علت لرزش فرمان خودرو چیست؟ بررسی تخصصی و فنی

تحلیل علت‌شناختی لرزش فرمان در خودروهای سواری: رویکردی فنی و مهندسی

لرزش فرمان (Steering Wheel Vibration) یکی از شایع‌ترین شکایات در حوزه عیب‌یابی خودرو است که نه تنها آسایش سرنشینان را مختل می‌کند، بلکه نشانگر وجود نقص فنی در سیستم‌های تعلیق، فرمان، ترمز یا انتقال قدرت است. این مقاله با بررسی دینامیک خودرو و ارتعاشات مکانیکی، به طبقه‌بندی و تحلیل علل لرزش فرمان می‌پردازد. تمرکز اصلی بر روی عدم تعادل جرم‌های دوار، ناهمراستایی چرخ‌ها، رزونانس (تشدید) در سیستم تعلیق و ناهنجاری‌های سیستم ترمز است.

۱. مقدمه و مبانی نظری

سیستم فرمان رابط اصلی میان راننده و مسیر حرکت است. هرگونه ارتعاش در این سیستم به عنوان بازخوردی از وضعیت سطح جاده یا وضعیت داخلی مکانیزم‌های خودرو تلقی می‌شود. از دیدگاه مهندسی ارتعاشات، لرزش فرمان نتیجه یک نیروی تحریک‌کننده (Excitation Force) است که بر جرم فنربندی نشده (Unsprung Mass) وارد شده و از طریق اتصالات مکانیکی به ستون فرمان منتقل می‌شود.

اگر فرکانس نیروی تحریک‌کننده با فرکانس طبیعی (Natural Frequency) یکی از اجزای سیستم تعلیق یا فرمان برابر شود، پدیده تشدید یا رزونانس رخ می‌دهد که شدت لرزش را به طور نمایی افزایش می‌دهد.

رابطه نیروی گریز از مرکز ناشی از نابالانس بودن چرخ که منجر به لرزش می‌شود، به صورت زیر تعریف می‌گردد:

$F_c = m \cdot r \cdot \omega^2$

که در آن:

$F_c$ : نیروی گریز از مرکز (نیروی لرزاننده)
$m$ : جرم نامتعادل
$r$ : شعاع محل قرارگیری جرم نامتعادل
$ω\omega$ : سرعت زاویه‌ای چرخ

۲. طبقه‌بندی لرزش بر اساس شرایط رانندگی

برای تشخیص صحیح، لرزش‌ها باید بر اساس شرایط وقوع دسته‌بندی شوند:

لرزش وابسته به سرعت (Speed Sensitive): در بازه سرعتی خاص شروع و قطع می‌شود.
لرزش وابسته به ترمزگیری (Brake Sensitive): تنها هنگام فشردن پدال ترمز رخ می‌دهد.
لرزش وابسته به گشتاور (Torque Sensitive): هنگام شتاب‌گیری (گاز دادن) رخ می‌دهد.
لرزش در حالت درجا (Idle Vibration): ناشی از ارتعاشات موتور است.

۳. تحلیل ریشه‌ای علل لرزش (Root Cause Analysis)

۳.۱. مجموعه چرخ و تایر (Wheel and Tire Assembly)

بیش از ۷۰٪ موارد لرزش فرمان به این بخش مربوط می‌شود.

۳.۱.۱. عدم تعادل (Imbalance)

بالانس استاتیکی (Static Balance): اگر توزیع وزن حول محور چرخش یکنواخت نباشد، چرخ تمایل دارد پریدگی عمودی (Vertical Hop) داشته باشد. این حالت معمولاً در سرعت‌های بالا باعث لرزش می‌شود.
بالانس دینامیکی (Dynamic Balance): اگر جرم در دو طرف صفحه تقارن عمودی چرخ نامساوی باشد، گشتاوری ایجاد می‌شود که سعی دارد چرخ را به طرفین کج کند (Wobble). این پدیده باعث لرزش شدید فرمان (Shimmy) در سرعت‌های بین ۸۰ تا ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت می‌شود.

۳.۱.۲. ناهمگونی هندسی (Runout)

لنگی شعاعی (Radial Runout): عدم دایره‌ای بودن کامل تایر یا رینگ. اگر تایر به شکل تخم‌مرغی درآمده باشد، حتی با بالانس وزنی دقیق، همچنان لرزش ایجاد می‌کند.
لنگی جانبی (Lateral Runout): تاب داشتن رینگ یا تایر به سمت چپ و راست که باعث ایجاد نیروهای جانبی نوسانی می‌شود.

۳.۱.۳. ناهنجاری‌های ساختاری تایر

تغییر نیروی جاده (Road Force Variation – RFV): گاهی تایر از نظر ابعادی گرد است، اما سفتی (Stiffness) دیواره‌های آن در نقاط مختلف متفاوت است. این اختلاف فنریت باعث می‌شود تایر در هر دور چرخش، نیروی متفاوتی به سیستم تعلیق وارد کند.
پله کردن تایر (Cupping/Feathering): سایش نامنظم آج تایر ناشی از خرابی کمک‌فنرها که باعث ایجاد صدای زوزه و لرزش ریز می‌شود.

۳.۲. سیستم ترمز (Brake System)

لرزشی که صرفاً هنگام ترمزگیری احساس می‌شود، تقریباً همیشه ناشی از این سیستم است.

