جعبه فرمان در خودرو چيست؛ آشنايي با وظايف و انواع آن

ساده‌ترين چيزي كه احتمالا همه ما از كودكي درباره‌ رانندگي مي‌دانيم، آن است كه فرمان وسيله هدايت خودرو به‌شمار مي‌رود؛ اما براي اينكه راننده بتواند با فرمان مسير خودرو را كنترل و هدايت كند، نيازمند همكاري اجزاي مختلفي از سيستم بزرگي است كه شاهد آن نيستيم. اين سيستم را سيستم فرمان خودرو مي‌نامند. سيستم مذكور ضمن انتقال نيروي چرخش فرمان، جهت حركت آن را نيز به چرخ‌ها منتقل و بدين‌ترتيب مسير حركت خودرو را مشخص مي‌كند.

سيستم فرمان نيز مانند ساير بخش‌هاي متخصص خودرو، تاكنون پيشرفت فراواني كرده و اجزاي آن تغييرات زيادي كرده‌اند. يكي از اجزاي اصلي سيستم فرمان، جعبه فرمان است كه عمده تنوع سيستم به آن بستگي دارد. درواقع نوع جعبه‌ فرمان است كه نوع اين سيستم را تعيين مي‌كند؛ بنابراين، براي شناخت كامل سيستم فرمان، نياز به شناخت جعبه فرمان با تمام جزئيات داريم. در اين مقاله با مطالعه جزئيات اين قطعه، انواع و وظايف آن را در سيستم فرمان توضيح مي‌دهيم.

وظيفه سيستم فرمان چيست؟

جعبه فرمان چيست؟

وظايف جعبه فرمان در خودرو

انواع جعبه فرمان

علائم خرابي جعبه فرمان

عيب‌يابي سيستم فرمان خودرو

ارزش جعبه فرمان

يكي از مهم‌ترين سيستم‌ها براي كنترل و هدايت خودرو، سيستم فرمان است. سيستم چرخش فرمان خودرو به‌خصوص فرمان‌هاي قديمي، ساختار بسيار ساده‌اي دارد و حتي مي‌توانيم آن را متشكل از چند ميله و چرخدنده ساده بدانيم. وقتي شما فرمان خودرو را روبه‌روي خود مي‌چرخانيد، اين چرخش ازطريق اتصالات مربوطه به حركت افقي تبديل و به پيچيدن لاستيك‌هاي خودرو و فرمان‌پذيري آن منجر مي‌شود.

سيستم‌هاي اوليه فرمان، جزئيات خيلي زيادي نداشتند‌؛ به‌همين‌دليل، معمولا فشار گردش چرخ‌ها به‌راحتي درون فرمان و خستگي دست راننده احساس مي‌شد. در اين سيستم‌ها، چرخ‌ها صرفا با نيرويي هدايت مي‌شوند كه راننده به فرمان خودرو وارد مي‌كند؛ ازاين‌رو، به آن‌ها سيستم‌ فرمان دستي هم مي‌گويند.

سيستم فرمان براي انتقال نيروي دست راننده به چرخ‌هاي فرمان‌پذير نيازمند به غربيلك فرمان، ستون فرمان، جعبه فرمان و مكانيزم و اهرم‌بندي فرمان است. با پيشرفت فناوري در صنعت خودروسازي، فرمان‌هاي هيدروليكي و الكتريكي نيز در ساخت خودروها رايج شده‌اند. فرمان‌هاي جديد باعث راحتي بيشتر راننده‌ها و افزايش قابليت بهتر پارك‌كردن و پايداري خودروها شده‌اند. 

سيستم فرمان وظيفه انتقال چرخش دست راننده به چرخ‌ها را برعهده دارد و از قطعات زير تشكيل شده است: 

۱. غربيلك فرمان

غربيلك فرمان ملموس‌ترين قطعه در سيستم فرمان است كه چرخش دست راننده را به ستون (ميل) فرمان منتقل مي‌‌كند. علاوه‌براين، غربيلك وظيفه ديگري نيز برعهده دارد و آن هم افزايش گشتاور اعمالي است كه راننده به غربيلك اعمال مي‌‌كند. هر چقدر قطر غربيلك افزايش يابد، گشتاور اعمالي نيز افزايش پيدا خواهد كرد. در خودروهاي جديد، غربيلك فرمان قابليت تغيير ارتفاع و زاويه نيز دارد و شركت‌هاي سازنده حداكثر تلاش خود را براي راحتي راننده دارند.

۲. ستون (ميل) فرمان

ميل‌فرمان رابط بين غربيلك و جعبه فرمان است و چرخش غربيلك را به جعبه‌ فرمان منتقل مي‌‌كند. ستون فرمان حالت خرطومي دارد؛ به‌همين‌دليل، قدري انعطاف‌پذير است و همين امر باعث افزايش ايمني راننده در هنگام تصادف مي‌‌شود؛ چراكه در‌غير‌اين‌صورت، ممكن بود هنگام تصادف، ميل‌فرمان به داخل كابين وارد شود و به راننده آسيب بزند.

۳. جعبه‌ فرمان

جعبه‌ فرمان را شايد بتوان مهم‌ترين قطعه در سيستم فرمان دانست كه سه وظيفه مهم برعهده دارد:

• افزايش گشتاور
• تغيير صفحه دَوَران غربيلك فرمان به صفحه مكانيزم فرمان
• تبديل حركت دَوَراني به حركت خطي

۴. پيتمن

پيتمن يا بازوي پيتمن يا محور هزارخاري فرمان روي شفت خروجي جعبه فرمان نصب شده است و حركت دَوَراني شفت را به حركت زاويه‌اي تبديل مي‌‌كند. انتهاي پيتمن نيز به‌واسطه سيبك به ميله درگ اتصال مي‌يابد.

۵. ميله درگ

ميله درگ رابط بين پيتمن و شغال‌دست است.

۶. شغال‌دست و سگ‌دست

دليل نام‌گذاري اين دو قطعه به‌دليل شكل ظاهري آن‌ها است. با حركت شغال‌دست، سگ‌دست نيز مي‌چرخد و در‌نهايت چرخ‌ها نيز تغيير جهت مي‌دهند.

