מחשמלים את ההיגוי של משאיות

איך מצליחים לייצר היגוי חשמלי ברכב כבד? בניגוד למצב שבו בדרך כלל טכנולוגיות מתחילות את דרכן בפלח השוק הכבד ומשם זולגות לרכבים הקלים, בתחום ההיגוי המצב אחר לחלוטין. מיליוני מכוניות כבר נעות בכבישים עם מערכות היגוי חשמליות, מה שמאפשר לבצע בקלות יתרה 'התערבות כירורגית' ולתקן פעולות היגוי שגויות או מסוכנות.

במשאיות, בשל גודלן ומשקלן, המצב אחר. הכוחות הנדרשים לביצוע משימות ההיגוי והעמידות, הרבה יותר גדולות, ולמעשה עד לאחרונה המשימה הייתה בגדר אתגר. אלא שאז הגיעה הפתעה: אב טיפוס של ReAX EPS, מערכת היגוי חשמלית מבית קונצרן ZF, שמתמחה במערכות היגוי, תמסורת ומערכות נוספות לרכב.

מערכת היגוי הכוח של משאית במשקל כולל של 40 טונות דורשת פי חמישה או שישה מההספק החשמלי הנדרש לרכב מסחרי קל. היחידה פותחה באתר TRW לשעבר בלפאייט, באינדיאנה שבארצות הברית. חברת TRW נרכשה על ידי ZF לפני שלוש שנים.

מערכת ההיגוי של וולוו

משאבה הידראולית שמונעת על ידי מנוע נחוצה למערכת היגוי הכוח ההידראולית. היא 'שואבת' בין אחד ל-20 כוחות סוס, בהתאם לתמרון ההיגוי שמבצעת המשאית ובהתאם לעומס על הסרן. משמעות הדבר היא בהכרח צריכת דלק וזיהום אוויר מוגברים.

למערכת חשמלית טהורה כגון ReAX יש פוטנציאל ניכר לסייע בהפחתת תצרוכת הדלק ברכבים המונעים בדיזל, מלבד התאמתה הברורה למשאיות ואוטובוסים בעלי הנעה חשמלית טהורה.

מערכת ההיגוי הדינמית של וולוו היא מערכת בקרה חשמלית ואלקטרונית עם סיוע כוח הידראולי. וולוו השתמשה בחלק מדגמי המשאיות שלה במערכת המבוססת על סיוע כוח הידראולי מבית ZF, שאליה מתווספת יחידת בקרה אלקטרונית של וולוו. אבל ReAX EPS היא מערכת היגוי חשמלית ראשונה למשאיות כבדות ואוטובוסים.

המנוע החשמלי פועל במתח של 48 וולט ואמור להיות מסוגל לספק מומנט של עד 70 ניוטון מטר. מהנדסי ZF נראים בטוחים שמערכות חשמל במתח 48 וולט ייהפכו לסטנדרט בדור הבא של המשאיות והאוטובוסים, למרות שמהלכים דומים שנעשו בכיוון זה (של 48 וולט) נגנזו.

בכל המשאיות הנוכחיות עם מנועי דיזל בצפון אמריקה יש עדיין מערכות של 12 וולט, ואילו 24 וולט זה הנורמה של רכבים כבדים באירופה ובסין. אבל מכוניות עם קווי הנעה היברידיים (דיזל/חשמל או בנזין/חשמל) בדרך כלל עובדות במתח של 48 וולט.

ב-ZF טוענים שעם היגוי ה-ReAX EPS, החברה מציגה אב טיפוס חדשני למערכת היגוי לרכב מסחרי, שיכול לפשט ולהאיץ את התקדמות החשמול בפלח השוק של כלי הרכב המסחריים, פעולות היגוי באמצעות חשמל (steer-by-wire) ושימוש במערכות אספקת חשמל ברכב במתח של 48 וולט.

מבחני התפעול הראשונים מלמדים שמערכת ReAX EPS פועלת ביעילות יותר מהמערכת האלקטרו-הידראולית המתקדמת ביותר ש-ZF הוציאה עד כה. המערכת גם שוקלת הרבה פחות. היחידה הקומפקטית מותירה שטח התקנה רב יותר ברכב, ויש בכך יתרון בהתקנה של מערכות אחרות, כגון קווי הינע ומודולים חשמליים, אשר מתקשרים עם מערכת ההיגוי החדשה. אפשר להשתמש ב-ReAX EPS עם פונקציות נהיגה אוטומטיות, שכן היא משלבת יחידות בקרות אלקטרוניות המאפשרות כניסות ממצלמות, מכ"ם ונתוני רכב אחרים.

