Standardowy współczesny samochód wyposażony jest w wał, który łączy kolumnę kierownicy z przekładnią kierowniczą (popularnie: maglownicą). Rozwiązanie steer-by-wire, nad którym pracują największe firmy z branży motoryzacji ma na celu wyeliminowanie mechanicznego połączenia pomiędzy kolumną kierownicy a przekładnią. To oczywiście niejedyna zmiana, jaką ma wprowadzić system steer-by-wire.

Nad rozwojem systemów steer-by-wire pracuje szereg firm z branży, między innymi Nexteer Automotive, Hella czy ZF. Pracę nad steer-by-wire prowadziły także wyspecjalizowane placówki naukowe, np. w Stanford University, w Kalifornii.

Projektowane w Europie systemy mają wejść do masowej produkcji w 2025 roku. Ale producenci i projektanci z Europy zostali wyprzedzeni przez azjatycki przemysł motoryzacyjny. Albowiem system steer-by-wire znalazł się już na wyposażeniu seryjnie produkowanych aut. To Toyota bz4X oraz Lexus RZ450e. Obydwa z napędem elektrycznym.

W niektórych materiałach prasowych wspomina się też o rzekomym wprowadzeniu systemu steer-by-wire w niektórych chińskich samochodach elektrycznych. Ale trudno zweryfikować, co jest rzeczywistością bez bezpośredniego dostępu do tej technologii. Wiadomo na pewno, że niemiecki koncern ZF ma opracowywać rozwiązanie steer-by-wire dla chińskiej marki aut elektrycznych NIO.

Standardowy układ kierowniczy – jak pracuje? Jak jest zbudowany?

Standardowy układ kierowniczy składa się z:

• Kolumny kierownicy, zamontowanej w kabinie auta, z możliwością jej mechanicznej regulacji (wyżej – niżej). Do kolumny kierownicy zamontowane jest koło i przełączniki do sterowania oświetleniem, wycieraczkami itd.
• Przekładni kierowniczej (maglownicy) ze wspomaganiem (hydraulicznym, albo elektrycznym), połączonej drążkami kierowniczymi ze zwrotnicami kół.
• Wału z przegubem (przegubami) krzyżakowym, który łączy kolumnę kierownicy z przekładnią kierowniczą i przekazuje ruch kierownicy na przekładnię kierowniczą w sposób mechaniczny.

I to właśnie wał kierowniczy ma być wyeliminowany z układu, dzięki rozwiązaniu steer-by-wire. Dlaczego?

Wał nie zajmuje dużo miejsca, ale projektanci muszą go odpowiednio wpasować, żeby nie kolidował z silnikiem, akumulatorem, czy przestrzenią bagażową w aucie elektrycznym. Dlatego w wielu autach stosuje się nie jeden, a dwa przeguby krzyżakowe, pozwalające na „łamanie” wału i jego łatwiejsze rozmieszczenie pod maską samochodu. Niektóre auta, z bardzo krótkim przodem są sporym wyzwaniem dla projektantów.

Wał jest też niebezpieczny w razie wypadku. Trzeba też odpowiednio wyciąć otwór w grodzi, oddzielającej komorę silnika od kabiny pasażerskiej.

Jest też jeszcze jeden problem. Na świecie są kraje z ruchem prawo i lewostronnym. Przystosowanie auta do jednego albo drugiego rozwiązania powoduje szereg problemów. Tylko nieliczni producenci częściowo upraszczali sprawę, stosując gródź z otworami przygotowanymi do ruchu prawo i lewostronnego.

Steer-by-wire – czym ma się różnić nowy układ kierowniczy?

Zamiast mechanicznego wału, połączenie pomiędzy kierownicą a przekładnią zapewniać ma przewód elektryczny (a raczej magistrala przesyłu danych, w typie CAN) albo łączność bezprzewodowa.

Co można dzięki temu zyskać?

