سیستم فرمان خودرو؛ از فرمان مکانیکی تا فرمان بدون اتصال مکانیکی
سیستم فرمان خودرو چگونه کار می‌کند؟ با فرمان هیدرولیک و برقی، اجزای فرمان، علائم خرابی، سیستم‌های کمک‌راننده و آینده Steer-by-Wire آشنا شوید
سیستم فرمان خودرو چیست؟ انواع فرمان هیدرولیک، برقی و Steer-by-Wire
فرمان خودرو یکی از آشناترین بخش‌های ماشین است؛ قطعه‌ای که راننده تقریباً در تمام طول مسیر با آن در تماس است. اما پشت همین حرکت ساده دست، مجموعه‌ای از قطعات مکانیکی، هیدرولیکی، سنسورها، موتورهای برقی و نرم‌افزارها قرار دارد.
وقتی فرمان را فقط چند درجه می‌چرخانیم، چه اتفاقی در زیر خودرو رخ می‌دهد؟
چطور حرکت دست راننده به چرخ‌های جلو منتقل می‌شود؟ چرا فرمان بعضی خودروها سبک و بعضی سنگین است؟ چرا فرمان خودرو در سرعت بالا باید رفتاری متفاوت با زمان پارک داشته باشد؟ و مهم‌تر از همه، آیا ممکن است در آینده فرمان را بچرخانیم، اما دیگر هیچ اتصال مکانیکی مستقیمی بین فرمان و چرخ‌ها وجود نداشته باشد؟
برای پاسخ به این سؤال‌ها باید مسیر تکامل یکی از مهم‌ترین سیستم‌های خودرو را بررسی کنیم؛ سیستم فرمان.
سیستم فرمان چیست؟
سیستم فرمان مجموعه‌ای از قطعات است که وظیفه دارد خواسته راننده را به تغییر مسیر خودرو تبدیل کند.
در ساده‌ترین حالت: فرمان راننده ← مکانیزم فرمان ← چرخ‌های هدایت‌شونده ← تغییر مسیر خودرو
در خودروهای قدیمی، این ارتباط تقریباً کاملاً مکانیکی بود.
اما در خودروهای امروزی، سیستم فرمان می‌تواند ترکیبی از:
- قطعات مکانیکی
- سیستم هیدرولیک
- موتور الکتریکی
- سنسورها
- واحد کنترل الکترونیکی
- نرم‌افزار
باشد.
بنابراین فرمان امروزی دیگر فقط یک فرمان و چند میله مکانیکی نیست؛ بلکه بخشی از شبکه هوشمند خودرو محسوب می‌شود.
چرا فقط چرخاندن چرخ‌های جلو کافی نیست؟
شاید تصور کنیم وظیفه فرمان فقط این است که چرخ‌های جلو را به چپ یا راست بچرخاند. اما یک سیستم فرمان خوب باید چند کار را هم‌زمان انجام دهد:
دقت: خودرو باید دقیقاً در مسیری که راننده می‌خواهد حرکت کند.
پایداری : خودرو در سرعت بالا نباید بیش از حد نسبت به حرکت فرمان حساس باشد.
راحتی: هنگام پارک و مانورهای کم‌سرعت، راننده نباید نیروی زیادی وارد کند.
بازگشت فرمان : پس از خروج از پیچ، فرمان باید تمایل مناسبی برای بازگشت به موقعیت مستقیم داشته باشد.
انتقال مناسب بازخورد : راننده باید تا حدی بتواند شرایط تماس لاستیک و جاده را از طریق فرمان احساس کند.
ایمنی : در صورت خرابی یک بخش، سیستم باید تا حد امکان رفتار قابل کنترل خود را حفظ کند.
به همین دلیل طراحی فرمان، فقط مسئله «چرخاندن چرخ‌ها» نیست.
