Niegdyś odpowiadały jedynie za skręcanie przednich kół w wybranym przez kierowcę kierunku. Współczesne układy kierownicze mają zmienne przełożenie, potrafią korygować błędy kierującego, a nawet bez jego pomocy są w stanie wpasować auto w miejsce parkingowe. Jak wyglądała ewolucja układów kierowniczych?
Miłośnicy BMW twierdzą, że stare dobre modele poznamy po ślimakowej przekładni kierowniczej. Rozwiązanie odeszło do lamusa w 2004 roku wraz z BMW E39 z silnikami V8. Wcześniej bastionem tego rozwiązania była też siódemka E38. Zdania na temat doskonałości przekładni ślimakowej są oczywiście podzielone.
Trudno jednak kwestionować jej zalety, czyli wysoką trwałość i dodatni wpływ na komfort, który wyrażał się brakiem przekazywania informacji o siłach działających na koła na przykład podczas jazdy w koleinach. Przeciwnicy podkreślają fakt ograniczonej precyzji prowadzenia i mizernej ilości sygnałów o sytuacji na styku opon z nawierzchnią. Inżynierowie mogli zaakceptować stan rzeczy lub poszukać rozwiązania, które poprawi wrażenia z jazdy.
Servotronic – inteligentne wspomaganie kierownicy
Odpowiedź przyszła z firmy ZF, która w 1986 roku opracowała układ Servotronic. System uzależniał siłę wspomagania kierownicy nie tylko od obrotów silnika – co miało miejsce w starszych układach – ale również od prędkości. Przy wolnej jeździe asysta była duża, by ułatwić manewrowanie. Przy wysokich prędkościach ulegała natomiast ograniczeniu, by zwiększyć precyzję prowadzenia i stabilność samochodu. Siłą wspomagania kierownicy sterował moduł sprzężony z sensorem prędkości, konwerterem elektrohydraulicznym oraz rotacyjnymi zaworami tłoczkowymi. W 1989 roku ZF przedstawił udoskonalony układ Servotronic 2 z rotacyjnymi zaworami ślizgowymi. W ciągu ćwierćwiecza system trafił do przeszło 11 milionów samochodów. Wiele z nich opuściło mury fabryk BMW. Warto jednak dodać, że Servotronic był też oferowany przez dwanaście innych koncernów motoryzacyjnych.
Aktualnie praktycznie wszystkie samochody osobowe są wyposażane w przekładnie zębatkową (tzw. maglownice). BMW początkowo montowało je do mniejszych modeli – np. serii 3 E21, by z biegiem czasu uczynić z nich rozwiązanie stosowane nawet we flagowej siódemce.
Zbliżoną ewolucję przeszło wspomaganie układu kierowniczego. Początkowo było standardem jedynie w najdroższych modelach. Na przestrzeni lat stało się powszechne także w pozostałych BMW i przestało być oferowane za dopłatą. Warto pamiętać, że asysta wpływa nie tylko na komfort. We wspomaganych układach można zastosować mniejsze przełożenie, dzięki czemu są one bardziej bezpośrednie i precyzyjne. Przykładowo, w E30 pozbawionym wspomagania między skrajnymi położeniami koło kierownicy wykonuje pięć obrotów, a w egzemplarzach ze wspomaganiem – cztery. Taka różnica może zadecydować o możliwości wyratowania się z nieplanowanego poślizgu czy nagłego ominięcia przeszkody.
Servoelectric – elektryczne wspomaganie kierownicy
Sercem układu wspomagania były hydrauliczne pompy. Za wprawianie w ruch ich wirnika odpowiadał silnik. Połączenie za pośrednictwem paska klinowego oznaczało, że pompa pracowała przez bez przerwy – nawet podczas jazdy na wprost. Inżynierowie zaczęli szukać sposobu na ograniczenie strat energii. Z pomocą przyszła firma ZF, która w 2001 roku uruchomiła produkcję układu Servoelectric, czyli wspomagania za pomocą silnika elektrycznego. Pracował on jedynie w momencie skręcania kół. Ograniczenie strat energii zmniejszyło zużycie paliwa – nawet o 0,4 l/100 km względem układów z pompą hydrauliczną. Elektrycznie wspomagany układ kierowniczy z silnikiem montowanym do kolumny kierownicy zadebiutował w BMW wraz z modelem Z4 (2002 r.). Dość szybko pojawiły się głosy, że układ zatracił precyzję wcześniej stosowanych rozwiązań. BMW stało na stanowisku, że wszystko jest w jak najlepszym porządku. Producent nie chciał jednak dolewać oliwy do ognia i wyposażył Z4 M (2004 – 2008) w hydrauliczne wspomaganie. Była to jednak cisza przed burzą. Kilka lat później elektrycznie wspomagane układy kierownicze na dobre zadomowiły się także w eMkach.