• Łatwiejszy proces produkcji samochodu, dostosowanego do rynku z ruchem prawo i lewostronnym. W dobie stosowania pedałów z czujnikami elektrycznymi (bez mechanicznych połączeń, linek itd.) będzie to wyjątkowo proste, szybkie i tanie. Bez konieczności montowania wielu elementów.
• Większe bezpieczeństwo kierowcy – w razie wypadku i przemieszczenia układu kierowniczego do przodu, wał kierownicy nie przeniesie żadnej siły, bo go po prostu nie będzie. Zatem mniejsze będą również uszkodzenia mechaniczne w układzie kierowniczym.
• Mniej podzespołów, podatnych na uszkodzenie, zużycie mechaniczne i działanie korozji albo uszkodzenia gumy uszczelniającej połączenia krzyżakowe.
• Możliwość wprowadzania różnych udogodnień elektronicznych. Na przykład dostosowywania siły wspomagania układu kierowniczego do sytuacji na drodze. Inna siła wspomagania przy szybkiej jeździe, inna przy wolnym skręcaniu, inna przy parkowaniu.
• Umożliwienie przejęcia większej kontroli przez systemy bezpieczeństwa aktywnego, jak ESP. Kiedy system będzie wyprowadzał auto z poślizgu, kierowca „nie zepsuje” pracy, poprzez niefortunny ruch kierownicą. Kierowca może sobie „kręcić”, sterownik sam skoryguje tor jazdy. To też już skądś znamy. Czyż w określonych sytuacjach ESP nie jest w stanie zignorować sygnałów ze strony pedału gazu, obsługiwanego przez kierowcę? Już jest.

Jak to działa? W kolumnie kierownicy zamontowane są czujniki, które odczytują precyzyjnie każdy, nawet najmniejszy obrót koła kierownicy. Rozwiązania mogą być różne. Od czujników mechanicznych (od nich jednak się odchodzi, bo mechanizm może się zepsuć) do czujników indukcyjnych. Wystarczy na przykład zamontować na wale kierownicy zębatkę, której ruch będzie wywoływać zmiany pola magnetycznego. Mogą być one odczytywane przez czujniki indukcyjne albo inne. Przecież znamy to już z wielu innych, obecnie stosowanych układów w samochodach, czyż nie? Sygnał odczytany przez czujniki będzie przekazywany do sterownika układu kierowniczego. A ten, będzie odpowiednio sterować pracą silniczków krokowych, powodujących odpowiednie wysunięcie się drążków kierowniczych.

Steer-by-wire – za i przeciw

Czego można się obawiać? Pierwsze, co przychodzi na myśl, to awaria takiego czujnika, który źle odczyta ruch kierownicy. I zamiast delikatnego skrętu, auto wykona znacznie silniejszy, który może się skończyć wypadkiem.

Producenci steer-by-wire nie zdradzają zbyt wielu informacji o rozwiązaniach, jakie mają być zastosowane. Ale w nielicznych materiałach można się doczytać, że czujniki będą dublowane. Czyli w razie awarii jednego, natychmiast do pracy przystąpi drugi. Wiemy, że kierowca auta ze „steer-by-wire” na pewno nie pomoże nam w diagnostyce samochodu, który trafi do naszego warsztatu. Albowiem nie poczuje tego, że „coś bije na kierownicy podczas hamowania”, albo, że jest „wyczuwalny luz”.

Za to na desce rozdzielczej pojawią się nowe kontrolki, na które będziemy musieli odpowiedzieć nowym „uzbrojeniem” diagnostycznym z nowym oprogramowaniem. Zwiększą się też koszty – naprawy, części itd. Ale do tego już jesteśmy wszyscy przyzwyczajeni.

Zapomnieliśmy o jednej rzeczy. Za 10 lat w aucie, które zostanie do nas sprowadzone z Wielkiej Brytanii, nie będzie potrzebna przekładka. Wystarczy kilka rzeczy odkręcić i pozamieniać miejscami.