Wrażenie inteligentnej jazdy nie polega na oddaniu pojazdowi kontroli nad kierownicą, ale na bezpiecznym i intuicyjnym przechodzeniu przez kierowcę między trybem ręcznym a jazdą autonomiczną. Serwisowanie przyszłościowych układów kierowniczych? O tym mówi się najmniej w komunikatach integrujących najnowsze systemy.

Steer-by-wire pozwala na stosowanie mniejszej liczby mechanicznych połączeń pomiędzy poszczególnymi częściami samochodu (w tym przypadku układu kierowniczego). Prowadząc pojazd w technologii steer-by-wire, można nie tylko cieszyć się bezpieczną i beztroską jazdą autonomiczną, ale też korzystać z automatycznej korekcji prowadzenia w trybie ręcznym. Nawet osoba bez doświadczenia może uwolnić ręce i cieszyć się czystą przyjemnością z jazdy.
Konserwacyjne zabiegi takich układów w warsztatach naprawczych? Bo już raczej na pewno nie naprawa. Przecież słusznie jakiś czas temu zaczęto nazywać specjalistów od najnowszych układów kierowniczych „technikami”, a nie mechanikami. Kody usterek, zdobycze telematyki i zdalnej diagnostyki – nie bez powodu taka Tesla oznajmia, że już dziś może zdalnie wykryć 90% problemów z naprawą serwisową, dzięki czemu może zamawiać części i kazać im czekać na klientów w swoich centrach naprawczych. Pomijając dostęp do informacji przesyłanych strumieniowo z samochodów, niezależne warsztaty (w regeneracji takich układów?) najprawdopodobniej odegrają „jakąś” rolę. Jeśli jednak przyjrzeć się rodzajom napraw, które już dziś wykonują, to układ gwarantujący manewrowanie pojazdem pozostanie ograniczać tylko do rutynowych przeglądów. A na pewno, jeśli przedmiotem zainteresowania miałby być układ kierowniczy typu steer-by-wire.
– Elektryczny układ kierowniczy sterowany przez komputer rodzi pytanie o dostęp do modułu sterującego, aby go przeprogramować – ujawnił nie tak dawno Gianluca Camplone, starszy partner w McKinsey, który był współautorem raportu o monetyzacji danych (jeden z kluczowych trendów w ramach dynamicznie rozwijającego się Internetu Rzeczy – przyp. red.) dotyczących samochodów w 2016 roku. Argument jeden. Producenci samochodów inwestują w taką technologię miliardy i nie bez powodu postrzegają ją jako niezbywalną własność intelektualną. To dlatego w materiałach prasowych wątek czynności serwisowych jest pomijany.

Krótka historia customizacji kierownicy
Gdy wsiadamy do samochodu, odruchowo chwytamy za kierownicę. Układ kierowniczy to główna część pojazdu, z którą kierowca ma bezpośredni kontakt. W najwcześniejszych układach koło kierownicze było połączone z kołem jezdnym za pomocą prostego popychacza, przekazującego polecenia kierującego. Wraz z rozwojem motoryzacji to mechaniczne połączenie, zwane kolumną kierowniczą, ewoluowało i przekształciło się w złożony podzespół elektromechaniczny o ogromnym znaczeniu dla panowania nad pojazdem, komfortu i bezpieczeństwa jazdy, by wspomnieć o regulowanej kolumnie kierownicy i kolumnie absorbującej energię. Obie stanowią wynalazek Nexteer Automotive, jednego z największych dostawców układów kierowniczych.
Sztywne mechaniczne połączenie między kolumną kierowniczą a kołami jezdnymi – wał pośredni (ishaft) – istniało zawsze. Wysoki stopień automatyzacji w dzisiejszej branży motoryzacyjnej wymusił zastąpienie zespołu mechanicznego inteligentnymi jednostkami przetwarzającymi i siłownikami pozwalającymi uzyskać precyzję, bezpieczeństwo i intuicyjność manewrowania pojazdem.
– Technologia ta, zwana steer-by-wire, dojrzewała po cichu – przybliża koncepcję Piotr Dembiński, EMEA & South America communications manager w firmie Nexteer. – Choć brzmi to jak termin z science fiction, steer-by-wire polega na zamontowaniu siłowników na kolumnie kierowniczej i ramie, gdzie centralny moduł ECU gromadzi i przesyła dane do układu kierowniczego. Ten przekłada dane na działanie elementów mechanicznych za pośrednictwem siłowników. Technologia ADAS i jazda autonomiczna w dużym stopniu zależą od realizacji przez układ kierowniczy takich funkcji, jak utrzymywanie pasa ruchu, asystent jazdy w korku, asystent parkowania i asystent pasa ruchu.
Zmierzch rozwiązań na bazie hydrauliki czy elektrohydrauliki wieszczono już na początku XXI w., ale dopiero tempo rozwoju automatyzacji jazdy w ostatnich latach sprawiło, że nowa koncepcja układu kierowniczego wydaje owoce pod hasłem steering on demand.