سیر تکامل سیستم فرمان
سیستم فرمان نیز مانند موتور و گیربکس، مسیر طولانی‌ای را طی کرده است. این مسیر را می‌توان تقریباً این‌گونه خلاصه کرد:
فرمان مکانیکی ← فرمان هیدرولیک ← فرمان الکتریکی ← فرمان هوشمند Steer-by-Wire
· مرحله اول؛ فرمان کاملاً مکانیکی
در خودروهای اولیه، نیروی دست راننده تقریباً مستقیماً به سیستم فرمان منتقل می‌شد. این ساختار از نظر مفهومی ساده بود، اما با افزایش وزن خودرو و بزرگ‌تر شدن لاستیک‌ها، چرخاندن فرمان سخت‌تر شد. در خودروهای سنگین یا هنگام توقف کامل خودرو، این موضوع بیشتر خودش را نشان می‌داد. مهندسان به یک نیروی کمکی نیاز داشتند.
· مرحله دوم؛ فرمان هیدرولیک
راه‌حل مهم بعدی، استفاده از فشار روغن بود. در فرمان هیدرولیک، پمپ روغن توسط موتور خودرو به حرکت درمی‌آید و فشار لازم برای کمک به چرخاندن چرخ‌ها ایجاد می‌شود. این فناوری باعث شد خودروهایی با وزن بیشتر و لاستیک‌های پهن‌تر نیز به‌راحتی قابل هدایت باشند. فرمان هیدرولیک سال‌ها یکی از استانداردهای اصلی صنعت خودرو بود.
اما یک مشکل داشت: پمپ هیدرولیک برای کار کردن به انرژی موتور نیاز داشت و مجموعه‌ای از روغن، شیلنگ، پمپ، مخزن و قطعات هیدرولیکی نیز باید نگهداری می‌شدند.
· مرحله سوم؛ فرمان برقی
با پیشرفت الکترونیک، موتور الکتریکی جای سیستم هیدرولیک را در بسیاری از خودروها گرفت.
EPS یا Electric Power Steering به معنی فرمان با کمک الکتریکی است. در این سیستم، یک موتور برقی با توجه به اطلاعات سنسورها به راننده کمک می‌کند. مزیت مهم این سیستم این است که میزان کمک را می‌توان با نرم‌افزار کنترل کرد.
· مرحله چهارم؛ فرمان هوشمند
در نسل جدیدتر، فرمان برقی دیگر یک سیستم مستقل نیست. فرمان می‌تواند با:
- سرعت خودرو
- سیستم ترمز
- کنترل پایداری
- دوربین‌ها
- رادارها
- سیستم‌های کمک‌راننده
- ECU و شبکه ارتباطی خودرو
ارتباط داشته باشد.
در این مرحله، فرمان از یک قطعه مکانیکی به یک سیستم الکترونیکی و نرم‌افزاری تبدیل می‌شود.
· مرحله پنجم؛ Steer-by-Wire
در مرحله بعدی، ایده حذف ارتباط مکانیکی مستقیم میان فرمان و چرخ‌ها مطرح می‌شود. در Steer-by-Wire، فرمان راننده به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سیستم کنترل، این فرمان را پردازش می‌کند و موتورهای الکتریکی، چرخ‌ها را به زاویه مورد نظر می‌رسانند. یعنی: فرمان راننده ← سنسور ← واحد کنترل ← موتور الکتریکی ← چرخ‌ها
این یکی از مهم‌ترین تغییرات احتمالی آینده در معماری خودرو است.
رک و پینیون؛ قلب مکانیکی بسیاری از سیستم‌های فرمان
یکی از رایج‌ترین ساختارهای فرمان خودروهای سواری، Rack and Pinion یا رک و پینیون است. در این سیستم، چرخاندن فرمان باعث چرخش یک چرخ‌دنده کوچک به نام پینیون می‌شود.
پینیون با یک قطعه دندانه‌دار خطی به نام رک درگیر است. در نتیجه: چرخش فرمان ← چرخش پینیون ← حرکت خطی رک ← حرکت اتصالات فرمان ← چرخش چرخ‌ها
این مکانیزم نسبتاً ساده، سبک و دقیق است و به همین دلیل در خودروهای سواری بسیار رایج شده است.