با‌‌‌توجه‌‌به آنكه جعبه فرمان اهميت بسيار زيادي در سيستم فرمان دارد، شركت‌هاي سازنده تحقيقات بسياري در اين زمينه انجام داده و چند نوع مختلف جعبه فرمان طراحي و توليد كرده‌اند. جعبه‌فرمان‌ها در حالت كلي به دو دسته تقسيم‌بندي مي‌شوند.

• جعبه‌فرمان‌ مكانيكي: همان‌طوركه از اسم اين نوع جعبه‌فرمان‌ نيز پيدا است، تنها اجزاي مكانيكي هستند كه چرخش دست راننده را به چرخ‌ها منتقل مي‌‌كنند.
• جعبه‌فرمان‌ با توان كمكي: در اين نوع جعبه‌فرمان‌، علاوه‌بر قطعات مكانيكي، تجهيزات الكتريكي و هيدروليكي ديگري نيز موجود هستند كه به افزايش گشتاور دست راننده كمك مي‌‌كنند.

جعبه فرمان اصلي‌ترين قسمت سيستم هدايت و كنترل خودرو محسوب مي‌شود و ضمن انتقال گشتاور دست راننده به چرخ‌ها، فرايند افزايش اين گشتاور را نيز انجام مي‌دهد. جعبه فرمان روي اتاق خودرو وصل مي‌شود و گشتاور و دَوَران فرمان را به‌كمك مفصل‌ها و سيبك‌هاي سيستم فرمان به سگ‌دست منتقل مي‌كند. اين قسمت از سيستم فرمان انواع مختلفي دارد و هر نوع از اجزاي مخصوصي تشكيل شده است؛ اما وظايف جعبه‌ فرمان براي همه انواع آن يكي است و تغييري نمي‌كند. اين وظايف عبارت‌اند از:

• افزايش گشتاور و كاهش حركت چرخشي و جا‌به‌جايي دَوَراني دست راننده
• تغيير صفحه‌ دَوَران غربيلك فرمان به صفحه‌ مكانيكي فرمان
• تبديل حركت چرخشي و دَوَراني غربيلك به حركت خطي اهرم‌بندي فرمان

بدين‌ترتيب كه وقتي راننده غربيلك فرمان را مي‌چرخاند، اين گشتاور و حركت دَوَراني به جعبه فرمان منتقل مي‌شود. جعبه فرمان حركت دَوَراني غربيلك را به حركت خطي تبديل و ازطريق اهرم‌بندي فرمان يا شغال‌دست‌هاي چپ و راست به سگ‌دست منتقل مي‌كند. سگ‌دست روي سيبك‌ها به داخل يا خارج مي‌چرخد و اين حركت سبب پيچيدن چرخ‌ها به چپ يا راست مي‌شود.

جعبه فرمان بر‌‌‌اساس كيفيت عملكرد، يعني ميزان افزايش گشتاور، نحوه افزايش آن و درصد راحتي راننده در فرمان‌دادن و كنترل خودرو به دو دسته (مكانيكي و با نيروي كمكي) و اين دو دسته خود به انواع و زيرمجموعه‌هاي ديگري تقسيم مي‌شوند. همچنين، قطعات اصلي اين دو دسته تفاوت‌هاي بسياري دارند. 

جعبه فرمان مكانيكي

فرمان مكانيكي از مجموعه‌اي شامل دنده‌ها و مكانيزم‌ها تشكيل مي‌شود كه در جعبه‌اي به نام جعبه فرمان قرار گرفته است. اين نوع جعبه فرمان كه ساده‌ترين سيستم را دارد و در گذشته استفاده مي‌شد، عمل افزايش گشتاور دست راننده و انتقال آن به چرخ‌ها را تنها با مجموعه‌اي از چرخ‌دنده‌ها و بازوها انجام مي‌دهد. در سيستم‌هاي فرمان مجهز به جعبه فرمان مكانيكي، تنها منبع انرژي سيستم نيروي دست راننده است. اين امر براي راننده خستگي ناشي از صرف نيروي زياد براي كنترل و حركت غربيلك را ايجاد مي‌كند.

جعبه فرمان با نيروي كمكي

در اين نوع جعبه فرمان، نيروهاي هيدروليكي يا الكتريكي به‌كمك قطعات مكانيكي مي‌آيند تا نيروي گشتاور دست راننده افزايش دهند را كه با غربيلك به جعبه فرمان منتقل شده است؛ بنابراين با كاهش سختي و خشكي فرمان، رانندگي راحت‌تري را به راننده نويد مي‌دهند. در‌ادامه، اين دو دسته، اجزا، تقسيم‌بندي و مزايا و معايب هركدام را مطالعه مي‌كنيم.

جعبه فرمان‌هاي مكانيكي امروزه كمتر استفاده مي‌شوند و حتي عموما پيشرفته‌ترين آن‌ها نيز به‌نوعي به سيستم نيروي كمكي تجهيز مي‌شوند. برخي از آن‌ها نيز كاملا در صنعت خودروسازي به‌دست فراموشي سپرده شده‌اند. مدل‌هاي مختلف جعبه فرمان مكانيكي اجزاي متفاوتي دارند و تنها در برخي قطعات مانند پوسته جعبه فرمان با هم مشترك هستند. انواع جعبه فرمان‌هاي مكانيكي بدين‌ترتيب هستند:

۱. جعبه فرمان حلزوني انگشتي

جعبه فرمان حلزوني انگشتي كه در بين انواع مكانيكي، ساده‌ترين جعبه فرمان موجود است؛ چراكه از يك پوسته‌ جعبه مربعي‌شكل و قطعاتي به نام‌هاي انگشتي و حلزوني بهره مي‌برد. انتقال حركت از غربيلك به چرخ‌ها و تغيير دَوَران آن به خطي به‌واسطه اين دو قطعه صورت مي‌گيرد. اين نوع جعبه‌دنده به‌دليل معايب بسيار سال‌هاي زيادي است كه از چرخ توليد خودروسازي خارج شده است و استفاده نمي‌شود.