۳.۲.۱. تغییرات ضخامت دیسک (DTV – Disc Thickness Variation)

برخلاف باور عموم که “تاب برداشتن دیسک” (Warped Rotor) را عامل اصلی می‌دانند، مشکل اصلی DTV است. در این حالت، دو سطح دیسک موازی نیستند. وقتی لنت‌ها روی نقاط ضخیم‌تر دیسک قرار می‌گیرند، پیستون کالیپر به عقب رانده می‌شود و فشار هیدرولیک به پدال و سیستم فرمان ضربه می‌زند (Pulsation).

۳.۲.۲. Runout توپی چرخ (Hub)

اگر سطح تماس توپی چرخ که دیسک روی آن می‌نشیند زنگ‌زده یا ناصاف باشد، دیسک ترمز با زاویه نصب شده و هنگام چرخش لنگی خواهد داشت.

۳.۳. سیستم تعلیق و فرمان (Suspension and Steering Linkage)

فرسودگی قطعات تعلیق معمولاً عامل ایجاد لرزش نیستند، بلکه عامل تشدید یا عدم جذب لرزش‌های کوچک هستند.

سیبک‌ها و اتصالات (Ball Joints & Tie Rods): وجود لقی (Play) در سیبک فرمان یا قرقری فرمان باعث می‌شود چرخ‌ها در برابر نیروهای جاده آزادی حرکت داشته باشند و نوسان کنند (Flutter).
بوش‌های بازویی (Control Arm Bushings): خرابی بوش‌ها باعث تغییر زوایای چرخ حین حرکت و عدم توانایی سیستم در میرا کردن (Damping) ارتعاشات می‌شود.
بلبرینگ چرخ (Wheel Bearing): لقی یا خرابی ساچمه‌های بلبرینگ باعث می‌شود چرخ حول محور خود دوران دقیقی نداشته باشد و ایجاد لرزش و صدای “هوم” ممتد کند.

۳.۴. سیستم انتقال قدرت (Drivetrain)

لرزش‌هایی که هنگام شتاب‌گیری (تحت بار) رخ می‌دهند و با رها کردن پدال گاز قطع می‌شوند، ریشه در این بخش دارند.

پلوس‌ها (CV Joints): خرابی مشعلی پلوس (Inner CV Joint) باعث می‌شود محور انتقال قدرت از مرکز دوران خارج شود. این لرزش معمولاً کل اتاق خودرو و فرمان را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
نیم‌شفت‌های خمیده (Bent Axles): برخورد کف خودرو یا تصادفات می‌تواند باعث تاب برداشتن شفت پلوس شود که لرزش فرکانس پایین ایجاد می‌کند.

۳.۵. دسته موتورها (Engine Mounts)

دسته موتورها وظیفه ایزولاسیون ارتعاشات موتور از شاسی را دارند.

شکستگی یا پارگی: اگر لاستیک دسته موتور پاره شود یا بخش هیدرولیکی آن تخلیه شود، ارتعاشات هارمونیک موتور مستقیماً به شاسی و ستون فرمان منتقل می‌شود. این لرزش در حالت توقف (Idle) و دور موتورهای خاص محسوس‌تر است.

۴. زوایای چرخ (Wheel Alignment) و تاثیر آن

تنظیم نبودن زوایای چرخ به تنهایی به ندرت باعث لرزش می‌شود، اما می‌تواند زمینه را فراهم کند:

زاویه کستر (Caster): کستر بیش از حد مثبت می‌تواند باعث پدیده “شیمی سرعت بالا” شود.
زاویه تو (Toe): تنظیم نبودن Toe باعث سایش دندانه‌دار تایر می‌شود که در درازمدت منجر به لرزش ناشی از خرابی تایر می‌گردد.

۵. متدولوژی عیب‌یابی (Diagnostic Flowchart)

برای تشخیص دقیق علت لرزش، مراحل زیر باید به صورت سیستماتیک طی شود:

آزمون جاده (Road Test):

آیا لرزش در سرعت خاصی است؟ (احتمال بالانس چرخ)
آیا هنگام ترمز است؟ (احتمال دیسک ترمز)
آیا هنگام شتاب‌گیری است؟ (احتمال پلوس)

بازرسی چشمی تایر و رینگ: بررسی وجود برآمدگی، پارگی، گل‌کندگی و تاب رینگ.
بررسی بالانس و Road Force: استفاده از دستگاه‌های بالانس کامپیوتری و در صورت لزوم دستگاه‌های شبیه‌ساز جاده.
بررسی سیستم تعلیق: چک کردن لقی سیبک‌ها، بوش‌ها و بلبرینگ‌ها با اعمال نیرو توسط دیلم (Pry bar).
اندازه‌گیری Runout دیسک: استفاده از ساعت اندیکاتور (Dial Indicator) برای سنجش لنگی دیسک و توپی.

۶. نتیجه‌گیری

لرزش فرمان یک پدیده چندعاملی (Multifactorial) در دینامیک خودرو است. در حالی که نابالانسی چرخ‌ها شایع‌ترین علت (First Order Vibration) محسوب می‌شود، نادیده گرفتن اجزای میراکننده در سیستم تعلیق، نواقص هندسی در دیسک‌های ترمز و خرابی در سیستم انتقال قدرت می‌تواند منجر به تشخیص اشتباه و تعویض بی‌مورد قطعات شود. رفع اصولی این مشکل نیازمند درک دقیق از برهم‌کنش نیروهای وارده از جاده، تایر و سیستم تعلیق است.