استخدام الفرامل لتحسين أداء السيارة

 

فرامل العجل الداخلية : Inboard brake

لتحسين عمل نظام التعليق بالسيارة تم تغيير مكان فرملة العجل بالسيارة, هذه التقنية مطبقة بحيث أن الفرامل الاحتكاكية لا تستخدم الفرامل المركبة بالعجل في أداء مهمتها كما هو مطبق في معظم السيارات. ولكن بدلاً من ذلك تركب الفرامل بالقرب من التروس الفرقية. حيث أن تحريك الفرامل للداخل يقلل من الوزن الغير محمول بالنابض unsprung weight بدرجة كبيرة. ويحسن من الركوب ride, ومن التعامل مع السيارة (التوجيه) handling, والفرملة.

- بتقليل النسبة بين الوزن الغير محول بالنابض إلى الوزن المحول بالنابض, يحسن من عمل نظام التعليق.

بعض السيارات لها فرامل ذات قرص واحد بالداخل, يعمل على العجلتين الخلفيتين معاً.

نظام الفرامل الداخلية له عيوب كثيرة من ناحية الصيانة, حيث هناك صعوبة في التعامل مع الفرامل الموجودة بالداخل عن الفرامل الخارجية الموجودة بالعجل, والتعرض لسخونة عالية نتيجة قربها من أنبوب العادم والتبريد الغير جيد بالداخل. وكذلك وجود مشاكل مع فرامل التثبيت.

 

 

نظام التحكم في الجر (منع انزلاق العجلات) Traction control system (TCS)

ويسمى النظام أيضا نظام التحكم في الانزلاق الناتج عن التسارع

 Acceleration slip regulation (ASR) أو التحكم التلقائي في الانزلاق Automatic slip regulation (ASR). شكل 1.

 

 

المقصود بانزلاق العجلة هو عدم تساوي السرعة الخطية لمحور العجلة (أقل) من السرعة المفروض الحصول عليها من الدوران العجلة.

-   السرعة الخطية تكون أقل من (السرعة الدورانية × محيط العجلة).

والانزلاق التام هو دوران العجلة حول محورها دون حدوث أي إزاحة.

يحدث انزلاق للعجل في حالات عديدة. عند السير على أرض زلقة, والتي تعطي تلاصق ضئيل للعجلات في ناحية واحدة من السيارة أو في الناحيتين معاً. كما في حالة الخروج من موقف مغطى بالثلوج إلى الطريق, أو السير على حافة الطريق, أو خلال التعجيل (زيادة سرعة السيارة) خلال المنعطفات, أو التعجيل الفجائي (زيادة سرعة المحرك ورفع القدم فجأة من على بدال القابض)، أو التعجيل عند صعود السيارة طريق مائل.

خلال عملية الانزلاق (مثل ما يحدث خلال عملية الزحف (غلق العجلات)) توفر العجلة حد ضئيل من التلاصق (عدم اتزان للسيارة). وكذلك فإن انزلاق العجلات يؤدي إلى تآكل الإطارات وإلى التآكل في أجزاء نقل الحركة (مثل التروس الفرقية), مع التعرض لحمل فجائي عالي عند بدأ الحركة الخطية للعجلة في حالة تلامسها مع سطح عالي التلاصق أثناء الانزلاق. 

نظام منع الانزلاق يوفر قوة جر مثالية لحالة الطريق ويمنع انزلاق العجلات. نظام منع الانزلاق هو امتداد لنظام منع غلق العجلات, الذي تشترك معه في العديد من المكونات والأجزاء. وكذلك القوة المنقولة للعجل أثناء التعجيل أو الفرملة اللذان يتأثرا بحالة (انزلاق/ زحف) العجلة على الطريق. كما أن غلق العجلة إثناء الفرامل تحدث خلال واحد من عشرة من الثانية, فإن زيادة العزم في بداية الحركة يؤدي إلى الارتفاع السريع في سرعة دوران العجلة في أحدى أو كلا عجلات الجر.