۲. جعبه فرمان حلزوني با دنده‌ تاج‌خروسي

در اين نوع جعبه فرمان، از قطعه‌اي دندانه‌دار به نام تاج‌خروسي كه شباهت به تاج خروس نيز دارد، به‌جاي انگشتي استفاده مي‌شود و انتقال حركت مارپيچ كه به غربيلك متصل است، به‌سمت حلزوني و ميل‌فرمان‌ها با آن صورت مي‌گيرد. اگرچه جعبه فرمان مربع‌شكل حلزوني با دنده‌ تاج‌خروسي از مدل حلزوني انگشتي پيشرفته‌تر است، همچنان معايب زيادي دارد؛ بنابراين، به سرنوشت مدل حلزوني انگشتي دچار شد و در بين قطعات از‌دور‌خارج‌شده قرار گرفت.

۳. جعبه فرمان حلزوني غلتكي

جعبه فرمان حلزوني غلتكي نيز شبيه نوع قبلي جعبه فرمان است، با اين تفاوت كه در آن غلتك جاي دنده‌ تاج‌خروسي را مي‌گيرد. غلتك اين نوع جعبه فرمان نيز باعث نشد تا از معايب مدل‌هاي قبلي بي‌بهره بماند؛ بنابراين، چند سالي است كه از رده خارج محسوب مي‌شود.

۴. جعبه فرمان ساچمه‌اي با دنده‌ تاج‌خروسي

در اين مدل جعبه‌دنده يك چرخ‌دنده‌ تاج‌خروسي و يك دنده‌ تاج‌خروسي به‌شكل مخروط در‌كنار‌هم به‌كار مي‌روند. جعبه فرمان ساچمه‌اي ازجمله جعبه‌ فرمان‌هاي مكانيكي است كه در صنعت خودروسازي، به‌خصوص خودروهاي سنگين (هرچند به ندرت) همچنان استفاده مي‌شود. قطعات اصلي آن را ساچمه‌ها، مهره انتقال، دنده تاج‌خروسي، شفت خروجي و پيچ تنظيم شامل مي‌شود.

بدين‌ترتيب، ساچمه‌ها و لوله‌هاي مسير گردش آن‌ها جاي حلزوني را مي‌گيرند. لوله‌هاي مسير گردش ساچمه‌ها به دور پيچ‌هاي مارپيچي مي‌پيچند. عملكرد اين جعبه‌دنده با حركت چرخشي مارپيچ فرمان آغاز مي‌شود. اين حركت به ساچمه‌ها كه دور مارپيچ چرخيده‌اند، منتقل و سپس با ساچمه‌ها تبديل به حركت خطي مي‌شود. اين تبديل دقيقا به‌كمك دنده‌هاي روي ديواره مهره انتقال صورت مي‌گيرد كه بين ساچمه‌ها، مارپيچ و دنده‌ تاج‌خروسي قرار دارد. حركت خطي نيز به‌واسطه دنده تاج‌خروسي به شفت خروجي و سپس بازوي هزارخار فرمان و درنهايت ميل‌فرمان مي‌رسد. پيچ تنظيم نيز در اين سيستم، وظيفه تنظيم لقي فرمان را برعهده دارد. اين نوع جعبه فرمان مزايايي دارد كه باعث شده همچنان استفاده شود؛ ازجمله:

• اصطكاك كم در بين قطعات جعبه فرمان
• ايمني بيشتر درمقايسه‌با مدل‌هاي قبلي
• استهلاك و حساسيت كمتر و نگه‌داري راحت‌تر
• امكان تجهيز آن به سيستم توان كمكي (هيدروليكي يا الكتريكي)

اصطكاك كمتر قطعات اين نوع جعبه فرمان كار را براي راننده راحت‌تر مي‌كند و نيروي كمتري از او براي چرخش غربيلك مي‌گيرد. درضمن، اين خصوصيت به كاهش سايش و خوردگي قطعات و درنتيجه افزايش لقي فرمان منجر مي‌شود و احتمال خلاصي آن را كاهش مي‌دهد؛ اما معايب اين نوع جعبه نيز نبايد ناديده گرفته شود. اين معايب عبارت‌اند از:

• وزن زياد كه به سنگين‌شدن نهايي خودرو و سيستم متخصص آن منجر مي‌شود.
• ارزش زياد كه هزينه تعميرات آن را نيز افزايش مي‌دهد.

۵. جعبه فرمان دنده‌شانه‌اي

پوسته جعبه فرمان در اين نوع به يك سيلندر فلزي تبديل مي‌شود. قطعات آن شامل بست اتصال، پوسته، بازوي فرمان، پيچ و مهره‌هاي تنظيم لقي، گردگير، پينيون، ياتاقان پينيون و دنده‌‌شانه‌اي است. پينيون و دنده‌‌شانه‌اي كه رك هم ناميده مي‌شود، اصلي‌ترين اجزاي اين نوع جعبه فرمان هستند.

درواقع پينيون كه با مارپيچ فرمان در ارتباط است، حركت چرخشي غربيلك را از مارپيچ فرمان ي‌گيرد و با درگير‌كردن دنده‌هاي خود با دنده‌هاي شانه‌اي، اين دَوَران را به حركت عمودي تبديل مي‌كند. پينيون و دنده‌شانه‌اي به‌صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هر دو فرمي دندانه‌دار دارند. دنده‌شانه‌اي و اهرم عرضي و پينيون اهرم عمودي اين سيستم هستند. اين نوع جعبه‌دنده نيز مزايايي درمقايسه‌با جعبه‌دنده‌ ساچمه‌اي دارد كه استفاده از آن را رايج‌تر كرده است. اين مزايا عبارت‌اند از:

• ارزش كمتر كه هزينه‌ تعميرات آن را نيز كاهش مي‌دهد.
• اشغال فضاي كمتر كه آن را براي خودروهاي ديفرانسيل جلو مناسب مي‌كند.
• وزن كمتر كه اين سيستم را براي خودروهاي سبك مناسب مي‌سازد.

البته جعبه فرمان دنده‌شانه‌اي در مزيت‌هايي مانند اصطكاك كمتر، درصد استهلاك كمتر، قابليت ارتقاي بازده و قابليت تجهيز به سيستم توان كمكي مشترك است. معايب اين سيستم نيز عبارت‌اند از:

• محدوديت در افزايش گشتاور كه ميزان گشتاور را درمقايسه‌با نوع ساچمه‌اي كمتر افزايش مي‌دهد.
• محدوديت در افزايش پايداري خودرو كه در اين مورد نيز جعبه‌ فرمان‌هاي ساچمه‌اي مكانيزم بهتري براي افزايش پايداري خودرو دارند.

