أمان الفرامل على المنحدرات بتقنية Isabellenhütte المصغّرة

لا يزال التصغير يمثل توجّهًا أساسيًا في قطاع صناعة السيارات، إذ إن تقليص حجم السيارة وتعزيز تصميمها المدمج يسهمان في توفير المساحة وخفض الوزن، ما يؤدي بدوره إلى تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

ويكمن الهدف من هذا التوجّه في تقليص الحجم مع الحفاظ على مستوى أداء مرتفع. وتستعرض شركة Isabellenhütte Heusler هذا المفهوم من خلال تقديم مثال تطبيقي على مقاومتها من نوع FMx المستخدمة في أنظمة فرامل الوقوف الكهربائية.

قبل عدة أعوام، أطلقت شركة Isabellenhütte Heusler – الرائدة في تقنيات قياس التيار الدقيق – سلسلة المقاومات FMx، بهدف تلبية متطلبات التصغير المتزايدة وسد الفجوة في محفظة المنتجات من حيث قيم المقاومة المنخفضة ضمن أبعاد صغيرة. وتغطي هذه السلسلة حالياً نطاقاً من القيم يتراوح بين 2 و6 مللي أوم. التطبيق العملي في أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية (EPB) – التي باتت منتشرة في طرازات السيارات الحديثة حتى ضمن الفئات المدمجة – تُبرز مدى مرونة واعتمادية سلسلة FMx في تلبية متطلبات التصميم المدمج دون المساومة على الأداء.

كانت أنظمة الفرامل الميكانيكية التقليدية المعتمدة على الكابلات، في السابق، عرضة للتآكل والتعطّل مع مرور الزمن، وبشكل خاص يحدث هذا التآكل كنتيجة لتأثير الملح والرطوبة خلال فصل الشتاء، مما يؤثر سلبًا على كفاءتها التشغيلية. هذا الخطر لم يعد قائمًا مع استخدام أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية (EPB)، التي لا توفر فقط موثوقية أعلى، بل تساهم أيضًا في خفض وزن المركبة، وهو ما ينعكس إيجابًا على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. إلى جانب ذلك، تُحسّن EPB من راحة الاستخدام بشكل واضح، إذ يكفي الضغط على زر بدلاً من سحب ذراع ميكانيكي ثقيل.

تعتمد أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية (EPB) على وحدة تشغيل كهربائية يتم تركيبها على المحور الخلفي للمركبة، وتتكون من محرك تيار مستمر ومشغّل ميكانيكي. يتم تفعيل هذا النظام عبر مفتاح تحكم داخل المقصورة، حيث يقوم المشغل بنقل الحركة إلى عمود ميكانيكي يعمل على ضغط بطانات المكابح على أقراص الفرامل في العجلتين الخلفيتين، مما يؤدي إلى تثبيت السيارة. وفي حال حدوث انقطاع في التيار الكهربائي الداخلي – كما قد يحدث في درجات الحرارة المنخفضة خلال فصل الشتاء – تظل السيارة في وضع الثبات بفضل الآلية الميكانيكية للمغزل، والتي تُبقي الفرامل مغلقة دون الحاجة إلى طاقة كهربائية. ويتميز هذا النظام أيضًا بدرجة أمان عالية، خصوصًا للأطفال، إذ لا يمكن إلغاء تفعيل فرامل الانتظار طالما أن الإشعال غير مفعّل.

مراقبة ملف التيار الكهربائي بواسطة مقاوم

تُعد فرامل الانتظار الكهربائية من العناصر الحيوية في أنظمة السلامة بالمركبات، ما يتطلب موثوقية تشغيلية عالية دون استثناء. فثقة السائق في قدرة النظام على تثبيت السيارة بأمان، حتى على الطرق المنحدرة، تمثل ركيزة أساسية في التصميم. ولتأمين هذا المستوى من الاعتمادية، لا بد من مراقبة دقيقة لتيار التشغيل الخاص بوحدة المشغّل الكهربائي.

وهنا تتجلى الوظيفة المحورية للمقاوم الجانبي (Shunt): إذ يتولى بدقة مراقبة استهلاك التيار الكهربائي الخاص بوحدة التشغيل أثناء تفعيل فرامل الانتظار أو تحريرها. يقوم المقاوم بتحويل التيار المار عبره إلى إشارة جهد منخفضة تُرسل مباشرة إلى وحدة التحكم، التي تقارن بدورها هذه الإشارة بقيم مرجعية محفوظة مسبقًا تمثل سلوك التشغيل المثالي للمحرك.

