Принцип роботи AFS - системи активного кермового управління
Зміст
Автоматика, озброєна алгоритмами найкращих інженерів та випробувачів світу, вже давно знає, як правильно керувати автомобілями краще за переважну більшість їх водіїв. Але повністю довіритись їй люди поки не готові, нововведення впроваджуються поступово, зі збереженням можливостей ручного управління. Приблизно за таким принципом і побудовано систему активного приводу рульового керування AFS.
Алгоритм роботи системи
Основна особливість AFS – це змінне передавальне число кермового редуктора. Організувати залежність даного параметра від швидкості, а тим більше від деяких інших факторів, що впливають, виявилося не так і просто, як може здатися фахівцям з автоматики. Жорсткий механічний привід від керма на керовані колеса необхідно було зберегти, до повного впровадження системи управління суто електричними проводами автомобільний світ ще не скоро перейде. Тому компанією Bosch було придбано патент у американського винахідника, після чого спільно з BMW розроблено оригінальну систему рульового управління, що отримала назву AFS – Active Front Steering. Чому саме «Front» - існують системи активного типу, що задіють доворот ще й задніх коліс.
Принцип простий, як геніальне. Використовувалося звичайне рейкове кермо з гідропідсилювачем. Але в розріз валу кермової колонки вбудовувалася планетарна передача. Її передатне число в динамічному режимі залежатиме від швидкості та напрямку обертання зовнішньої шестерні із внутрішнім зачепленням (коронної). Ведений вал ніби наздоганяє чи відстає від ведучого. А керує цим електромотор, який через насіння на зовнішній стороні шестірні своїм черв'ячним приводом приводить її в обертання. При досить високій швидкодії та крутному моменті.
Нові якості, які набула AFS
У тих, хто сідав за кермо нових BMW, обладнаних AFS, перші відчуття межували з переляком. Автомобіль несподівано жваво реагував на кермування, змушуючи забувати звички «намотуватися» на кермо в паркувальних режимах та маневруванні на малих швидкостях. Машину переставляло на дорозі подібно до гоночного карту, а невеликі повороти керма при збереженні легкості змушували по-новому поглянути на процеси розворотів у стисненому просторі. Побоювання, що автомобілем із такими реакціями неможливо буде керувати на великих швидкостях, швидко розвіялися. При русі в темпі 150-200 км/год машина набувала несподіваної солідності і плавності, добре утримуючи стабільний стан і не намагаючись зірватися в ковзання. Можна було зробити такі висновки:
- передавальне число кермового редуктора при зміні приблизно вдвічі зі зростанням швидкості забезпечувало зручне та безпечне керування у всіх режимах;
- в екстремальних режимах на межі ковзання автомобіль виявляв несподівану стійкість, що явно не було пов'язано лише зі змінним передавальним числом кермового редуктора;
- повертання завжди зберігалася на оптимально збалансованому рівні, машина не прагнула ні до занесення задньої осі, ні до знесення передньої;
- від майстерності водія мало що залежало, допомога автомобіля була помітна;
- навіть якщо автомобіль свідомо агресивними діями досвідченого водія має намір вводився в замет, керувати в ньому було легко, а машина сама з нього виходила, як тільки припинялися провокації, причому абсолютно точно і без контрзаносів.
Зараз на щось подібне здатні багато систем стабілізації, але це був лише початок століття, та й задіялося лише кермо, без гальмівного і тягового векторних моментів.
За рахунок чого утворювався ефект активного рулювання
Електронний блок управління збирає інформацію від набору датчиків, що стежать за поворотом керма, напрямом руху автомобіля, кутовими прискореннями та багатьма іншими параметрами. Відповідно до зафіксованого режиму він не просто змінює передатне число, як це організовано в залежності від швидкості, а організовує активне підрулювання, втручаючись у дії водія. Це перший крок до автономного управління.
При цьому зв'язок між кермом та колесами залишається без змін. При відключенні електроніки, штучному або внаслідок несправностей, вал електродвигуна, що обертає планетарний механізм, зупиняється і стопориться. Управління перетворюється на звичайний рейковий механізм із підсилювачем. Жодних steer by wire, тобто управління з проводів. Тільки планетарний редуктор із керованою коронною шестернею.
На високих швидкостях система дозволяла дуже точно і плавно переставляти автомобіль зі смуги в смугу. Частково реалізовувався той самий ефект, як і підрулюванні задньої осі – її колеса точніше йшли за передніми, не провокуючи надмірної повертаності і заметів. Досягалося це автоматичною зміною кута повороту на осі, що керується.
Звичайно, система вийшла складнішою, ніж традиційне рульове управління, але ненабагато. Планетарний редуктор та додатковий електропривод трохи збільшує вартість, а всі функції покладалися на комп'ютер та програмне забезпечення. Це дозволило впровадити систему на всі серії машин BMW, від першої до сьомої. Блок механотроніка компактний, зовні схожий на звичайний електропідсилювач керма, приблизно так само залишає у водія почуття автомобіля, забезпечує зворотний зв'язок і стає інтуїтивно зрозумілий після швидкого звикання до гостроти керма, що змінюється.
Надійність системи не дуже відрізняється від традиційного механізму. Спостерігається лише трохи інтенсивніше зношування зубчастої рейки і приводної шестерні за рахунок збільшеного зусилля в зачепленні. Але це невелика плата за нову якість автомобіля в управлінні на будь-якій швидкості.
