Referát Autopříslušenství prvovýbava Aktivní mechanismus řízení pro aktivní bezpečnost červenec 2003 RF30604 Colin Carter, ředitel odbytu ZF Lenksysteme GmbH, Schwäbisch Gmünd, společného podniku Robert Bosch GmbH a ZF Friedrichshafen AG Přednáška k 56. mezinárodnímu tiskovému kolokviu o automobilech, červen 2003 v Boxberg Aktivní mechanismus řízení umožňuje zasahovat nezávisle na řidiči do mechanismu řízení na přední nápravě, aniž by bylo nutno přerušit mechanické spojení mezi volantem a přední nápravou. Systém se skládá v podstatě z hřebenového řízení, planetové převodovky a elektromotoru. Dodatečný stupeň volnosti umožňuje plynulou a na situaci závislou změnu řídícího převodu. Komfort, nároky na řízení a ovladatelnost se tím optimalizují. Mimo to jsou možné i zásahy do mechanismu řízení pro zlepšení stability vozidla. Převod řídících, řadících a brzdných příkazů se děje v automobilech většinou na mechanické nebo hydraulické bázi. Toto se děje přes prvky, jako je sloupek řízení, řadící páky nebo brzdová vedení. S mechanickými přenosovými orgány jsou však spojeny nevýhody, které se týkají zvláště svazků vodících prvků vozidla, náročnosti montáže, nákladů a hmotnosti i možnosti propojení s jinými systémy vozidla. Jako řešení se ukazuje technologie By-wire, která pochází z výroby letadel. Při tomto způsobu konstrukce se řídící příkazy nejprve přemění v elektrické impulsy, které potom ovládají elektromechanické nebo elektrohydraulické ovladače. Z toho vyplývají různé výhody. Elektrické signály se mohou kontrolovat a zpracovávat v jedné řídící jednotce, čímž lze korigovat chybnou obsluhu nebo zlozvyky řidiče. Mimo to nabízí elektronika možnost navzájem spojovat různé systémy. To mohou být zhruba všechny systémy týkající se dynamiky jízdy a tím aktivní bezpečnosti, ale též řídící přístroje od motoru, převodovky a brzd. Robert Bosch odbytová s.r.o Pod Višňovkou 1661/35 140 00 Praha 4 E-mail pavel.roman@cz.bosch.com Phone +420 261 300 595 Fax +420 261 300 512 Corporate Communications Vedoucí: Pavel Roman www.bosch.cz/press
Díky chybějícímu mechanickému spojení mezi ovládacím zařízením uvnitř a výkonnými orgány vně, je větší volnost při kladení svazků vodících prvků a nižší náročnost montáže. Místo sloupku řízení nebo jiných mechanických jednotek se musí uložit pouze kabely. Sníží se přenášení vibrací do vnitřního prostoru vozidla, zlepší se pasivní bezpečnost. Elektronické součástky šetří hmotnost a náklady v porovnání s mechanickými konstrukčními celky a v neposlední řadě prospívá nepoužívání provozních kapalin, jako např. hydraulický olej, životnímu prostředí. Ovšem ne všechny systémy vozidel smějí být vybaveny čistě elektronickým převodem signálů. Steer by Wire ještě není dovolen U automobilu vyžadují bezpečnostní předpisy EU mechanické spojení mezi volantem a koly. Tím je použití čistých systémů Steer by Wire zatím vyloučeno. Ale vzhledem k možnosti propojení a zpracování signálů může ZF Lenksysteme, společný podnik s podílem 50 : 50 Robert Bosch GmbH a ZF Friedrichshafen AG s novým výrobkem uskutečnit podstatné funkce Steer by Wire, ačkoliv zůstává zachováno mechanické spojení volantu s převodovkou řízení. Aktivní systém řízení vyvinutý se zákazníkem BMW, nazývaný aktivní mechanismus řízení nebo Active Steering, je nyní připraven pro sériovou výrobu. Zvláštností nového aktivního mechanismu řízení je nadřazená převodovka. K tomu byla do sloupku