Electric Power Steering

1. Electric Power Steering www.car-project.ir

2. استاد راهنما:جناب آقاي مهندس ارغوان تهيه كننده:عاليه گرجي (8322161044) • پاييز87 www.car-project.ir

3. مقدمه ای بر سیستم فرمان امروزه پیشرفت های علمی و فنی در تمام زمینه ها تحقق یافته و این امر شامل صنایع خودرو سازی و صنایع وابسته نیز شده است.یکی از این صنایع و اجزای وابسته،قسمت فرمان خودرو است که وظیفه ی خطیر هدایت خودرو از طریق آن انجام می شود.برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان استفاده می شود.لذا مجموعه ی تشکیل دهنده ی این سیستم نقش مهمی در خودرو به عهده دارد. www.car-project.ir

4. انواع سيستم فرمان • سیستم فرمان مکانیکی(دنده شانه ای و پینیون) • سيستم فرمان هیدرولیکی • سيستم فرمان الکتریکی www.car-project.ir

6. سيستم فرمان مكانيكي معمول ترین سيستم فرمان،سیستم دنده شانه ای و پینیون است،به طوری که پینیون حرکت دورانی داشته و دنده شانه ای حرکت خطی انجام می دهد.در این حال پینیون حرکت دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای انتقال داده،دنده شانه ای نیزحرکت خطی را از طریق مفصل ها به چرخ های خودرو انتقال می دهد. www.car-project.ir

7. سيستم فرمان هيدروليكي(Hydraulic Power Steering) یکی از پارامتر های موثر در انتخاب نوع خودرو در کشورهای توسعه یافته،راحتی چرخش غربیلک فرمان خودرو می باشد.این موضوع سازندگان خودرو را بر آن داشته است که جهت تسهیل در چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی با فراهم کردن کنترل بهتر در جاده های خشن، یک سیستم هیدرولیکی به قسمت مکانیکی اضافه نمایند.معمولا این سیستم جانبی به صورت کمکی عمل می نماید. یعنی وظیفه ی اصلی همچنان به عهده ی قسمت مکانیکی است .معمولا اجزايی به قسمت مکانیکی فرمان اضافه می شوند تا سيستم هیدرولیکی گردد. www.car-project.ir

8. www.car-project.ir

9. اجزاي سيستم هيدروليكي • پمپ هیدرولیک با مخزن روغن و چرخ تسمه • شیرهای کنترل • لوله های رابط • سیلندر • تسمه www.car-project.ir

10. سیستم هیدرولیکی فرمان جهت ایفای نقش از موتور خودرو استفاده می کند.بنابراین از بازده موتور کمی می کاهد،همچنین مصرف انرژی بیشتری را باعث می گردد.علاوه بر آن،سیستم هیدرولیک به صورت مرکز آزاد عمل می کند. یعنی حتی در زمان هایی که خودرو به صورت مستقیم در حال حرکت بوده و هیچ انحرافی انجام نمی دهد،باز هم این سیستم عمل می کند. این موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سیستم های بهتر و مفیدتری گشته،آن ها را جایگزین هیدرولیکی نمایند یا سیستم هیدرولیکی را بهبود بخشند.خودروهای سمند،پژو(شامل 206،405،پارس) ،دوو،زانتیا و ماکسیما دارای فرمان هیدرولیک هستند. www.car-project.ir

11. یکی از سیستم های ارائه شده در سال های اخیر،فرمان الکتروهیدرولیکی(EHPS) است که در آن به جای استفاده از موتور خودرو،یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه می شود و در نتیجه فرمان از موتور مستقل می گردد.خودروی پژو 307 از این نوع سیستم فرمان استفاده می کند.دراین نوع فرمان،هر چند مسئله ی مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است ولی مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی یعنی حالت مرکز آزاد هنوز پابر جاست.به عبارت دیگر باید حالتی تعبیه نمود که زمانی که چرخشی به فرمان وارد می شودسیستم عمل کند،نه همه ی زمان ها. www.car-project.ir

12. سيستم فرمان الكتريكيEPS) )Electric Power Steering • این نوع فرمان مشابه هیدرولیکی آن عمل می کند ولی از لحاظ ساختار متفاوت بوده و دارای مزایای زیادی نسبت به نوع هیدرولیکی است.این سیستم در اواسط دهه ی 1970 برای اولین بار مطرح گردید اما ساخت و کاربرد عملی آن از سال 1993 شروع گردید.اولین بار توسط شرکت HONDA در اتومبیل های رالی NSX مورد استفادهقرار گرفت.در این نوع فرمان مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم کمکی فرمان حل شده است، یعنی سیستم الکتریکی زمانی عمل می کند که چرخشی در فرمان به وجود آید به عبارت دیگر گشتاوری موجود باشد. www.car-project.ir

