 محصولات "ب ام و" اجازه آزمون تفاوت های دو سیستم را فراهم کرده است چرا که در این سری ، هر دو سیستم کمکی هیدرولیک و الکتریکی بر روی مدل های مختلف نصب شده است که بررسی تفاوت آنها با توجه به یکسان بودن شاسی خودروها می تواند برتری هر یک را مشخص کند.

- نبرد رو در رو:

دو رقیب این میدان هر دو از محصولات "BMW" هستند با این تفاوت که حجم های موتور و سیستم های کمکی فرمان متفاوتی دارند هر چند هر دو از سیستم چهارچرخ متحرک بهره می برند. نخستین خودرو مدل "528i xDrive" است که با موتور دو لیتری توربوشارژردار خود ۲۴۰ اسب بخار قدرت دارد و از سیستم کمکی الکتریکی برای فرمان بهره می برد. رقیب این خودرو "535i xDrive" است که از موتور سه لیتری آن با کمک توربوشارژر ۳۰۰ اسب بخار قدرت بیرون کشیده اند و فرمان آن به نیروی کمکی هیدرولیک مجهز است. تا اینجای کار به نظر می رسد "ب.ام.و" هم ترجیح می دهد بر روی خودروهای پر قدرت خود از سیستمی هیدرولیک استفاده کند اما آیا این سیستم ها در یک رانندگی اسپرت واقعا برتراند؟

      

برای مشخص کردن سیستم کمکی برتر ، آزمون به دو بخش کاملا مجزا تقسیم شده است. یک بخش احساسی است که راننده در زمان راندن خودرو دارد و کاملا کیفی است. در کنار این ، یک سیستم اندازه گیری پیشرفته محصول شرکت "Cayman Dynamics" نیز برای اندازه گیری پارامترهای مختلف فرمان به کار گرفته شد تا نتایج کاملا کمی و قابل اندازه گیری باشد.

      

در بخش نخست،تیمی از متخصصین نشریه هر دو خودرو را در پیست مورد بررسی قرار دادند. این پیست مجموعه ای از مسیرهای مستقیم ، پیچ ها و زمین های خشک و خیس را شبیه سازی می کند و در پایان تقریبا همه اعضا تیم به اتفاق سیستم فرمان الکتریکی را به عنوان سیستم برتر انتخاب کردند. از ۱۰ آزمون این بخش ، در ۷ آزمون برتری با سیستم الکتریکی بود و دو آزمون نیز به تساوی کشیده شد و سیستم کمکی هیدرولیک تنها در یک بخش برتری داشت. این نتیجه البته با توجه به تجربیات قبلی تا حدودی قابل پیش بینی بود اما برتری مطلق سیستم الکتریکی نشان می دهد این سیستم پیشرفت های زیادی کرده و توانسته بخش عمده ای از ضعف های عملکردی خود را به ویژه در زمینه پاسخ به فرامین راننده حل کند که این خبر خوبی برای اسپرت سواران است که یک فرمان کاملا دقیق و گوش به فرمان می خواهند.

      

پس از آزمون توسط تیم متخصصین نشریه ، نوبت به سیستم دقیق اندازه گیری است. این سیستم از طریق حسگرهای ویژه ای می تواند پارامترهای مختلفی از قبیل میزان گشتاور اعمال شده به فرمان ، زمان واکنش فرمان و غیره... را اندازه گیری کند که با تحلیل آنها می توان به اطلاعات مفیدی دست پیدا کرد. در این زمینه نیز هدف اصلی آن است که مشخص شود کدام سیستم دقیق تر و در عین حال راحت تر است و می توان آن را برای خودروی اسپرت با قابلیت کارکرد شهری توصیه کرد. در زمینه راحتی ، هدف اندازه گیری میزان گشتاوری است که باید از سوی راننده در زمان پیچیدن به فرمان خودرو اعمال شود و در این زمینه پیچیدن با سرعت های مختلف و در نتیجه شتاب های جانبی متفاوت مورد اندازه گیری قرار گرفته است. در این آزمون ، سیستم الکتریکی رفتاری قابل پیش بینی و خطی دارد و با افزایش شتاب جانبی ، گشتاور مورد نیاز آن به صورت خطی با شیب بسیار ملایم از ۱/۲ تا ۱/۲ نیوتن متر افزایش پیدا می کند.

      

سیستم هیدرولیک نیز تا شتاب جانبی ۰/۲۴g که تقریبا شتاب پیچیدن در یک پارکینگ است گشتاوری معادل مدل های الکتریکی نیاز دارد و مناسب است اما با افزایش سرعت پیچیدن ، به شکل شدیدی گشتاور مورد نیاز برای ثابت نگه داشتن فرمان آن افزایش پیدا می کند. بدتر از آن افت نیروی لازم در شتاب جانبی نهایی و جایی است که تایرها تقریبا چسبندگی خود را از دست می دهند ، که این مساله می تواند کنترل خودرو را اندکی دشوار کند. به این ترتیب در این بخش فرمان الکتریکی برنده رقابت است.

      

آزمون بعدی،آزمون پایداری در مانورهای ناگهانی است. در این بخش خودرو در سرعت های مختلف در مسیر مستقیم ناگهان به چپ و راست فرمان داده می شود تا نمودار گشتاور در مقابل شتاب جانبی لحظه ای اندازه گیری شود. فرمان دادن ها در سه سطح ملایم ، متوسط و شدید بوده است در این بخش بر اساس نمودارها برتری با سیستم هیدرولیک بود. این سیستم در مانورها محکم تر است و خودرو بهتر به جاده می چسبد ضمن آنکه بر اساس نمودارها ، پراکندگی آنها در محور شتاب جانبی نیز بسیار کمتر از سیستم الکتریکی است و به این ترتیب برتری در این بخش به سیستم هیدرولیک می رسد و این به معنی برتری این سیستم در زمان مانورهای ناگهانی در بزرگراه ها است.

      

راحتی در استفاده در شهر هم یکی دیگر از فاکتورهای مهم است که البته با برتری سیستم هیدرولیک به پایان رسید ، چرا که این سیستم نیروی کمتری را در زمان توقف خودرو برای چرخاندن فرمان نیاز دارد که در زمان پارک خودرو کمک می کند.

جمع بندی:

کمپانی BMW تلاش زیادی برای رساندن سیستم های الکتریکی به سطح سیستم های هیدرولیک انجام داده است و تا حدود زیادی نیز در این مسیر موفق بوده ، اما هنوز نمی توان سیستم های الکتریکی را به طور قطعی به عنوان جایگزین سیستم های هیدرولیک دانست. هر چند این سیستم ها دردسر کمتری در زمینه خرابی های احتمالی دارند و نصب آنها در خودرو آسان تر است و بر اساس نتایج آزمون ما ، حس بهتری را به راننده منتقل می کنند ، اما بیش از هر چیز برنامه کامپیوتری کنترل آنها است که باید هوشمندتر شود تا بتواند احساس مناسب را در زمان مناسب در اختیار راننده قرار دهد. با هوشمندتر شدن اجزای مختلف خودرو از جمله سیستم تعلیق، شاید در آینده بتوان به فرمان های الکتریکی بهتری نیز امیدوار بود اما تا آن زمان فرمان های هیدرولیک همچنان سلطان خودروهای اسپرت خواهند بود.