شاید در کشورمان که فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک بر روی برخی از خودروها یک آپشن تلقی می‌شود، بررسی تفاوت سیستم‌های مختلف کمکی فرمان بی‌معنی به نظر برسد اما در بازارهای جهانی مدت‌ها است بحث برتری هر یک از سیستم‌های کمکی به بحثی داغ تبدیل شده است. در کشورمان، سیستم‌های هیدرولیک از مدت‌ها قبل شناخته شده بودند اما سیستم‌های 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 1927 بازمی‌گردد و برای نخستین بار در سال 1951 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 می‌آید تا بخشی از نیروی لازم را برای جابجایی چرخ‌ها 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 می‌شود. نیروی هیدرولیک تولید شده از طریق شیلنگ‌هایی به پیستون هیدرولیک درون شفت راک می‌رسد و این فشار است که گشتاور تولید شده توسط دست راننده برای چرخان فرمان را تقویت می‌کند. 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 می‌گویند که با آغاز چرخش فرمان، مسیر حرکت جریان هیدرولیک را به سمت مناسب پیستون هیدرولیک باز می‌کند.
فرمان با نیروی کمکی الکتریکی (EPS)
در سیستم‌های 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 سیستم‌های الکتریکی، نیروی کمکی تنها در لحظه‌ای که به آن نیاز است به وجود می‌آید. 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 می‌شود. کوچک‌ترین حرکتی در فرمان از سوی راننده تولید گشتاوری می‌کند که توسط این سنسور تشخیص داده می‌شود. 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 می‌شود. این موتور به شفت راک متصل است و نیروی تولید شده توسط آن به راک منتقل می‌کند. انتقال این نیرو ممکن است از طریق سیستم دنده شانه‌ای و یا محور مارپیچی باشد (در شماره‌های آینده این سیستم را با جزییات بیشتر بررسی می‌کنیم). تا زمانی که گشتاوری از سوی راننده به فرمان خودرو اعمال می‌شود این موتور الکتریکی نیز مشغول به کار است و در چرخش فرمان به راننده یاری می‌رساند.
کدام یک برترند؟
این روزها با فراگیر شدن استفاده از سیستم‌های کمکی الکتریکی در خودروها، جدال میان طرفداران دو سیستم بسیار بالا گرفته است. یکی از مهم‌ترین مزایای سیستم‌های 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 می‌کند که ممکن است اصلاً نیازی به آن نباشد و همین مسأله مصرف سوخت خودرو را بالا می‌برد. در مقابل اما سیستم‌های کمکی الکتریکی تنها زمانی آغاز به کار می‌کنند که به آن‌ها نیاز باشد و از سوی دیگر به دلیل آنکه به موتور خودرو متصل نیستند، نقشی در افزایش مصرف سوخت خودرو ندارند. این سیستم‌ها کوچک‌تر و سبک‌تر هستند و اجزای کمتری دارند که نیاز به تعمیر و نگهداری آن‌ها را نیز کمتر می‌کند. در مقابل بسیاری معتقدند سیستم‌های الکتریکی، به ویژه در خودروهای اسپرت احساس مناسبی از مسیر حرکت را به راننده منتقل نمی‌کنند و به این ترتیب راننده نمی‌تواند در زمان پیچیدن به خوبی مانور دهد. البته خودروسازان تا حدود زیادی مشکلات این سیستم را برطرف کرده‌اند تا آنجا که پورشه بر روی نسل جدید 911 نیز این سیستم را نصب کرده است. خوشبختانه سری 5 محصولات ب‌ام‌و اجازه آزمون تفاوت‌های دو سیستم را فراهم کرده است چرا که در این سری، هر دو سیستم کمکی هیدرولیک و الکتریکی بر روی مدل‌های مختلف نصب شده است که بررسی تفاوت آن‌ها با توجه به یکسان بودن شاسی خودروها می‌تواند برتری هر یک را مشخص کند.
نبرد رو در رو
دو رقیب این میدان هر دو از محصولات ب‌ام‌واند با این تفاوت که حجم‌های موتور و سیستم‌های کمکی فرمان متفاوتی دارند هر چند هر دو از سیستم چهارچرخ متحرک بهره می‌برند. نخستین خودرو مدل 528i xDrive است که با موتور دو لیتری توربوشارژردار خود 240 اسب‌بخار قدرت دارد و از سیستم کمکی الکتریکی برای فرمان بهره می‌برد. رقیب این خودرو 535i xDrive است که از موتور سه لیتری آن با کمک توربوشارژر 300 اسب‌بخار قدرت بیرون کشیده‌اند و فرمان آن به نیروی کمکی هیدرولیک مجهز است. تا اینجای کار به نظر می‌رسد ب‌ام‌و هم ترجیح می‌دهد بر روی خودروهای پر قدرت خود از سیستمی هیدرولیک استفاده کند اما آیا این سیستم‌ها در یک رانندگی اسپرت واقعاً برتراند؟ برای مشخص کردن سیستم کمکی برتر، آزمون به دو بخش کاملاً مجزا تقسیم شده است. یک بخش احساسی است که راننده در زمان راندن خودرو دارد و کاملاً کیفی است. در کنار این، یک سیستم اندازه‌گیری پیشرفته محصول شرکت Cayman Dynamics نیز برای اندازه‌گیری پارامترهای مختلف فرمان به کار گرفته شد تا نتایج کاملاً کمی و قابل اندازه‌گیری باشد.