13. NSX electric power steering rack www.car-project.ir

14. www.car-project.ir

15. مزاياي سيستم فرمان الكتريكي از مزاياي سيستم فرمان الكتريكي مي توان به افزايش سرعت، عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان پذيري آسانتر به خصوص هنگام پارك خودرو مي شود و با توجه به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها وECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل مي كند. از مزاياي سيستم فرمان برقي نسبت به فرمان هيدروليك ميتوان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود 5درصد) و تقويت فرمان در سرعت هاي پايين و كاهش قدرت فرمان در سرعت هاي بالا را نام برد. در سيستم فرمان برقي تنها زماني كه فرمان مي چرخد انرژي مصرف مي شود؛ در حالي كه در سيستم فرمان هيدروليك، پمپ هيدروليك صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار ميكند و حدود 5  اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبي و پمپاژ دائمي روغن هيدروليك در مدار مي شود. www.car-project.ir

16. ماكزيمم قدرت فرمان هيدروليك در سرعتهاي بالاست كه بيشترين دبي توسط پمپ توليد ميشود؛ درحالي كه در سرعتهاي بالا كمترين نيرو براي چرخش فرمان مورد نياز است. وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به علت حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و ... حدود 4 تا 6 كيلوگرم كمتر از خودروي مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است همچنين حذف روغن هيدروليك و غير قابل چرخش بودن اين روغن باعث كاهش اثرات مخرب زيست محيطي آن ميشود و مشكلات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است. www.car-project.ir

17. www.car-project.ir Mechanical Construction

18. Electronic Construction www.car-project.ir

19. اجزاي سيستم فرمان الكتريكي فرمان الکتریکی از سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است که به سیستم فرمان مکانیکی اضافه می شود:1- سنسور گشتاور2- موتور با جریان مستقیم DC 3- واحد کنترل الکتریکی ECU سه قسمت یاد شده می توانند در یک محفظه و یا جداگانه قرار گیرند. www.car-project.ir

20. www.car-project.ir

21. www.car-project.ir

22. www.car-project.ir

23. سنسور گشتاور www.car-project.ir

24. www.car-project.ir

25. نحوه عملكرد در سيستم فرمان برقي ميله پيچشي به محور فرمان متصل است و از طريق حسگر گشتاور متصل به ميله پيچشي، مقدار گشتاور مقاومي كه بر اثر چرخش فرمان بين چرخهاي خودرو و نيروي پيچشي فرمان اعمال ميشود، اندازه گيري ميگردد و براساس آن به سيگنال الكتريكي تبديل و به ECU  ارسال ميشود. ECU هم براساس داده هاي ارسالي از حسگر گشتاور و سرعت خودرو، مقدار نيروي اعمالي لازم  به موتور الكتريكي DC را تعيين ميكند. ميله پيچشي جزئي از محور فرمان است و هنگام فرمان گيري از خودرو  تحت دو گشتاور، يكي گشتاور ورودي از طرف غربيلك و ديگري گشتاور عكس العملي وارده از سمت تاير قرار ميگيرد. دو حسگر براي اندازه گيري مقدار نيروي پيچشي و تبديل آن به سيگنال الكتريكي و خروجي ولتاژ (متناسب با مقدار پيچش) وجود دارد . www.car-project.ir

26. بر اثر چرخش رينگ هاي متصل به شفت، القاي مغناطيسي دركويل ها ايجاد و به سيگنال الكتريكي تبديل ميشود كه در شرايط بدون اعمال گشتاور ولتاژ 2.5 ولت را توليد ميكند. وقتي پيچش اتفاق نمي افتد ميزان اختلاف ولتاژ خروجي حسگرها صفر و محدوده ولتاژ خروجي مجموعه دو حسگر صفر تا 5 ولت است . وقتي فرمان به سمت چپ يا راست ميپيچد همزمان در يك حسگر ولتاژ خروجي افزايش مي يابد و در حسگر ديگر كاهش ولتاژ خروجي اتفاق مي افتد. هر چه اختلاف بين خروجي ولتاژ حسگرها بيشتر باشد نيروي اعمالي بيشتري در موتور الكتريكي توليد ميشود و در صورت معكوس شدن ولتاژ جهت چرخش موتور الكتريكي تغيير ميكند.ECU  براساس سيگنالهاي مختلفي كه از حسگرهاي گشتاور و سرعت دريافت ميكند و با لحاظ وضعيت خودرو در آن لحظه مقدار دور لازم براي چرخش  را به موتور الكتريكي ارسال ميكند و موتور الكتريكي DC  توسط يك چرخدنده مارپيچي گشتاور موتور الكتريكي را به محور فرمان انتقال ميدهد . www.car-project.ir

