دانلود تحقیق سیستم فرمان و کنترل

سیستم فرمان و کنترل
در این جا به بررسی و معرفی انواع سیستم های فرمان، جعبه فرمان ها و هندسه ی فرمان پرداخته و سپس با توجه به محدودیت هایی که در ساخت و یا در بازار وجود دارد بهترین سیستم های موجود را مورد بررسی قرار می دهیم.

قبل از اینکه وارد بحث شویم نیروهای وارد بر سیستم را شناسایی خواهیم کرد.

نیروهای مخالف با حرکت چرخ عبارتند از :
• نیروی اصطکاک
• نیروی شتاب گیری
• نیروی جانب به مرکز یا همان گریز از مرکز
• نیروی هوا و باد
• نیروی حاصل از شیب جاده
نیروهای فوق بر حرکت و کنترل خودرو تاثیر می گذارند، علاوه بر آن، حرکت خودرو، خود نیز تاثیر پذیر از موارد زیر است :
• متعادل توزیع شدن نیرو بر چرخ ها
• عرض خودرو و فاصله بین دو محور
• کیفیت ارتعاش گیرها
• سطح اتکای موثر




در طراحی فرمان با تنظیم صحیح زوایای فرمان، نکات فوق را لحاظ می کنیم، اما باید به مسئله ی حرکت راحت و آسان چرخ توسط نیروی منتقل شده از طریق فرمان نیز توجه کرد.

یکی از مهمترین معیارهایی که درانتخاب نوع فرمان نقش دارد، ایمنی آن است.

مانند استفاده از کیسه هوا یا استفاده از نوعی میل فرمان که در مقابل ضربه، تا می شود.

مثلا در نوعی میل فرمان به نام ستون لوله ای، فرمان از نوع تلسکوپی می باشد.

مزایای این سیستم عبارتند از:
• تاب بر نمی دارد.

• در هنگام ضربه شدید مثل تلسکوپ عمل کرده و از طول جمع می شود و لذا انرژی را جذب کرده و از فشار ضربه کاسته می شود و حالت بالشتکی ایجاد می کند.

در نوعی دیگر به هنگام ضربه ستون پایینی به طرف بالا حرکت می کند و انرژی ضربه را می گیرد.

تقسیم بندی فرمان به دو دسته است: الف)دستی ب) غیر دستی
منظور از فرمان دستی، فرمانی است که نیروی دست راننده مستقیم به چرخ منتقل می شود و فرمان غیردستی فرمانی است که در آن برای کاستن نیروی مورد نیاز برای چرخاندن فرمان از وسایل رابط کمک کننده استفاده می کنند.

بعنوان مثال، در فرمان غیردستی از خاصیت هیدرولیک و مغناطیس در جعبه فرمان برای افزایش نیروی راننده استفاده می شود.

در اینجا به توضیح اجزای فرمان می پردازیم.

اجزای فرمان دستی عبارتند از:
• غربیلک
• میل فرمان
• جعبه فرمان
• اهرم های هدایت کننده
• سگدست یا شغالدست
1‌.1‌ انواع جعبه فرمان
مهمترین بخش یک سیستم فرمان جعبه فرمان آن است که چرخش غربیلک را به چرخش چرخ ها تبدیل می کند.

مهمترین وظیفه جعبه فرمان عبارت از تبدیل حرکت دورانی میل ورودی جعبه فرمان به حرکت خطی از طریق اهرم ها، جهت هدایت خودرو است.

1‌.1‌.1‌ جعبه فرمان ساچمه ای
این سیستم فرمان بیشتر در اتومبیل های سنگین استفاده می شود.

مزیت اصلی این سیستم اصطکاک بسیار
کمی است که با استفاده از ساچمه فراهم گردیده است.

عیب اصلی این سیستم حجم زیاد آن است.

1‌.1‌.2‌ جعبه فرمان راک و پینیون
این سیستم فرمان ابتدا در اتومبیل هایی به کار گرفته شد که در قسمت قرارگیری موتور با کمبود فضا با مشکل مواجه بودند.

عملکرد این سیستم فرمان آن چنان مناسب بود که به سرعت در بیشتر اتومبیل ها مورد استفاده قرار گرفت.

قسمتهای اصلی این سیستم درشکل زیر نشان داده شده است .

هنگامی که راننده غربیلک فرمان را می چرخاند، دنده پینیون می چرخد و باعث حرکت شانه می گردد.

این حرکت به یک اهرم بندی متصل است که چرخهای جلو را به حرکت در می آورد.

این سیستم از بقیه سیستم های فرمان دقیق تر بوده و در عین حال که از اجزای کمتری تشکیل شده است، طراحی ساده وسبک تری دارد.

فشردگی و به عبارت دیگر فضای کمی که این سیستم اشغال می کند، دلیلی است که این سیستم در همه خودرو های فرمان از جلوی اروپایی و ژاپنی استفاده می شود.

یکی از اشکالات این سیستم این است که در اکسل های صلب قابل استفاده نیست.