چرا چرخ‌های جلو دقیقاً یک اندازه نمی‌چرخند؟
این یکی از نکات جالب سیستم فرمان است. وقتی خودرو وارد یک پیچ می‌شود، چرخ داخلی و خارجی مسیر یکسانی طی نمی‌کنند. چرخ بیرونی پیچ مسیر بزرگ‌تری را طی می‌کند؛ بنابراین باید با زاویه‌ای متفاوت از چرخ داخلی قرار بگیرد. اگر هر دو چرخ دقیقاً به یک اندازه بچرخند، لاستیک‌ها در پیچ دچار لغزش بیشتری می‌شوند.
به همین دلیل هندسه سیستم فرمان طوری طراحی می‌شود که چرخ داخلی و خارجی در زاویه‌های متفاوتی قرار بگیرند.
این موضوع یکی از دلایل اهمیت دقیق بودن هندسه فرمان و سلامت قطعات آن است.
اجزای اصلی سیستم فرمان
ساختار دقیق خودروها متفاوت است، اما سیستم فرمان معمولاً شامل بخش‌هایی مانند این موارد است:
· غربیلک فرمان: بخشی که راننده مستقیماً آن را می‌چرخاند.
· ستون فرمان: حرکت فرمان را به مجموعه پایین‌تر منتقل می‌کند. در خودروهای مدرن، ممکن است اجزایی مانند سنسور زاویه فرمان نیز در این بخش قرار داشته باشند.
· جعبه فرمان یا رک و پینیون: حرکت چرخشی را به حرکت مورد نیاز برای تغییر زاویه چرخ‌ها تبدیل می‌کند.
· میل‌ها و اتصالات فرمان: نیرو را از جعبه فرمان به چرخ‌ها منتقل می‌کنند.
· سیبک‌های فرمان: اجازه می‌دهند قطعات ضمن انتقال نیرو، حرکات مختلف سیستم تعلیق را نیز تحمل کنند.
· سیستم کمکی: بسته به خودرو می‌تواند: هیدرولیک یا الکتریکی باشد.
فرمان هیدرولیک دقیقاً چگونه کار می‌کند؟
در سیستم هیدرولیک، موتور خودرو پمپ را به حرکت درمی‌آورد. پمپ، روغن هیدرولیک را تحت فشار قرار می‌دهد. هنگامی که راننده فرمان را می‌چرخاند، شیرها و مدار هیدرولیک مسیر روغن را به شکلی تنظیم می‌کنند که فشار روغن به کمک چرخاندن مکانیزم فرمان بیاید. به همین دلیل راننده احساس می‌کند فرمان سبک‌تر شده است. اما چون پمپ به موتور وابسته است، حتی زمانی که کمک زیادی لازم نیست، سیستم بخشی از انرژی موتور را مصرف می‌کند.
فرمان برقی چگونه کار می‌کند؟
در EPS، موتور الکتریکی جایگزین نیروی کمکی هیدرولیک می‌شود. اما موتور برقی نباید همیشه با یک قدرت ثابت کار کند. برای همین، سیستم اطلاعات مختلفی را دریافت می‌کند.
برای مثال: زاویه فرمان + گشتاور فرمان + سرعت خودرو + وضعیت سیستم‌های دیگر
سپس واحد کنترل تعیین می‌کند موتور برقی چه مقدار کمک ارائه دهد. به همین دلیل ممکن است فرمان در سرعت پایین بسیار سبک باشد اما در سرعت بالا احساس سنگین‌تر و کنترل‌شده‌تری داشته باشد.
سنسور گشتاور فرمان چه کاری انجام می‌دهد؟
یکی از قطعات مهم در بسیاری از سیستم‌های EPS، سنسور گشتاور است. این سنسور تشخیص می‌دهد راننده با چه نیرویی فرمان را می‌چرخاند.
