Samochód bez kolumny kierowniczej. Kierownicę z kołami łączą tylko przewody. Przerażające?

Nowa Toyota bZ4X oraz jej konstrukcyjny bliźniak, Lexus RZ, mogą być na życzenie klienta pozbawione czegoś, bez czego większość z nas nie wyobraża sobie jazdy. Tym czymś jest kolumna kierownicza.

Jak skręca samochód? No, normalnie – można by powiedzieć. Skręca się kierownicą, to powoduje że odpowiednio obraca się kolumna kierownicza (nie cała, bo to nie jest byle pręt – ale wiecie o co chodzi), i to powoduje ruch przekładni kierowniczej, drążków kierowniczych, końcówek drążków, i wreszcie skręt kół. Może i nie jest to rozwiązanie wieczne, może i potrafi się zużyć i zepsuć… ale ma tę zaletę, że jest. A układ kierowniczy nie jest czymś, gdzie większość z nas równie chętnie widziałaby w zamian tylko kilka przewodów i silniki elektryczne.

Ale Toyota mówi, że to nonsens. Kolumna kierownicza może być nieobecna w modelu bZ4X

Ta sama uwaga dotyczy niedawno zaprezentowanego Lexusa RZ, który pod względem technicznym jest niemal identyczny z Toyotą. Póki co wygląda jednak na to, że taki stan rzeczy nie nastąpi w ostatnim spośród elektrycznych trojaczków, którym jest Subaru Solterra.

Dlaczego tak? Z prostego powodu: Toyota i Lexus będą opcjonalnie dostępne z rodzajem wolantu (z braku lepszego słowa musicie mi wybaczyć to zapożyczenie z lotnictwa), tzw. yoke, zamiast tradycyjnej, okrągłej kierownicy.

I tylko w autach wyposażonych w yoke kolumna kierownicza się nie pojawi (pierwsze doniesienia mówiły, że układ typu steer-by-wire znajdzie się także w autach z tradycyjną kierownicą). Subaru póki co nie wspomina nic nt. planów wprowadzenia wolantu do Solterry, więc kolumna kierownicza powinna być obecna we wszystkich egzemplarzach auta spod znaku Plejad.

Układ steer-by-wire nie jest zupełną nowością w motoryzacji. Pierwszym modelem produkcyjnym, który skorzystał z takiego rozwiązania, było Infiniti Q50 z 2013 r. Tyle tylko, że tutaj fizyczne połączenie kierownicy z kołami mogło w razie potrzeby zaistnieć – gdyby elektronika zawiodła, specjalne sprzęgło mogło przywrócić sterowność pojazdu, łącząc poszczególne części układu kierowniczego.

Później Infiniti z tego rozwiązania zrezygnowało, prawdopodobnie zniechęcone niepochlebnymi komentarzami. Powrócono do konwencjonalnych, przyjemniejszych w użytkowaniu układów kierowniczych, a poza Q50 żaden inny model nie doczekał się takiego elementu wyposażenia jak opisany wyżej.

Co daje steer-by-wire, czyli brak fizycznego połączenia kierownicy z kołami?

Zalet jest kilka, przynajmniej w teorii. Zwykle na pierwszym miejscu wymienia się choćby brak wpływu stanu nawierzchni na odczucia kierowcy – można jechać po polskiej przerażająco dziurawej drodze i tego nie czuć „w rękach”. Kij ma jednak dwa końce – osoby, które jeździć po prostu lubią, zwykle wcale nie chcą zupełnej izolacji kierownicy od stanu drogi. Z tego powodu w steer-by-wire stosuje się szereg czujników i silniczków elektrycznych, które mają – na podstawie bieżącej oceny nawierzchni – przekazać odpowiednie odczucia kierowcy. Oczywiście ze wskazaniem na te dobre odczucia, a nie jakieś łupanie i trzęsienie wywołane najechaniem na zapadniętą studzienkę kanalizacyjną.

Czytaj również: Downsizing w dobrym wydaniu. Silniki 0.9 i 1.0 TCe z Renault zbierają pozytywne opinie

Układy tego typu są też w stanie bardzo szybko reagować nie tylko na zmieniające się warunki drogowe, ale i na zachowanie kierowcy – od zmiany trybu jazdy począwszy, aż po reagowanie na zmianę stylu jazdy. No i jest jeszcze kwestia, którą Toyota podkreśla szczególnie mocno – w bZ4X (i w Lexusie RZ) z wolantem będzie trzeba go obrócić zaledwie o 150 stopni, by wykonać pełny skręt kół.

Z pewnością nie trzeba się będzie przy tym obawiać nerwowych reakcji samochodu podczas szybszej jazdy – spodziewam się, że steer-by-wire będzie działać w taki sposób, by ograniczyć wtedy stopień skrętu.

Nie do przecenienia jest fakt, że jeden układ może pracować w zupełnie różnych pojazdach – wystarczy zmiana parametrów pracy. Samochód osobowy? Sportowy? Dostawczy? Nie ma problemu!