جعبه فرمان‌هاي با نيروي كمكي، راحتي و آسايش راننده را بيشتر تأمين مي‌كنند و نيروي زيادي از او براي به‌حركت‌درآوردن غربيلك نمي‌گيرند؛ بلكه نيروي كمكي از نوع هيدروليكي يا الكتريكي در جعبه فرمان به‌كمك راننده مي‌آيد. نرمي سيستم‌هاي مجهز به اين نوع جعبه فرمان هنگام پارك خودرو و فرمان‌گرفتن‌هاي تيز بيشتر به‌چشم مي‌آيد. اين دسته جعبه‌ فرمان‌ها نيز مانند انواع مكانيكي، زيرمجموعه‌ها و انواع مختلفي دارند و هر‌يك از اين انواع هم اجزاي مختص خودشان را در‌اختيار مي‌گيرند. درادامه، انواع جعبه فرمان با نيروي كمكي را معرفي مي‌كنيم.

۱. جعبه فرمان‌ هيدروليكي

در جعبه فرمان‌هاي هيدروليك، از فشار هيدروليكي پمپ هيدروليك براي كمك به حركت چرخ‌دنده و كاهش نيروي دست راننده استفاده مي‌شود كه اين پمپ نيز نيروي موردنياز خود را از تسمه و پولي از ميل‌لنگ دريافت مي‌كند. جعبه فرمان هيدروليكي اولين نوع جعبه فرمان كمكي و رايج‌ترين آن‌ها است.

در اين جعبه فرمان كه ساختاري مشابه جعبه فرمان مكانيكي ‌دنده‌شانه‌اي دارد، از فشار هيدروليكي براي به‌حركت‌درآوردن ‌دنده‌شانه‌اي كمك گرفته مي‌شود تا راننده نيروي كمتري براي چرخاندن غربيلك به‌كار گيرد؛ بنابراين، به سيستم جعبه فرمان دنده‌شانه‌اي مكانيكي تجهيزاتي جهت ايجاد فشار اضافه مي‌شود. اين تجهيزات قطعات زير را شامل مي‌شود:

• پمپ هيدروليكي كه بيرون از جعبه فرمان و سيلندر آن قرار دارد و با غربيلك در ارتباط است.
• شير هيدروليكي كه روي شفت ورودي جعبه فرمان و دركنار پوسته يا سيلندر جعبه فرمان نصب مي‌شود.
• مخزن روغن كه نزديك به پمپ روغن تعبيه مي‌شود.
• لوله‌هاي رفت‌و‌برگشت روغن كه در فاصله جعبه فرمان و پمپ قرار دارند.
• جك هيدروليك كه در مسير ورود‌و‌خروج روغن به جعبه فرمان قرار دارد.
• تسمه هيدروليك كه رابط پمپ و پيشرانه خودرو است.

در اين سيستم، پمپ نيروي دَوَراني و چرخشي خود را ازطريق تسمه از پيشرانه دريافت مي‌كند و روغن را با فشاري معادل هفتاد بار روانه لوله‌هاي فشار قوي يا لوله‌هاي رفت مي‌كند. اين لوله‌ها روغن را با همان فشار به پشت شير (سوپاپ) هيدروليك سيستم منتقل مي‌كنند. سوپاپ هيدروليك سوراخ‌هايي دارد كه با چرخش فرمان به راست يا چپ، تعدادي از آن‌ها باز مي‌شوند.

بدين‌ترتيب، هدايت روغن به‌سمت چپ يا راست جك هيدروليك كنترل مي‌شود. ورود روغن با فشار به هر سمت جك، باعث حركت راحت‌تر فرمان مي‌شود. سپس، روغن مجددا از جك عبور مي‌كند و به‌سمت لوله‌هاي برگشت يا فشار ضعيف مي‌رود و به مخزن برمي‌گردد. جعبه فرمان هيدروليك مزاياي ديگري به‌جز نرمي بيشتر فرمان دارد كه موجب استفاده بيشتر از آن مي‌شود؛ ازجمله:

• كاهش نيروي دست راننده براي دَوَران غربيلك
• افزايش پايداري خودرو
• كاهش لرزش و ارتعاشات فرمان
• كاهش حساسيت فرمان در سرعت‌هاي سريع و كنترل راحت‌تر آن

فرمان‌هاي هيدروليكي درصورت ثابت‌بودن غربيلك، به فعاليت خود ادامه مي‌دهد؛ بدين‌ترتيب كه درصورت حركت خودرو در مسير مستقيم، اگر راننده دستش را از روي غربيلك بردارد، خودرو به حركت مستقيم خود ادامه مي‌دهد و جهت غربيلك تغيير نمي‌كند. اين امر به هدررفت زياد انرژي منجر مي‌شود؛ بنابراين، با وجود تمام مزاياي گفته‌شده جعبه فرمان هيدروليكي نيز مانند بسياري فناوري‌هاي روز معايبي دارد. معايب اصلي اين جعبه فرمان عبارت‌اند از:

• گران‌‌بودن ارزش تمام‌شده‌ براي ساخت و هزينه‌ زياد تعميرات
• افزايش مصرف سوخت به‌دليل دَوَران مداوم پمپ
• كاهش توان موتور به‌دليل استفاده پمپ از نيروي پيشرانه
• نياز به گشتاور بيشتر براي فرمان‌دادن به خودرو در زمان خاموش‌بودن پيشرانه
• استهلاك زياد به‌دليل فعال‌بودن مداوم پمپ بدون تأثير در سرعت خودرو

۲. جعبه فرمان الكتروهيدروليكي

وجود برخي معايب سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به‌دنبال سيستم‌هاي بهتر و مفيدتري بگردند و آن‌ها را جايگزين سيستم هيدروليكي كنند يا سيستم هيدروليكي را بهبود بخشند. يكي از سيستم‌هاي ارائه‌شده در سال‌هاي اخير، فرمان الكتروهيدروليكي (EHPS) است كه در آن به‌جاي استفاده از نيروي پيشرانه خودرو، يك موتور الكتريكي به پمپ هيدروليك اضافه و درنتيجه فرمان از پيشرانه خودرو مستقل مي‌شود. 