فرض کنید راننده فرمان را به سمت راست می‌چرخاند. سیستم باید بفهمد: «راننده واقعاً قصد تغییر مسیر دارد و چه مقدار نیرو وارد کرده است؟»
اطلاعات سنسور به واحد کنترل منتقل می‌شود و سیستم کمک مناسب را ایجاد می‌کند. در نتیجه، فرمان برقی در واقع یک گفت‌وگوی دائمی میان راننده، سنسور، نرم‌افزار و موتور برقی است.
چرا فرمان برقی در خودروهای جدید محبوب شده است؟
فرمان برقی چند مزیت مهم دارد.
· مصرف انرژی کمتر: موتور برقی می‌تواند متناسب با نیاز فعال شود و برخلاف پمپ هیدرولیک، نیاز به کارکرد دائمی یک پمپ مکانیکی ندارد.
· حذف روغن هیدرولیک: در ساختارهای تمام‌برقی، مخزن، شیلنگ و روغن هیدرولیک حذف می‌شوند.
· کنترل نرم‌افزاری: خودروساز می‌تواند میزان کمک فرمان را با نرم‌افزار تنظیم کند.
· امکان ارتباط با سیستم‌های کمک‌راننده: این مزیت برای خودروهای مجهز به ADAS بسیار مهم است.
· آزادی بیشتر در طراحی: موتور و اجزای EPS را می‌توان در قسمت‌های مختلف سیستم فرمان قرار داد و متناسب با معماری خودرو طراحی کرد.
آیا فرمان برقی همیشه بهتر است؟
نمی‌توان فقط با یک معیار درباره آن قضاوت کرد. فرمان هیدرولیک می‌تواند بازخورد متفاوتی به راننده بدهد و بعضی رانندگان حس آن را طبیعی‌تر می‌دانند. در مقابل، فرمان برقی امکان کنترل بسیار بیشتری در نرم‌افزار ایجاد می‌کند. بنابراین کیفیت فرمان فقط به این بستگی ندارد که «هیدرولیک است یا برقی»
مواردی مانند: هندسه فرمان + سیستم تعلیق + لاستیک + کالیبراسیون نرم‌افزار + نوع EPS + وزن خودرو همگی روی تجربه رانندگی تأثیر دارند.
فرمان خودروهای ایرانی
در بازار ایران می‌توان نمونه‌های مختلفی از فرمان هیدرولیک و برقی را مشاهده کرد. در خودروهای قدیمی‌تر داخلی، فرمان هیدرولیک بسیار رایج بود. با ورود نسل جدیدتر خودروها، استفاده از فرمان برقی نیز افزایش پیدا کرد.
در خانواده خودروهایی مانند پژو ۲۰۷، دنا و تارا و همچنین بسیاری از خودروهای مونتاژی جدید، بسته به مدل و تیپ، سیستم‌های فرمان با کمک الکتریکی دیده می‌شود.
در خودروهایی مانند هایما، آریزو و سایر محصولات جدید مونتاژی نیز باید نوع دقیق سیستم فرمان را بر اساس مدل و سال تولید بررسی کرد. نام خودرو به‌تنهایی برای تشخیص سیستم فرمان کافی نیست. ممکن است یک خودرو در یک سال یا تیپ خاص دارای مشخصات متفاوتی با نسخه دیگر همان خودرو باشد.
تفاوت فرمان برقی خودروهای مختلف چیست؟
ممکن است دو خودرو هر دو EPS داشته باشند اما حس فرمان آنها کاملاً متفاوت باشد.
دلیل این تفاوت می‌تواند مواردی مانند:
- نوع موتور برقی
- محل نصب موتور
- نسبت فرمان
- سنسورهای مورد استفاده
- نرم‌افزار کنترل
- وزن خودرو
- اندازه لاستیک
- سیستم تعلیق
- تنظیمات کارخانه
باشد.
بنابراین «فرمان برقی» یک مشخصه کلی است، نه یک فناوری کاملاً یکسان در همه خودروها.