Ale coś mi się wydaje, że tradycyjna kolumna kierownicza nie podda się bez walki

Powiem więcej – uważam, że odejdzie ona do lamusa w dokładnie tej samej chwili, co steer-by-wire, czyli wtedy, gdy upowszechnią się pojazdy w pełni autonomiczne, bez możliwości ręcznego sterowania. Czyli za jakiś milion lat i to tylko w niektórych miejscach na tej planecie. Tym bardziej, że powszechnie stosuje się kilka rodzajów układów kierowniczych, każdy jest dopracowany w najmniejszym szczególe i sprawdza się w innych zastosowaniach.

Pierwszy rodzaj prawdopodobnie masz w swoim aucie – to zębatkowy układ kierowniczy

Często jest nazywany „maglownicą”. Jest to rozwiązanie zdecydowanie najbardziej popularne w samochodach osobowych i co do zasady działania proste jak konstrukcja cepa. Spójrzcie na schemat:

Jak wspomniałem na początku, kolumna kierownicza nie jest zwykłą rurą czy prętem, ale na potrzeby zrozumienia zasady działania układu kierowniczego można jej rolę do tego sprowadzić. Nawet nie bardzo jest tu co tłumaczyć, przejdźmy może zatem do wad i zalet zębatkowej przekładni kierowniczej.

Po stronie zalet należy zapisać kompaktową budowę i bardzo wysoką sprawność układu. Co więcej, maglownice zapewniają dużą precyzję działania. Za największą wadę uważa się przenoszenie większości sił z układu kierowniczego na kierownicę.

Kolejne rozwiązanie to układ kierowniczy z przekładnią ślimakową

Także spotykany jest w autach osobowych, ale głównie tych starszych – od latach 70. XX w. producenci zaczęli coraz chętniej stosować przekładnie zębate. Układy kierownicze zbudowane na bazie przekładni ślimakowej znajdziemy jednak nawet w autach produkowanych w XXI w., jak choćby w Oplu Omedze.

Kolumna kierownicza zakończona jest ślimakiem, który współpracuje ze ślimacznicą (kołem zębatym o charakterystycznym uzębieniu, jak widać na powyższej animacji). Ta współpracuje z kolei z ramieniem przekładni kierowniczej oraz mechanizmem zwrotniczym. Wariacje bywają różne, ale mają jedną cechę wspólną: jest to układ bardziej skomplikowany w budowie niż układ kierowniczy z przekładnią zębatą, a większa liczba elementów oznacza większe ryzyko wystąpienia luzów. Niższa jest również precyzja kierowania pojazdem.

Po stronie zalet można zaliczyć możliwość przenoszenia dużych obciążeń (układów kierowniczych z przekładniami ślimakowymi do dziś używa się m.in. w ciężarówkach) i minimalne (czy wręcz wyeliminowane) przenoszenie niepożądanych sił na kierownicę.

Jednym z rodzajów przekładni ślimakowej jest przekładnia globoidalna, w której ślimak ma kształt dopasowany do ślimacznicy. Dzięki większej powierzchni dolegania, możliwe jest rozłożenie obciążenia na większą liczbę zębów, poza tym zmniejsza się tu tarcie ślizgowe. Przekładnie globoidalne wymagają znacznie większej precyzji podczas produkcji i montażu, ale zapewniają wyższą sprawność od typowych przekładni ślimakowych walcowych.

Są jeszcze układy kierownicze współpracujące z przekładniami śrubowymi

A właściwie śrubowo-kulkowymi, ze względu na ograniczenie oporów ruchu (współczynnik tarcia tocznego jest znacznie niższy od współczynnika tarcia ślizgowego). Tego rodzaju przekładnie przypominają zwykłe walcowe przekładnie ślimakowe, ale końcówka wałka kolumny kierowniczej współpracuje z nakrętką, na którą ruch jest przenoszony właśnie dzięki kulkom łożyskowym. Dalej nakrętka przenosi ruch na wycinek zębaty, a ten – na dalsze elementy układu kierowniczego. Zalety i wady tego rodzaju układów kierowniczych są zbliżone do tych w układach korzystających z przekładni ślimakowych.

Jak widzicie, żadne z tych rozwiązań nie jest idealne

Problem w tym, że ta uwaga dotyczy też układów steer-by-wire. Jasne, stwierdzenie że kolumna kierownicza nam się już nie przyda to jest jakaś nowość. Tylko czy tego rodzaju nowość faktycznie nas dokądś zaprowadzi, czy pozostanie tylko sztuką dla sztuki i pokazem możliwości, o którym po latach będą pamiętać tylko automaniacy?

Zobaczymy. Ja, jeśli nawet miałbym kupić Toyotę bZ4X lub Lexusa RZ, to jednak wolałbym tradycyjną kierownicę, z tradycyjnym układem kierowniczym.