Układ kierowniczy na żądanie
Manewry „na żądanie” pozwalają na płynne przejście od tradycyjnego, manualnego prowadzenia do trybu autonomicznego dla samochodów spełniających wymogi organizacji SAE, określającej poziom automatyzacji prowadzenia pojazdu (wg SAE poziomu trzeciego, czwartego i piątego).
Nad taką koncepcją pracują intensywnie także np. specjaliści z firmy ZF. Elementy elektroniczne i luksusowe materiały – kierownica jest jednym z najbardziej emocjonalnych elementów wnętrza. W połączeniu z elementami dekoracyjnymi, takimi jak osłony o wysokim połysku lub chromowane, kierownica może być jeszcze lepiej dostosowana do wymagań klienta.
– Kierownica przyszłości pomysłu ZF może pomóc w bezpiecznym przejściu od jazdy ręcznej do automatycznej i odwrotnie – zapewnia Stefan Sommer, dyrektor generalny koncernu ZF. – Koncepcja kierownicy dla ZF VDA poziomu 3/4 może być połączona z technologią steer-by-wire w celu wsparcia automatycznego parkowania w trybie automatycznej jazdy. Zaawansowane systemy wspomagania kierowcy i półautomatyczne funkcje prowadzenia pojazdu mogą być wspomagane za pomocą silników HMI (Hands-On/Off-Detection) lub silników wibracyjnych.
System ostrzegania przed niezamierzoną zmianą pasa ruchu wykorzystuje kamerę zapobiegawczą do rozpoznawania pasa ruchu i elektrycznego wspomagania kierownicy (EPS) – gdy kierowca nieumyślnie je przekroczy, kamera wysyła polecenie obejścia momentu obrotowego do układu wspomagania kierownicy, które pomaga skierować pojazd z powrotem na środek pasa ruchu.
A jakby tego było mało, to tylko czekać na połączenie dwóch układów kierowniczych, bo i takie rozwiązania rozważa się dla przyszłych pół lub w pełni zautomatyzowanych pojazdów. Pokusa ingerencji w takie układy? Mechatronikę czy nośnik siłowników zabezpiecza szczelna (klasy IP67) pokrywa obudowy.

