Udoskonalanie EPS dokonuje się w coraz szybszym tempie. Prace badawcze zlecają producenci pojazdów. Jednym zależy tylko na 100-procentowej szczelności układu, inni idą dalej. Dziś sama bezawaryjność działania jest słabym sloganem reklamowym. Kierowcy łakną nowinek, jakkolwiek duży wysiłek i niemałe koszty pochłaniają prace nad poprawą precyzji układu i ograniczeniem awaryjności. Zębniki i ślimaki przekładni są dziś precyzyjnie szlifowane, a ślimaki potem jeszcze dogniatane. Jak jeszcze poprawia się działanie kolumny EPS? Ślimak łożyskowany jest na wstępnie obciążonych łożyskach z teflonowymi tulejkami, które eliminują najdrobniejsze wstrząsy i drgania przy zmianie kierunku kręcenia kierownicą. Systemy coraz precyzyjniej wspomagają kierowcę. Wszystko to dzięki rozbudowanej elektronice. Ta przekazuje na bieżąco informacje z czujnika momentu do kontrolera, a ten wysyła sygnał do silnika elektrycznego. Czujniki są mniej awaryjne, bo to zmiany pola magnetycznego wykrywane są przez czujniki (a nie zmiany rezystancji poprzez szczotki jak w starszych rozwiązaniach).

Inżynierowie pracują nad unowocześnieniem układów także w zakresie algorytmów sterowania. I chyba prace badawcze nad inteligentnym sterowaniem i wspomaganiem kierowcy to najważniejsze wyzwanie na najbliższe lata. Jedno jest pewne. Elektryczne systemy mają przed sobą przyszłość, bo odpowiadają współczesnym trendom w motoryzacji. EPS jest urządzeniem typu „on demand” (z ang. „na żądanie”) w odróżnieniu od hydraulicznych systemów (HPS), które działają na zasadzie „all time”. Przewaga elektrycznych układów nad hydraulicznymi jest niemała.

- Do 4% mniejsze zużycie paliwa w porównaniu z hydraulicznymi układami wspomagania (nawet o 0,5 l paliwa/100 km). Zmniejszenie emisji związków węgla nawet o 8g/km – informował podczas niedawnej konferencji prasowej Paul Poirel, główny inżynier produktu Nexteer Automotive w Europie. - Nasze EPS współpracuje z funkcją start-stop silnika, dzięki czemu układ jest bardziej ekologiczny. Eliminacja płynu hydraulicznego i pomp ułatwia recykling zużytych układów.

Układ EPS poprawia bezpieczeństwo
- Wspomaganie o zmiennej sile wspomagania i zaawansowane funkcje sterowania zmniejszają zmęczenie kierowcy, dzięki kompensacji sił bocznych, wspomaganiu parkowania, kompensacji ściągania przy przyśpieszaniu i kompensacji niewyrównoważenia kół – zapewnia Paul Poirel, główny inżynier produktu Nexteer Automotive w Europie. - Tego typu wspomaganie pozostaje włączone przy wyłączonym silniku. Do tego dochodzą inne, nowe funkcje: wspomaganie samopowrotności kierownicy do pozycji na jazdy na wprost, funkcje aktywnego kierowania poprawiają kontrolę i stabilność pojazdu, a system utrzymywania pasa ruchu, ostrzegania o niezamierzonej zmianie pasa i aktywny dobór siły wspomagania z kontrolą stabilności mogą być zintegrowane z elektronicznymi programami kontroli stabilności. Co też ciekawe, nowoczesne EPS są coraz prostsze w montażu. EPS skraca także czas dostrajania układu do charakterystyki prowadzenia danej marki samochodu podczas opracowywania nowych modeli. Podczas gdy prace nad hydraulicznym wspomaganiem wymagały ok. 8 miesięcy czasu na opracowanie prototypów zaworów w celu dostrojenia, to teraz wystarczy nam tydzień, bo dostrajamy je za pomocą laptopa, z wykorzystaniem oprogramowania Nexteer E-TUNE, czyli eliminujemy konieczność jakiejkolwiek modyfikacji części mechanicznych.

Wspomniana przewaga wynika z tego, że łatwiej zmieniać software niż geometrię fazek szlifowanych na wałku sterującym zaworu przekładni hydraulicznej. Włączane w razie potrzeby wspomaganie elektryczne w znacznie mniejszym stopniu obciąża silnik niż wspomaganie hydrauliczne. System EPS wykorzystuje liczne informacje wejściowe: moment obrotowy koła kierownicy (poprzez wałek skrętny i czujnik momentu obrotowego); pozycja i prędkość koła kierownicy (poprzez czujnik położenia względnego), prędkość pojazdu (poprzez sygnał z pojazdu transmitowany magistralą CAN). Te elektroniczna jednostka sterująca wykorzystuje do określenia wielkości i kierunku wspomagania.

Jak to działa? Kontroler przekazuje informację o momencie obrotowym do silnika EPS, a dalej moment obrotowy wspomagania jest zwiększany przez mechanizm wspomagania. Pełne wspomaganie uzyskujemy przy parkowaniu; mniejsze wspomaganie w czasie jazdy z wyższą prędkością. To nie wszystko. Coraz częściej dodawana jest opcjonalna możliwość wyboru siły wspomagania, która (uwaga!) dodatkowo dopasowuje parametry samochodu do upodobań kierowcy.

Upodobania kierowcy
Jakie są najważniejsze wyzwania przy doskonaleniu precyzji i komfortu prowadzenia pojazdu? Na precyzję i komfort prowadzenia wpływa wiele czynników: geometria zawieszenia, sztywność opon, sztywność tulei metalowo-gumowych, twardość elementów sprężynujących, rozłożenie masy, umiejscowienie środka ciężkości, bezwładność nadwozia, tłumienie i tarcie zawieszenia, można by wymieniać w nieskończoność… Geometria tylnej osi może być tak samo ważna jak osi przedniej, ponieważ podczas kierowania samochodem tylna oś musi przenosić siły powstające przy skręcaniu przednich kół. Na etapie projektowania EPS bierze się pod uwagę „charakter” pojazdu.

- Konstrukcja samochodu jest dopracowywana, aby osiągnąć kompromis pomiędzy precyzją a komfortem oraz pomiędzy zwrotnością przy niskich prędkościach a stabilnością przy wyższych prędkościach. Wiele parametrów układów EPS może wpływać na precyzję i komfort prowadzenia: rozdzielczość i histereza czujnika momentu, płynność ruchu silnika, sztywność, bezwładność, tarcie, algorytmy sterowania… – wymienia Paul Poirel, główny inżynier produktu Nexteer Automotive w Europie. - Na precyzję i komfort prowadzenia składają się odczucia odbierane wieloma zmysłami. To wielowymiarowe doświadczenie, które trudno opisać za pomocą wykresów czy równań.

Jak dalece pomysłowość inżynierów zależy od przekonań natury psychologicznej? Zaawansowane funkcje prowadzenia, jak utrzymywanie pasa ruchu z udziałem i bez udziału kierowcy (Lane Keeping - Hands Off & On) czy ograniczenie przypadków opuszczenia toru jazdy: kierowca rozpraszany (Distracted Driver), senny kierowca (Drowsy driver) mają swoich przeciwników. Największym problemem może być brak społecznej akceptacji dla całkowicie elektronicznego systemu. Istotnymi barierami są również koszty i brak systemu rezerwowego. Otóż, w tej chwili brak jest zabezpieczenia kierowalności pojazdem w przypadku awarii systemu i to główny powód, który studzi zamysły inżynierów.

Rafał Dobrowolski