Nuo elektrinio vairo stiprintuvo iki „steer-by-wire“ sistemų ir pasukamųjų galinių ašių – vairo sistemos tampa vis sudėtingesnėmis mechatroninėmis sistemomis. Apie technologijų raidą, ZF inžinerijos centro Bielsko-Białoje vaidmenį ir iššūkius ieškant inžinierių kalbamės su šio centro direktoriumi Dariusz Walica.

Dariusz Walica, ZF nuotr.

Witold Hańczka: ZF inžinerijos centras Bielsko-Białoje veikia jau daugiau nei dešimtmetį. Kaip, žvelgiant iš žmogaus, čia dirbančio daugelį metų, perspektyvos, ši vieta pasikeitė – darbuotojų skaičiaus, įrangos ir vykdomų projektų apimties požiūriu?

Dariusz Walica: Per tuos metus pasikeitė labai daug. Pradėjome kaip nedidelė komanda, padedanti gamyklai, tačiau jau tada buvo priimtas sprendimas sukurti didesnį padalinį. 2015 m. lapkritį atidarėme inžinerijos centrą, kuris veikia iki šiol. Iš pradžių buvome padalinys, padedantis dideliam inžinerijos centrui Vokietijoje. Ilgainiui vis dėlto įrodėme, kad galime vykdyti projektus kaip beveik savarankiškas centras, bendradarbiaujantis su kitais padaliniais pasaulinėje ZF inžinerijos organizacijoje.

2019 m. pagalbos centras virto daugiadisciplininiu inžinerijos centru, kuriame dirbo jau daugiau nei 100 žmonių. Mūsų kompetencijos gerokai peržengė mechanikos, kuri iš pradžių buvo veiklos pagrindas, ribas. Šiandien užsiimame, be kita ko, elektromechaninių vairo sistemų programine įranga, modeliavimu, prototipų gamyba ir bandymais. Atliekame tiek fizinius, tiek programinės įrangos bandymus. Prie to prisidėjo ir taikomųjų projektų – gaminių pritaikymo konkretiems automobilių modeliams – valdymas. Centro plėtra pranoko pradinius lūkesčius. 2020 m. išsinuomojome papildomų biuro patalpų, o 2022 m. – ir laboratorinių.

Kokį vaidmenį šiandien Bielsko-Białos centras atlieka pasaulinėje ZF struktūroje? Ar vykdote projektus, svarbius pirminei komplektacijai (OE)?

Remiame tiek taikomuosius projektus pirminei komplektacijai, tiek gaminius, parduodamus aftermarket (antrinėje autodalių) rinkoje, kuriems vis dar reikia inžinerinės pagalbos. Mūsų komandos dalyvauja pasaulinės organizacijos darbe. Inžinerijos centrai nėra atskiri padaliniai, kurie savarankiškai vykdo kiekvieną projektą nuo pradžios iki pabaigos. Veikiame pasauliniame kompetencijų tinkle, kuriame atskiros vietos viena kitą papildo.

Mūsų inžinieriai dalyvauja projektuose, susijusiuose su įvairiomis vairo sistemomis, įskaitant „steer-by-wire“. Labai prisidedame prie programavimo, validavimo ir jutiklių kūrimo. Bielsko-Białoje taip pat atliekami darbai, susiję su pagrindinėmis ZF technologijomis.

Kokie buvo svarbiausi vairo sistemų raidos etapai – kurie technologiniai pokyčiai, jūsų nuomone, buvo reikšmingiausi?

Neabejotinai vienas svarbiausių buvo perėjimas nuo grynai mechaninių ir hidraulinių sistemų prie elektrinio vairo stiprintuvo. Didėjantis jutiklių ir programinės įrangos vaidmuo vėliau leido sukurti dar pažangesnius sprendimus, tokius kaip „steer-by-wire“. Elektrinis stiprintuvas daugeliu atžvilgių yra energetiškai efektyvesnis už hidraulinį. Hidraulinė sistema naudoja energiją net tada, kai stiprinimo nereikia, pavyzdžiui, važiuojant greitkeliu. Elektrinėje sistemoje energijos sąnaudas galima sumažinti, kai papildomas stiprinimas nebūtinas.

Elektrinės sistemos taip pat leidžia integruoti daugybę funkcijų, apie kurias vairuotojas ne visada žino. Tai, pavyzdžiui, aktyvus vairaračio grąžinimas į pradinę padėtį, kelio dangos nelygumų poveikio slopinimas ar integracija su vairuotojo pagalbos sistemomis. Kitas žingsnis – „steer-by-wire“, kurią kuriame ir ZF. Toks sprendimas leidžia kur kas plačiau konfigūruoti sistemos charakteristikas programine įranga ir derinti jos veikimą su kitais automobilio vykdomaisiais elementais.

