در صنعت خودروسازی، مقوله‌های متفاوت و گوناگونی برای خلق یک محصول بهتر و پیشرفته‌تر وجود دارد که همگی در نهایت منجر به افزایش ایمنی و رفاه سرنشینان خواهد شد. کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌های تولیدی، افزایش بازدهی مجموعه قوای محرکه، افزایش ایمنی، بالا بردن هندلینگ و… که همگی در نسل‌های جدید یک خودرو مهم‌اند. در این میان، سیستم فرمان‌پذیری چهار چرخ، یکی از جدیدترین تکنولوژی‌های خودرویی است که این روزها خودروها به آن مجهز می‌شوند.
پیدایش سیستم 4ws
سیستم فرمان‌پذیری چهارچرخ، تکنولوژی جدیدی نیست و در دهه هشتاد میلادی متولد شد. اما استفاده از آن به شکل انبوه و گسترده، برای دهه‌های متمادی به تاخیر افتاد تا به تازگی در سال‌های اخیر در برخی محصولات خودروسازان بزرگ، شاهد آن باشیم. این سیستم به شکل عمومی به نام 4ws که مخفف عبارت 4 wheel streering است، شناخته می‌شود. این در حالی است که در بین خودروسازان مختلف با اسامی گوناگون و منحصر به فردی معرفی می‌شود که ناشی از اسم گذاری شرکت‌های مختلف برای سیستم ابداعی خودشان است. برای مثال، رنو به آن 4control می‌گوید و هوندا نام آن را P-AWS گذاشته است. در بی ام و integral active steering نامیده می‌شود و مرسدس بنز به آن rear-wheel steering می‌گوید.
همانطور که گفته شد، این سیستم در دهه هشتاد میلادی و توسط شرکت هوندا و مزدا، طی یک برنامه تحقیقاتی، معرفی شد. خودرو مفهومی مزدا MX-02 در سال ۱۹۸۴ اولین خودرویی بود که به این سیستم مجهز شد و چرخ‌های عقب آن می‌توانست در سرعت‌های کم، فرمان بگیرد. این سیستم روی دو خودرو تولید انبوه مزدا به نام‌هایMazda 626 و MX6 در سال ۱۹۸۸ به صورت سفارشی نصب شد و اولین خودرو رالی که به سیستم چهارچرخ فرمان‌پذیر مجهز شد، پژو ۴۰۵ مدل mi16 بود که اتفاقا در مسابقات رالی همان سال توانست رکوردهای خیره کننده‌ای از خود به جای بگذارد. روند نصب این سیستم به صورت سفارشی در سال‌های بعد توسط شرکت‌های مختلفی مثل هوندا، رنو، بی ام و، مرسدس بنز، نیسان، فراری، لامبورگینی، آئودی، پورشه و… دنبال شد و امروزه نیز بیش از گذشته در خودروهای این شرکت‌ها دیده می‌شود. این سیستم همچنین از گذشته، استفاده زیادی در مانستر تراک‌ها، کامیون‌های چند محوره، تریلرهای با طویل، اتوبوس‌های سه محوره و همچنین ادوات کشاورزی دارد.
نحوه کارکرد سیستم
وضعیت تایرها در سامانه فرمان‌پذیری چهار چرخ به سه صورت است. در حالت خنثی یا صفر، تایرهای جلو در وضعیت مستقیم و کاملا موازی با بدنه خودرو قرار دارند و چرخ‌های عقب نیز هم‌راستا با آنها هستند. این وضعیت برای سرعت های میانی است که نیازی به زاویه گیری چرخ‌های عقب حس نمی‌شود. اما در حالت منفی، تایرها در خلاف جهت هم هستند. در این وضعیت که برای سرعت‌های کم است، تایرهای عقب نیز در خلاف جهت تایرهای جلو و با زاویه‌ای کمتر، گردش می‌کنند تا چرخش خودرو راحت‌تر صورت بگیرد. در حالت مثبت که برای سرعت‌های بالا است، تایرهای عقب و جلو در یک جهت هستند که باعث می‌شود، خودرو در داخل پیچ‌ها به راحتی گردش کرده و حرکت کند.مقدار گردش تایرها در خودروسازهای مختلف، گوناگون است و برای مثال، در بنز اس کلاس w223، گردش تایرها تا ۱۰ درجه اما در پورشه این میزان فقط ۲.۸ درجه است.