řízení vložena planetová převodovka se dvěmi vstupními hřídeli a jednou výstupní hřídelí. Jedna vstupní hřídel je spojena s volantem, druhou pohání elektromotor přes šnekovou převodovku jako převodový stupeň. K tomu potřebný software zpracovává potřebné signály čidel, řídí elektromotor a hlídá celý systém řízení. Elektromotor a nadřazená převodovka umožňují zasahovat do mechanismu řízení na přední nápravě nezávisle na řidiči. V závislosti na dopravní situaci vychází proto účinný úhel řízení na kolech větší nebo menší, než jej nastaví řidič volantem. Pokud je elektromotor v klidu, působí jako u konvenčního mechanismu řízení volant přímo na kola. Active Steering pro zvýšení bezpečnosti jízdy a zlepšení jízdního komfortu Aktivní mechanismus řízení se vyznačuje schopnosti propojit systém, to vede k jedné z jeho největších výhod: podpoře funkce ESP. Elektronika aktivního mechanismu řízení může na základě vlastních dat od čidel v nebezpečných Page 2 of 5
jízdních situacích natáčet řízení do opačného směru. Systémy ovlivňující dynamiku jízdy tak již mohou ovlivňovat vozidlo nejen přes zásahy do brzd, ale také přes mechanismus řízení. Výhoda: zásah do řízení probíhá rychleji a řidič ho cítí méně než při brždění jednotlivých kol. Nový systém nezaručuje jen vyšší bezpečnost v případě nouze, ale také větší komfort. Aktivní mechanismus řízení přináší mimo klasický posilovač řízení variabilní převod mechanismu řízení závislý např. na rychlosti. Při nízké rychlosti usnadňuje nízký převodový poměr parkování a projíždění ostrých zatáček. Vozidlo působí bezprostředněji, aktivněji, ovladatelněji. Při vysokých rychlostech působí elektromotor proti pohybu volantu a poněkud zmenšuje vychýlení mechanismu řízení. Řízení je méně přímé, auto je klidnější, jízda bezpečnější. Asi 100krát za vteřinu se zachycují potřebná data pomocí čidel. Řídící jednotka rozhoduje, zda a o kolik se musí upravit úhel řízení. Žádná nejistota při výpadku systému Pokud se musí servomotor z důvodu závady vypnout, je tato cesta automaticky zablokovaná. Planetová převodovka se pak otáčí jako uzavřený blok, vozidlo lze řídit bez omezení a s konstantním převodem. Tato provozní bezpečnost je velkou výhodou aktivního mechanismu řízení v porovnání s čistým přístupem Steer by Wire, neboť při výpadku nemohou elektronické systémy nabídnout žádnou náhradu pro mechanické spojení. Mechanické spojení je argumentem, aby se ani řidiči automobilů nebránili této nové technologii. Rozhodnou se pro nový princip, jen když se cítí za všech okolností bezpečně,. Absolutní bezpečnosti by se dalo dosáhnout u řešení By-Wire jen tehdy, pokud by existoval jeden systém navíc. To by vyžadovalo dvě elektrické sítě a dvě baterie včetně zdvojených čidel, řídící jednotky a ovládacích prvků ve vozidle nebo přídavné mechanicko-hydraulické řízení jako samostatně přestavitelnou rovinu. Potřebné náklady tak vylučují brzké sériové použití mechanismu řízení Steer by Wire. Přesto však Active Steering optimálně připravuje budoucí zavedení Steer by Wire na trh. Konečně se prosadí, až jeho další výhody nebudou již vyžadovat žádné větší nároky. Page 3 of 5