ازآنجاكه مهندسان مكانيك همواره در حال تلاش براي ارائه‌ فناوري‌هاي جديدتر در خودروها و رفع معايب فناوري‌هاي به‌كار‌گرفته‌شده هستند، جعبه فرمان الكتروهيدروليكي جايگزين جعبه فرمان‌هاي هيدروليكي مي‌شود تا معايب آن‌ها را پوشش دهد.

اين جعبه فرمان عملكردي مشابه جعبه فرمان‌هاي هيدروليكي دارد، با اين تفاوت كه پمپ در اين سيستم نيروي خود را از پيشرانه دريافت نمي‌كند؛ بنابراين، كاهش توان پيشرانه را به‌همراه نخواهد داشت. قطعه‌اي كه به اين سيستم با هدف تأمين نيروي پمپ اضافه مي‌شود، يك موتور الكتريكي است كه دقيقا پشت پمپ قرار مي‌گيرد. اين پمپ كه جايگزين تسمه هيدروليك مي‌شود، فضاي كمتري نيز درمقايسه‌با آن اشغال مي‌كند.

همچنين، گاهي حسگر سنجش سرعت و ECU كوچك كنار جعبه فرمان تعبيه مي‌شود تا با مطالعه و پايش سرعت خودرو، فشار روغن هيدروليك تنظيم شود. اين عمل باعث مي‌شود در سرعت‌هاي سريع، فشار هيدروليك كاهش يابد و كنترل فرمان با نيروي بيشتري صورت بگيرد و برعكس كه افزايش پايداري خودرو را در سرعت‌هاي سريع‌تر به‌دنبال دارد. نكته مهم اينكه موتور الكتريكي در اين سيستم، معضل كاهش توان پيشرانه و افزايش مصرف سوخت را مرتفع مي‌سازد؛ اما معضل فعال‌بودن مداوم سيستم هيدروليك در آن‌ها همچنان پابرجا است.

در اين نوع فرمان، هرچند مستقل‌بودن از پيشرانه خودرو تحقق يافته، اشكال دائمي‌بودن عملكرد سيستم هيدروليكي، يعني حالت مركز آزاد، هنوز پابرجا است. به‌عبارت‌ديگر، بايد وضعيتي را تدارك ديد كه سيستم فقط وقتي عمل كند كه گشتاوري به فرمان وارد مي‌شود، نه هميشه.

۳. جعبه فرمان الكتريكي

فرمان الكتريكي (EPS) مشابه نوع هيدروليكي عمل مي‌كند؛ ولي ازلحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با‌‌‌توجه‌‌به مزاياي متعدد خودروهاي فرمان برقي در‌مقايسه‌با خودروهاي مجهز به فرمان‌هاي هيدروليكي و مكانيكي، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روي آورده‌اند تا جايي كه در سال ۲۰۰۷ بيش از ۶۰ درصد خودروهايي كه در اروپا به فروش رفتند، سيستم فرمان برقي داشتند.

توان كمكي اين نوع جعبه فرمان كه به‌كمك نيروي دست راننده مي‌رود و آن را تكميل مي‌كند، يك موتور الكتريكي است. درواقع، در اين سيستم يك موتور الكتريكي جايگزين نيروي روغن هيدروليك و اجزاي تأمين‌كننده اين نيرو مي‌شود. اين سيستم كه در حال رواج روزافزون در بين خودروسازان است، آخرين و جديد‌ترين فناوري جعبه فرمان به‌شمار مي‌رود.

در اين نوع جعبه فرمان، بخش‌هايي مانند مخزن، پمپ، شير و لوله‌هاي هيدروليك حذف و مجموعه‌اي شامل موتور الكتريكي با جريان مستقيم و حسگر گشتاور و ECU اضافه مي‌شود. ساختار اصلي جعبه فرمان كه اين بخش‌ها به آن اضافه مي‌شود، دنده‌شانه‌اي است. موتور الكتريكي و حسگر گشتاور و ECU در اين سيستم روي ستون فرمان نصب مي‌شوند.

سيستم برقي بخشي است كه در بيرون جعبه فرمان به آن اضافه مي‌شود. درون سيلندر نيز شفت موتور الكتريكي و پتانسيومتر و غلاف قرقره‌اي اجزايي هستند كه به جعبه فرمان دنده‌شانه‌اي اضافه مي‌شوند و آن را به جعبه فرمان با نيروي كمكي تبديل مي‌كنند. براي شروع به كار اين سيستم با چرخش غربيلك فرمان، سيستم برقي آن فعال مي‌شود و ضمن توليد توان كمكي لازم، نيرو را به ميل‌فرمان منتقل مي‌كند. ميل‌فرمان نيز اين چرخش و توان را به پينيون مي‌رساند.

مزاياي فرمان برقي

ازجمله مزاياي سيستم فرمان الكتريكي مي‌توان به افزايش سرعت و عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف‌ها اشاره كرد كه باعث فرمان‌پذيري آسان‌تر، به‌خصوص هنگام پارك خودرو مي‌شود و با‌‌‌توجه‌‌به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل مي‌كند. از مزاياي سيستم فرمان برقي درمقايسه‌با فرمان هيدروليك مي‌توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود ۵ درصد) و تقويت فرمان در سرعت‌هاي كُند و كاهش قدرت فرمان در سرعت‌هاي سريع‌ را نام برد.

وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به‌دليل حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و… حدود چهار تا شش كيلوگرم كمتر از خودرو مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است. همچنين، حذف روغن هيدروليك و چرخش‌‌ناپذيربودن اين روغن باعث كاهش اثرهاي مخرب زيست‌محيطي آن مي‌شود و اشكالات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي‌هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است.

