Sajtóinformáció RBHU/MK Bxb_30604ZFLS-d MPK_h Aktív kormánymű az aktív biztonság szolgálatában Colin Carter, a ZF Lenksysteme GmbH(Schwäbisch Gmünd) kereskedelmi vezetője,(a cég a Robert Bosch GmbH és a ZF Friedrichshafen AG által alapított közös vállalat) Az 56-dik nemzetközi autós újságíró-kollokviumon 2003 júniusában Boxbergben tartott előadás Az aktív kormánymű oly módon enged meg a vezetőtől független kormányzási beavatkozásokat az első tengelyen, hogy közben nem szükséges bontani a kormánykerék s az első tengely közötti mechanikus kapcsolatot. A rendszer fő alkotórészei a fogasléces kormánymű, a bolygóműves hajtómű valamint az elektromos motor. A többlet szabadságfok lehetővé teszi a kormánymű folyamatosan és a helyzettől függően változtatható áttételezését, amelynek segítségével optimalizálható annak kezelhetősége, a működtetéséhez szükséges erő, valamint a vezető kényelemérzete. Az alkalmazott megoldással a járművet stabilizáló kormányzási beavatkozások is elvégezhetők. A kormányzási-, kapcsolási- és fékezési utasítások közvetítése a gépkocsikban többnyire mechanikus vagy hidraulikus úton történik. Ennek megvalósítása feltételezi olyan átviteli mechanizmusok meglétét, mint például a kormányoszlop, a kapcsoló rudazat vagy a fékvezetékek. A mechanikus átviteli szerkezetek ugyanakkor bizonyos hátrányokkal is járnak, különösen a gépkocsiban való elhelyezés, a szerelési ráfordítások, a költségek, a tömeg, valamint a többi rendszerrel való hálózatba kötés szempontjából. Megoldásként kínálkozna a repülőgépipar számára kifejlesztett elektronikus átvitel, angol kifejezéssel a by wire technika. Ennél a megoldásnál a vezérlési utasításokat előbb elektromos impulzusokká változtatják, amelyek azután elektromágneses vagy elektrohidraulikus végrehajtó egységeket működtetnek. A megoldásnak több előnye is van. Az elektromos jelek a vezérlőegységgel könnyen ellenőrizhetők és feldolgozhatók, ezáltal a vezető által adott hibás vagy helytelen utasítások kijavíthatók. Az elektronika ezenkívül lehetővé teszi a különböző berendezések hálózatba kapcsolását is, amelyek lehetnek kizárólag a menetdinamikával, tehát az aktív biztonsággal kapcsolatos rendszerek, vagy akár a motor-, váltó- és fékvezérlés. Robert Bosch Kft. Telefon: +36 1 43 13-8 52 Public Relations Gyömrői út 120. Telefax: +36 1 43 13-7 25 Raveczki Róbert H-1103 Budapest E-mail: robert.raveczki@bosch.com http://www.bosch.hu
2 Az utastérben lévő kezelőszervek és a végrehajtó elemek közötti közvetlen mechanikus kapcsolat hiányában szabadabban lehet elhelyezni az egyes elemeket, és kevésbé bonyolult azok szerelése. A kormányoszlop, illetve egyéb mechanikus egységek helyett kizárólag kábeleket kell vezetni, a gépkocsi utasterébe így kevesebb vibráció jut be, növekszik a passzív biztonság. A mechanikus rendszerelemekhez képest az elektronikus alkatrészek tömeg és költségmegtakarítással járnak, s nem utolsósorban le lehet mondani az olyan, a környezetet terhelő üzemi folyadékok alkalmazásáról, mint például a hidraulikaolaj. Nem minden járműrendszerben alkalmazható kizárólag elektronikus jeltovábbítás. Az elektronikus kormányzás (steer by wire) személygépkocsikban egyelőre nem engedélyezett Az EU járműbiztonsági előírásai megkövetelik a gépkocsikban a kormánykerék és kormányzott kerekek közötti mechanikus kapcsolatot. Ennek következményeként a tisztán elektronikus kormánymű alkalmazása eleve ki van zárva. A ZF Lenksysteme (a Robert Bosch GmbH és a ZF Friedrichshafen AG 50-50 százalékos részesedéssel létrehozott közös vállalata) által kifejlesztett berendezés segítségével megvalósíthatók