EN
روابط سريعة
تعمل الوصلات الكهربائية في السيارات بشكل أساسي كمفاتيح كهرومغناطيسية تسمح بإرسال إشارات كهربائية ضعيفة للتحكم في مهام كهربائية كبيرة بطريقة آمنة. تخيل أن شخصًا ما قام بتشغيل أنوار السيارة الأمامية أو تشغيل مضخة الوقود - عادةً ما يتم إرسال إشارة كهربائية تتراوح بين 5 إلى 12 فولت إلى ملف النحاس الموجود داخل الوصلة. هذا يؤدي إلى توليد مجال مغناطيسي يحرك أجزاءً داخل الوصلة. الجزء المتحرك (ويُعرف باسم الذراع) يقوم إما بوصل أو فصل نقاط التلامس داخل الوصلة، مما يؤدي إلى إكمال الدائرة الكهربائية أو قطعها حسب الحاجة. ما يجعل هذا النظام ذكياً للغاية هو أنه يسمح بتوصيل تلك الأزرار الصغيرة الموجودة على لوحة القيادة بالتحكم في مكونات ضخمة دون الحاجة إلى التعامل مباشرة مع التيار الكهربائي القوي والخطير. سيقول لك معظم الميكانيكيين أن هذا التصميم كان ولا يزال يحمي السيارات من حرائق كهربائية منذ عقود.
أربعة مكونات رئيسية تعمل معاً لتحقيق عملية التبديل الموثوقة:
| مكون | وظيفة |
|---|---|
| ملف | يولّد مجالاً مغناطيسياً عند تنشيطه |
| هيكل | يتحرك لربط أو فصل الاتصالات |
| الاتصالات | يُمرِّر التيار عند الإغلاق (مفتوح عادةً) |
| محابس | يُوصِّل إلى الدائرة التحكمية والدائرة الكهربائية |
الملف (الطرفيات 85/86) ومجموعة الاتصال (الطرفيات 30/87) معزولان كهربائيًا، مما يضمن عدم تأثير الأحمال ذات التيار العالي على الأنظمة التحكمية الحساسة.
في الواقع، تقوم ميزة العزل بحماية المكونات الإلكترونية المهمة، بما في ذلك وحدات التحكم في المحرك (ECUs) ووحدات التحكم في ناقل الحركة (PCMs)، من قفزات الجهد الخطرة وتلك الارتدادات الحثية المزعجة التي نعرف جميعاً أنها قد تسبب أضراراً جسيمة. عندما يتعلق الأمر بإدارة أحمال تبلغ حوالي 40 أمبير مع الحاجة إلى أقل من 1 أمبير فقط لأغراض التحكم، فإن هذه المرحلات تقوم بعدة أشياء في وقت واحد بشكل فعال. فهي تمنع المفاتيح من التسبب في شرارات عند إيقافها بشكل مفاجئ، مما يوفر المال على استبدالها على المدى الطويل. كما أنها تجعل الأسلاك الكهربائية أكثر بساطة لأنها تحتاج إلى عدد أقل من الوصلات في جميع أنحاء النظام، مما يعني أيضاً زيادة في الموثوقية العامة. خذ على سبيل المثال السيارات الحديثة التي تحتوي على أنظمة تحكم حاسوبي مثل رشاشات الوقود أو المصابيح الأمامية الذكية. فالمُرْحلات تلعب دور الجسر الأساسي الذي يربط بين الدوائر الكهربائية ذات الجهد المنخفض الموجودة داخل الحواسيب والأجزاء الثقيلة التي تحتاج إلى كمية كبيرة من الطاقة لتؤدي وظائفها بشكل صحيح. بدونها، لما كانت سياراتنا تعمل بسلاسة وأمان بنفس القدر الذي تعمل به اليوم.
