ساختار فرمان خودروها سال‌ها است بدون تغییر خاصی در انواع خودروها، از ارزان‌ترین تا لوکس‌ترین از خودروهای سواری تا کشنده‌های فوق سنگین نصب می‌شود اما در طی بیش از یک‌صد سالی که از اختراع خودرو می‌گذرد، این سیستم پیشرفت‌های زیادی در زمینه افزایش آسایش راننده داشته که احتمالا اصلی‌ترین آن، ارائه سیستم‌های کمکی برای چرخش فرمان است.
وقتی زور بازو جوابگو نیست!
در ساختار رایج سیستم‌های فرمان، گشتاور تولید شده توسط راننده از طریق غربیلک فرمان، با میل فرمان به بخشی به نام جعبه‌فرمان می‌رسد و در آنجا از طریق مجموعه‌ای از چرخ‌دنده یا مارپیچ، نیروی دورانی فرمان به نیروی خطی تبدیل می‌شود و این نیروی خطی جهت حرکت چرخ‌ها را تغییر می‌دهد. کمی پیچیده شد؟ خیلی مهم نیست چون نکته مهم در اینجا آن است که این کار در خودروهای قدیمی و فاقد سیستم‌های کمکی بسیار دشوار بود و کاملا به نیروی بازوی راننده بستگی داشت.
احتمالا تجربه رانندگی با خودروهایی بدون سیستم کمکی را دارید؛ از پیکان‌های قدیمی تا پرایدهایی که همین چند سال پیش تولید می‌شدند. در همه این خودروها چرخاندن فرمان کاملا متکی به توان بازوی راننده بود. این مسئله شاید در زمان حرکت در جاده مشکلی ایجاد نکند اما در رانندگی شهری یا در زمان پارک کردن، راننده باید با همه توان با فرمان خودرو کلنجار می‌رفت. برای رفع این مشکل از چند دهه پیش ایده سیستم‌های کمکی برای کمک به چرخش فرمان در صنعت خودرو مطرح شد و این‌گونه بود که در ابتدا سیستم‌های هیدرولیک و پس از آن سیستم‌های الکتروهیدرولیک و بعد سیستم برقی به کمک راننده آمد. سیستم الکتروهیدرولیک را می‌شود یک سیستم میانی در مسیر پیشرفت سیستم‌های کمکی فرمان دانست که البته خیلی زود جایش را به سیستم‌های برقی داد. در سیستم الکتروهیدرولیک، یک پمپ برقی وظیفه تولید فشار هیدرولیک را دارد و به این ترتیب واسطه‌ای میان دو سیستم قبل و بعد از خود است و البته چندان هم رواج پیدا نکرد.
فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک (HPS)
فرمان با نیروی کمکی هیدرولیک، هرچند در سه دهه اخیر به‌شدت فراگیر شده است اما اختراع آن به سال ۱۹۲۷ میلادی بازمی‌گردد و برای نخستین بار در سال ۱۹۵۱ میلادی 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 به‌وسیله تسمه به موتور خودرو متصل است تأمین می‌شود و در ادامه نیروی هیدرولیک تولید شده، از طریق شیلنگ‌هایی به پیستون هیدرولیک درون جعبه فرمان می‌رسد و این فشار است که گشتاور تولید شده توسط دست راننده، برای چرخاندن فرمان را تقویت می‌کند.
این نیروی کمکی تنها در شرایطی که راننده قصد چرخاندن فرمان را داشته باشد باید اعمال شود چراکه 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.
این سیستم هرچند سال‌ها است بر روی خودروها نصب می‌شود و کارآیی بالایی هم دارد اما مشکلاتی هم داشت که در ادامه به آن می‌پردازیم.
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. به‌محض تشخیص چرخش فرمان از سوی راننده، این سنسور از طریق ECU ویژه‌ای 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. تا زمانی که گشتاوری از سوی راننده به‌فرمان خودرو اعمال می‌شود این موتور الکتریکی نیز مشغول به کار است و در چرخش فرمان به راننده یاری می‌رساند و به این ترتیب فرمان با نیروی کمتری می‌چرخد. در ایران رنو مگان اولین خودرویی بود که به شکل انبوه با این سیستم فرمان تولید شد هرچند امروزه خودروهای متعددی از محصولات ایران‌خودرو و سایپا نصب می‌شود.
مزیت‌های فرمان با نیروی کمکی برقی
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 چراکه پمپ هیدرولیک به دلیل اتصال دائمی به موتور همواره بخشی از نیروی موتور را صرف تولید فشار هیدرولیکی می‌کند که ممکن است اصلا نیازی به آن نباشد و همین مساله 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.
سیستم‌های کمکی برقی کوچک‌تر و سبک‌تر هستند و اجزای کمتری دارند که نیاز به تعمیر و نگهداری آن‌ها را نیز کمتر می‌کند و در عمل ریسک خرابی آن‌ها بسیار پایین‌تر و تعمیراتشان هم آسان‌تر از سیستم‌های فرمان هیدرولیک است. به‌علاوه امکان کنترل میزان گشتاور در آن‌ها بسیار آسان‌تر است و به همین دلیل به‌راحتی می‌توان آن‌ها را به شکلی طراحی کرد که در رانندگی شهری فرمان خودرو بسیار نرم‌تر از سیستم‌های هیدرولیک باشد و در مقابل در جاده و سرعت زیاد، فرمان سفت‌تر شود تا کنترل خودرو را آسان کند.
در زمام معرفی این سیستم و نصب آن به شکل انبوه بر روی خودروها، بسیاری معتقدند سیستم‌های الکتریکی، به‌ویژه در خودروهای اسپرت احساس مناسبی از مسیر حرکت را به راننده منتقل نمی‌کنند و به این ترتیب راننده نمی‌تواند در زمان پیچیدن به‌خوبی مانور دهد. البته خودروسازان تا حدود زیادی مشکلات این سیستم را برطرف کرده‌اند تا آنجا که پورشه این سیستم را بر روی 911 نصب کرده و ب‌ام‌و هم مدل‌های اسپرت ازجمله سری 5 را با این سیستم به بازار می‌فرستد.