Con la definizione "sistema steer - by - wire" si indica un sistema di controllo della traiettoria di un veicolo terrestre basato sul controllo elettronico di azionamenti automatici.

Introduzione

Con la definizione "sistema steer - by - wire" si indica un sistema di controllo della traiettoria di un veicolo terrestre basato sul controllo elettronico di azionamenti automatici.

Un sistema di questo tipo è inquadrato nella più ampia ottica dei sistemi

" drive - by - wire", ovvero tutti quei sistemi elettronici di controllo delle funzioni primarie del moto di un veicolo terrestre (combustione del motore, frenatura, sterzata, sospensioni, accensione, etc.)

I sistemi "drive - by - wire" devono il loro nome e i loro principi tecnici agli ormai noti e applicati sistemi "fly - by - wire", chiamati in gergo

"pilota automatico", che sono utilizzati da decenni su tutti i tipi di velivoli per controllare il moto degli aerei in particolari condizioni di viaggio.

Fino a pochi anni fa sistemi di guida automatica o anche solo assistita di veicoli avevano trovato uno sbocco applicativo solo nel settore militare o nella robotica.

Ultimamente invece, grazie soprattutto allo sviluppo dell'elettronica e dei calcolatori elettronici che ha permesso di disporre di dispositivi molto efficienti a basso costo, anche nel settore dell'automotive di serie si è assistito ad un incremento costante degli apparati elettronici di bordo e quindi della presenza di sistemi di assistenza alla guida sempre più complessi e con ruoli sempre più rilevanti: si è passati dall'apertura automatica dei finestrini e delle portiere fino alla gestione dell'iniezione, della frenata (ABS), della trazione e della sterzata (servosterzo, idroguida).

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Un importante punto di svolta lo si è avuto nella metà degli anni '90, quando sistemi elettronici di controllo della trazione, della frenata, dell'iniezione e del meccanismo del cambio sono stati pesantemente introdotti nel campo delle competizioni sportive. Proprio l'utilizzo e lo sviluppo della tecnologia in questo settore ha permesso da un lato di renderla più affidabile e performante, dall'altro di renderla nota al grande pubblico, vero grande motore dell'evoluzione del mercato automobilistico.

Tra tutti i settori applicativi del drive - by - wire nell'autoveicolo, la

sterzata è senz'altro quello più delicato: da un lato un errore o un collasso

del sistema del controllo porterebbero ad essere l'auto completamente

incontrollabile, con ovvie conseguenze sulla sicurezza del pilota e dei

passeggeri; dall'altro, anche rendendo il sistema sicuro si deve fare i conti con i sentimenti del mercato, perché ancora pochi guidatori si lascerebbero privare totalmente del piacere della guida dell'automezzo a vantaggio della comodità. Un altro possibile passo in avanti sarebbe poi l'eliminazione delle connessione meccaniche tra il volante e le ruote, che i crash - test dimostrano essere tra i pericoli maggiori in caso di urto frontale per la penetrazione all'interno dell'abitacolo, a meno di progettazioni particolari che però limitano molto l'efficienza del design del telaio.

Si noti come queste evoluzioni del sistema di guida non cambino nella sostanza il rapporto tra mezzo e pilota, che resterebbe comunque il governatore principale della traiettoria e manterrebbe lo stesso tipo di feeling con il moto del mezzo.

Queste possibili evoluzioni della gestione della guida di un autoveicolo di serie saranno le tematiche trattate nel seguito.

Il problema dello steer - by - wire verrà diviso in tre fasi, intrinsecamente correlate l'una all'altra.

Nella prima parte sarà dedicato ampio spazio alla dinamica del veicolo.

Oltre infatti a formulare un modello matematico che rappresenti il veicolo dal punto di vista dinamico per poterlo utilizzare nel controllo, saranno trattate problematiche più strettamente connesse con la parte progettuale dell'automobile. E' infatti auspicabile formarsi una conoscenza, anche solo generale, del comportamento del sistema che ci si appresta a controllare nel suo complesso, soprattutto quando esula dalla materia classica di studio di ingegneri elettrici ed elettronici e presenta aspetti molto delicati per la stabilità della dinamica e, più a valle, per la sicurezza delle persone.

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Nella seconda parte si tratteranno rapidamente le varie forme di controllo sviluppate per sistemi steer - by - wire, rifacendosi ai modelli sviluppati nella prima parte. La trattazione sarà limitata per non cadere in inutili generalizzazioni a sistemi da implementare eventualmente su normali autovetture da turismo di serie. In particolare, verrà esaminato l'approccio di J. Ackermann al controllo della traiettoria del veicolo tramite la velocità di imbardata, uno dei primi effettuati in questa innovativa materia di studio, e le sue possibili migliorie. Poi si darà accenno a sistemi più complessi e senz'altro più efficaci sia dal punto di vista delle prestazioni che della sicurezza, come quelli che utilizzano osservatori di stato o quelli che utilizzano forme di controllori adattativi.

Nella terza parte infine si entrerà nel merito degli azionamenti da utilizzare per controllare un eventuale sistema steer - by - wire controllato in uno dei modi proposti precedentemente.

In particolare si concentrerà la trattazione sullo studio degli attuatori, a

partire dal punto di vista dinamico e dell'impatto sul controllo. Verranno

analizzate qualitativamente le specifiche richieste ed esaminati gli

esempi di attuatori che possono soddisfarle al meglio, anche rifacendosi

a soluzioni che hanno già trovato ampio uso nel settore automotive per

problematiche simili. Verranno anche descritti certi dettagli costruttivi e

il funzionamento di particolari attuatori evoluzione dei motori elettrici

più classici, come gli attuatori a rotazione o gli attuatori lineari.