بشكل أساسي، تسمح المفاتيح التلقائية للدوائر ذات التيار المنخفض، مثل الموجودة على لوحة القيادة مع المفاتيح، بالتحكم في معدات الطاقة الكبيرة مثل المصابيح الأمامية أو محركات التشغيل. فكّر في الأمر بهذه الطريقة: يمكن لتيار دخول لا يتجاوز 0.5 أمبير أن يتعامل فعليًا مع تشغيل شيء يستهلك أكثر من 30 أمبير. ماذا يعني ذلك؟ حسنًا، لا يضطر المصنعون إلى تمديد أسلاك ثقيلة عبر السيارة من الداخل إلى أي مكان تحتاجه تحت غطاء المحرك. ما النتيجة؟ تصبح السيارات أخف وزنًا أيضًا. تشير بعض التقديرات إلى انخفاض الوزن بنسبة تصل إلى 15% في بعض أجزاء السيارة حيث تُستخدم هذه المفاتيح التلقائية. وتخيل ماذا؟ لا تتأثر الأداء على الإطلاق رغم كل هذه التخفيضات في الوزن.
من خلال فصل الدوائر الكهربائية عن دوائر التحكم بشكل مادي، تحمي المفاتيح الحساسة الإلكترونية من الضوضاء الكهربائية والاندفاعات. وبحسب دراسة صناعية نُشرت في عام 2023، فإن هذا العزل يقلل من أعطال مضخات الوقود الكهربائية بنسبة 62٪ مقارنة بالتبديل المباشر. بالإضافة إلى ذلك، تُحسّن صناديق المفاتيح المركزية من توزيع الطاقة، حيث تحل توصيلات منظمة وفعالة محل مسارات توصيل متعددة متوازية.
محاولة تشغيل أجهزة تستهلك الكثير من الطاقة مثل مراوح التبريد مباشرة من مفاتيح التبديل يعني التعامل مع مكونات كبيرة وثقيلة مُصنَّفة لتحمل تيارات كهربائية عالية، وهذه المكونات لا تدوم طويلاً قبل أن تبدأ في التآكل. هنا تأتي فائدة المفاتيح الكهربائية (الريلاي). فهي تُحافظ على تدفق التيار عبر نقاط تلامسها القوية الخاصة، مما يقلل درجة حرارة المفاتيح حوالي 40 درجة مئوية وفقاً لبعض الأبحاث من بونيمون في عام 2023. والميزة الإضافية هنا هي أنه يمكننا استخدام أسلاك أرق بقياس 18 إلى 22 للإشارات التحكمية. هذا يساعد في الحفاظ على المفاتيح نفسها ويجعل كل المكونات تدوم لفترة أطول، بما في ذلك الأسلاك التي تمر عبر النظام.
تتيح المفاتيح الكهربائية (Relays) إدارة أنظمة الإضاءة بشكل آمن باستخدام كمية صغيرة فقط من الطاقة الكهربائية المدخلة. تقوم هذه الأجهزة الصغيرة بتحمل العبء الثقيل فيما يتعلق بتشغيل مكونات مثل المصابيح الأمامية، التي قد تستهلك ما يقارب 15 أمبير، وكذلك مصابيح الفرامل، مما يمنع إرهاق الأسلاك الرفيعة في عمود التوجيه. تستخدم معظم السيارات الحديثة مفتاحًا كهربائيًا واحدًا للتحكم في عدة مصابيح خارجية في آنٍ واحد، مما يقلل بشكل كبير من كمية الأسلاك التي يجب تمريرها عبر هيكل السيارة بنسبة تتراوح بين 30% إلى نصف عدد الاتصالات المطلوبة لو لم تُستخدم هذه التقنية. وميزة إضافية أخرى هي تجنب الشرارات الكهربائية المزعجة التي تظهر عند تشغيل وإطفاء إشارات التوجيه مرارًا وتكرارًا بمرور الوقت. سيؤكد الميكانيكيون لأي شخص يستفسر أن هذا التصميم البسيط يُحدث فرقًا كبيرًا في عمر هذه المكونات قبل الحاجة إلى استبدالها.