הפקת ReAX EPS יועדה לשנת-2022. בינתיים חלק ניכר ממשימות המחקר והפיתוח יתמקד בבדיקות עמידות של ההיגוי החשמלי. המהנדסים אינם נדרשים להתמודד עם בעיות נזילות, שהן לעיתים קרובות עקב האכילס של מערכות היגוי כוח הידראוליות.

מהנדסי ZF מודים שהם עדיין לא יודעים איזה חלק במערכת ההיגוי החשמלי יהיה הראשון שיתבלה, ובוחנים את ההגה החדשני בסדרת מבחנים מפרכים.

לסקניה מערכת חשמלית לסיוע בהיגוי

לסקניה, כמו לכל המתחרות בענף, אין עדיין הגה חשמלי מלא. עם זאת חטיבת המשאיות של החברה השיקה את EAS, מערכת חשמלית שמיועדת לסייע לנהג בפעולות ההיגוי. המערכת, שמוצעת בשלב זה כאופציה, מקלה על הנהג, משפרת את חוויית הנהיגה ומאפשרת מערכות תמיכה חדשות לנהג. כל התכונות האלו יסייעו בהפחתת העומס על הנהגים, יקטינו את העייפות ויסייעו בהפחתת תאונות דרכים.

הסיוע בהיגוי יקל על הנהג בנסיעה ובהשתלבות בכבישים מהירים עמוסים. מערכת EAS מבוססת על פונקציות ADAS (Advanced driver-assistance systems), כלומר היא פעילה במהירות הגבוהה מ-60 קמ"ש. בסקניה מדגישים שגם עם הסיוע, ולמרות פונקציות הנוחות והבטיחות, נהגים עדיין חייבים להשאיר את ידיהם על ההגה בכל הנסיעה.

מערכת EAS של סקניה היא אלקטרו-הידראולית, תלויה במהירות ומציעה פונקציונליות כמו החזרה אקטיבית של ההגה ופיצוי בהיגוי עקב רוחות צד חזקות. אלגוריתם הבקרה משקלל כל הזמן משתנים, בהם מהירות ותנועת הרכב, כדי להבטיח שמומנט ההיגוי יהיה תמיד פרופורציונלי להתנגדות שמגיעה מהגלגלים. בעזרת ההיגוי האלקטרו-הידראולי, גלגל ההגה חוזר למצב מיושר בעצמו. תכונה זו מועילה במיוחד בעת נסיעה לאחור.

אפשר להזמין משאיות של סקניה עם מערכת EAS וכמה מערכות תמיכה חכמות נוספות. סקניה מאגדת את המערכות האלו בשלוש חבילות, הנקראות זיהוי, מניעה ונוחות. רוב הפונקציות יכולות להיות מופעלות או מבוטלות על ידי הנהג. לחלק מהמערכות יש גם יישומים פונקציונליים החופפים לאלו של מערכת אחרת, והדבר מאפשר ללקוח לבחור טוב יותר את המערכת שמתאימה לצרכיו.

מערכות המבוססות על EAS חולקות לוגיקת אזהרה משותפת עם רמות הפעלה שונות כגון התרעה קולית, התרעה ויזואלית, ובמקרים מסוימים - היגוי פעיל של המשאית.

אלו הן המערכות של שלוש הפונקציות החדשות (זיהוי, מניעה ונוחות) להעצמת הנוחות או הבטיחות:

* שמירה על נתיב הנסיעה LKA (Lane Keep Assist): המערכת עוקבת כל הזמן אחר סימני הנתיב כדי לשמור על הרכב במרכז נתיב הנסיעה על ידי שימוש בהיגוי פעיל. המערכת מספקת תמיכה כאשר היא מופעלת ותנאי ההפעלה מתקיימים (מהירות של לפחות 60 קמ"ש).

* אזהרת סטייה מנתיב עם היגוי פעיל LDW AS: זו הרחבה של פונקציית LDW הסטנדרטית. המערכת לא רק מגלה סטייה פוטנציאלית מנתיב הנסיעה, אלא גם מתערבת על ידי היגוי הרכב והסטתו בחזרה לנתיב. המערכת אינה מופעלת כאשר הנהג מאותת על כוונתו לפנות.

* מניעת התנגשות בשינוי נתיב - LCP: המערכת פועלת עם מערכת אזהרת שדה הראייה המת של סקניה, כדי למנוע שינוי נתיב לא מתוכנן. כאשר מערכת שדה הראייה המת (BSW - Blind Spot Warning) מגלה רכב, מערכת LCP משתמשת בהיגוי פעיל כדי לעצור את שינוי הנתיב (גם אם פנסי החיווי מופעלים) ולהשאיר את המשאית בנתיב שלה.