Elektrycznie wspomagane układy kierownicze dały początek kolejnym rozwiązaniom. Jednym z nich był asystent parkowania równoległego, który został zaprezentowany w 2009 roku. Jak działa? Podczas jazdy z prędkością do 35 km/h ultradźwiękowe czujniki analizują odległości między zaparkowanymi samochodami. Jeżeli zostanie wykryta przestrzeń o 1,2 metra dłuższa od długości nadwozia, wystarczy zatrzymać pojazd, uruchomić procedurę parkowania, zdjąć ręce z kierownicy. Elektronika samodzielnie wpasuje samochód w wolną przestrzeń. Udoskonalony Parking Assist jest w stanie przeprowadzić także parkowanie prostopadłe oraz parkowanie równoległe, gdy miejsce jest o 80 cm dłuższe od długości nadwozia. Połączenie układu odpowiadającego za operowanie kierownicą z sensorami aktywnego tempomatu stało się punktem wyjścia do stworzenia Traffic Jam Assist – debiutującego wraz z X5 trzeciej generacji asystenta jazdy w korku, który do prędkości 60 km/h utrzymuje zadaną odległość od poprzedzającego pojazdu oraz dba o optymalnie ustawienie BMW w pasie ruchu. Jeżeli po zatrzymaniu, które przebiega automatycznie, stojące z przodu auto ruszy w ciągu 30 sekund, Traffic Jam Assist wznowi jazdę bez interwencji kierowcy – wystarczy, że trzyma on jedną rękę na wieńcu kierownicy. System szybko przestał być domeną luksusowych modeli. Pojawił się na liście opcji m.in. dla minivanów serii 2 oraz nowego X1.
Aktywne wspomaganie kierownicy w BMW
Wróćmy jednak do układów kierowniczych. W 2003 roku BMW, jako pierwsza marka, wprowadziło na rynek aktywny układ kierowniczy. Prototyp rozwiązania testowano w E39, a system zadebiutował w piątce E60. Active Steering ułatwia manewrowanie i jazdę z wysokimi prędkościami, a także podnosi precyzję prowadzenia. Kluczowym elementem jest elektronicznie sterowana przekładnia planetarna. Została osadzona na końcowym odcinku kolumny kierowniczej, tuż przy maglownicy. Zmiany przełożenia są realizowane przez silnik elektryczny. Przy prędkościach parkingowych do skręcenia kół z jednego skrajnego położenia w drugie wystarczają niecałe dwa obroty kierownicą. 
Przełożenie wzrasta płynnie od ok. 25 km/h, by powyżej 100 km/h zbliżać się do wartości charakterystycznych dla klasycznych układów kierowniczych. Podczas jazdy z prędkościami autostradowymi przełożenie dalej rośnie, by zmniejszyć wrażliwość samochodu na nieplanowane, minimalne ruchy kierownicą oraz ograniczyć tendencję do nadsterowności, która mogłaby pojawić się przy nagłej zmianie pasa ruchu czy omijaniu przeszkody. Aktywne układy kierownicze współpracują także z DSC. Jednym z ich zadań jest kompensacja znoszenia samochodu podczas ostrego hamowania na wyboistej drodze czy nawierzchni o zróżnicowanej przyczepności. Za zakładanie minimalnych kontr odpowiada nastawnik przekładni planetarnej. Nie odczujemy ich na kierownicy, gdyż kompensacyjne ruchy wykonuje jedynie dolny odcinek układu kierowniczego.
Do innowacyjnych rozwiązań niektórzy kierowcy podchodzili ze sporym dystansem. Czy samochód będzie liniowy i przewidywalny w prowadzeniu? A co w przypadku awarii? Inżynierowie BMW dopracowali zarówno charakterystykę systemu, jak i przygotowali scenariusz sytuacji awaryjnej. Wykrycie przez elektronikę jakichkolwiek nieprawidłowości powoduje zablokowanie silnika regulującego przełożenie, a samochód zaczyna prowadzić się niczym auto z konwencjonalnym układem kierowniczym. Z biegiem czasu system Active Steering zaczął być oferowany w wielu modelach koncernu, choć nie obyło się bez ograniczeń – w trójce E90 był oferowany dla samochodów z sześciocylindrowymi silnikami.
Finalnym krokiem ewolucji układów kierowniczych było wprowadzenie systemu Integral Active Steering. Zadebiutował w BMW serii 7 w 2009 roku, a następnie został wprowadzony także na listy opcji dla serii 5 i 6. IAS odpowiada za skręcanie kół przedniej i tylnej osi, co przynosi korzyści zarówno przy niewielkich, jak i wysokich prędkościach. Poniżej 60 km/h obie osie są skręcane w przeciwnych kierunkach, co znacząco poprawia zwrotność. Wychylenie tylnych kół serii 7 o zaledwie 3º zmniejsza średnicę zawracania aż o 70 cm. Powyżej 60 km/h koła skręcane są w tym samym kierunku. Podnosi to stabilność samochodu, który zaczyna zachowywać się, jakby miał wydłużony rozstaw osi.
Kolejne etapy rozwoju układów kierowniczych podniosły precyzję prowadzenia, zwinność samochodów i poziom czynnego bezpieczeństwa. Co przyniesie najbliższa przyszłość? Konkurencja eksperymentuje z układami fly by wire, w których polecenia wydawane kierownicą są przekazywane na maglownicę drogą cyfrową. Czy tego typu system pojawi się w BMW? Jego istotą jest możliwość zmiany siły wspomagania i przełożenia układu kierowniczego, co bawarski koncern zrealizował trybami jazdy oraz systemu Active Steering. Niewykluczone więc, że ewolucja układów kierowniczych w BMW dobiegła końca, a teraz wysiłki inżynierów skupią się na opracowaniu funkcji w pełni autonomicznej jazdy.
Szymon Łukasik, Fot. BMW