 ويقوم نظام منع الانزلاق بمهامتين وهو زيادة التلاصق مع الاحتفاظ باتزان المركبة. ويستخدم النظام الفرامل لتقليل سرعة دوران العجلات القائدة في حالة الانزلاق. كما أن هناك أنواع أخرى من نظام منع الانزلاق تستخدم بالإضافة إلى الفراملنظام إدارة المحرك في تخفيض عزم المحرك المنقول إلى العجلات القائدة.

ويستخدم نظام منع انزلاق العجلات نفس أجزاء ومكونات نظام منع غلق العجلات, ويزيد عليه بعض الأجزاء الأخرى. كما في شكل 2.

 

 

مكونات نظام منع غلق العجلات:

-   حساس قياس سرعة دوران العجلة, الذي يرسل إشارة إلى وحدة التحكم الإليكترونية لتتمكن من حساب السرعة الخطية للعجلة.

-   وحدة التحكم الإليكترونية, يقوم باستقبال إشارة حساس العجل ومنها يحسب الانزلاق لكل عجلة, ويتدخل نظام منع الانزلاق عندما يصل الانزلاق في واحدة من العجلات درجة عالية من الانزلاق. الإشارة القادمة تستقبل في عدد 2 معالج يعملان على التوازي. وترسل إشارة إلى وحدة التحكم الهيدروليكية لتفعيل الفرامل على العجلة المنزلقة. وكذلك تستقبل الوحدة إشارة وحدة إدارة المحرك.

-   وحدة التحكم الهيدروليكية, تم إضافة عمل انزلاق العجلات إلى وحدة التحكم الإليكترونية لمنع غلق العجلات. في حالة زيادة سرعة دوران العجل (حدوث انزلاق) تعمل الوحدة بناء على الإشارة القادمة من الوحدة الإليكترونية على التحكم في ضغط سائل الفرامل بفرامل العجل, أي أن النظام يستطيع فرملة العجلة القائدة دون تدخل من السائق.

-   أجزاء نظام الفرامل الهيدروليكية وفرامل العجل, يستخدم النظام سائل الفرامل من الاسطوانة الرئيسية وعن طريق اسطوانات فرامل العجل يتم التحكم في ضغط الفرامل للعجلات القائدة.   

-   وحدة إدارة المحرك:

تتدخل وحدة إدارة المحرك بتقليل عزم العجلات القائدة لمنع انزلاق العجل عن طريق:

-   تأخير أو تعطيل الشرارة في واحدة أو أكثر من الاسطوانات

-   تقليل الوقود أو قطعه إلى أسطوانة أو أكثر بنظام حقن الوقود Electronic throttle control (ETC)

-   تقليل فتحة الخانق بنظام المغذي

-   تقليل تعضيد التربو للمحرك في السيارات التي بها محرك يعمل بالتربو.

التحكم في الجر إثناء التعجيل في بداية الحركة

خلال التعجيل في بداية الحركة, يعمل نظام التحكم في الفرملة حتى سرعة 30 كم/ ساعة. عندما تفقد العجلات التلاصق عند سرعات تزيد عن 30 كم/ساعة, تقع المسئولية لمنع الانزلاق على عاتق تحكم الدائرة المغلقة للمحرك (نظام إدارة المحرك).

التحكم في الجر أثناء السير في المنعطفات Traction control in cornering

لا يقتصر عمل التحكم في الجر لتحريك السيارة من السكون دون انزلاق, ولكن خلال مناورة السيارة ذات الجر الأمامي, يكون هناك نقطة عندها لا تكون العجلات الأمامية قادرة على التوجيه وجر السيارة في نفس الوقت بدون فقد التلاصق. ويعمل نظام منع غلق العجلات إلى عدم حدوث ذلك والمحافظة على توجيه السيارة.

حدوث انزلاق للعجلات الأمامية في سيارات الجر الأمامي أثناء الدخول في منعطف يجعل السيارات لا تنعطف بمقدار توجيه العجل الأمامي (توجيه ناقص understeer)^*.