1‌.1‌.3‌ سیستم فرمان سیمی
این نوع سیستم فرمان قطعات الکترونیکی را جایگزین قطعات مکانیکی می کند.

بنا براین با چرخش غربیلک فرمان چرخ ها مستقیما نمی چرخند، بلکه یک سیگنال به موتور پله ای که در هر یک از چرخهای جلو قرار گرفته است، فرستاده شده و سیگنال مورد نظر باعث چرخش چرخ ها می شود.

در این سیستم یک بکار اندازنده بر روی غربیلک قرار می گیرد، بدین ترتیب خطر برخورد میله فرمان با سینه راننده در تصادفات از بین می رود.

مهم ترین مزیت این سیستم وزن کمتری است که نسبت به سیستم های فرمان مکانیکی دارد.

بدین ترتیب حتی این امکان وجود دارد که به جای غربیلک از یک اهرم کنترل استفاده شود.

در این سیستم ارتعاشات داخل اتومبیل نیز کاهش می یابد.

مهمترین اشکال این سیستم این است که یک بازخور مکانیکی مستقیم درباره شرایط فرمان پذیری وجود ندارد.

در این نوع سیستم امنیت و پایداری اتومبیل نیز افزایش می یابد.

سیستم حلزونی و قطاع در این سیستم فرمان، انتهای میله فرمان به یک چرخ دنده حلزونی متصل است که مستقیما با یک چرخ دنده به شکل قطاعی از دایره درگیر است.

چرخش غربیلک موجب چرخش حلزونی و قطاع می شود که این خود سبب حرکت بازوی پیتمن و در نتیجه باعث تغییر زاویه چرخها می گردد.

سیستم حلزونی غلتکی طراحی جعبه دنده این سیستم فرمان شباهت زیادی به سیستم حلزونی و قطاع دایره دارد.

تنها با این تفاوت که به جای قطاع دایره، یک غلتک با دنده حلزونی درگیر می شود.

اصولا طراحی این غلتک ها به گونه ای است که در دو انتها پهنای بیشتری داشته باشد، در غیر این صورت حرکت حلزونی روی غلتک دچار مشکل می شود.

هندسه ی فرمان هندسه ی فرمان عبارت است از ارتباطی که بین زوایای چرخهای جلو نسبت به هم و نیز نسبت به جلوبندی اتومبیل وجود دارد.

این زوایا عبارتند از: زاویه کمبر، زاویه کستر، تو-این و تو-آت زاویه کمبر زاویه کمبر، تمایل قسمت بالای چرخ های جلو به داخل و یا خارج است و زاویه ای است که بین قطر عمودی چرخ و خط قائم وجود دارد.

اگر چرخ های جلو متمایل به بیرون باشد، یعنی فاصله ی قسمت بالای چرخ ها بیشتر از فاصله ی پایین آن ها باشد، در این صورت کمبر مثبت بوده و اگر کمتر باشد کمبر منفی خواهد بود.

کمبر گردش چرخهای جلو در سر پیچها را آسانتر کرده و در نرم بودن فرمان نقش مستقیم دارد.

فشار بر اهرم بندی فرمان و مقدار نیروی راننده به هنگام پارک کردن را کاهش داده و در سرعت های بالا نیز چنگ اندازی جاده (گرفتن و رها کردن) را به حداقل می رساند.

کمبر مثبت عمل فرمان دادن را آسان کرده و سبب دیرتر آسیب دیدن سیستم فرمان می شود.

به همین دلیل از آن در چرخ های جلو استفاده می نماییم.

کمبر منفی که در سیستم تعلیق مستقل، از آن استفاده می شود همراه با افزایش سطح اتکا می باشد.

بنابراین از آن در چرخ های عقب استفاده خواهیم کرد.

مقدار کمبر چه مثبت و چه منفی باشد باعث سایش لاستیک ها می گردد.

استفاده از ترکیب کمبر مثبت در چرخ های جلو با کمبر منفی در چرخ های عقب این امکان را می دهد تا در پیج چرخ جلو کمبر منفی پیدا کرده و به کمک کمبر منفی در چرخ های عقب، پایداری خودرو را افزایش می دهد.

آنچه در اینجا قابل ذکر است، نحوه ی تغییر نیروی رانش به چرخ در هنگام پیچیدن است که ناشی از کمبر چرخ می باشد.

در نمودار زیر می توان این توزیع نیرو را مشاهده نمود.

هنگام گردش خودرو در اثر این نیروها، تایرهای داخلی به طرف بدنه و تایرهای خارجی به طرف بیرون بدنه متمایل می شوند.

نیروی جانبی که بر اثر مایل شدن تایر به وجود می آید، فشار تمایل نامیده می شود.

در این نمودار می توان دید که هر چه زاویه کمبر افزایش یابد میزان نیروی جانبی که به چرخ وارد خواهد شد افزایش خواهد یافت.

در نتیجه در خودرو میزان بهینه برای این زاویه بین 0 و 1 درجه خواهد بود.

