جزوه طراحی سیستم فرمان خودرو یک منبع جامع و دقیق برای درک مفاهیم و اصول طراحی سیستم‌های فرمان خودرو است که توسط دکتر سلمان ابراهیمی‌نژاد در دانشکده مهندسی خودرو دانشگاه علم و صنعت ایران تدوین شده است. این جزوه به‌ویژه برای دانشجویان و مهندسان حوزه مکانیک و خودرو تهیه شده و به بررسی اجزا، اصول طراحی، مکانیزم‌های انتقال حرکت فرمان، و تحلیل سینماتیکی فرمان می‌پردازد. سیستم فرمان از بخش‌های مهم خودرو است که علاوه بر تسهیل در هدایت، بر ایمنی، پایداری و کیفیت رانندگی تأثیر زیادی دارد.

سرفصل‌های اصلی جزوه

۱. مقدمه و تاریخچه فرمان خودرو

این بخش جزوه به تاریخچه و تکامل سیستم‌های فرمان در خودرو پرداخته و به اهمیت آن‌ها در انتقال دقیق دستور راننده به چرخ‌ها اشاره دارد. فرمان از دوران گاری‌ها و درشکه‌ها به اشکال مدرن امروزی رسیده که شامل اجزای متعدد و پیچیده‌ای است. اهمیت این سیستم در کنترل خودرو و ارائه بازخورد مناسب به راننده به‌عنوان پایه‌های طراحی آن بررسی شده است.

۲. اجزای سیستم فرمان

این فصل شامل توضیحات دقیقی از اجزای مختلف سیستم فرمان خودرو و وظایف هر یک است:

• غربیلک فرمان: بخشی که راننده با آن مستقیماً در ارتباط است و وظیفه هدایت خودرو را بر عهده دارد.
• ستون فرمان: انتقال حرکت غربیلک به جعبه فرمان را برعهده دارد و باید در تصادفات عملکرد ایمنی داشته باشد.
• جعبه فرمان: یکی از اجزای کلیدی که حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند و شامل انواع مختلف مانند حلزونی، شانه‌ای و ساچمه‌ای می‌شود.

۳. سینماتیک سیستم فرمان و اصول طراحی آکرمن

در این بخش به اصول سینماتیکی سیستم فرمان پرداخته شده است. با استفاده از زوایای آکرمن، به طراحان این امکان داده می‌شود که در پیچ‌ها از لغزش چرخ‌ها جلوگیری کنند. روابط دقیق سینماتیکی برای محاسبه زوایای فرمان و شعاع گردش در چرخ‌های جلو و عقب با فرمول‌های محاسباتی و تحلیل‌های هندسی شرح داده شده است.

• زاویه‌های چرخ داخلی و خارجی: با روابطی دقیق، نحوه تعیین زوایای چرخش چرخ‌ها برای کنترل دقیق و بدون لغزش در پیچ‌ها آموزش داده شده است.
• تست شعاع گردش: شعاع گردش خودرو و روش‌های محاسبه آن برای تعیین فضای مورد نیاز برای دور زدن، از جمله مباحثی است که با محاسبات دقیق به آن پرداخته شده است.

۴. مکانیزم‌های فرمان و انواع آن

این فصل به معرفی مکانیزم‌های مختلف فرمان پرداخته که در سینماتیک و عملکرد سیستم فرمان نقش مهمی دارند:

• مکانیزم ذوزنقه‌ای (Trapezoidal): این مکانیزم یکی از پرکاربردترین‌ها در خودروهای امروزی است و به کمک زوایای بازوهای چرخ به حفظ تعادل چرخ‌ها در هنگام پیچیدن کمک می‌کند.
• مکانیزم شانه‌ای و پینیون: نوعی مکانیزم که برای خودروهای سبک و نیمه‌سنگین استفاده می‌شود و امکان فرمان‌دهی دقیق را فراهم می‌کند.
• مکانیزم‌های بازویی (Pitman Arm) و اهرمی (Idler Arm): که به‌ویژه در خودروهای سنگین به دلیل نیاز به مقاومت و دوام بیشتر استفاده می‌شوند.

۵. انواع جعبه فرمان

در این بخش، انواع جعبه فرمان و تفاوت‌های آن‌ها به‌صورت تخصصی بررسی شده است:

• جعبه فرمان شانه‌ای و پینیون (Rack and Pinion): سیستم ساده و سبک با دقت فرمان‌دهی بالا که در خودروهای سواری بسیار محبوب است.
• جعبه فرمان حلزونی (Worm Gear): که معمولاً در خودروهای سنگین کاربرد دارد و امکان انتقال نیروهای بالا را فراهم می‌کند.
• جعبه فرمان ساچمه‌ای (Recirculating Ball): که با استفاده از ساچمه‌ها، نیروی انتقال را به‌طور یکنواخت به چرخ‌ها منتقل می‌کند و دوام بالاتری دارد.

۶. سیستم‌های کمکی فرمان

این فصل به معرفی سیستم‌های کمکی پرداخته که به کاهش نیروی لازم برای چرخاندن فرمان کمک می‌کنند:

• سیستم فرمان هیدرولیکی: با استفاده از پمپ هیدرولیکی که به کمک موتور خودرو کار می‌کند، نیروی لازم برای چرخش فرمان را کاهش می‌دهد.
• سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی: ترکیبی از سیستم‌های الکتریکی و هیدرولیکی که انرژی لازم را از یک موتور الکتریکی می‌گیرد و مصرف سوخت را کاهش می‌دهد.
• سیستم فرمان الکتریکی: که به طور مستقیم از یک موتور الکتریکی برای فرمان‌دهی استفاده می‌کند و نسبت به سیستم‌های دیگر سبک‌تر و کارآمدتر است.

۷. ملاحظات طراحی ایمنی در سیستم فرمان

این بخش بر اهمیت ایمنی در طراحی سیستم فرمان تأکید دارد و نکاتی همچون جلوگیری از برخورد ستون فرمان با راننده در تصادفات و ایزوله‌سازی نویز و لرزش‌ها را توضیح می‌دهد.

۸. نرم‌افزارهای شبیه‌سازی و طراحی

در این فصل نرم‌افزارهای مختلف شبیه‌سازی برای تحلیل و طراحی سیستم‌های فرمان معرفی شده‌اند:

• MATLAB و Simulink: برای مدل‌سازی و تحلیل سینماتیک و دینامیک سیستم فرمان استفاده می‌شوند و امکان محاسبات دقیق و بهینه‌سازی را فراهم می‌کنند.
• Adams/Car و CarSim: برای شبیه‌سازی عملکرد فرمان در شرایط مختلف جاده و بررسی تأثیر تغییرات طراحی بر روی پایداری خودرو کاربرد دارند.

۹. ملاحظات اقتصادی در طراحی سیستم فرمان

در این بخش، هزینه‌های مرتبط با طراحی، تولید و نگهداری سیستم‌های فرمان در انواع خودروها بررسی شده است. این تحلیل‌ها شامل هزینه‌های مربوط به سیستم‌های پیشرفته و ساده‌تر می‌شوند.

تهیه‌کنندگان و زمان انتشار

این جزوه توسط دکتر سلمان ابراهیمی‌نژاد در زمستان ۱۳۹۵ در دانشکده مهندسی خودرو دانشگاه علم و صنعت ایران تهیه شده و منبعی ارزشمند برای دانشجویان و علاقه‌مندان به طراحی سیستم‌های فرمان خودرو محسوب می‌شود.