27. اين سيستم كه مكانيزم كاهش نام دارد نيروي اعمالي موتور را به پينيون شفت انتقال ميدهد. اين مكانيزم شامل يك چرخدنده مارپيچي و يا حلقوي است كه ارتباط بين پينيون محور فرمان و پينيون چرخدنده اي متصل به شفت موتور را برقرار  و نيروي موتور را به پينيون شفت منتقل ميكند. به اين ترتيب پينيون شفت به چرخش در ميآيد تا گشتاور مقاوم ايجاد شده در ميله پيچشي به صفر برسد. www.car-project.ir

28. www.car-project.ir

29. www.car-project.ir

30. ECU داراي چهار مد عملياتي است : • 1- مد كنترلي نرمال(Normal control mode): زماني كه فرمان به چپ و راست ميپيچد و نيروي كمكي با توجه به ميزان گشتاور ورودي در حسگر گشتاور اعمال ميشود. • 2- مد كنترلي بازگشت(Return control mode): زماني كه فرمان به طور كامل پيچيده است نيروي كمكي در جهت برگشت ايجاد ميكند. www.car-project.ir

31. 3- مد كنترلي ميراكننده(Damper control mode): سرعت خودرو را با هدف بهبود احساس سواري و جذب تنشهاي وارده از جاده به چرخها تغيير ميدهد. • 4- مد كنترلي حمايتي(Protection control mode):حمايت از اجزاي الكتريكي از خطر افزايش دما و جريان بيش از حد سيال در صورتيكه فرمانبراي مدت طولاني به يك سمت و در حالت پيستون قفل نگه داشته شود. www.car-project.ir

32. زماني كه فرمان تا انتها ميچرخد كنترل يونيت نيروي كمكي را كاهش ميدهد تا از آسيب ديدن موتور الكتريكي جلوگيري كند همچنين در صورت وجود هرگونه خطا، سيستم به طور خودكار از حالت برقي به مكانيكي تغيير ميكند و چراغ اخطار روشن ميشود كه بايد با استفاده از نرم افزار و دستگاه عيب ياب، ايراد برطرف شود. www.car-project.ir

33. بيشترين نيرو توسط موتور الكتريكي هنگامي اعمال ميشود كه خودرو در سرعت پايين حركت كند و روي يك سطح با اصطكاك بالا فرمان با سرعت چرخانده شود. در شرايطي كه سطح جاده داراي اصطكاك كمي باشد نيروي كمتري توسط موتور الكتريكي اعمال و از انحراف خودرو جلوگيري ميشود. عواملي چون فشار باد تاير، سطح جاده، سرعت خودرو و ... بر مقدار نيرويي كه بايد راننده براي چرخش فرمان اعمال كند تأثير نخواهد داشت و در شرايط اضطراري كه فرمان بهسرعت چرخانده ميشود با توجه به اهميت گشتاور مقاوم بين تاير و نيروي وارده به غربيلك، خودرو در مسير مستقيم بدون انحراف به حركت خود ادامه ميدهد.  سيستم فرمان برقي معمولا با ولتاژ 12ولت و ماكزيمم مصرف 80 آمپر  و متوسط توان0.1 كيلووات كار ميكند. www.car-project.ir

34. محل نصب EPS فرمان الکتریکی در سه حالت مختلف می تواند بر روی قسمت مکانیکی نصب شود. • 1- نصب بر روي ستون فرمان:در این روش مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه مستقر شده و بر روی ستون فرمان نصب می شود.بنابراین عملکرد کمکی فرمان ESP به ستون فرمان اعمال می گردد.این روش در خودروهای کوچک،مخصوصا خودروهای درون شهری که راحتی فرمان فاکتور مهمی به ویژه در ترافیک های سنگین و پارک نمودن خودرو محسوب می شود،به کار می رود.ستون فرمان با موتور الکتریکی DC توسط دنده حلزونی درگیر هستند. www.car-project.ir

35. 2- نصب بر روی پینیون:در این روش نیز مجموعه ی سنسورها،موتور DC و قسمت ECU به طور مجتمع در یک محفظه قرار گرفته ولی بر روی پینیون نصب می شوند.این حالت برای خودروهای نیمه سنگین مناسب بوده،جایی که راننده ی این نوع خودروها در راحت ترین حالت می تواند خودرو را هدایت کند. www.car-project.ir