فرمان چه ارتباطی با سیستم کنترل پایداری دارد؟
اینجا سیستم فرمان وارد دنیای ایمنی فعال می‌شود. سیستم ESC یا کنترل پایداری الکترونیکی دائماً شرایط حرکت خودرو را بررسی می‌کند. اگر خودرو در یک پیچ شروع به انحراف از مسیر مورد نظر کند، سیستم می‌تواند با استفاده از ترمزگیری جداگانه چرخ‌ها و مدیریت گشتاور موتور به کنترل خودرو کمک کند. در خودروهای پیشرفته‌تر، اطلاعات زاویه فرمان نیز یکی از داده‌های مهم برای درک خواسته راننده است.
برای مثال: راننده فرمان را به راست می‌چرخاند ← سیستم انتظار دارد خودرو به راست حرکت کند ← سنسورها حرکت واقعی خودرو را اندازه می‌گیرند ← سیستم اختلاف بین خواسته و رفتار خودرو را بررسی می‌کند.
به همین دلیل سلامت سنسور زاویه فرمان و کالیبراسیون آن می‌تواند برای سیستم‌های ایمنی اهمیت داشته باشد.
فرمان و سیستم‌های کمک‌راننده
فرمان برقی امکان همکاری با سیستم‌های کمک‌راننده را بسیار بیشتر می‌کند. برای مثال، در سیستم Lane Keeping Assist، دوربین می‌تواند خطوط مسیر را تشخیص دهد. اگر خودرو بدون دلیل از مسیر خارج شود، سیستم می‌تواند در شرایط مشخص نیروی محدودی به فرمان وارد کند تا خودرو به مسیر خود نزدیک‌تر شود.
در اینجا زنجیره‌ای مانند این شکل می‌گیرد: دوربین ← تشخیص خطوط ← واحد کنترل ← فرمان برقی ← اصلاح محدود مسیر. این همان چیزی است که در سیستم‌های مکانیکی قدیمی امکان‌پذیر نبود.
فرمان و پارک خودکار
یکی دیگر از کاربردهای جالب فرمان برقی، سیستم‌های پارک خودکار است. در خودروهای مجهز به این فناوری، خودرو می‌تواند با استفاده از دوربین‌ها و حسگرها فضای پارک را تشخیص دهد و سپس فرمان را به‌صورت خودکار بچرخاند. راننده ممکن است فقط سرعت خودرو و ترمز را کنترل کند، در حالی که سیستم زاویه فرمان را مدیریت می‌کند. این فناوری یک نمونه ساده از حرکت صنعت خودرو به سمت فرمان نرم‌افزارمحور است.
علائم خرابی سیستم فرمان
سیستم فرمان از قطعات متعددی تشکیل شده است و خرابی هر بخش می‌تواند علائم متفاوتی ایجاد کند.
برخی نشانه‌های مهم عبارت‌اند از:
- سنگین شدن غیرعادی فرمان
- ایجاد لقی در فرمان
- صدای تق‌تق هنگام چرخاندن فرمان
- لرزش فرمان
- کشیدن خودرو به یک سمت
- برگشت ضعیف فرمان
- صدای زوزه یا ناله
- تغییر ناگهانی وزن فرمان
- روشن شدن چراغ هشدار فرمان برقی
- احساس ضربه یا گیرکردن فرمان
- ساییدگی غیرعادی لاستیک‌ها
البته هیچ‌کدام از این علائم به‌تنهایی تشخیص قطعی یک قطعه خاص نیست.
چرا فرمان خودرو به یک سمت می‌کشد؟
این مشکل بسیار رایج است، اما الزاماً به معنی خرابی جعبه فرمان نیست.
علت می‌تواند شامل مواردی مانند:
· فشار متفاوت لاستیک‌ها
· ساییدگی نامتقارن لاستیک
· تنظیم نبودن زوایای چرخ
· مشکل در سیستم تعلیق
· خرابی برخی اتصالات فرمان
و در موارد خاص مشکلات دیگر باشد. به همین دلیل قبل از تعویض قطعات گران‌قیمت فرمان، باید وضعیت لاستیک، تعلیق و زوایای چرخ‌ها نیز بررسی شود.