سيستم جعبه فرمان برقي كه جديدترين در نوع خود است، مزاياي بسياري دارد. برخي از اين مزايا عبارت‌اند از:

• وزن خيلي كم
• هزينه نگه‌داري و تعمير ارزان
• اشغال فضاي كمتر از ديگر انواع
• فعال‌نبودن دائم سيستم و شروع به كار آن با حركت فرمان
• تغيير شرايط و ميزان نيروي كمكي با تغيير شرايط خودرو و سرعت آن و درنتيجه كنترل راحت‌تر فرمان در موقعيت‌هاي مختلف
• افزايش پايداري خودرو
• افزايش ايمني خودرو
• افزايش سرعت عملكرد فرمان
• كاهش مصرف سوخت

 يكي از مهم‌ترين تفاوت‌هاي اين سيستم با جعبه فرمان‌هاي هيدروليكي و الكتروهيدروليكي، مصرف انرژي فقط در زمان چرخش غربيلك است. اين امر در جلوگيري از هدررفت انرژي تأثير بسيار زيادي دارد. اين جعبه فرمان نيز با وجود جديد و جوان‌بودن، همچنان معايبي دارد كه بايد مرتفع شود. هرچند اين معايب درمقايسه‌با ديگر انواع جعبه فرمان كمتر هستند؛ اما به‌نوبه ‌خود از اهميت ويژه‌اي برخوردار هستند. اين معايب عبارت‌اند از:

• ارزش تمام‌شده گران توليد و هزينه زياد ساخت
• مناسب‌نبودن براي خودروهاي سنگين
• حساسيت زياد سيستم برقي
• ناهماهنگي سيستم با شرايط محيطي و ناتواني در پيدا‌كردن اين هماهنگي با شرايط اقليمي خاص

سيستم فرمان استفاده‌شده در بسياري از خودروهاي مدرن، سيستم فرمان دنده‌شانه‌اي (rack and pinion) است. سيستم فرمان دنده‌شانه‌اي اجزاي متعددي ازجمله چهارشاخه فرمان، محورهاي اصلي و مياني را شامل مي‌شود و در مركز آن جعبه فرمان يا جعبه‌دنده فرمان قرار دارد.

اين واحد مركزي است كه با استفاده از غربيلك و ستون فرمان، ورودي را از راننده دريافت مي‌كند و سيگنال مكانيكي به ميله‌ها و محورهاي فرمان مي‌فرستد تا چرخش‌هاي نرم و كارآمد خودرو را به چپ و راست كامل كند. با‌اين‌حال، گاهي اوقات شانه‌اي فرمان يا جعبه فرمان فرسوده مي‌شود. سرويس سريع و كارآمد براي تعمير اين قطعه مهم مي‌تواند به‌معناي تفاوت بين ناراحتي جزئي و تعمير اساسي مكانيكي باشد.

جعبه فرمان در اصل قلب سيستم فرمان خودرو است و درصورت فرسودگي يا خرابي كامل آن، هدايت وسيله نقليه به‌خطر مي‌افتد. اگر اين اتفاق در هنگام رانندگي رخ دهد، ممكن است بسيار خطرناك باشد. به‌همين‌دليل و بسياري دلايل ديگر، آگاهي از علائم هشداردهنده معيوب‌شدن جعبه فرمان مي‌تواند در هزينه و زمان صرفه‌جويي كند و احتمال تصادف را كاهش دهد. در اينجا، چند علامت يا علائم هشداردهنده وجود دارد كه به راننده هشدار مي‌دهد اشكالي احتمالي در جعبه فرمان خودرو يا دنده‌شانه‌اي ايجاد شده است.

۱. فرمان بسيار سفت است

سيستم‌هاي فرمان دنده‌شانه‌اي امروزي با واحد فرمان برقي همراهي مي‌شوند كه با استفاده از فشار هيدروليك، كنترل آسان و سريع غربيلك فرمان را ممكن مي‌كند. هنگامي كه فرمان سفت يا پيچ‌خوردن آن سخت‌تر از حد معمول مي‌شود، معمولا به‌دليل افزايش گرماي بيشتر دنده‌شانه‌اي يا جعبه فرمان يا از‌دست‌دادن فشار هيدروليك واحد فرمان برقي است.

درهرصورت، اشكالي است كه برطرف نمي‌شود و بايد در اسرع وقت مكانيك ماهر آن را مطالعه كند. بعضي اوقات كار به‌سادگي پيش مي‌رود و مكانيك مي‌تواند با افزودن روغن بيشتر يا تنظيم جزئي جعبه فرمان، اين اشكال را حل كند و طول عمر جعبه فرمان خودرو را افزايش دهد.

۲. نشت روغن از جعبه فرمان

همان‌طوركه گفتيم، گاهي اوقات سفت‌بودن فرمان با كم‌شدن قدرت فرمان خود را نشان مي‌دهد. با‌اين‌حال، ازآنجاكه جعبه فرمان هيدروليك است، سطح روغن هيدروليك كاهش نمي‌يابد؛ مگر اينكه نشتي در جايي از سيستم رخ دهد. هنگامي كه روغن هيدروليك از جعبه فرمان شروع به نشت‌كردن كند، يعني قطعه‌اي شل شده يا واشري شكسته يا ساير اشكالات مكانيكي باعث نشتي شده است و بايد اين عيب در اسرع وقت برطرف شود.

انجام‌ندادن اين كار باعث مي‌شود در دنده‌شانه‌اي فرمان يا جعبه فرمان حرارت اضافي ايجاد كند و به‌طور بالقوه چرخ‌دنده‌ها و ساير قطعات را بشكند و به تصادف منجر شود. نشت روغن هيدروليك فرمان را مي‌توان با بوي آن (معمولا بوي روغن سوخته) از ساير مايعات متمايز كرد. همچنين معمولا رنگ قرمز يا صورتي دارد و از قسمت پشتي پيشرانه خودرو مي‌چكد. درصورت مشاهده اين نوع مايع در زير خودرو، در اسرع وقت به مكانيك مراجعه كنيد تا نشتي را مطالعه كند و قبل از اينكه نشتي باعث آسيب بيشتر شود، آن را تعمير كند.