a steer-by-wire hálózatba kötésre, illetve a jelfeldolgozásra vonatkozó fontosabb funkciói, anélkül azonban, hogy meg kellene szakítani a kormánykerék és a kormány áttétele közötti mechanikus kapcsolatot. A BMW-vel, mint ügyféllel közösen kifejlesztett aktív kormányzási rendszer (amelyet aktív kormányműnek vagy Active Steering-nek neveznek, már sorozatgyártásra érett állapotban van. Az aktív kormányzás különlegessége a beépített differenciálműben rejlik. Ehhez a kormányoszlopba integráltak egy bolygóműves hajtást, amelynek két bemenő és egy kimenő tengelye van. Az egyik bemenő tengely a kormánykerékkel áll kapcsolatban, a másikat egy elektromos motor hajtja meg csigakerekes hajtómű közvetítésével. A berendezéshez tartozó szoftver feldolgozza a szükséges szenzorok jeleit, meghajtja az elektromos motort és ellátja a teljes kormánymű felügyeletét. A differenciálművön keresztül a rendszerbe kapcsolt elektromos motor lehetővé teszi a vezetőtől független kormánybeavatkozást az első kerekeken. A kerekeken megjelenő kormányzási szög a menetviszonyoknak megfelelően lesz kisebb vagy nagyobb, mint a vezető által a kormánykeréken beállított kormánykerékszög. Amennyiben az elektromos motor nyugalomban marad, közvetlen kapcsolat jön létre a kormánykerék és a kerekek között akárcsak a hagyományos rendszerek esetében.
3 Aktív kormánymű a menetbiztonság növelésére és a vezetés kényelmesebbé tételéhez Az aktív kormányművel megvalósítható hálózatba kapcsolás jelenti a rendszer egyik legnagyobb előnyét: az ESP működésének támogatását. Az aktív kormánymű elektronikája, saját szenzorainak jele alapján veszélyes helyzetekben ellenkormányzást végezhet. A menetdinamika szabályzó rendszerei így már nem csak fékbeavatkozásokkal, de a kormányzással is beavatkozhatnak a jármű viselkedésébe. Előnye: a kormányművön keresztüli beavatkozás gyorsabb, hatását is kevésbé érzik a bennülők, mint az egyes fékek működtetése esetén. Az új rendszer azonban a vészhelyzetekben nyújtotta többlet biztonság mellett komfortosabbá is teszi a vezetést. A hagyományos kormányrásegítővel szemben az aktív kormánymű változó áttételi aránnyal működtethető például a jármű haladási sebességének függvényében. Alacsony sebességnél ki áttételi arány segíti a parkolást valamint a kis ívű kanyarok bevételét. A jármű közvetlenebbé, aktívabbá, jobban kezelhetővé válik. Nagyobb sebességek esetén a motor ellenkező irányba avatkozik be a kormánymozgásba, ezáltal lecsökkenti a kialakuló kormányzási szöget. A kormánymű indirektté válik, a gépkocsi nyugodtabban reagál, a vezetés biztonságosabb. A szenzorok másodpercenként pontosan százszor jelzik a szükséges adatok pillanatnyi értékét. A vezérlőegység dönti el, kell-e, és ha igen, melyik irányba, milyen mértékben megváltoztatni a kormányzási szöget. Nincs bizonytalanság a rendszer meghibásodása esetén Amennyiben valamely hiba okán a rendszernek ki kell kapcsolnia az állítómotort, a hozzá tartozó bemenő tengely blokkolt állapotban marad. A bolygómű ekkor zárt rendszerként forog tovább, a jármű mindenféle korlátozás nélkül, de állandó áttételi aránnyal szabadon kormányozható. Ez a rendkívül nagy üzembiztonság komoly előnye az aktív kormányműnek a tisztán elektronikus átvitelhez ( steer-by-wire ) képest, mivel a rendszer meghibásodása esetén az nem tud a mechanikus kapcsolathoz hasonló vészüzemet biztosítani. A mechanikusan is meglévő kapcsolat olyan érv, amellyel az autóvezetők is meggyőzhetők az új rendszer elfogadásáról. Ők ugyanis csak akkor döntenek majd az új működési elv mellett, ha minden körülmények közepette biztonságban érzik majd magukat. Egy teljesen by-wire megoldással csak akkor érhető tökéletes biztonság, ha létezik egy második, redundáns rendszer. Ez feltételezi két elektromos hálózat, két akkumulátor, ezenkívül a megduplázott szenzorok, vezérlőegység vagy egy kiegészítő mechanikus-
