Trucks
Sposób kierowania pojazdami mechanicznymi zmieniał się na przestrzeni lat. Pojedynczy wolant, opracowany w XIX w., przeobraził się w koło kierownicy, które w niemal nie zmienionej formie przetrwało do dzisiejszych czasów. Innym doniosłym wynalazkiem było hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego, które systematycznie zyskiwało na znaczeniu, w miarę jak pojazdy stawały się większe i cięższe. Niedawno doszło do kolejno przełomu technologicznego – powstał Aktywny Układ Kierowniczy Volvo.
– Przy małej prędkości w pełni obciążonym pojazdem daje się kierować dosłownie jednym palcem, zaś podczas jazdy na autostradzie aktywny układ kierowniczy zapewnia bezkonkurencyjną stateczność kierunkową – mówi Jan-Inge Svensson, jeden z inżynierów odpowiedzialnych za rozwój oprogramowania Volvo Trucks.
Układ bazuje na konwencjonalnym, mechanicznym systemie, w którym koło kierownicy jest połączone z przekładnią kierowniczą za pomocą wału kierowniczego. W operowaniu kierownicą pomaga kierowcy standardowy hydrauliczny układ wspomagania. Zasadniczym elementem, odróżniającym Aktywny Układ Kierowniczy Volvo od układu w całości konwencjonalnego, jest elektronicznie sterowany silnik elektryczny.
Silnik elektryczny jest zamontowany nad przekładnią kierowniczą i współdziała z nią. Przy małych prędkościach jazdy generuje dodatkową siłę wspomagającą, dzięki czemu manewrowanie samochodem ciężarowym staje się wyjątkowo łatwe. Z kolei przy wyższych prędkościach, silnik elektryczny kontroluje reakcje układu kierowniczego, automatycznie eliminując szarpnięcia i znoszenie.
Od samego początku utrzymywałem, że to absolutnie niemożliwe, że się nie uda, jednak z pomocą naszych utalentowanych kolegów z biura konstrukcyjnego kabin w końcu odnieśliśmy sukces.
Tym dodatkowym silnikiem wspomagającym steruje jednostka elektroniczna zawierająca w sobie tzw. generator kąta odniesienia. To mózg Aktywnego Układu Kierowniczego Volvo. Za pośrednictwem czujników rozmieszczonych w różnych miejscach w samochodzie ciężarowym system gromadzi dane dotyczące pojazdu.
– Czujniki te dają pełny obraz tego, co dzieje się z samochodem ciężarowym. Mierzą m.in. prędkość jazdy i wykrywają wybrany zakres biegów – do jazdy w przód lub w tył – tłumaczy Sten Ragnhult, odpowiedzialny za stronę sprzętową nowego układu.
Jednym z ważnych komponentów jest czujnik wbudowany w silnik elektryczny. Jest zamocowany na wałku wejściowym przekładni kierowniczej i mierzy siłę, jaką kierowca przykłada do koła kierownicy oraz kąt jego obrotu. Dane stanowią bazę do określania strategii sterowania w celu zapewnienia właściwych reakcji układu kierowniczego.
Sygnały z czujników docierają do jednostki sterującej i są przetwarzane przez jej oprogramowanie wewnętrzne. Rezultatem są sygnały sterujące wysyłane do silnika elektrycznego, który na ich podstawie odpowiednio kompensuje zakłócenia zarejestrowane przez czujniki. Wszystko to dzieje się w czasie krótszym niż jedna milisekunda, dzięki czemu reakcje są adekwatne do sytuacji.
Przykładem ważnej funkcji jednostki sterującej jest kompensacja odchyleń od prostoliniowego toru jazdy. Kompensacja ta odbywa się bezustannie, co niemal całkowicie uwalnia kierowcę od konieczności wprowadzania korekt kołem kierownicy, wymuszonych spadkiem poprzecznym drogi lub bocznym wiatrem.
– Tor jazdy ulega odchyleniu także w innych sytuacjach, takich jak np. hamowanie przy zróżnicowanej przyczepności kół po prawej i lewej stronie pojazdu. Wskutek asymetrii sił oddziałujących pomiędzy nawierzchnią drogi a oponami występuje tzw. znoszenie boczne, prowadzące do samoczynnego obrotu koła kierownicy.
W uproszczeniu, Aktywny Układ Kierowniczy Volvo można przyrównać do filtra, który polepsza jakość reakcji na kole kierownicy. Nie trzeba dodawać, że tego typu rozwiązania nie da się stworzyć z dnia na dzień. Volvo Trucks rozpoczęło prace rozwojowe osiem lat temu.