۳. صداي گوش‌خراش هنگام فرمان‌گيري

خراب شدت جعبه فرمان معمولا به‌دليل فقدان روان‌كاري و سرويس مناسب ايجاد مي‌شود. گرماي اضافي باعث تماس فلز با فلز مي‌شود؛ بنابراين، هنگام چرخاندن غربيلك به چپ يا راست، صداي گوش‌خراش و تيزي ايجاد مي‌كند. اگر هم‌زمان بپيچيد و به دست‌انداز هم برخورد كنيد (مانند زماني كه به جاده داخل مي‌شود)، واقعا مي‌توانيد متوجه اين صدا شويد. اگر هنگام چرخاندن به چپ يا راست متوجه اين صداي تيز شديد، با مكانيك تماس بگيريد تا درصورت لاخبار تخصصي به‌سرعت عيب جعبه فرمان را تشخيص دهد يا برخي قطعات معيوب را تعويض كند.

۴. بوي روغن‌‌ سوخته

يكي از علائم هشداردهنده در هنگام خرابي جعبه فرمان، احساس‌كردن بوي روغن سوخته از خودرو است. ازآنجاكه روغن هيدروليك فرمان بوي روغن سوخته مي‌دهد، بوي قوي روغن سوخته هنگام گرم‌شدن جعبه فرمان به‌وجود خواهد آمد. در اين صورت، بلافاصله وسيله نقليه خود را متوقف و مكاني امن براي پارك خودرو پيدا كنيد و در اسرع وقت با مكانيك تماس بگيريد. تداوم رانندگي هنگام گرم‌شدن بيش‌ازحد جعبه فرمان، ممكن است به آتش‌سوزي و آسيب‌هاي فاجعه‌بار منجر شود.

جعبه فرمان يكي از اجزاي ضروري براي عملكرد نرم فرمان در هر خودرو مجهز به سيستم فرمان دنده‌شانه‌اي است. درصورت مشاهده هريك از علائم هشداردهنده يادشده، در اسرع وقت با مكانيك ماهر محلي تماس بگيريد تا او بتواند آسيب‌هاي واردشده را تشخيص دهد و تعميرشان كند.

در اين بخش به‌سراغ عيب‌يابي سيستم فرمان خودرو مي‌رويم. دليل هر عيب در مقابل آن گفته شده و نحوه برطرف‌كردن عيب هم در پرانتز آمده است. 

۱. خلاصي زياد در دستگاه فرمان

• اولين دليل: لقي در دنده فرمان (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• دومين دليل: لقي در اهرم بندي (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• سومين دليل: خوردگي قطعات سگ‌دست (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• چهارمين دليل: لقي ياتاقان چرخ (تعويض قطعه معيوب)

۲. سفتي فرمان

• اولين دليل: كم‌بودن يا نامساوي‌بودن باد تايرها (تنظيم باد تايرها)
• دومين دليل: اصطكاك در جعبه فرمان (روغن‌كاري و تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• سومين دليل: اصطكاك در اهرم بندي (روغن‌كاري و تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• چهارمين دليل: اصطكاك در كينگ پين (روغن‌كاري و تعويض قطعات خُردشده)
• پنجمين دليل: ميزان نبودن فرمان شامل زواياي كستر، كمبر و تواين (درصورت لاخبار تخصصي دوباره تنظيم گردد)
• ششمين دليل: دفرمه‌شدن شاسي (شاسي را ميزان كنيد)
• هفتمين دليل: ضعيف‌شدن فنرهاي جلو (تعويض فنرها)

۳. گيج‌بودن فرمان خودرو

• اولين دليل: كم يا ناميزان‌بودن باد تايرها (تايرها را تا ميزان صحيح باد كنيد)
• دومين دليل: لقي اهرم‌ها (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده و روغن‌كاري)
• سومين دليل: لقي دنده فرمان (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده و روغن‌كاري)
• چهارمين دليل: ميزان‌نبودن چرخ‌هاي جلو شامل زواياي كستر و كمبر (ميزان‌كردن زواياي چرخ)
• پنجمين دليل: شُل‌بودن اهرم‌ها (تنظيم مجدد و تعويض قطعات)
• ششمين دليل: لقي در دنده فرمان (تنظيم مجدد و تعويض قطعات)
• هفتمين دليل: لقي زياد در كينگ پين (تعويض قطعات خُردشده)
• هشتمين دليل: لق‌بودن فنرهاي عقب (محكم‌كردن)
• نهمين دليل: معيوب‌بودن ميله‌هاي تعادل دهنده (محكم‌كردن قطعات و اتصالات و تعويض درصورت خرابي)

۴ .خودرو در حالت عادي رانندگي به يك سمت كشيده مي‌شود

• اولين دليل: ناميزان‌بودن فشار باد تايرها (تنظيم باد تايرها)
• دومين دليل: نامساوي‌بودن كمبر يا كستر (تنظيم زوايا)
• سومين دليل: افت نامساوي و شكستگي و لق‌بودن اتصالات فنرها (محكم بستن و تعويض قطعات معيوب)
• چهارمين دليل: سفت‌بودن ياتاقان چرخ (تنظيم مجدد و تعويض قطعات)
• پنجمين دليل: يكي‌نبودن مسير چرخ‌ها (آزمايش‌كردن مسير چرخ‌ها، ميزان‌كردن شاسي، محكم‌كردن قطعات و تعويض قطعات معيوب)

۵. خودرو در موقع ترمز‌كردن به يك سمت كشيده مي‌شود

• اولين دليل: گير‌كردن ترمز (بازديد ترمزها و تنظيم مجدد)
• دومين دليل: ميزان‌نبودن باد تايرها (تنظيم فشار باد تايرها)
• سومين دليل: غلط يا نامساوي‌بودن كستر (تنظيم مجدد)

۶. چرخ جلو در سرعت كم لرزش دارد

• اولين دليل: كم يا نامساوي‌بودن فشار باد تايرها (تنظيم فشار باد تايرها)
• دومين دليل: لقي اهرم‌بندي (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• سومين دليل: لقي كينگ پين (تعويض قطعات خُردشده)
• چهارمين دليل: لقي دو دنده فرمان (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• پنجمين دليل: قابليت ارتجاع زياد فنرهاي جلو (تعويض و محكم‌كردن اتصالات)
• ششمين دليل: درست نبودن كمبر يا نامساوي‌بودن آن (تنظيم مجدد)
• هفتمين دليل: نامنظم‌بودن شيار تاير (تعويض تاير فرسوده)