در بخش نخست، تیمی از متخصصین نشریه هر دو خودرو را در پیست مورد بررسی قرار دادند. این پیست مجموعه‌ای از مسیرهای مستقیم، پیچ‌ها و زمین‌های خشک و خیس را شبیه‌سازی می‌کند و در پایان تقریباً همه اعضا تیم به اتفاق سیستم فرمان الکتریکی را به عنوان سیستم برتر انتخاب کردند. از 10 آزمون این بخش، در 7 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 پیش‌بینی بود اما برتری مطلق سیستم الکتریکی نشان می‌دهد این سیستم پیشرفت‌های زیادی کرده و توانسته بخش عمده‌ای از ضعف‌های عملکردی خود را به ویژه در زمینه پاسخ به فرامین راننده حل کند که این خبر خوبی برای اسپرت‌سواران است که یک فرمان کاملاً دقیق و گوش به فرمان می‌خواهند. پس از آزمون توسط تیم متخصصین نشریه، نوبت به سیستم دقیق اندازه‌گیری است. این سیستم از طریق حسگرهای ویژه‌ای می‌تواند پارامترهای مختلفی از قبیل میزان گشتاور اعمال شده به فرمان، زمان واکنش فرمان و ... را اندازه‌گیری کند که با تحلیل آن‌ها می‌توان به اطلاعات مفیدی دست پیدا کرد. در این زمینه نیز هدف اصلی آن است که مشخص شود کدام سیستم دقیق‌تر و در عین حال راحت‌تر است و می‌توان آن را برای خودروی اسپرت با قابلیت کارکرد شهری توصیه کرد. در زمینه راحتی، هدف اندازه‌گیری میزان گشتاوری است که باید از سوی راننده در زمان پیچیدن به فرمان خودرو اعمال شود و در این زمینه پیچیدن با سرعت‌های مختلف و در نتیجه شتاب‌های جانبی متفاوت مورد اندازه‌گیری قرار گرفته است. در این آزمون، سیستم الکتریکی رفتاری قابل پیش‌بینی و خطی دارد و با افزایش شتاب جانبی، گشتاور موردنیاز آن به صورت خطی با شیب بسیار ملایم از 1.2 تا 1.7 نیوتن‌متر افزایش پیدا می‌کند.
سیستم هیدرولیک نیز تا شتاب جانبی 0.24g که تقریباً شتاب پیچیدن در یک پارکینگ است گشتاوری معادل مدل‌های الکتریکی نیاز دارد و مناسب است اما با افزایش سرعت پیچیدن، به شکل شدیدی گشتاور موردنیاز برای ثابت نگه داشتن فرمان آن افزایش پیدا می‌کند. بدتر از آن افت نیروی لازم در شتاب جانبی نهایی و جایی است که تایرها تقریباً چسبندگی خود را از دست می‌دهند که این مسأله می‌تواند 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 سرعت‌های مختلف در مسیر مستقیم ناگهان به چپ و راست فرمان داده می‌شود تا نمودار گشتاور در مقابل شتاب جانبی لحظه‌ای اندازه‌گیری شود. فرمان دادن‌ها در سه سطح ملایم، متوسط و شدید بوده است در این بخش بر اساس نمودارها برتری با سیستم هیدرولیک بود.
این سیستم در مانورها محکم‌تر است و خودرو بهتر به جاده می‌چسبد 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 می‌رسد و این به معنی برتری این سیستم در زمان مانورهای ناگهانی در بزرگراه‌ها 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 می‌کند.
جمع‌بندی
ب‌ام‌و تلاش زیادی برای رساندن سیستم‌های الکتریکی به سطح سیستم‌های هیدرولیک انجام داده است و تا حدود زیادی نیز در این مسیر موفق بوده اما هنوز نمی‌توان سیستم‌های الکتریکی را به طور قطعی به عنوان جایگزین سیستم‌های هیدرولیک دانست. هر چند این سیستم‌ها دردسر کمتری در زمینه خرابی‌های احتمالی دارند و نصب آن‌ها در خودرو آسان‌تر است و بر اساس نتایج آزمون ما، حس بهتری را به راننده منتقل می‌کنند، 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 فرمان‌های الکتریکی بهتری نیز امیدوار بود اما تا آن زمان فرمان‌های هیدرولیک همچنان سلطان خودروهای اسپرت خواهند بود.
تجهیزات مربوط به سیستم اندازه‌گیری واکنش فرمان خودرو
نمودار مقایسه میان گشتاور لازم برای به حرکت در آوردن فرمان در دو سیستم در شتاب‌های جانبی مختلف
سیستم کمکی الکتریکی: 1. شفت پینیون 2. سنسور گشتاور فرمان 3. محفظه راک 4. موتور الکتریکی 5. مکانیزم انتقال قدرت 6. راک 7. تسمه انتقال