چرا فرمان می‌لرزد؟
لرزش فرمان نیز علت‌های مختلفی دارد. در سرعت‌های مشخص، بالانس نبودن چرخ‌ها می‌تواند باعث لرزش شود. تاب داشتن رینگ یا مشکلات لاستیک نیز می‌تواند نقش داشته باشد. در برخی شرایط، ایراد در سیستم ترمز یا قطعات تعلیق و فرمان نیز می‌تواند لرزش ایجاد کند. بنابراین لرزش فرمان همیشه به معنی خرابی خود فرمان نیست.
چرا فرمان برقی ناگهان سنگین می‌شود؟
این اتفاق می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد.
برای مثال:
- افت ولتاژ سیستم برق
- مشکل باتری یا شارژ خودرو
- خرابی موتور EPS
- ایراد سنسور
- مشکل واحد کنترل
- اختلال در سیم‌کشی یا ارتباطات
- خطای نرم‌افزاری
ممکن است سیستم در صورت تشخیص مشکل، میزان کمک الکتریکی را کاهش دهد. در چنین شرایطی اگر چراغ هشدار فرمان نیز روشن شده باشد، بررسی خودرو اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
آیا رانندگی با فرمان سنگین خطرناک است؟
باید علت سنگینی فرمان مشخص شود. اگر فرمان ناگهان سنگین شده، گیر می‌کند، رفتار آن غیرقابل پیش‌بینی شده یا همراه با صدا و لرزش شدید است، ادامه رانندگی می‌تواند خطرناک باشد. فرمان یکی از سیستم‌های حیاتی کنترل خودرو است.
به‌خصوص اگر مشکل ناگهانی و شدید باشد، بهتر است خودرو در شرایط ایمن متوقف و بررسی تخصصی انجام شود.
فرمان هیدرولیک چه خرابی‌هایی دارد؟
در سیستم هیدرولیک، یکی از مشکلات رایج می‌تواند نشتی روغن باشد.
نشانه‌هایی مانند:
- کم شدن روغن
- صدای زوزه پمپ
- سنگین شدن فرمان
- مشاهده روغن در اطراف اجزای سیستم
می‌تواند نیاز به بررسی ایجاد کند.
اما نباید فقط روغن را اضافه کرد و مشکل را تمام‌شده دانست. اگر نشتی وجود داشته باشد، اضافه کردن روغن بدون رفع علت، مشکل اصلی را حل نمی‌کند.
آیا فرمان برقی نیاز به نگهداری ندارد؟
خیر. این تصور که فرمان برقی چون روغن ندارد، پس کاملاً بدون نیاز به نگهداری است، درست نیست. قطعات مکانیکی همچنان وجود دارند: رک، پینیون، سیبک‌ها، اتصالات و اجزای سیستم تعلیق همچنان تحت فشار و فرسایش هستند. علاوه بر این، در سیستم برقی، سنسورها، موتور الکتریکی، سیم‌کشی و واحد کنترل نیز باید سالم باشند.
تنظیم فرمان و میزان فرمان چرا مهم است؟
اگر هندسه چرخ‌ها درست نباشد، ممکن است:
- خودرو به یک سمت کشیده شود.
- لاستیک‌ها نامتقارن ساییده شوند.
- فرمان در حالت مستقیم قرار نگیرد.
- رفتار خودرو در پیچ تغییر کند.
بنابراین تنظیم صحیح زوایای چرخ‌ها بخشی مهم از نگهداری سیستم فرمان و تعلیق است. اما «میزان فرمان» جایگزین تعمیر قطعات خراب نیست. اگر سیبک، جعبه فرمان یا قطعات تعلیق ایراد داشته باشند، ابتدا باید علت اصلی برطرف شود.
سیستم Steer-by-Wire چیست؟
حالا به نسل بعدی سیستم فرمان می‌رسیم. در فرمان‌های معمولی، حتی اگر سیستم کمکی کاملاً برقی باشد، همچنان ارتباط مکانیکی میان فرمان و چرخ‌ها وجود دارد. اما در Steer-by-Wire هدف این است که فرمان راننده به سیگنال الکترونیکی تبدیل شود.