يعتمد النظام على ملف تشغيل كهربائي مضبوط للحفاظ على ضغط الكبح، ويتعيّن أن يعمل المحرك ضمن نطاق تيار محدد بدقة. وهنا يوفر المقاوم الجانبي تغذية راجعة دقيقة، تُمكّن وحدة التحكم من تحديد ما إذا كانت القيم الفعلية للتيار تقع ضمن الحدود المسموح بها – وبالتالي ضمان تشغيل موثوق وآمن على المدى الطويل.

"فعلى سبيل المثال، في حال تعطل المحرك، فإن وحدة التحكم، بدون توفر قراءة دقيقة لملف التيار، قد تفترض خطأً أن عملية الكبح قد تمت بنجاح. غير أن الواقع قد يكون مختلفًا تمامًا: إذ قد يكون المحرك قد توقف عن العمل، بينما لم تُفعَّل المكابح فعليًا على الأقراص. ولتفادي مثل هذا السيناريو الخطير، تصبح الحاجة ملحّة إلى مراقبة دقيقة ودائمة لاستهلاك تيار المحرك، تتيح لوحدة التحكم التحقق الفعلي من استجابة النظام. إن توفر قراءة موثوقة للتيار عبر المقاوم الجانبي يمثّل شرطًا أساسيًا لضمان سلامة تشغيل فرامل الانتظار الكهربائية، وذلك طيلة العمر التشغيلي الكامل للسيارة.

محول FMK: تقليص استهلاك المساحة على اللوحة بنسبة تزيد عن 50%

أحد عملاء Isabellenhütte – وهو أحد موردي صناعة السيارات البارزين – كان يستخدم سابقًا مقاومات من نوع ISA-PLAN ضمن أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية (EPB). ومع توجهه لإعادة تصميم هذا النظام، أصبح التركيز على استخدام مكون أكثر إحكامًا وصغرًا في الحجم. وضمن هذا السياق، وقع الاختيار على تصميم FMK-V-R005 بالحجم 1206، الذي أتاح تقليص المساحة المستهلكة على اللوحة إلى أقل من النصف، مع الحفاظ على أداء قياس التيار بدقة عالية في التطبيقات الحساسة.

انحراف منخفض وثبات عالٍ على مدى العمر التشغيلي

يمثّل تقليل الانحراف الكلي عبر الزمن أحد المتطلبات الأساسية لمستشعرات التيار، حيث يجب أن تظل الإشارة الناتجة دقيقة ومتسقة طوال فترة التشغيل، حتى مع تكرار ظروف التيار نفسها. وتزداد صعوبة تحقيق هذا الهدف في التطبيقات التي تشهد درجات حرارة تشغيل مرتفعة، كما هو الحال في أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية، حيث يمكن أن تصل درجة الحرارة في نقطة التلامس مع المكون إلى 135 درجة مئوية.

يرجع هذا الارتفاع في الحرارة إلى عاملين رئيسيين: أولًا، التسخين الذاتي الناتج عن تدفق التيار أثناء تنشيط الفرامل؛ وثانيًا، التسخين غير المباشر الناتج عن حرارة الكبح، حيث تكون وحدة التشغيل مثبتة مباشرة على دعامة الفرامل. هذه الظروف تؤدي إلى إجهاد حراري على المواد المستخدمة في المقاوم الجانبي، ما قد يؤدي إلى انحراف في القيم الكهربائية بمرور الوقت. إلا أن تصميم المقاوم FMK-V-R005 أثبت كفاءة استثنائية في هذا السياق، إذ يتميز بانحراف حراري منخفض واستقرار كهربائي ممتاز على المدى الطويل، ما يجعله مثاليًا للاستخدام في البيئات القاسية التي تتطلب دقة عالية في القياس وموثوقية مستمرة.

تجدر الإشارة إلى أن مقاومات سلسلة FMx من شركة Isabellenhütte مصنوعة بالكامل من صفيحة معدنية من سبائك مقاومة، مما يمنحها قدرة عالية على امتصاص طاقة النبضات والتخلص منها بكفاءة، وهو ما يعزز موثوقية الأداء حتى في أقسى الظروف.