Sprzężenie dwóch układów kierowniczych
Inżynierowie ZF poważnie rozważają koncepcję czterech kół skrętnych w samochodach osobowych. Przy niskich prędkościach AKC (aktywna kinematyka osi tylnej) aktywuje skręt tylnych kół w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy.
– Już dostarczamy takie rozwiązanie na OE, m.in. dla marek Porsche czy Jeep – mówi Grzegorz Fedorowicz, business development manager w ZF Aftermarket. – Tak skompletowany system steer-by-wire wymaga radaru ZF, który oferuje nowe możliwości wykrywania, półprzewodnikowych czujników LiDAR i S-Cam4 – najmniejszego na świecie aparatu z pojedynczym obiektywem.
Modułowe głowice kamer zdalnych ZF zapewniają 360-stopniowy obraz środowiska pojazdu, w tym rozpoznawanie obiektów. Wewnętrzna kamera ZF gwarantuje dodatkowe korzyści w zakresie komfortu i bezpieczeństwa, a Sound.AI umożliwia samochodom słyszenie sygnałów akustycznych.
Notabene, to w Łodzi znajduje się OBR ZF, gdzie prowadzone są badania nad komponentami owych systemów.
Intuicyjne przechodzenie między trybem ręcznym a jazdą autonomiczną to także najważniejszy aspekt systemu steering on demand Nexteer. Pozwala on nie tylko na swobodne przełączanie (przez kierowcę) między trybem ręcznym a jazdą autonomiczną, udostępnia także wiele konfigurowalnych trybów jazdy, w tym sportowy, komfortowy i ręczny. W spersonalizowanym trybie niestandardowym kierowca może sam skonfigurować siłę wspomagania, wykraczając poza zaprojektowane wartości i informacje przenoszone z drogi, aby cieszyć się spersonalizowanymi wrażeniami z prowadzenia. Reakcja na ruch będzie tak szybka jak w całkowicie mechanicznych układach kierowniczych, w których decyzje kierowcy przekazywane są bezpośrednio przez ruch kierownicy.
Jeden z nowszych komunikatów Grupy Volkswagen wieszczy nader obiecujące wyniki testów sterowania autem za pomocą... głosu i gestów.
– Pod względem technicznym system sterowania za pomocą gestów funkcjonuje dzięki kamerze działającej w podczerwieni, która rejestruje ruchy rąk. Kamera bezustannie mierzy, ile czasu potrzebują niewidzialne promienie podczerwone, żeby dotrzeć do ręki człowieka i wrócić do punktu wyjścia. To pozwala określić położenie dłoni i kierunek ruchu – wyjaśnia Astrid Kassner.

Zautomatyzowana przyszłość do dyspozycji kierowcy
Gdy mowa o technologii jazdy autonomicznej, bezpieczeństwo zawsze stanowi kwestię najważniejszą – ludzie wolą, by samochody były „bezpieczniejsze” niż „wygodniejsze i bardziej komfortowe” – a to właśnie bezpieczeństwo stanowi podstawowy sens jazdy autonomicznej. U kierowcy – człowieka bardzo łatwo o zmęczenie czy utratę koncentracji, co nie zdarza się komputerom. Komputer może wykonywać wszystkie zadania równocześnie i z łatwością, podczas gdy u ludzi wielozadaniowość powoduje napięcie. W idealnym świecie samochody autonomiczne będą łączyć informacje pochodzące od kierowcy i z drogi, wyprzedzając człowieka zarówno w przewidywaniu, jak i szybkości reakcji, pozwolą także skuteczniej unikać niebezpieczeństw spowodowanych czynnikiem ludzkim lub błędem działania.
– W związku z tym Nexteer wprowadził zdublowany system elektronicznego wspomagania układu kierowniczego (High Availability EPS), mający zapewnić większe bezpieczeństwo jazdy. System może odgrywać kluczową rolę podczas jazdy autonomicznej, na przykład poprzez rzeczywistą weryfikację poleceń kierującego i tworzenie zapasowych kopii danych, podobnie jak ma to miejsce w lotniczych systemach zdublowanych. Jest wyposażony w dwa akumulatory, dwie wiązki, dwa czujniki momentu obrotowego i położenia, dwa sterowniki elektroniczne i dwa silniki indukcyjne, a także podwójny zestaw złączy zasilania i łączności pojazdu – dodaje Piotr Dembiński.
Oprócz tego systemu Nexteer oferuje także oprogramowanie i czujniki do monitorowania kierowcy, pojazdu i drogi przy stałym zachowaniu cyberbezpieczeństwa. Gromadzone dane są nieustannie przekazywane do układu kierowniczego, aby umożliwić pojazdowi przewidywanie i wykonywanie bezpiecznych działań. W cały proces komunikacji i przesyłania informacji (na czas weryfikacji instrukcji kierowania) zaangażowany jest system cyberbezpieczeństwa.
Pewną nadzieją dla niezależnych operatorów (warsztatów?) pozostaje, że dzięki sztucznej inteligencji samochody mogą stać się osobistymi asystentami rozumiejącymi potrzeby kierowców. W samochodzie przyszłości kierowca będzie mógł sam zdecydować, czy chce kupić daną funkcję, czy jedynie mieć możliwość korzystania z niej przez pewien czas – oznajmił kilka tygodni temu Volkswagen.

Rafał Dobrowolski
Fot. Materiały firm Nexteer, ZF