نحوه کارکرد سیستم به این صورت است که برای چرخ‌های عقب نیز یک جعبه فرمان در نظر گرفته می‌شود. یک کامپیوتر که معمولا همان ECU خودرو است، وظیفه دارد تا به جعبه فرمان‌های نصب شده روی هر چرخ برای مقدار گردش و جهت آن، دستور بدهد. همان طور که گفته شد، مقدار گردش و جهت آن، بر اساس سرعت خودرو و مقدار پیچش چرخ‌های جلو تعیین می‌شود. ضمن اینکه مقدار گردش و جهت آن که تا چه سرعتی، هم جهت با چرخ های جلو فرمان بگیرد و یا برعکس، در خودروهای مختلف متفاوت است. چرا که یکی از فاکتورهای موثر در این سیستم، ابعاد خودرو و فاصله محورها از هم و تایرها از یکدیگر است که باعث می‌شود تنظیمات این سیستم تا حدودی برای خودروهای مختلف، منحصر به فرد باشد. در ابتدای معرفی این تکنولوژی در دهه هشتاد میلادی، سیستم کاملا به صورت مکانیکی و هیدرولیکی بود اما امروزه این کار به شکل الکترونیکی و برقی صورت می‌گیرد و به این ترتیب، بسیاری از اتصالات و قطعات مکانیکی، حذف شده‌اند که هم باعث کاهش هزینه‌ها شده و هم پیچیدگی‌های فنی آن را کاهش داده است.
نکته‌ای که در این میان لازم است به آن توجه شود، این است که مقدار گردش تایرهای عقب در زمانی که جهت چرخ‌ها در سرعت‌های بالا به یک طرف خواهد بود، بسیار کمتر و چیزی در حدود یک تا دو درجه است.
مزایا و معایب
هر سیستمی دارای یک سری امتیازات و همچنین نکات منفی است. فرمان‌پذیر بودن هر چهارچرخ منجر به افزایش مانورپذیری خودرو شده و نیاز به شعاع کمتری برای گردش خودرو در یک فضای اندک خواهد بود. برای مثال، این سیستم منجر به کاهش ۲۰ درصدی شعاع گردش کامل بنز اس کلاس w223 شده است، دلیلی که باعث می شود استفاده از این سیستم برای خودروهای تجاری، خیلی کاربردی‌تر باشد. از دیگر مزایای این سیستم، افزایش پایداری خودرو در سرعت‌های بالا است. این ویژگی برای مسیرها و جاده‌های خیس و لغزنده اهمیت بیشتری خواهد داشت و احتمال انحراف خودرو را در عبور از چنین مسیرهایی، خصوصا در جاده‌های کوهستانی، کاهش می‌دهد. به طور کلی، این سیستم منجر به افزایش هندلینگ خودرو شده و قابلیت مانور آن را بالا می‌برد.
اما در مقابل دارای پیچیدگی‌های خاص خود است و نیاز به تعمیر و نگهداری دارد. ضمن اینکه منجر به افزایش قیمت خودرو شده که همین قضیه باعث می‌شود تا خودروسازان، از این سیستم در محصولات رده بالای خود و خودروهای لوکس و اسپرت استفاده کنند، چرا که فعلا برای خودروهای اقتصادی و ارزان، به صرفه نیست.
نمونه های خاص
در سال ۲۰۰۵، خودرو مفهومی جیپ هاریکِین می‌توانست تایرهای عقب خود را حتی در حالت ایستاده و سکون نیز، برخلاف جهت تایرهای چرخ جلو و دقیقا برابر با آن، بچرخاند. این امکان باعث می‌شد تا خودرو بتواند حول محور مرکزی خود گردش کند. در هامر الکتریکی جدید نیز امکانی وجود دارد که در سرعت‌های پایین نیز، می‌توان هر چهار چرخ را به یک سمت فرمان داد که باعث حرکت خودرو به پهلو می‌شود. این وضعیت حرکتی که از خرچنگ تقلید شده است، به نام Crab Mode شناخته می‌شود.
نویسنده: علیرضا داودی