قدرة تحمل عالية للنبضات

تعد مقاومة النبضات العالية من المتطلبات الأساسية في أنظمة فرامل الانتظار الكهربائية، حيث يجب على مستشعر التيار أن يبدد الحرارة الناتجة في ما يُعرف بـ"النقطة الساخنة" بكفاءة، لتقليل التسخين الذاتي والحفاظ على أداء مستقر. فعند تفعيل نظام EPB، تظهر تيارات نبضية قوية في لحظتين حرجتين: الأولى عند بدء تشغيل المحرك، والثانية عند ضغط الفرامل. ولا بد من التعامل مع هذه النبضات بسرعة وكفاءة حتى لا يؤدي ذلك إلى ارتفاع مفرط في حرارة النظام.

ولتلبية هذه المتطلبات، طوّرت شركة Isabellenhütte سلسلة FMx من المقاومات المنخفضة المقاومة ، والتي تمثل تطورًا كبيرًا مقارنة بتقنية ISA-PLAN التقليدية التي كانت تتيح حدًا أدنى للمقاومة يصل إلى 5 ميلي أوم. أما الآن، وبفضل تقنية "المعدن الكامل" Full-Metal المستخدمة في سلسلة FMx، أصبحت القيم الممكنة تتراوح بين 2 و6 ميلي أوم، مما يوفر دقة أعلى وتحملًا أكبر في نفس الوقت. على عكس تصميم ISA-PLAN الذي يعتمد على لصق رقائق سبائك المقاومة على طبقة حاملة، تتميز مقاومات FMx ببنية صلبة متجانسة من سبيكة مقاومة، مما يعزز من قدرتها على امتصاص النبضات القصيرة وتفريغها على هيئة حرارة من خلال نقاط التلامس.

في تطبيق عملي، تم اختيار المقاوم من نوع FMK-V-R005 بحجم 1206 ليكون مستشعر التيار في النظام، وهو مصنوع من سبيكة Noventin التي طورتها الشركة لتقديم خصائص حرارية وكهربائية ممتازة. بفضل مقاومة حرارية منخفضة (Rthi) وبنية متماسكة من المعدن الصلب، يتمتع هذا المكون بقدرة عالية على تحمل النبضات والتحميل الزائد لفترات قصيرة دون التأثير على الأداء. أما التوصيلات الجانبية، المصنوعة من طبقة نحاسية مطلية بالقصدير، فتسمح بلحام مباشر وآمن على لوحة الدارة، مما يضمن توصيلًا حراريًا وكهربائيًا موثوقًا.

بفضل خصائص Noventin الحرارية، لا تتجاوز نسبة الانحراف الكلي في الأداء 0.3% عند درجة حرارة تلامس تصل إلى 135 درجة مئوية، وهو ما يؤكد استقرار المكون على مدى العمر التشغيلي الكامل، حتى في أصعب الظروف البيئية.

معتمد وفقًا لمعيار AEC-Q200

لضمان توافق مقاومات سلسلة FMx مع أعلى متطلبات الجودة في قطاع السيارات، خضعت هذه المكونات لاختبارات صارمة للاستقرار طويل الأمد وفقًا لمعيار AEC-Q200. وقد أثبتت جدارتها في اختبار حرارة مستمرة بلغت 140 درجة مئوية عند نقطة التلامس، على مدى أكثر من 2000 ساعة، وهو ما يعادل تقريبًا فترة الخدمة الكاملة للمكون. لم يتجاوز الانحراف ±0.5%، ما يؤكد دقة وثبات الأداء على المدى الطويل.

بفضل هذه المواصفات، لا تقتصر قابلية استخدام مستشعرات التيار من سلسلة FMx على أنظمة الفرامل الكهربائية فحسب، بل تمتد إلى مجموعة واسعة من تطبيقات السيارات الأخرى، مثل أنظمة الإضاءة، ومحولات التيار المستمر، وأنظمة المساعدة الإلكترونية. كما أن دقتها العالية واستقرارها الحراري يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات الصناعية، لا سيما في المحركات عديمة الفُرش (BLDC) المستخدمة في الأدوات الكهربائية، أو في أجهزة المنزل الذكية، حيث تقدم هذه المقاومات حلاً موفّرًا للمساحة مقارنةً بالحلول التقليدية.