تعتمد الأنظمة التي تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة على المفاتيح الكهربائية (Relays) للتحكم في تلك التيارات الكبيرة التي تتراوح تقريبًا بين 20 إلى 40 أمبير. على سبيل المثال، مفاتيح مضخة الوقود (Fuel Pump Relays) تبدأ بالعمل فقط عندما يُشغَّل المحرك أو أثناء عملية التشغيل الأولي. ويمنع هذا ما يُعرف لدى الميكانيكيين بـ"التشغيل الجاف"، والذي تشير بعض الدراسات إلى أنه يمثل حوالي 74 بالمئة من جميع حالات فشل المضخات المبكرة (وقد أفادت مؤسسة Ponemon Institute بذلك في عام 2022). أما بالنسبة لمفاتيح مروحة التبريد (Cooling Fan Relays)، فإن هذه المفاتيح الصغيرة والقوية تستجيب بسرعة كبيرة لإشارات وحدة التحكم الإلكترونية (PCM) المتعلقة بتغيرات درجة الحرارة. ويمكنها جعل المراوح تدور خلال 2 إلى 3 ثوانٍ فقط، مما يمنع المحركات من التعرض لدرجات حرارة مفرطة. ولا ننسى أيضًا مفاتيح بدء التشغيل (Starter Relays). فهذه المفاتيح القوية عليها تحمل قفزات تيار هائلة أثناء عملية التشغيل الأولي قد تصل إلى ما بين 150 و200 أمبير. ومن دونها، سيكون هناك خطر كبير على تلف مفاتيح الإشعال بسبب ما يُعرف بلحام التلامس (Contact Welding)، حيث تلتحم الأجزاء المعدنية معًا نتيجة الحرارة المفرطة.
تعمل الوصلات (Relays) اليوم كوحدات قوية تنفذ التعليمات الصادرة عن أنظمة PCM وECU، مما يتيح مختلف الوظائف الذكية مثل إطفاء المصابيح الأمامية تلقائيًا بعد الوقوف، والتحكم في درجة الحرارة بما يتناسب مع الظروف المحيطة. تقوم هذه الأجهزة بتحويل تلك الإشارات الرقمية الصغيرة ذات الجهد 5 فولت إلى جهود تتراوح بين 12 و48 فولت بحيث يمكنها تشغيل مكونات مختلفة في جميع أنحاء المركبة. لقد حققت صناعة السيارات مكاسب حقيقية من هذه التكنولوجيا أيضًا. أفاد المصنعون بانخفاض يقدر بـ 12 إلى 18 بالمائة في وزن حزمة الأسلاك الكهربائية، وخاصة في السيارات الهجينة والكهربائية. وبالإضافة إلى ذلك، هناك فائدة أخرى لا يتحدث عنها الكثيرون ولكنها مهمة للغاية - تساعد هذه الوصلات الحديثة في توزيع الأحمال الكهربائية بشكل أكثر تنبؤًا عبر الأنظمة المختلفة داخل السيارة، مما يمنع حدوث الأعطال نتيجة الحمل الزائد ويضمن سير كل شيء بسلاسة معًا.
أظهر تحليل لأسطول السيارات لعام 2023 أن 61% من حالات ارتفاع درجة حرارة السيدان نتجت عن ريليهات مروحة التبريد المعطوبة. منعت نقاط الاتصال المغلقة بشكل دائم تفعيل المروحة عند عتبة 90°م، ما تسبب في تجاوز درجات حرارة المائع للتبريد بمقدار 8–12°م خلال أربع دقائق. زاد هذا الإجهاد الحراري المستمر من معدلات فشل خرامة الرأس بنسبة 300% مقارنة بالمحركات التي تم تبريدها بشكل صحيح.