۷. چرخ‌هاي جلو در سرعت‌هاي زياد ناپايدار است (لرزش در سرعت زياد)

• اولين دليل: چرخ‌ها نامتعادل است (چرخها را بالانس كنيد)
• دومين دليل: چرخ‌ها به مقدار زياد از حالت دايره‌اي خارج شده (درصورت اشكال تعويض شود)
• سومين دليل: معيوب‌بودن كمك فنر (تعمير يا تعويض كنيد)

۸. پس زدن فرمان

• اولين دليل: كم‌ يا نامساوي‌بودن فشار باد تاير (تايرها را تا فشار باد صحيح تنظيم كنيد)
• دومين دليل: افت‌كردن فنرها (محكم‌كردن اتصالات و تعويض و تعمير)
• سومين دليل: معيوب‌بودن كمك فنرها (تعمير يا تعويض)
• چهارمين دليل: لقي اهرم‌بندي (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)
• پنجمين دليل: لقي در دنده فرمان (تنظيم مجدد و تعويض قطعات خُردشده)

۹. تايرها در سر پيچ‌ها صدا توليد مي‌كنند

• اولين دليل: زياد‌بودن سرعت (پيچ‌ها را با سرعت كمتري دور بزنيد)
• دومين دليل: كم يا نامساوي‌بودن فشار باد تايرها (تايرها را تا فشار صحيح باد كنيد)
• سومين دليل: زواياي چرخ ميزان نيست (آزمايش و تنظيم كنيد)

۱۰. رانندگي خشن و سخت

• اولين دليل: زياد‌بودن فشار باد تايرها (فشار باد چرخ‌ها را تا ميزان صحيح كاهش دهيد)
• دومين دليل: معيوب‌بودن كمك فنرها (تعمير يا تعويض كنيد)

۱۱. ساييدگي نادرست تايرها

• اولين دليل: ساييدگي دو كناره سطح تماس تاير دراثر كمي فشار باد (تنظيم فشار باد تايرها)
• دومين دليل: ساييدگي وسط سطح تماس دراثر زيادي فشار باد (تايرها را تا فشار صحيح باد كنيد)
• سومين دليل: ساييدگي يكي از كناره‌هاي سطح تماس دراثر زيادبودن بيش‌از‌حد كمبر (زاويه كمبر را تنظيم كنيد)
• چهارمين دليل: ساييدگي لبه‌دار ناشي از تواين يا تواوت بيش از حد در سر پيچ‌ها (تواين يا تواوت را در سر پيچ‌ها تنظيم كنيد و پيچ‌ها را با سرعت كمتري دور بزنيد)
• پنجمين دليل: ساييدگي گوشه ناشي از سرعت زياد در سر پيچ‌ها (ترمزها و زواياي چرخ را ميزان كنيد)
• ششمين دليل: ساييدگي غير يكنواخت يا موضعي ناشي از علل مكانيكي (چرخ‌ها را ميزان و اهرم‌ها را تنظيم كنيد)
• هفتمين دليل: ساييدگي سريع ناشي از سرعت زياد (براي ازدياد عمر تاير با سرعت كمتر برانيد)

۱۲. كج‌شدن خودرو در سر پيچ‌ها

• اولين دليل: لق‌بودن ميله تعادل دهنده (محكم كنيد)
• دومين دليل: افت فنر يا ضعيف‌بودن فنر (تعمير يا تعويض كنيد)
• سومين دليل: صحيح‌نبودن كستر (تنظيم كنيد)

قطعات يدكي خودرو در سال‌هاي اخير افزايش ارزش زيادي يافته‌اند و قطعات اصلي در كمتر فروشگاهي يافت مي‌شود كه ارزش گران‌تري درمقايسه‌با نمونه‌هاي غير‌اصلي دارند. جعبه فرمان نيز از اين قاعده مستثني نيست و ارزش آن با‌‌‌توجه‌‌به مدل خودرو و اصل‌بودن قطعه، دامنه تغييرات زيادي در بازار دارد.

به‌عنوان مثال، جعبه فرمان معمولي اس فورتي براي خودرو پرايد با ارزش ۸۱۵ هزار تومان فروخته مي‌‌شود؛ درحالي‌كه جعبه فرمان مكانيكي پرايد صبا MBC در فروشگاه‌هاي اينترنتي حدود ۵۵۰ هزار تومان ارزش دارد. جعبه فرمان مكانيكي اسپاكو براي پرايد نيز با ارزش حدود ۳۰۰ هزار تومان و در برخي فروشگاه‌ها با ارزش بيش از ۴۰۰ هزار تومان نيز فروخته مي‌شود. 

جعبه فرمان هيدروليك خودرو تيبا در ميان محصولات گروه خودروسازي سايپا با ارزش حدود ۲ ميليون و ۷۰۰ هزار تومان فروخته مي‌شود و نمونه اصلي به‌طور حتم ارزش گران‌تري دارد. ارزش جعبه فرمان هيدروليك محصولات گروه ايران‌خودرو نيز در بازار با ارزشي بيش از ۳ ميليون تومان فروخته مي‌شود. به‌عنوان مثال، ارزش جعبه فرمان هيدروليك پژو ۴۰۵ حدود ۳ ميليون و ۱۵۰ هزار تومان است و برخي برندهاي قطعه‌ساز نيز وجود دارند كه جعبه فرمان خودروهاي پژو را با ارزشي كمتر از ۳ ميليون تومان مي‌فروشند. 

ارزش جعبه فرمان خودروهاي خارجي نيز بسيار گران است و براي برخي مدل‌ها به بيش از ۳ يا ۵ ميليون تومان نيز مي‌رسد. به‌عنوان مثال، جعبه فرمان ليفان ۵۲۰ با ارزش حدود ۴ ميليون و ۸۰۰ هزار تومان، ليفان ۶۲۰ با ارزش حدود ۵ ميليون و ۱۰۰ هزار تومان، جيلي امگرند ۷ با ارزش حدود ۵ ميليون و ۲۰۰ هزار تومان و ام‌وي‌ام ۵۵۰ با ارزش حدود ۵ ميليون و ۴۰۰ هزار تومان فروخته مي‌شود.