تقليل عزم المحرك يؤدي إلى تقليل سرعة السيارة وتعديل مسار السيارة. في سيارات الجر الخلفي يمكن لنظام منع انزلاق العجلات التغلب على (التوجيه الزائد oversteer)^**   

* التوجيه الزائد, يندفع فيه مؤخرة السيارة ناحية الجانب الخارجي من المنعطف.

* * التوجيه الناقص, يندفع فيه مقدمة السيارة ناحية الجانب الخارجي من المنعطف.

 

 

نظام التحكم في أتزان السيارة  Electronic Stability Control (ESC):

ويعرف النظام إيضأ باسم برنامج الاتزان الإليكتروني

 Electronic Stability Program (ESP), وأيضاً بنظام التحكم في اتزان المركبة Vehicle Stability Control (VSC).

وهو تطور لنظام منع غلق العجلات ABS ونظام منع انزلاق العجلات TCS. والنظام مصمم لاكتشاف الفرق بين مدخلات التحكم من السائق ورد الفعل الحاصل من السيارة. عندما يكتشف أن هناك فرق, يقوم النظام بالتدخل عن طريق تفعيل الفرملة للعجلة التي عن طريقها يتم تصحيح مسار السيارة. وهذا النظام مصمم لتحسين اتزان السيارة, خصوصاً في المنعطفات الحادة, وعلى الطرق ذات الأسطح ذات التلاصق الضئيل (الزلقة). وجعل التوجيه سليم كما يبغى السائق.

ويستخدم النظام العديد من الحساسات ووحدة تحكم إليكترونية لبيان حالة الاتزان و التدخل عندما يكون هناك أحساس بفقد اتزان السيارة. ويمكن لوحدة التحكم العمل للحيلولة دون وقوع توجيه زائد أو ناقص للسيارة   undrsteer or oversteer عن طريق تقليل القدرة عن المحرك, أو تطبيق الفرامل, كما في شكل 3, 4.

 

 

 

 

 

نظام التحكم في اتزان السيارة يعتمد على نظام الفرامل بالسيارة كوسيلة لتوجيه السيارة. التدخل عن طريق الفرامل توجه إلى أحدى العجلات (مثل العجلة الخلفية اليسرى للتغلب على مشكلة التوجيه الناقص, أو العجلة الأمامية اليمنى خلال التوجيه الزائد),

 

للوصول إلى الهدف الأمثل للاتزان, لا يقوم النظام فقط باستخدام الفرامل ولكنه يمكنه أيضاً التدخل من ناحية المحرك لتعجيل العجلات الغير مفرملة.

 

ويتكون النظام من الأجزاء التالية كما في شكل 5:

-         أجزاء نظام الفرامل التقليدي بالسيارة

-         أجزاء نظام منع غلق العجلات

-         حساس عجلة القيادة

-      حساس حركة السيارة حول محورها الرأسي   yaw sensor . مع حساس لقياس التعجيل الجانبي lateral-acceleration sensor

 

 

 

فرامل استعادة الطاقة  Regenerative brake :

هذا النظام يعمل على تخفيض سرعة السيارة بتحويل بعض من طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية. هذا الطاقة الكهربائية يتم تخزينها في البطارية أو مجموعة من المكثفات لاستخدامها. ويمكن للنظام استعادة ما يقرب من 25% من طاقة الحركة للسيارة إثناء الفرملة.

يستخدم هذا النظام في السيارات الكهربائية, والسيارات المهجنة. تستخدم الطاقة المستعادة في شحن البطاريات لزيادة مدى تشغيل السيارة. كما أن استخدام النظام يقلل من التآكل في بطانات الاحتكاك ويطيل من العمر التشغيلي للفرامل الاحتكاكية. ويزيد من كفاءة استخدام الوقود. حيث أن 30% من طاقة الوقود تضيع إلى الجو نتيجة استخدام الفرامل الاحتكاكية. فإعادة ربع هذا الفقد واستخدامه مرة أخري يزيد من كفاءة استخدام الوقود. لا يجب الخلط بين فرامل استعادة الطاقة والفرامل الديناميكية Dynamic braking حيث أن الطاقة الكهربائية في نظام الفرامل الديناميكية تفقد كحرارة عن طريق مقاومات كهربائية.  

