La tecnologia «drive by wire» per il comando degli autoveicoli si
sta sviluppando rapidamente. È basata sull’azionamento elettrico
a distanza di funzioni vitali ed offre nuove opportunità per la progettazione e per la guida.Entro cinque anni, i progettisti probabilmente creeranno sistemi in cui tutti e tre i comandi primari (acceleratore, freni e sterzo) prevederanno l’attuazione elettrica su comando elettronico. È questa la soluzione nota come «drive by wire».

   Contemporaneamente, vedremo l’imporsi dei sistemi intelligenti di sicurezza, che intervengono e prendono il comando quando si accorgono che il guidatore ha fatto o sta per fare una manovra pericolosa. E un futuro appena più distante lascia intravedere lunghi «convogli» di veicoli che percorreranno le autostrade in modo veloce e sicuro, collegati tra loro in modo invisibile mediante segnali elettronici elaborati da combinazioni sempre più potenti di sensori e controller.

   Dal punto di vista dei progettisti e degli stilisti delle autovetture, i sistemi drive by wire permetteranno di progettare l’abitacolo in modo del tutto nuovo. I costosi sistemi meccanici-idraulici, che oggi hanno il compito di eseguire frenate e sterzate, non saranno più che un ricordo. E, assieme ad essi, usciranno di scena anche i fasci di cavi che si nascondono dietro il cruscotto: infatti, la nuova generazione di automobili userà data bus ottici ed elettronici. Questi avranno il compito di distribuire i segnali di comando provenienti dalle numerose unità che controllano la gestione del motore, gli strumenti, i sistemi di sicurezza, i finestrini, la climatizzazione, l’illuminazione eccetera.
   
L’eliminazione degli organi meccanici che collegano il volante alla cremagliera permetterà non solo di ottenere un design più elegante ed una maggiore sicurezza in caso di collisione (eliminazione del rischio di lesioni al torace provocate dal piantone dello sterzo), ma anche di semplificare e rendere decisamente meno costoso il passaggio da guida a sinistra a guida a destra. Anche i pedali potranno essere spostati molto più facilmente da un lato all’altro della vettura, dato che il loro solo collegamento con i sistemi ai quali sono preposti sarà elettrico. L’importanza di questa caratteristica aumenterà parallelamente alla globalizzazione del settore della produzione di autoveicoli, in seguito all’espansione dei mercati nelle «nuove economie» dell’India, della Cina e di altri paesi asiatici.
   
Oggi, i sistemi drive by wire che controllano acceleratore, freni, sterzo e telaio sono già ad uno stadio avanzato. Per quanto riguarda l’acceleratore, si tratta di una soluzione ormai comunemente adottata, ed è difficile immaginare che un’équipe impegnata nello sviluppo di un nuovo motore o nella modifica di un motore preesistente possa anche solo pensare di preferire la soluzione meccanica a quella elettronica.
   
I vantaggi, in termini di possibilità di ottimizzare i segnali di iniezione ed accensione con la posizione della farfalla, sono fin troppo evidenti e si ripercuotono sulle prestazioni della vettura e sull’economia di carburante.

Sistemi integrati

C’è poi la possibilità di interfacciare i segnali di comando del carburatore con altri sistemi quali il controllo di crociera, la limitazione del regime di rotazione, la trasmissione automatica (per regolare la coppia in modo da ottenere un cambio di marcia straordinariamente dolce) ed i sistemi di stabilità del veicolo. Nelle soluzioni più avanzate, il sistema assume il controllo della farfalla, assieme a quello dei freni, per evitare lo slittamento del veicolo o, peggio ancora, lo sbandamento.

   I sistemi frenanti «brake by wire» sono in attesa di essere applicati ai veicoli. La Delphi Automotive Systems ha il suo sistema Galileo già pronto da circa tre anni, mentre altri fornitori, tra i quali Bosch, TRW e Continental-Teves, hanno tutti dimostrato interesse per questa tecnologia che, in grandi linee, prevede l’invio di un segnale elettronico dal pedale del freno all’unità frenante, la cui attuazione può essere diretta, elettromeccanica o elettroidraulica.
   
La variante elettromeccanica è, dal punto di vista tecnico, la più pulita. Infatti richiede solo un servomotore ed un attuatore, il che elimina la necessità di fluidi idraulici dannosi per l’ambiente. I sistemi elettroidraulici, d’altra parte, presentano il vantaggio di impiegare meccanismi frenanti, cilindri asserviti e pinze già ben collaudati. In entrambi i casi, il difficile è armonizzare l’effetto frenante con la corsa del pedale e la pressione esercitata su di esso. Gran parte degli sviluppi attualmente in corso mirano a risolvere questo problema.