בסיכומו של דבר, מערכת EAS עשויה לתרום רבות לנהג המשאית מהבחינות של נוחות, הפחתת גורמי לחץ ועייפות ובמניעת תאונות דרכים.

בוש: היגוי הידראולי וחשמלי

Servotwin היא מערכת היגוי אלקטרו-הידראולית של בוש, המשלבת נוחות היגוי ופונקציות סיוע לנהג. המערכת מכוונת לנהיגה אוטומטית, מורכבת ממערכת היגוי הכוח המוכרת RB-Servocom, בשילוב מנוע חשמלי שכולל יחידת בקרה ותיבת הילוכים חלזונית.

מערכת היגוי הכוח ההידראולית מספקת את מרבית הכוח להפעלת ההיגוי. תכנונה מבוסס על העיקרון שלפיו פועלת מערכת היגוי הכוח ההידראולית הקלסית. מעגל שמן וצילינדר מספקים את סיוע ההיגוי ההידראולי לתנועות ההגה של הנהג.

באמצעות המנוע החשמלי והממסרת החלזונית אפשר להחיל סיבוב נוסף בנקודת הכניסה של ה-RB-Servocom, בד בבד עם מומנט ההיגוי. באופן זה אפשר לשנות את הכוח הידני הדרוש להיגוי בהתאם למצב הנהיגה. החיבור המכני מההגה אל מצמד ההיגוי נשמר. תנועת סיבוב של ההגה ורגע ההיגוי המופעל מורגשים על ידי חיישני זווית ומומנט, ומועברים ליחידת הבקרה האלקטרונית המשולבת (ECU).

יחידת הבקרה מקבלת נתונים נוספים על הרכב, כגון מהירות ועומס, ובסופו של דבר ECU קובעת את מומנט ההיגוי הנוסף הנדרש ומפעילה בהתאם את המנוע החשמלי.

בהתאם למצב הנהיגה הספציפי, המנוע החשמלי מסייע לתנועת ההיגוי על ידי הוספה (או הפחתה) של תנועת היגוי, המייעלת באופן אלקטרוני את תהליך תנועת ההיגוי. זו מתבצעת על ידי הוספה או הפחתה של מומנט ההיגוי, ובאופן זה מייעלת אלקטרונית את תהליך ההיגוי.

אפשר להתאים את תחושת ההיגוי לנהג בכל עת באמצעות תנועת ההיגוי הנוספת הנוצרת. כדי להגן על מערכת ההיגוי מפני עומס יתר, אפשר לתכנת עצירה אלקטרונית באופן חופשי כאשר הגלגלים מסובבים למצב נעילה מלאה.

מלבד פונקציות נוחות ופונקציות סיוע לנהג (למשל פיצוי רוח צידית, פונקציית שמירת נתיב, סיוע בפקקים), Servotwin של בוש מאפשרת פונקציות נהיגה אוטומטיות ברכבים מסחריים כבדים על ידי חיבור מערכת ההיגוי לכל המערכות האלקטרוניות שעל הלוח.

יש לציין שבוש חברה ליצרנית המשאיות ניקולה, לפיתוח משאית העתיד המונעת באמצעות תאי דלק (מימן המשמש להפקת אנרגיה חשמלית נקייה). במפעל החברה בפניקס שבאריזונה נבנות כיום שלוש משאיות. דגמי הייצור הראשונים אמורים להגיע לקראת סוף שנת 2022. שני הדגמים הראשונים מיועדים לשוק האמריקני, והדגם השלישי, Nikola Tre, עם תא נהג מעל המנוע, צפוי להגיע לשוק האירופי בשנת 2023. שלושת הדגמים בנויים על גרסאות של אותה פלטפורמה.

הגה הכוח החשמלי של ניקולה הוא תרומה נוספת של בוש ואחד הראשונים על משאיות כבדות (קטגוריה 8 בארצות הברית). אלה תכונותיו: מאפשר נהיגה אוטומטית למחצה, חיסכון בדלק והפחתת זיהום אוויר, החזרת הגה פעילה, סיוע בהיגוי כתלות במהירות הרכב, שיכוך מהיר וטוב של ההיגוי בעת שהרכב נוסע בתוואי תשתית באיכות ירודה, מערכת חשמלית קלת משקל ומודולרית.

אפשרויות ביצוע: סרן עם היגוי במשקל שבין 5,500 ל-8,500 ק"ג, מומנט הידראולי בין 7,050 ל-8,294 ניוטון*מטר, לחץ שמן מרבי: 185 באר, משקל נטו: 49 ק"ג.

קישור לסרטון של בוש