Prisimenu, kad kai pasirodė pirmoji informacija apie „steer-by-wire“, dalis komentatorių baiminosi, jog mechaninės jungties tarp vairaračio ir ratų nebuvimas reikš pavojų gedimo atveju. Ar tie nuogąstavimai buvo pagrįsti?

Tie nuogąstavimai suprantami. Juk vairo sistema yra saugai kritinė sistema. ZF „steer-by-wire“ sprendimuose naudojama fail-operational tipo architektūra, kurios tikslas – išlaikyti sistemos funkcionalumą nepaisant tam tikrų gedimų. Tam taikomas dubliavimas (redundancy), t. y. pasirinktų elementų ir funkcijų pakartojimas. Tai, be kita ko, taikoma vairavimo kampo ir sukimo momento matavimui, taip pat vykdomiesiems elementams.

Dėl to, sugedus vienam iš elementų, sistema gali išlaikyti galimybę valdyti automobilį. Vis dėlto konkreti dubliavimo koncepcija ir sistemos elgsena avarinėje situacijoje priklauso nuo konkretaus pritaikymo ir turi būti validuota konkrečiame serijinės gamybos projekte. Panašus patikimumo užtikrinimo principas žinomas ir aviacijos pramonėje, kur by-wire tipo sprendimai naudojami jau seniai.

Kokie tad yra pagrindiniai „steer-by-wire“ privalumai?

Vienas didžiausių privalumų – konfigūravimo laisvė. Žvelgiant iš automobilio salono dizaino perspektyvos, vairaratis nebeprivalo būti tradicinės apvalios formos. Jis gali įgauti kitokių formų, o automobiliuose, pritaikytuose aukštesniems automatizuoto vairavimo lygiams, gali būti net įtraukiamas, pavyzdžiui, važiuojant greitkeliu.

Mechaninio veleno, jungiančio vairaratį su vairo mechanizmu, nebuvimas gali būti naudingas ir pasyviosios saugos požiūriu. Tam tikrų eismo įvykių scenarijuose tokios jungties atsisakymas leidžia sumažinti sužalojimų, susijusių su jos buvimu salone, riziką.

Be to, „steer-by-wire“ suteikia daugiau laisvės formuojant vairo perdavimo skaičių. Nedidelis vairaračio judesys gali lemti didelį ratų pasukimo kampą, todėl lengviau manevruoti mažu greičiu. Važiuojant didesniu greičiu sistemos charakteristikas galima pritaikyti atsižvelgiant į stabilumą ir važiavimo komfortą.

Naudos gauna ir automobilių gamintojai. Kadangi vairaratis neturi būti mechaniškai sujungtas su vykdomaisiais elementais prie ratų, salono priekinę dalį lengviau pritaikyti skirtingoms rinkoms. Automobiliuose, skirtuose šalims su kairiaeisiu eismu, vairaračio padėtį galima pakeisti nekeičiant visos vykdomosios sistemos prie ratų.

Technologija „Active Kinematics Control“ (AKC) leidžia valdyti galinę ašį. Kuo ZF sprendimas skiriasi nuo panašių anksčiau naudotų sistemų, pavyzdžiui, „Renault Laguna“ ar aukščiausios klasės automobiliuose?

AKC – tai elektroniniu būdu valdoma galinės ašies pasukimo sistema. Mūsų portfelyje yra du sprendimai: su centrine pavara ir su dviem nepriklausomomis pavaromis. Variantas su dviem pavaromis tinka ten, kur montavimo vietos prie galinės ašies yra mažai, pirmiausia sportiniuose automobiliuose. Sprendimas su centrine pavara savo ruožtu naudingas didesnių automobilių, pavyzdžiui, visureigių (SUV), konstrukcijose. Pagrindinis privalumas – mažesnis apsisukimo skersmuo važiuojant mažu greičiu. Važiuojant didesniu greičiu galiniai ratai gali suktis ta pačia kryptimi kaip priekiniai, todėl pagerėja automobilio elgsena greitkeliuose ir automagistralėse.

Galimybė integruoti AKC su kitomis automobilio sistemomis suteikia ir papildomos naudos. Pavyzdžiui, tinkamas valdymas gali padėti sutrumpinti stabdymo kelią ant dangos, kurios sukibimas po kairiaisiais ir dešiniaisiais ratais skiriasi. Sistema taip pat gali padėti stabilizuoti automobilį važiuojant su priekaba.

