Dall'aereo all'auto: come funziona lo sterzo elettronico?

Lo sterzo del futuro eliminerà molti componenti meccanici e sarà controllato elettronicamente. Questo ridurrà i costi di produzione. Anche i conducenti ne trarranno beneficio.

La tecnologia steer-by-wire è uno standard nel settore aeronautico da decenni. Il pilota controlla lo sterzo tramite un joystick e tutti i comandi vengono trasmessi elettronicamente. Con l'avvento della mobilità elettrica, lo steer-by-wire sta ora trovando applicazione anche nelle automobili. I pesanti componenti meccanici vengono eliminati e un sistema di controllo elettronico sostituisce il collegamento tra il volante e il sistema di sterzo.

Un sistema di sterzo by-wire non trasmette più i movimenti del conducente tramite ingranaggi e alberi, ma tramite sensori, centraline e attuatori. Il volante diventa un dispositivo di input che invia segnali digitali a un minicomputer, che calcola l'ampiezza di rotazione delle ruote e trasmette i comandi ai motori elettrici che le muovono.

Questa tecnologia offre numerosi vantaggi alle case automobilistiche. Non importa più se il volante è quadrato, rotondo o sporgente dal cruscotto come un joystick. I componenti elettronici dello sterzo possono essere utilizzati per integrare funzioni di guida autonoma, come la sterzata automatica in caso di frenata di emergenza.

I sistemi sono anche più leggeri, il che è particolarmente importante per le auto elettriche e aumenta l'autonomia. E ad alta velocità o durante manovre improvvise, lo sterzo elettronico reagisce con rapidità fulminea, correggendo gli errori di sterzata e stabilizzando il veicolo.

Caratteristiche dello sterzo regolabili individualmente

Poiché non esiste un rapporto di trasmissione rigido, anche le caratteristiche dello sterzo possono essere regolate individualmente: sportive e dirette oppure comode e morbide, a seconda delle preferenze del costruttore, del conducente e della velocità.

Nella vita di tutti i giorni, questo ha sicuramente dei vantaggi: uno sterzo molto diretto rende l'auto molto agile in curva. Tuttavia, ad alta velocità, potrebbe essere problematico, soprattutto per i conducenti inesperti. Un sistema by-wire può essere regolato in modo che lo sterzo non reagisca al minimo movimento delle mani a 180 km/h. Anche parcheggiare è più facile. Un quarto di giro del volante è sufficiente per bloccare l'auto in posizione.

Nessun feedback sulle condizioni stradali

Tuttavia, senza un collegamento meccanico diretto tra il volante e le ruote anteriori, si perde anche il feedback sulle condizioni stradali. Il conducente non si accorge quindi che gli pneumatici stanno perdendo aderenza sul bagnato o che l'auto rischia di sbandare troppo velocemente in curva. Questa mancanza di feedback e la sensazione di sterzo "sintetico" sono state un problema con molti sistemi semi-elettronici con assistenza elettronica allo sterzo.

ZF, pioniere dello sterzo elettrico, risolve questo problema con una cosiddetta unità di feedback della coppia. In parole povere, si tratta di un piccolo azionamento elettronico sul volante. Da un lato, regola l'ampiezza di sterzata del volante in diverse situazioni. Dall'altro, utilizza i dati ottenuti da numerosi sensori per riprodurre la sensazione naturale dello sterzo e il feedback della strada.

Ancora più costoso, ma il prezzo scenderà

I sistemi steer-by-wire sono ancora più costosi dei sistemi sterzanti convenzionali prodotti in serie a causa del loro complesso sistema di controllo. Tuttavia, con l'aumento dei volumi di produzione, i prezzi diminuiranno. Questo anche perché i sistemi sterzanti modulari possono essere integrati praticamente in qualsiasi nuova auto senza subire modifiche. Solo il software deve essere adattato.

Questa tecnologia salvaspazio apre anche possibilità di design completamente nuove. L'abitacolo e gli interni possono essere progettati con maggiore libertà, offrendo più spazio per i passeggeri. Sono possibili anche nuove geometrie del volante, corone del volante ripiegabili o grembiuli completamente a scomparsa nel cruscotto. Senza un albero dello sterzo intermedio, vengono eliminati tutti i componenti tra l'abitacolo e il vano motore. Teoricamente, il volante può essere posizionato ovunque.

"I più piccoli movimenti dello sterzo sono sufficienti per manovrare negli spazi più ristretti"

Lo spazio libero creato nel passaruota può essere utilizzato anche per sterzare ulteriormente il volante. Con il sistema di sospensioni anteriori Easy Turn, ZF è riuscita ad aumentare significativamente l'angolo di sterzata anche con sistemi di sterzo convenzionali. "Ma finché ci siamo affidati a collegamenti meccanici, alla fine abbiamo raggiunto i limiti fisici.

"Con lo sterzo elettronico, i più piccoli movimenti dello sterzo sono sufficienti per manovrare negli spazi più stretti", afferma il responsabile del progetto Peter Kontermann. In una berlina di medie dimensioni, il diametro di sterzata scende da ben dieci metri a meno di sette.

Cosa succede se va via la corrente?

Ma cosa succede se manca l'alimentazione? Nei sistemi meccanici, il volante può essere comunque girato anche in caso di guasto dell'assistenza idraulica. È difficile, ma sufficiente per una frenata di emergenza.

In un'auto elettrica, tutti i sistemi sono progettati in modo ridondante. Ciò significa che, in caso di guasto della batteria o di interruzione del flusso di corrente, si attiva immediatamente un secondo sistema elettrico con batteria da 12 volt. Per lo sterzo, ZF installa due riduttori a vite senza fine, ciascuno controllato separatamente dal software, nell'unità di feedback della coppia. In caso di guasto di uno, l'altro subentra immediatamente.