زاویه کستر (شکل 6-2 و 7-2) زاویه بین محور شغال دست چرخهای جلو و یا محور کینگ پین با خط قائم را نشان می دهند.

اگر این زاویه رو به عقب اتومبیل باشد آن را کستر مثبت و اگر رو به جلو باشد آنرا کستر منفی نامند.

کلا زاویه کستر در خودروهای سبک بین 0 تا 5 درجه تغییر نموده و از مهمترین عوامل در کنترل مسیر خودرو است.

زاویه ی کستر از طریق زاویه دادن به شغال دست و یا کینگ پین یا محور فرمان بدست می آید.

در سیستم های متداول از کستر مثبت استفاده می شود زیرا شامل مزایای زیر می باشد: حرکت متعادل و آرام چرخ ها.

برگشت فرمان پس از هر بار پیچیدن راحت تر می باشد.

اما این زاویه کستر مشکلاتی را ایجاد می نماید.

از جمله گیجی فرمان، در جاده های نا هموار و هدایت مشکل در هنگام وزش باد جانبی.

در کستر منفی به دلیل فشار دادن چرخ توسط سیستم فرمان، فرمان در حین حرکت، حالت گیجی و برگشت سخت به حالت اولیه پس از هر بار پیچیدن را داراست، که استفاده آن را در چرخ های جلو (فرمان پذیر) مگر در موارد خاص منتفی می سازد.برای چرخ عقب که فرمان پذیر نمی باشد، زاویه کستر بررسی نمی شود.

تو-این عبارت است از متمایل بودن قسمت جلوی چرخهای جلو به سمت داخل و بیشتر در اتومبیلهای دیفرانسیل عقب استفاده می شود.

این اختلاف زاویه بسیار ناچیز است و در حدود 2 تا 6 میلی متر می باشد، اما رعایت این اختلاف در سرعتهای بالا روی چرخهای جلو اثر گذاشته و آنها را موازی یکدیگر می سازد و مانع لغزش چرخها به چپ و راست می شود.

ضمنا ساییدگی لاستیکها را کاهش داده و باعث ثبات و یکنواختی فرمان می گردد و از کج شدن اتصالات سیستم فرمان که روی چرخ های جلو نصب شده اند جلوگیری می نماید.

در واقع با ایجاد تو-این سعی در جبران نارسائی های موجود در سیستم فرمان داریم.

تو-آوت عبارتست از متمایل بودن قسمت جلوی چرخهای جلو به سمت بیرون.

شعاع سایش در بیشتر خودروها امتداد خط فرضی که سیبکها را بهم وصل می نماید، سطح جاده را در قسمت داخلی خط مرکزی سطح تماس لاستیک با جاده قطع می کند.

این فاصله را شعاع سایش یا انحراف گویند و بخصوص در اتومبیل های سبک دیفرانسیل جلو، این فاصله باعث می شود که در موقع ترمز شدید، سیستم فرمان راحت تر و مطمئن تر عمل کند.

مثلا اگر چرخ ها به قسمت لغزنده جاده برسند و یا اینکه یکی از لاستیک ها ناگهان پنچر شود، آنگاه نیروهای واکنشی، تمایل دارند تا اتومبیل را بجای چرخیدن به طرفین، در مسیر مستقیم نگه دارند.

اصل آکرمن وقتی یک وسیله ی نقلیه در مسیر منحنی حرکت کند چرخ های آن هر کدام کمان بخصوصی را طی کرده و مرکز این کمانها یکی است.

.هر چرخ که مسیر متفاوت و خارج از اصل فوق را طی کند، سرخورده و این سر خوردن با عث سائیدگی لاستیک می شود.

شعاع فرمان فاصله افقی محل تقاطع دو زاویه کمبر و محور چرخش فرمان را با سطح جاده گویند که می تواند مثبت، منفی یا صفر باشد.

شعاع فرمان ایده آل شعاع فرمان صفر است که محل تقاطع زوایای کمبر و محور چرخش بر سطح جاده منطبق می شود، اما بدلیل محدودیت های ساختاری غیر قابل دسترسی است.

فهرست: سیستم فرمان و کنترل 1 .1‌ انواع جعبه فرمان 4 1.1 جعبه فرمان ساچمه ای 4 2.1 جعبه فرمان راک و پینیون 4 1‌.3‌ سیستم فرمان سیمی 5 1‌.4‌ سیستم حلزونی و قطاع 6 ‌1‌.5‌ سیستم حلزونی غلتکی 6 .2‌ هندسه ی فرمان 7 2‌.1‌ زاویه کمب.ر 7 ‌2‌.2‌ زاویه کستر 9 2‌.3‌ تو-این.........

10 2‌.4‌ تو-آوت.........

10 2‌.5‌ شعاع سایش 11 2‌.6‌ اصل آکرمن 11 2‌.7‌ شعاع فرمان 11 منابع: Automotive Chassis and Body ,William H.Ciouse http://www.howdostuffswork.com