Svarbus skirtumas, palyginti su senesniais sprendimais, yra ir galinių ratų pasukimo diapazonas. Ankstesnėse sistemose jis buvo apribotas maždaug 3 laipsniais, o šiuolaikiniai sprendimai gali pasiekti 10–12 laipsnių, priklausomai nuo automobilio gamintojo pasirinktos konfigūracijos. Tiekiame visą gaminį kartu su programine įranga ir galimybe ją pritaikyti konkrečiam naudojimui. Variantas su dviem nepriklausomomis pavaromis yra ZF suprojektuotas ir sukurtas sprendimas.

Ar šiandien vairo sistemų raidą pirmiausia lemia komforto ir saugos reikalavimai, ar veikiau ADAS ir automatizuoto vairavimo sistemų plėtra?

Saugą, komfortą, važiavimo dinamiką, ADAS sistemas, automatizuotą vairavimą ir automobilio architektūrą mieliau vertiname kaip tarpusavyje susijusias sritis, užuot vieną iš jų išskyrę kaip svarbiausią.

Taikant tokį požiūrį, svarbų vaidmenį atlieka sisteminė programinė įranga ir galimybė derinti įvairių vykdomųjų elementų darbą. ZF kuria sprendimus, leidžiančius integruotai valdyti vairo ir stabdžių sistemas, pakabą ir pavarą, kad jos kartu veiktų automobilio dinamiką. Konkrečių funkcijų ir naudos apimtis priklauso nuo automobilio architektūros ir nuo to, kaip šie sprendimai įdiegiami.

Bielsko-Białos centrui reikia aukštos kvalifikacijos darbuotojų. Kaip sunku šiandien Lenkijoje rasti inžinierių, turinčių kompetencijų, reikalingų tokioms pažangioms sistemoms projektuoti?

Įdarbinti inžinierius, turinčius tinkamą mechanikos, mechatronikos, elektronikos, programinės įrangos, sistemų inžinerijos ir funkcinės saugos kompetencijų derinį, yra nelengva. Technologijos tampa vis labiau tarpdisciplininės.

Kartu Lenkija turi tvirtą techninio išsilavinimo pagrindą ir vis didėjantį patyrusių automobilių inžinierių būrį. Bielsko-Białoje šių specialistų ugdymą remiame bendradarbiaudami su aukštosiomis mokyklomis. Bendradarbiaujame su vietiniu technikos universitetu, taip pat su Silezijos technologijos universitetu, kuriame vykdome dualinių studijų programas, remiame baigiamuosius darbus, skaitome paskaitas ir siūlome stažuotes. Investuojame ir į savo darbuotojų tobulėjimą. Pažangioms vairo sistemoms reikia ne tik specializuotų žinių, bet ir viso gaminio bei jo sąveikos su automobiliu supratimo.

Ar bendradarbiavimas dualinių studijų srityje leidžia parengti būsimus darbuotojus darbui ZF dar studijų metu?

Dualinės studijos iš tiesų suteikia tokią galimybę. Derinant teorines paskaitas su praktiniu darbu įmonėje, studentas kelerius metus kaupia patirtį dirbdamas su projektais ir susipažįsta su mūsų sistemomis. Jei baigęs studijas jis toliau dirba ZF, jo įsitraukimas į darbą būna gerokai lengvesnis.

Tačiau neapsiribojame vietinėmis aukštosiomis mokyklomis. Įdarbiname ir žmones iš kitų regionų. Bielsko-Biała – patrauklus gyventi miestas, be kita ko, dėl kalnų artumo ir gero susisiekimo su Silezijos aglomeracija bei kitais Vidurio Europos miestais. Tai taip pat padeda pritraukti inžinierių iš kitų Lenkijos regionų.

Pabaigai – klausimas apie jūsų profesinį kelią. Kaip patekote į automobilių pramonę ir kada pirmą kartą susidūrėte su vairo sistemomis?

Tai buvo visiškas atsitiktinumas. Gyvenau ir studijavau ne Lenkijoje. Eidamas pro hidraulika užsiimantį institutą, pamačiau baigiamojo darbo temą, susijusią su vairo sistemomis. Tuo metu tai dar buvo hidraulinės sistemos.

Rašydamas šį darbą, susiradau darbą automobilių pramonėje. Iki 2015 m. dirbau TRW būstinėje Vokietijoje. Vėliau buvau paprašytas vadovauti inžinerijos centrui Bielsko-Białoje ir nuo tada jį čia plėtoju.