توجد أنواع مختلفة من الريلاي الخاصة بالسيارات وتختلف وفقًا للاستخدام المطلوب. نوع SPST (ذو القطب الواحد والقذف الواحد) يوفر تحكمًا بسيطًا بالتشغيل والإيقاف، ولذلك توجد هذه النوعية غالبًا في التحكم في أشياء مثل المصابيح الأمامية ومضخات الوقود في معظم المركبات. ثم يأتي النوع SPDT (ذو القطب الواحد والقذفين) والذي يحتوي على طرف إضافي مُسماه 87a. وهذا يسمح له بالتبديل بين دائرتين مختلفتين في نفس اللحظة، مما يجعله مثاليًا للتحول بين الأضواء العالية والمنخفضة أثناء القيادة ليلاً. أما بالنسبة للأنظمة التي تحتاج إلى تنفيذ عدة عمليات في وقت واحد، فإن الريلاي المزدوج (Dual-make) يؤدي عجائب من خلال تفعيل دائرتين في آنٍ واحد. وأخيرًا، هناك ريلاي التأخير الزمني والذي يضيف فترات مؤقتة للعمليات. ويدعم هذا النوع ميزات مفيدة مثل تلاشي الإضاءة تدريجيًا بعد الخروج من السيارة أو جعل المسّاحات تعمل بشكل متقطع خلال الأمطار الخفيفة بدلًا من الحركة المستمرة.
تعمل المرحلات الكهربائية الميكانيكية باستخدام أجزاء متحركة فعلية وتلامسات معدنية. وهي أيضًا ميسرة إلى حدٍ ما، إذ تتراوح تكلفتها عادةً بين خمسة إلى خمسة عشر دولارًا، ولكنها لن تدوم إلى الأبد نظرًا لأن معظمها يمكنه تحمل حوالي خمسين ألف إلى مائة ألف عملية فقط قبل أن تبلى. أما المرحلات الحالة الصلبة فتسلك منهجًا مختلفًا باستخدام أشباه الموصلات بدلًا من المكونات الميكانيكية. وتوفر هذه استجابةً أسرع بكثير تقل عن ميلي ثانية واحدة، وتستمر لفترة أطول بكثير مقارنةً بالإ electromechanical (عادةً أكثر من نصف مليون دورة)، وتعمل بصمت تام دون أي أصوات طقطقة. أما العيب فهو أنها تكلف ما بين ثلاثة إلى خمسة أضعاف السعر الأولي، وغالبًا ما تحتاج إلى حلول إضافية للتبريد عند التعامل مع الأحمال الكهربائية الكبيرة. وعلى الرغم من سيطرة النماذج الكهروميكانيكية التقليدية على العديد من تصميمات مصنعي المعدات الأصلية، فإننا نشهد اكتساب المرحلات الحالة الصلبة أرضًا بسرعة، خاصةً في التطبيقات المتقدمة مثل إدارة بطاريات المركبات الكهربائية حيث يُعد الاعتمادية والتشغيل الهادئ أمرًا بالغ الأهمية.
تُضمن الترقيم القياسي للأطراف تركيبًا متسقًا:
الأسلاك المناسبة ضرورية للسلامة والوظيفة. على سبيل المثال، يضمن توصيل الطرف 30 مباشرةً بخط بطارية مُصهر توصيل طاقة مستقر، بينما يرتبط الطرف 85 عادةً بمفتّح موصول بالأرض عبر لوحة القيادة. يمكن أن تؤدي التوصيلات غير الصحيحة إلى دوائر قصر، ذوبان المكوّنات، أو عطل في الريلاي.
كيف تستخدم الريلايات في السيارات المغناطيسات الكهربائية؟
تستخدم الريلايات في السيارات المغناطيسات الكهربائية للتحكم في الدوائر الكهربائية من خلال السماح لإشارات الطاقة الصغيرة بإدارة المكوّنات الكهربائية الأكبر بشكل آمن عبر المجال المغناطيسي الذي يُنشئه ملف النحاس في الريلاي.
ما هي المكوّنات الرئيسية لريلاي السيارة؟
تشمل المكونات الرئيسية الملف، والمحرك، والتلامسات، والطرفيات، حيث تلعب كل منها دورًا حيويًا في التبديل الكهربائي الموثوق به ضمن أنظمة السيارة.
لماذا تعتبر المرحلات (Relays) مهمة في السيارات الحديثة؟
تمكن المرحلات في السيارات التحكم بتيار منخفض في أنظمة السيارة عالية التيار، وتوفر عزلًا للدوائر، وتحمي المفاتيح والأسلاك، وتتكامل مع توزيع الطاقة والأتمتة الخاضعة للتحكم الحاسوبي لضمان تشغيل فعال وآمن للسيارة.