ولا تعمل فرامل استعادة الطاقة كفرملة مستقلة ولكن تعمل مع وجود الفرامل الاحتكاكية وذلك للأسباب التالية:

-         تقل كفاءة فرامل استعادة الطاقة بشكل سريع مع انخفاض السرعة

-         مقدار الطاقة المستعادة تتناسب مع مقدار استيعاب الجزء المراد تخزين الطاقة به (حالة شحن البطارية). ولذا يجب استخدام الفرامل الديناميكية أو الفرامل الاحتكاكية مع النظام لامتصاص الطاقة الزائدة.

-         يجب التحكم في مقدار فرامل استعادة القوة وفرامل الاحتكاك للحصول على قوة الفرامل المطلوبة.

 

وتستخدم فرامل استعادة الطاقة فكرة أن الموتور الكهربائي يمكن في نفس الوقت أن يعمل كمولد للتيار. ففي أثناء الفرملة يوصل موتور الجر كمولد كهربائي أثناء الفرملة ويتصل الخرج منه مع حمل كهربائي. هذا الحمل على الموتور هو ما يوفر الفرملة.

 

وقد قامت شركة بي أم دابليو بتجهيز سيارة ليست كهربائية أو مهجنة بنظام فرامل استعادة الطاقة. مع تطوير التقنية في صناعة البطارية وظهور البطاريات ذات حشوة الزجاج الممتصة Absorptive Glass Mat  (AGM) التي لها القدرة على أن تشحن شحن سريع بدون حدوث غليان ويمكن لتلك البطاريات التعرض لدورة شحن عميقة (تفريغ تام وشحن) والتي لا تتحملها البطاريات ذات الحامض. وتكون تلك البطارية مناسبة لتوصيلها مع نظام فرامل استعادة الطاقة. ويمكن شحن البطارية بالكامل من خلال الفرملة, وتقليل الحمل على المحرك بتقليل عمل المولد. وهذا النوع من الفرامل يقلل الوزن واستهلاك البنزين وتقليل كمية انبعاث ثاني أكسد الكربون. ويركب هذا النظام في سيارات الشركة مع إطارات ذات مقاومة تدحرج قليلة, مكيف يعمل بالكهرباء ومؤازر توجيه كهربائي. ونظام فرامل استعادة الطاقة بدون موتور كهربائي بالسيارة.

 

 

نظام التحكم الفعال في السير   Adaptive Cruise Control (ACC)
نظام التحكم في السير  cruise controlيتيح للسائق في الطرق السريعة ضبط سرعة السيارة على السرعة التي يريدها, ويعمل النظام على تثبيت تلك السرعة مع اختلاف المقاومات التي تقابلها السيارة بالطريق, وعند الضغط على بدال الفرامل أو القابض يفصل النظام.في هذا النظام كان التحكم يتم عن طريق التحكم في فتحة الخانق. ولكن النظام الجديد (التحكم الفعال في السير) يعمل على الإبقاء على مسافة معقولة بين السيارة المركب بها والسيارة التي أمامها. ويستخدم رادار مثبت بمقدمة السيارة. فيقوم النظام الحديث بتنبيه السائق في حالة وجود جسم على بعد 100 متر بالأمام, وفي حالة الاقتراب منه, يقوم النظام بالفرملة الضعيفة وتحذير السائق عن طريق جذب حزام الأمان. في حالة عدم استجابة السائق يقوم النظام بالضغط بقوة على الفرامل.

ويمكن للنظام تقليل سرعة السيارة وتبطئها حسب اختيار السرعة والمسافة من قبل للسائق.

يمكن فصل النظام عن العمل عندما يقوم السائق بالضغط على بدال الفرامل أو القابض.

في أحدى نظم فصل النظام يوجد حساس للضغط بالاسطوانة الرئيسية عند الضغط على البدال وزيادة الضغط داخل الاسطوانة يتفعيل عمل مفتاح فصل النظام.

 

 

J 2006, www.thecartech.com

د/ قاسم مراد