Prospěšnost Active Steering pro řidiče Pro řidiče je především zajímavá korekce chyb při jízdě, ke kterým dochází v nouzových situacích bez vlastního přičinění. Aktivní mechanismus řízení může vyrovnat nebo korigovat chybné jednání, aniž by řidiče překvapila nebo zmátla reakce vozidla. Převod řízení závislý na dopravní situaci přináší řidiči usnadnění práce a větší komfort. Při pomalé jízdě v městské dopravě, když je nutné hodně používat volantu, dochází při použití servomotoru při stejné vynaložené síle k menšímu počtu otočení volantem. Naproti tomu při vysokých rychlostech se již řidič nemusí obávat, že kvůli nechtěnému příliš silnému pohybu volantem ztratí kontrolu nad vozidlem. Dalším znakem komfortu je předstih řízení, nazývaný Steering Lead. Umožňuje rychlejší reakci systému řízení na řídící příkaz. Tím se zvyšuje rychlost reakce vozidla popř. pohyblivost při rychlých požadavcích na řízení. Přesto je nutno u všech funkcí, které jsou teoreticky možné, mít na zřeteli psychologii řidiče. Přijme jen to, co považuje za nadhodnotu, veškeré mentorování odmítne. Výhledy systémů Steer by Wire do budoucna Ještě na poslední Mezinárodní výstavě automobilů IAA v roce 2001 očekávala firma ZF Lenksysteme sériové zavedení Steer by Wire od roku 2005. Mezitím se objevila určitá omezení. S prvním skutečným mechanismem řízením Steer by Wire v osobních automobilech lze na trhu počítat teprve od roku 2010. Tento systém vyžaduje na základě své velké komplexnosti vysoké nároky k zajištění potřebné bezpečnosti. To má za následek vysoké náklady. Takové částky však citlivost automobilového průmyslu na náklady v současnosti neumožňuje. Navíc je Steer by Wire systémem pro vozidla vyšší třídy, jejichž zákazníci kladou velmi vysoký důraz na bezpečnost. Tento okruh zákazníků nemá zpravidla důvěru k technologii, která se obejde bez mechanického spojení mezi volantem a koly. Aktivní mechanismus řízení je první krok k funkci Steer by Wire. Neumožňuje sice autonomní jízdu, avšak korekční funkce a více komfortu. V krátkodobém nebo střednědobém horizontu se aktivní mechanismus řízení široce prosadí. Page 4 of 5
Při každém vývoji firmy ZF Lenksysteme musí být také Active Steering v souladu s cíly výrobců automobilů a musí je podporovat. Tak se již dnes v automobilovém průmyslu objevuje vize kompletně integrovaného řízení podvozku. Nadřazená řídící jednotka zjišťuje kritické situaci při jízdě a aktivuje příslušné dílčí systémy jako je ESP, aktivní mechanismus řízení nebo ABS, aby poskytla co nejlepší podporu pro bezpečné jízdní vlastnosti. Toto je jeden z hlavních cílů při dalším vývoji Active Steering. Tiskové foto: 1-ZFLS-12021, 1-ZFLS-12022, 1-ZFLS-12023, 1-ZFLS-12024 Skupina Bosch je celosvětově vedoucím výrobcem automobilové a průmyslové techniky, spotřebního zboží a technického zařízení budov. Kolem 250 000 zaměstnanců dosáhlo ve fiskálním roce 2005 obratu 42 miliard Euro. Společnost byla založena ve Stuttgartu v roce 1886 Robertem Boschem (1861-1942) jako Dílna pro jemnou mechaniku a elektrotechniku. Současnou skupinu Bosch tvoří výrobní, odbytová a zákaznická síť s cca. 270 dceřinými společnostmi a více než 12 000 servisními centry ve více než 140 zemích. V České republice Bosch Group vyrábí a prodává originální automobilovou techniku, autodíly pro náhradní spotřebu, průmyslovou a automatizační techniku, elektrické nářadí, zabezpečovací systémy, tepelnou techniku a domácí spotřebiče. V osmi dceřiných společnostech pracuje téměř 9000 zaměstnanců. Celkový obrat Bosch Group v ČR v roce 2005 činil včetně dodávek do jiných závodů Bosch 1,07 miliardy EUR. Z toho prodeje v České republice dosáhly výše 414 milionu EUR. Více informací na www.bosch.cz. Page 5 of 5