36. 3- نصب بر روی دنده شانه ای:در این روش هر سه قسمت EPS یعنی سنسور،موتور DC و ECU جدا از هم برروی جعبه فرمان نصب می شوند.به این صورت که موتور DC و ECU به طور جداگانه بر روی دنده شانه ای قرار گرفته وسنسورها نیز روی پینیون مستقر می شوند.زیرا روی دنده شانه ای گشتاوری وجود ندارد که سنسورها بتوانند آن را حس کنند.این حالت برای خودروهای سنگین مناسب است.جایی که نیروی زیادی باید به دنده شانه ای اعمال شود.بنابراین نیروی کمکی به طور مستقیم از موتور DC به دنده شانه ای وارد می گردد. www.car-project.ir

37. انواع Eps و خصوصيات آنها 1- Column-assist type • توان كمكي(Power assist unit)،كنترلر و سنسور گشتاور متعلق به پايه فرمان است. • اين سيستم جمع و جور بوده و به آساني روي خودرو نصب مي شود. • قابل نصب بر روي steering columns،tilt-type steering columns • مناسب براي خودروهاي كوچك www.car-project.ir

38. 2- Pinion-assist type • توان كمكي متعلق به شفت پينيون جعبه دنده فرمان است. • توان كمكي در فضاي موتور(خارج از فضاي چرخهاي سرنشين)قرار گرفته و اهميت آن در حذف سروصداي فضاي سرنشين است. • اين سيستم قابليت استفاده در نيروي كمكي بالاتر را دارد. • اين سيستم كاربرد جعبه دنده با نسبت متغيير در موتورهاي متراكم را فراهم مي كند. • مناسب براي خودروهاي كوچك www.car-project.ir

39. 3- Rack direct-drive type • اين سيستم فرمان جمع و جور بوده و به آساني روي خودرو نصب مي شود. • نيروي كمكي مستقيما“ براي ميله آماده مي شود. • اين سيستم اصطكاك و اينرسي كمي را فراهم مي كند. • احساس رانندگي با فرمان ايده آل www.car-project.ir

40. 4-Electric variable-gear-ratio steering (E-VGR) • نسبت دنده متغيير اين جعبه فرمان توانايي انطباق نسبت دنده فرمان با سرعت خودرو را دارد. • اين سيستم ميزان چرخش چرخ فرمان در سرعتهاي پايين خودرو را به ميزان زياد كاهش مي دهد.همچنين قدرت مانور در سرعتهاي پايين را زياد مي كند. • اين سيستم در سرعتهاي بالا پاسخي پايدار را فراهم مي كند. • اين سيستم تاخير پاسخ خودرو در تغيير مسير را كاهش داده و نسبت دنده در پاسخ به شرايط سطح جاده تغيير مي كند. www.car-project.ir

41. 5-Hydraulic-electric type power steering (H-EPS) • در اين سيستم بازده انرژي سيستم فرمان خودكار هيدروليكي در حال حركت بوسيله موتور الكتريكي و پمپ هيدروليكي كنترل مي شود. • موتور،پمپ،مخزن و كنترلر به آساني روي خودرو نصب شده و تقريبا اين سيستم نيازي به تنظيم پس از نصب ندارد. • پمپ هيدروليكي بوسيله يك موتور Brush-less به حركت در آمده و پاسخي سريع دارد. www.car-project.ir

42. www.car-project.ir

43. www.car-project.ir

44. در جدول زيرمزاياي چند مشخصه بيان شده آمده است: www.car-project.ir

45. www.car-project.ir

46. Honda offers MotionAdaptive ElectricPowerSteering (EPS) • حركت انطباقي فرمان الكتريكي يك تكنولوزي جديد حركت پايدار براي وروديهايي كه راننده بي درنگ به فرمان در حركت مستقيم در گوشه ها و يا شرايط لغزنده جاده وارد مي كند، مي باشد. www.car-project.ir

47. www.car-project.ir

48. تاثير Eps روي چند مشخصه خودرو www.car-project.ir

49. Refrence http://www.saipaonline.com/view-327.html http://en.wikipedia.org/wiki/Power_steering http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid17.pdf http://www.indiacar.com/infobank/epc.htm http://www.jtekt.co.jp/e/products/steering.html http://www.insightcentral.net/encyclopedia/eneps.html http://www.gizmag.com/honda-offers-motion-adaptive-electric-power-steering-eps/9945/ http://www.aacar.com/library/steering_power_electric.htm www.car-project.ir

50. http://www.nsxprime.com/FAQ/Technical/eps.htm http://www.farman.pib.ir http://www.just-auto.com/article.aspx http://www.canadiandriver.com/articles/jk http://autospeed.com/cms/article.html http://www.youtube.com http://www.bmw.com/com/en/insights/technology/efficient_dynamics/phase_/technologies/electric_power_steering.html http://www.autofocusasia.com/engine_chassis_systems/electric_power_steering.htm www.car-project.ir