4 hidraulikus kormánymű meglétét vészüzemek esetére. Az ennek következtében fellépő többletköltségek a közeljövőben kizárják egy elektronikus átvitellel működő kormánymű sorozatgyártású autókba való beépítését. Az aktív kormánymű optimálisan készíti elő a talajt a steer-by-wire jövőbeni piaci bevezetésére. A rendszer akkor fog végérvényesen elterjedni, amikor többlet előnyeit kisebb ráfordítás mellett lehet majd kiaknázni. Az aktív kormányműnek a vezető számára nyújtott előnyei A vezető számára mindenekelőtt annak van jelentősége, hogy a rendszer kijavíthassa azokat a vezetési hibákat, amelyek egy vétlenül elszenvedett veszélyes helyzet során jelentkeznek. Az aktív kormánymű kompenzálhatja vagy kijavíthatja a hibás kormányzási műveleteket, anélkül, hogy a vezető megijesztené vagy megzavarná a gépkocsi viselkedése. A menetviszonyoktól függő áttételi arány megkönnyíti a vezető munkáját és kényelmesebbé teszi a vezetést. A lassabb városi forgalomban, amikor könnyebb kormányozhatóságra van szükség, az elektromos motor beavatkozása következtében azonos kormányzási erő megtartása mellett kisebb kormánykerék elfordításra van szükség. Nagyobb sebességeknél ugyanakkor nem kell attól tartania, hogy egy tévedésből túl erősen végzett kormányzási manőver során elveszíti a gépkocsi feletti uralmát. Ugyanakkor az összes elméletileg lehetséges funkciónak szem előtt kell tartania a felhasználó pszihológiáját. Csak azt fogja elfogadni, amit ő maga is többlet értékként tapasztal, minden fölösleges gyámkodást el fog utasítani. A steer-by-wire rendszerek jövőbeni kilátásai A legutolsó, 2001-es IAA Nemzetközi Autókiállításon a ZF Lenksysteme cég még a 2005-ös évre jelezte előre az új kormányművek megjelenését szériagyártású autókban. Időközben bizonyos korlátozások jelentek meg. Jelenleg legkorábban a 2010-es évre várható a teljesen elektronikus átvitel piaci megjelenése a személygépkocsikban. Nagyfokú komplexitása miatt a szükséges biztonsági szint eléréséhez a rendszer gyártása jelentős ráforítást igényel, ami oly mértékben megnöveli a költségeket, amit a személygépkocsi ipar jelenleg nem tud elfogadni. Emellett a steer-by-wire rendszer a felső osztályba tartozó gépkocsik számára készülne, amelyek tulajdonosai különösen nagy hangsúlyt fektetnek a biztonságra. Ez az ügyfélkör jelenleg nem bízna meg egy olyan technikában, amelynél hiányzik a mechanikus kapcsolat a kormánykerék és a kerekek között.
5 Az aktív kormánymű az első lépés a teljesen elektromos átvitellel megvalósított kormányművek felé. Ugyan még nem teljesen önműködő, mégis lehetővé teszi a korrekciók alkalmazását és nagyobb komfortot nyújt használójának. Rövid- és középtávon várható az aktív kormányművek elterjedése. Mint a ZF Lenksysteme többi fejlesztése, az aktív korányműnek is egyeznie kell a járműgyártó elvárásaival, és támogatnia kell annak céljait. Már ma léteznek az autóiparban a teljes karosszériamenedzsmentet magába foglaló integrált rendszerre vonatkozó elképzelések. Eszerint egy, a többiek fölé rendelt vezérlőegység felismeri a kritikus vezetési helyzeteket és aktiválja az egyes részrendszereket (mint például az ESP, az aktív kormánymű vagy az ABS), majd együtt a biztonságos haladáshoz szükséges legtökéletesebb megoldást valósítják meg. Ez az egyik fő célja az aktív kormánymű továbbfejlesztésének.