در این ساختار: حرکت فرمان ← سنسورها ← پردازش الکترونیکی ← فرمان به عملگرها ← چرخاندن چرخ‌ها. در نتیجه می‌توان بدون یک ستون فرمان مکانیکی سنتی، چرخ‌های خودرو را کنترل کرد.
چرا Steer-by-Wire جذاب است؟
یکی از مهم‌ترین مزایا، آزادی بیشتر در طراحی خودرو است. وقتی دیگر به یک اتصال مکانیکی مستقیم نیاز نباشد، طراحان آزادی بیشتری برای طراحی کابین و فضای جلوی خودرو خواهند داشت.
مزیت دیگر، امکان تغییر نسبت فرمان با نرم‌افزار است چون در سرعت پایین: فرمان سریع‌تر و سبک‌تر است و در سرعت بالا: فرمان کنترل‌شده‌تر و با نسبت متفاوت می‌باشد. این تغییر می‌تواند بدون تغییر قطعات مکانیکی و از طریق نرم‌افزار انجام شود.
Steer-by-Wire چه تفاوتی با فرمان برقی دارد؟
این دو فناوری گاهی با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند.
در فرمان برقی یا EPS : فرمان مکانیکی همچنان وجود دارد و موتور برقی به راننده کمک می‌کند.
اما در Steer-by-Wire فرمان می‌تواند بدون اتصال مکانیکی مستقیم، از طریق سیگنال‌های الکترونیکی چرخ‌ها را کنترل کند.
بنابراین Steer-by-Wire یک قدم فراتر از EPS است.
بزرگ‌ترین چالش Steer-by-Wire چیست؟
پاسخ کوتاه: ایمنی.
اگر در یک سیستم مکانیکی سنتی بخشی از سیستم کمکی خراب شود، ارتباط مکانیکی همچنان می‌تواند وجود داشته باشد. اما در سیستم کاملاً الکترونیکی، خرابی یک سنسور، موتور، کنترلر یا منبع تغذیه می‌تواند اهمیت بسیار بیشتری پیدا کند. به همین دلیل Steer-by-Wire به طراحی بسیار جدی در زمینه افزونگی یا Redundancy نیاز دارد. یعنی سیستم نباید فقط یک مسیر برای انجام کار داشته باشد.
ممکن است به مواردی مانند: سنسورهای چندگانه + کنترلرهای پشتیبان + موتورهای پشتیبان + مسیرهای برق مستقل + نرم‌افزار ایمن نیاز باشد.
هدف این است که خرابی یک جزء، به از دست رفتن کنترل خودرو منجر نشود.
آیا فرمان آینده می‌تواند خودش رانندگی کند؟
در خودروهای خودران، سیستم فرمان یکی از مهم‌ترین عملگرهای خودرو خواهد بود. سیستم باید بتواند اطلاعات دوربین، رادار، لیدار و سایر حسگرها را دریافت کند، مسیر مناسب را محاسبه کند و سپس فرمان را به چرخ‌ها منتقل کند.
در چنین خودرویی، زنجیره‌ای شبیه این خواهیم داشت: سنسورها ← درک محیط ← تصمیم‌گیری ← برنامه‌ریزی مسیر ← فرمان الکترونیکی ← تغییر مسیر خودرو
در این مرحله فرمان دیگر فقط «ابزار راننده» نیست و به یکی از عملگرهای اصلی سیستم هوشمند خودرو تبدیل می‌شود.
آیا ممکن است فرمان از خودرو حذف شود؟
برای خودروهای خودران سطح بالاتر، امکان کاهش نقش فرمان یا تغییر شکل آن وجود دارد.