– Po drodze napotkaliśmy szereg poważnych wyzwań. Dużym problemem dla nas jako konstruktorów układów mechanicznych było znalezienie miejsca w kabinie, w którym udałoby się zmieścić silnik elektryczny. Od samego początku utrzymywałem, że to absolutnie niemożliwe, że się nie uda, jednak z pomocą naszych utalentowanych kolegów z biura konstrukcyjnego kabin w końcu odnieśliśmy sukces – mówi z uśmiechem Sten Ragnhult.
Poza wspomnianym problemem, większość prac rozwojowych koncentrowała się na oprogramowaniu sterującym. Ostatecznie, zespół konstruktorów dokonał obliczeń niezbędnych dla zapewnienia prawidłowego działania jednostki sterującej.
To wspaniale móc kierować tak ciężkim pojazdem jednym palcem i to w sytuacjach, które poprzednio wymagały trzymania koła kierownicy obiema rękami.
Konstruktorzy korzystali z pomocy wielu kierowców testowych, którzy wspólnie przyczynili się do sukcesu projektu. Przeprowadzono mnóstwo różnorodnych testów drogowych, podczas których inżynierowie towarzyszący kierowcom badali preferowany przez nich sposób reakcji układu kierowniczego.
– Po prostu pozwoliliśmy kierowcom zrealizować szeroki zakres scenariuszy sytuacyjnych, modyfikując przy tym działanie aktywnego układu kierowniczego. Zestawiając ze sobą zebrane dane, opracowaliśmy optymalną strategię reakcji oprogramowania jednostki sterującej – opowiada Jan-Inge Svensson.
W grupie kierowców, którzy odegrali wiodącą rolę w pracach badawczych znalazł się Henrik Gustafsson, zajmujący się transportem dłużycy drzewnej. Codziennie swoim nowym Volvo FH wjeżdża daleko w głąb szwedzkich lasów. Wąskie, często grząskie leśne drogi wystawiają na ciężką próbę zarówno umiejętności zawodowe Henrika, jak i jego samochód ciężarowy.
– Od roku jeżdżę tym egzemplarzem testowym. Uczestnictwo w pracach rozwojowych jest ekscytujące i sprawia niesamowitą frajdę. Między innymi dlatego, że wiem, że to, co odkryję i zgłoszę pozwoli ulepszyć samochód ciężarowy, na czym skorzystają wszyscy.
W pełni załadowany zestaw drogowy Henrika waży 60 ton. Manewrowanie takim gigantem na wąskich zazwyczaj słabo utrzymanych drogach jest fizycznie wyczerpujące. Znać o sobie daje najmniejszy kamień czy korzeń, co zmuszą kierowcę do ciągłego wprowadzania korekt kierownicą i prowadzi do nadwyrężenia mięśni, zwłaszcza barków, pleców i szyi.
– Przez jakiś czas jeździłem w Norwegii, gdzie drogi są na ogół wąskie i kręte. W rezultacie, doznałem urazu barku i przez dłuższy czas czułem ból pod łopatką.
Odkąd Henrik jeździ samochodem ciężarowym z Aktywnym Układem Kierowniczym Volvo, ból, jak sam mówi, całkowicie ustąpił.
– Obecnie mogę odprężyć się podczas jazdy, nawet po kiepskich drogach. To wspaniale móc kierować tak ciężkim pojazdem jednym palcem i to w sytuacjach, które poprzednio wymagały trzymania koła kierownicy obiema rękami. Nie wyczuwam także żadnych dziur w nawierzchni, ponieważ układ kierowniczy automatycznie kompensuje powodowane przez nie szarpnięcia.
Ale wąskie leśne dukty nie są jedynym miejscem, gdzie Henrik czuje rzeczywistą różnicę. Wyładowany drewnem zestaw drogowy ma wysoko położony środek ciężkości, więc jest szczególnie wrażliwy na koleiny i boczny wiatr. Jako że układ kierowniczy kompensuje także tego rodzaju zakłócenia, Henrik może pozostawać zrelaksowany również na głównych drogach.
– W lesie, gdy jedziesz powoli, potrzebujesz jak najmniejszego oporu na kole kierownicy, podczas gdy na autostradzie wskazany jest większy. Układ dostosowuje opór na kole kierownicy do prędkości jazdy. Już powiedziałem, że następny samochód ciężarowy, jaki kupimy, musi być wyposażony w Aktywny Układ Kierowniczy Volvo – konkluduje z uśmiechem Henrik.