Come funzionano AFS - Sistemi di sterzo attivi

L'automazione, armata degli algoritmi dei migliori ingegneri e collaudatori del mondo, sa da tempo come guidare le auto meglio della stragrande maggioranza dei loro conducenti. Ma le persone non sono ancora pronte a fidarsi pienamente di esso, le innovazioni vengono introdotte gradualmente, pur mantenendo le possibilità del controllo manuale. Approssimativamente secondo questo principio, viene costruito il sistema di guida attiva dello sterzo AFS.

Algoritmo di funzionamento del sistema

La caratteristica principale dell'AFS è il rapporto di sterzo variabile. Organizzare la dipendenza di questo parametro dalla velocità, e ancor più da alcuni altri fattori di influenza, si è rivelato non così semplice come potrebbe sembrare agli specialisti dell'automazione. La rigida trasmissione meccanica dal volante alle ruote sterzanti doveva essere preservata; il mondo automobilistico non sarebbe presto passato alla piena implementazione del sistema di controllo puramente tramite cavi elettrici. Bosch ha quindi acquisito un brevetto da un inventore americano, dopo di che, insieme a BMW, è stato sviluppato un sistema di sterzo originale, chiamato AFS - Active Front Steering. Perché esattamente "Front" - ci sono sistemi di tipo attivo che coinvolgono anche la rotazione delle ruote posteriori.

Il principio è semplice, come tutti geniale. È stato utilizzato il servosterzo convenzionale. Ma un ingranaggio planetario è stato integrato nella sezione dell'albero del piantone dello sterzo. Il suo rapporto di trasmissione in modalità dinamica dipenderà dalla velocità e dal senso di rotazione dell'ingranaggio esterno con maglia interna (corona). L'albero condotto, per così dire, raggiunge o resta indietro rispetto a quello principale. E questo è comandato da un motore elettrico, che attraverso una tacca sul lato esterno dell'ingranaggio con la sua trasmissione a vite senza fine lo fa ruotare. Con una velocità e una coppia sufficientemente elevate.

Nuove qualità che AFS ha acquisito

Per chi si è messo al volante delle nuove BMW equipaggiate con AFS, le prime sensazioni sfioravano lo spavento. L'auto ha reagito in modo inaspettato e svelto al rullaggio, costringendo a dimenticare l'abitudine di "torcere" al volante nelle modalità di parcheggio e di manovrare a basse velocità. L'auto è stata riorganizzata su strada come un kart da corsa, e piccoli giri del volante, pur mantenendo la leggerezza, ci hanno costretto a dare uno sguardo nuovo ai processi di svolta in uno spazio angusto. I timori che un'auto con tali reazioni sarebbe impossibile da guidare ad alta velocità sono stati rapidamente dissipati. Guidando a un ritmo di 150-200 km / h, l'auto ha acquisito una solidità e una scorrevolezza inaspettate, mantenendo bene uno stato stabile e non cercando di entrare in una scivolata. Si potrebbero trarre le seguenti conclusioni:

• il rapporto di trasmissione dello sterzo, se modificato di circa la metà con l'aumentare della velocità, forniva un controllo comodo e sicuro in tutte le modalità;
• in condizioni estreme, sull'orlo dello slittamento, la vettura mostrava una stabilità inaspettata, che evidentemente non era dovuta solo al rapporto di trasmissione variabile dello sterzo;
• il sottosterzo era sempre mantenuto ad un livello ottimale, la vettura non tendeva a sbandare l'asse posteriore né a sbandare l'asse anteriore;
• poco dipendeva dall'abilità dell'autista, l'aiuto dell'auto era chiaramente evidente;
• anche se l'auto stava sbandando intenzionalmente a causa di azioni deliberatamente aggressive di un guidatore esperto, era facile guidarla e l'auto stessa ne usciva non appena le provocazioni si fermavano, in modo assolutamente preciso e senza controsbandate.

Ora molti sistemi di stabilizzazione sono capaci di qualcosa di simile, ma era solo l'inizio del secolo, e si trattava solo dello sterzo, senza coppie vettoriali di frenata e trazione.

A causa di ciò che si è formato l'effetto dello sterzo attivo

La centralina elettronica raccoglie informazioni da una serie di sensori che monitorano il volante, la direzione della vettura, le accelerazioni angolari e molti altri parametri. In accordo con la modalità fissa, non cambia solo il rapporto di trasmissione, in quanto è organizzato in base alla velocità, ma organizza lo sterzo attivo, interferendo con le azioni del guidatore. Questo è il primo passo verso il controllo autonomo.

In questo caso il collegamento tra volante e ruote rimane invariato. Quando l'elettronica viene spenta, artificialmente o per malfunzionamento, l'albero del motore elettrico che fa ruotare il meccanismo planetario si ferma e si ferma. La gestione si trasforma in un meccanismo convenzionale a pignone e cremagliera con un amplificatore. Niente steer by wire, cioè controllo via cavo. Solo riduttore epicicloidale con corona dentata controllata.

Alle alte velocità, il sistema ha permesso di riorganizzare l'auto da una corsia all'altra in modo molto accurato e regolare. Lo stesso effetto è stato in parte realizzato come quando si sterza l'asse posteriore: le sue ruote seguivano più accuratamente quelle anteriori, senza provocare sovrasterzo e slittamento. Ciò è stato ottenuto modificando automaticamente l'angolo di rotazione sull'asse controllato.

Naturalmente, il sistema si è rivelato più complesso dello sterzo tradizionale, ma non di molto. Un riduttore epicicloidale e un azionamento elettrico aggiuntivo aumentano leggermente i costi e tutte le funzioni sono state assegnate a un computer e un software. Ciò ha permesso di implementare il sistema su tutte le serie di vetture BMW, dalla prima alla settima. L'unità meccatronica è compatta, sembra un servosterzo elettrico convenzionale, dà al guidatore la stessa sensazione di un'auto, fornisce feedback e diventa intuitivo dopo essersi abituato rapidamente alla mutevole nitidezza del volante.

L'affidabilità del sistema non è molto diversa dal meccanismo tradizionale. C'è solo un'usura leggermente più intensa della cremagliera e del pignone a causa della maggiore forza di innesto. Ma questo è un piccolo prezzo da pagare per una qualità completamente nuova dell'auto nella manovrabilità a qualsiasi velocità.