   Offrendo la possibilità di interfacciare, ad un costo contenuto, il segnale elettronico del sistema frenante con i sistemi ABS e di controllo telaio, la soluzione «brake by wire» costituisce una prospettiva estremamente interessante per il settore automobilistico. È però incerto se gli utenti vorranno veramente fidarsi di un sistema che prevede l’assenza di collegamenti diretti, meccanici o idraulici che siano, tra pedale e freno. Inoltre, ci si domanda quali potranno essere le conseguenze in termini di responsabilità del fabbricante in caso di avaria. D’altra parte, tutti i sistemi progettati finora hanno una funzione elettrica che è l’equivalente (ma molto migliore) del doppio circuito idraulico nei sistemi frenanti convenzionali, oltre che un backup contro un’eventuale avaria elettrica totale. Non dovremmo quindi attendere molto a lungo che questi sistemi facciano la loro comparsa in strada.

   Se poi si considerano i sistemi sterzanti «steer by wire», si può dire che la loro introduzione presupponga un vero e proprio atto di fede da parte del pubblico. Inoltre, perché il loro uso sia possibile, sarà necessario emendare l’attuale regolamento ECE79 sulle Norme di Sicurezza dei Veicoli, che richiede la presenza di un collegamento meccanico tra volante e ruote anteriori. In un impianto frenante, si potrebbe sostenere che il segnale di «freno attivato» sia una condizione sicura, ma quando si tratta dello sterzo una condizione corrispondente non esiste.

   Eppure, i vantaggi dello «steer by wire» sono notevoli. In normali sistemi sterzanti, esistono solamente tre posizioni in cui le ruote ruotano liberamente, senza spostamenti in senso laterale: quando sono dritte in avanti oppure quando assumono un determinato angolo verso destra o sinistra. Se invece ciascuna ruota sterzante (e non è detto che siano solo quelle anteriori) è comandata mediante un motore elettrico separato, e c’è una unità di controllo che reagisce a ciascuna combinazione di velocità, sbandamento ed accelerazione, è possibile mantenere una perfetta geometria di Ackermann (vale a dire rotazione senza spostamento laterale) su tutta la gamma di sterzo, a prescindere dalla velocità del veicolo e dalla forza sviluppata in curva.

Conforto e sicurezza

Altri sistemi prevedono un solo attuatore, al quale le ruote sono collegate meccanicamente. In entrambi i casi, il collegamento con i sistemi di sicurezza e di stabilizzazione telaio risulta relativamente semplice ed è possibile realizzare automobili la cui guida sia più confortevole e sicura.

   L’industria aerospaziale ha dimostrato che i sistemi «by wire» possono essere resi estremamente affidabili. I segnali vengono triplicati, confrontati costantemente e, in caso di disaccordo, si segue il principio «la maggioranza vince».

   Due recenti sviluppi sono sintomatici della volontà del settore automobilistico di applicare le tecnologie «drive by wire». Il sistema ibrido di sterzo «by wire» della tedesca ZF incorpora un backup idraulico che subentra in caso di avaria dei sistemi elettronici. Il vantaggio è che si elimina il piantone di sterzo e lo si sostituisce con un «link idraulico» permanente, che però in casi normali non viene usato.

   L’altro sviluppo è la tecnologia Quadrasteer della Delphi. Questo sistema, che oggi è già disponibile e del quale si prevede l’applicazione in un autocarro nel 2002, è un vero sistema «by wire» per il controllo elettronico della direzione delle ruote sull’assale posteriore. Esso opera in due modalità. Alle basse velocità, le ruote posteriori sterzano in senso opposto rispetto a quelle anteriori, riducendo il raggio di sterzata del veicolo. A velocità maggiori, le ruote sterzano tutte nella medesima direzione, il che permette di aumentare notevolmente la stabilità del veicolo in manovre brusche come i cambi improvvisi di corsia.
   Inoltre, l’azienda sta sviluppando un sistema elettronico che permetterà una correzione di 3 gradi dell’angolazione delle ruote anteriori, a prescindere dai segnali provenienti dal guidatore, per compensare sovra e sottosterzo, venti laterali e fondi stradali sdrucciolevoli.
   
Le massicce attività di ricerca e sviluppo oggi dedicate a sistemi di questo tipo lasciano intuire che è solo questione di tempo. E l’attesa non sarà molto lunga.

Roger Bishop  

Redattore di European Automotive Design  

Illustrazione Peter Varhelyi