اما حذف کامل فرمان به عوامل مختلفی وابسته است:
- سطح خودران بودن خودرو
- قوانین کشورها
- استانداردهای ایمنی
- قابلیت اطمینان سیستم
- امکان کنترل دستی در شرایط اضطراری
- فلسفه طراحی خودروساز
بنابراین حذف فرمان از خودرو را نباید یک اتفاق قطعی و نزدیک دانست. اما اینکه نقش فرمان از یک اتصال مکانیکی ساده به یک رابط الکترونیکی تبدیل شود، مسیری است که صنعت خودرو در حال حرکت به سمت آن است.
آینده فرمان فقط الکترونیکی نیست؛ هوشمند هم خواهد بود
نسل آینده سیستم فرمان احتمالاً فقط به حذف سیم و میله مکانیکی محدود نمی‌شود. نرم‌افزار می‌تواند رفتار فرمان را بر اساس شرایط تغییر دهد.
مثلاً خودرو می‌تواند با توجه به: سرعت + وضعیت جاده + حالت رانندگی + شرایط لاستیک + شرایط پایداری خودرو
رفتار فرمان را تنظیم کند.
در خودروهای خودران، حتی ممکن است الگوریتم‌های هوشمند، زاویه فرمان را به‌صورت لحظه‌ای محاسبه کنند. در چنین شرایطی، فرمان بخشی از یک سیستم بزرگ‌تر خواهد بود که دائماً محیط، خودرو و مسیر را تحلیل می‌کند.
یک تغییر مهم؛ از «فرمان مکانیکی» به «فرمان نرم‌افزاری»
اگر مسیر تکامل فرمان را مرور کنیم، یک تغییر بزرگ را می‌بینیم. در ابتدا راننده مستقیماً چرخ‌ها را کنترل می‌کرد.
بعد سیستم هیدرولیک به راننده کمک کرد. بعد موتور برقی وارد سیستم شد. سپس سنسورها و نرم‌افزار رفتار فرمان را کنترل کردند و در آینده: ممکن است نرم‌افزار مستقیماً فرمان را به چرخ‌ها منتقل کند.
این یعنی فرمان خودرو از یک قطعه مکانیکی به یک سیستم محاسباتی و کنترلی تبدیل می‌شود.
یک نکته مهم برای خودروهای امروزی
اگر فرمان خودرو:
- ناگهان سنگین شد،
- لرزش غیرعادی پیدا کرد،
- صدای جدید ایجاد کرد،
- لقی پیدا کرد،
- خودرو به یک سمت کشید،
- یا چراغ هشدار فرمان روشن شد،
بهتر است مشکل نادیده گرفته نشود. فرمان برخلاف بسیاری از تجهیزات رفاهی خودرو، مستقیماً با کنترل مسیر خودرو ارتباط دارد. تشخیص زودهنگام می‌تواند از تبدیل یک ایراد کوچک به یک مشکل پرهزینه‌تر یا خطرناک جلوگیری کند.
سخن پایانی؛ فرمان دیگر فقط یک فرمان نیست
سیستم فرمان خودرو مسیر بسیار طولانی‌ای را طی کرده است. از فرمان‌های مکانیکی ساده به سیستم‌های هیدرولیک رسیدیم.
بعد موتورهای الکتریکی وارد شدند. سنسورها و ECUها کنترل فرمان را دقیق‌تر کردند سپس فرمان با سیستم‌های کنترل پایداری و کمک‌راننده ارتباط پیدا کرد و حالا فناوری Steer-by-Wire تلاش می‌کند آخرین اتصال مکانیکی میان راننده و چرخ‌ها را نیز کنار بگذارد.
در خودروهای آینده، فرمان احتمالاً بخشی از یک شبکه بزرگ‌تر خواهد بود؛ شبکه‌ای که در آن سنسورها، نرم‌افزار، هوش مصنوعی، سیستم ترمز، موتور و انتقال قدرت همگی با یکدیگر در ارتباط هستند.
شاید در آینده سؤال ما دیگر این نباشد که: «فرمان چگونه چرخ‌ها را می‌چرخاند؟» بلکه سؤال مهم‌تر این باشد که: «چه کسی تصمیم گرفته چرخ‌ها باید بچرخند؛ راننده یا نرم‌افزار؟»