W dzisiejszych czasach ze względu na niesamowity postęp elektrotechniki, systemy mechaniczne i hydrauliczne w pojazdach, są stale zastępowane parami czujnik-element wykonawczy. To samo dotyczy układu kierowniczego. Kilka firm wymyśliło już własne systemy steer-by-wire, które – mimo mieszanego odbioru – z pewnością będą pionierami na rynku – a to może otworzyć nowe możliwości dla kierowania wszystkimi kołami, które pojawiło się już wcześniej.

Tło historyczne

Istnieje wiele przykładów pojazdów z kierowanymi tylnymi kołami. Możemy tu wspomnieć o wózkach widłowych. Jednak na drogach publicznych spotykamy niewiele samochodów, które mają skrętną nie tylko przednią oś.

Na początku historii motoryzacji istniały tylko proste mechaniczne rozwiązania, dlatego preferowano kierowanie osią przednią: ten sposób był łatwiejszy. Kierownica musiała być umieszczona przed kierowcą i powinna być trzymana na wprost lub pod niewielkim kątem, a siedzenie za tylną osią nie byłoby korzystne dla kierowcy.

W każdym razie faktem jest, że zawarliśmy wówczas kompromis między kierowaniem przednimi kołami a zwrotnością.

Dzięki wspomaganiu kierownicy układem hydraulicznym lub elektrycznym, wózki widłowe mogą skręcać dowolnymi kołami, ale jeśli tylko mogą jedną osią, to zawsze tą tylną. Dzieje się tak, ponieważ podczas jazdy do przodu mają znacznie mniejszy promień skrętu niż przednie.

Przemysł motoryzacyjny również chciał wykorzystać tę przewagę. W efekcie powstawały coraz ciekawsze rozwiązania do kierowania wszystkimi kołami.

Rodzaje układów kierowniczych ze wszystkimi kołami skrętnymi

W nowożytnej erze motoryzacji wynaleziono aktywne kierowanie wszystkimi kołami. Zasadniczo oznacza to, że tylne koła skręcają lub pochylają się w zależności od tego, co robią przednie koła w danym momencie.

W wojskowych samochodach terenowych w latach 30. i 40. skręcanie kierownicą w prawo powodowało skręcanie kół przedniej osi w prawo, a tylnych w lewo, w niektórych przypadkach osiągając kąt do 10 stopni. Tym kompaktowym pojazdom dało to w terenie niesamowitą zwrotność.

Jednak w przypadku pojazdów poruszających się z większymi prędkościami szybko okazało się, że powyżej pewnej prędkości ta nadmierna zwrotność powoduje silną nadsterowność i trudność w kontrolowaniu auta.

Stało się jasne, że w tych warunkach potrzebne jest inne rozwiązanie. Dlatego powyżej pewnej prędkości znane obecnie aktywne systemy obracają wszystkie koła w tym samym kierunku.

Przy kierowaniu przednimi kołami, samochód reaguje na skręcenie kierownicą z pewnym opóźnieniem. W przypadku kierowania wszystkimi kołami czas ten jest drastycznie skrócony, jeśli tylne koła skręcają pod odpowiednim kątem – przy wyższych prędkościach oznacza to zwykle ten sam kierunek.

Oczywiście nie oznacza to, że ten sam kierunek nie przynosi praktycznych korzyści przy małych prędkościach. Wystarczy obejrzeć najnowszego Mercedesa-Benz Klasy S wyjeżdżającego z parkingu na poniższym filmie na YouTube:

W systemie aktywnym obie osie są wspomagane układem hydraulicznym lub elektromechanicznym (w sposób zsynchronizowany), przy systemie pasywnego kierowania wszystkimi kołami siła boczna występująca na zakręcie ingeruje za nas.

Jest to głównie możliwe, dzięki specjalnym przegubom bezciernym znajdującym się w podwoziu, które pozwalają na nieznaczną zmianę geometrii podwozia i koła, a tym samym umożliwiają kierowanie tylną osią.

Takie rozwiązanie można spotkać w pojazdach użytkowych.

Zalety kierowania wszystkimi kołami

Bez względu na to, na który system spojrzymy, sterowanie wszystkimi kołami sprawia, że pojazdy są bardziej stabilne, bezpieczniejsze i łatwiejsze w prowadzeniu. Przy znacznym wzroście gabarytów samochodów trudno manewrować na parkingu, a to rozwiązanie daje bardzo przyjemne ułatwienie. Dzięki tej dodatkowej funkcji możemy łatwo wyjść z trudnej sytuacji.

Zwrotność przy dużych prędkościach została wypróbowana w autach wyścigowych, w prawie każdej serii, w której jej użycie nie było zabronione.

Pojazdy terenowe również bardzo skorzystały na tym rozwiązaniu, a dodatkowy ciężar osprzętu okazał się tutaj być nieco mniej istotny w porównaniu do samochodów wyścigowych. Na trudnym terenie, w wąskich zakrętach, w środku lasu, promień skrętu mniejszy nawet o metr może stać się nieocenioną zaletą.

Wady systemów sterowania wszystkimi kołami

Oczywiście to nie znaczy, że system ten nie posiada negatywnych aspektów. Wspomniany już dodatkowy ciężar może czasem okazać się kłopotliwy, zwłaszcza jeśli chodzi o układy hydrauliczne. Oprócz stałego rozrostu gabarytów, pojazdy przybierają również na wadze, co nie jest korzystne z punktu widzenia zużycia paliwa, dlatego producenci starają się oszczędzać każdy gram wagi.

Jeszcze bardziej dotkliwy jest koszt. Systemy te są dość drogie ze względu na ich rzadkie występowanie, a także koszt części zamiennych i ich profesjonalnej naprawy.

Czy steer-by-wire może być rozwiązaniem przyszłości

Dzięki czysto elektrycznemu sterowaniu przed systemami tego typu otwierają się nowe perspektywy. Kierowanie za pomocą sygnału elektrycznego jest znacznie tańsze i waży mniej niż rozwiązania hydrauliczne.

Przy odpowiednim rozwoju elektroniki na pewno opłacalne okaże się korzystanie z rozwiązania w przypadku pojazdów segmentu C, D lub SUV, ale należy być gotowym, że często będziemy widzieć skręcające się koła tylnych osi również w niższych segmentach wielkości.

Obecnie nie każdy producent pojazdów jest otwarty na systemy steer-by-wire i brake-by-wire. Jednak nie oznacza to, że systemy te są nie wydajne czy awaryjne. Pierwszym samochodem osobowym z systemem typu steer-by-wire był Infinity Q50 (2013), a pierwszym samochodem z systemem brake-by-wire była Alfa Romeo Giulia (2016). Żaden z nich nie wykazał problematyczności tych systemów, co więcej – oba musiały spełnić znacznie ostrzejsze warunki, aby uzyskać homologację typu pojazdu.

Z niecierpliwością czekamy na to aż w przyszłości zwiększy się udział samochodów z wszystkimi kołami skrętnymi.