Katsaus tekniikkaan: näin toimii aktiiviohjaus

Muuttuvaa ohjausvälitystä tarkoittava aktiiviohjaus on tehnyt tuloaan toista vuosikymmentä.

Moottori koeajoi äskettäin melko makean Audi S5 Coupén. Runsaasti varustellun koeajoauton lisävarustelistalta löytyi kalliimman pään autoissa vuosituhannen alusta asti ajoittain nähty varuste: aktiivinen ohjaus.

Aktiivista ohjausta nimitetään myös dynaamiseksi ohjaukseksi. Nimestä riippumatta kyse on ohjauksesta, jossa ohjausvälitystä muokataan ajotilanteen mukaan.

Kaupunkiajossa välitys tehdään nopeaksi, joten kadunkulmissa tai pysäköidessä ohjauspyörää ei tarvitse kääntää montaa kierrosta. Nopeuden noustessa välitystä lasketaan, ja moottoritieajossa voidaan auton käytöstä vakauttaa todella hitaalla ohjauksella.

Mekaniikka takaa turvallisuuden

Valtaosa muuttuvista ohjausvälityksistä toteutetaan mekaanisin ratkaisuin. Ohjauspyörästä on mekaaninen yhteys etuakselille, ja järjestelmä korkeintaan muokkaa kuljettajan käskyjä. Vikatilanteessa järjestelmä kytkeytyy pois päältä, ja auto ohjautuu perinteisten järjestelmien tavoin.

Hyvä esimerkki toiminnasta on koeajetussa S5:ssä ollut Audi Dynamic Steering. Ohjausakselilla sijaitsee tieteiskuvitelmalta kuulostava superpositiovaihde.

Yksinkertainen on monimutkaista

Monimutkaisen kuuloinen järjestelmä on komponenteiltaan varsin yksinkertainen: ohjauspyörän akseli kiinnittyy ohueen hammaskehään, jonka hampaat koskettavat suurta sisähammastettua pyörää, joka välittää ohjausliikkeet etupyöriä ohjaavalle hammastangolle. Muuttuva välitys tehdään elliptisellä sisäpyörällä, jota liikuttamalla muutetaan hammaskehän ja sisähammastetun pyörän kosketuskohtaa.

Audi on tehnyt tekniikkasivuilleen asiaa selventävän videon:

https://youtu.be/djRxZFc8cvw

Monimutkainen järjestelmä on lopulta varsin yksinkertainen ja erittäin turvallinen. Oikein mitoitetut hammastukset kestävät käytännössä ikuisesti, joten ainoat vikakohteet ovat ellipsiä pyörittävä sähkömoottori sekä anturit. Sähkövian tapahtuessa järjestelmän aktiivisuus häviää, mutta auton ohjautuvuus säilyy hammaspyörien mekaanisen kosketuksen ansiosta.

Toimivuus on säätökysymys

Koeajetussa Audi S5:ssä järjestelmä toimii taustalla käytännössä huomaamatta. Se ei ole selvyys, sillä ohjauksen välityssuhteen luonnollinen muuttuminen erilaisten ajonopeuksien ja tapahtumien pohjalta vaatii huolellista ohjelmointia autonvalmistajalta. Huonosti säädetyllä aktiiviohjauksella kuljettaja joutuu jatkuvan korjailun kiroukseen, kun auto ei käänny odotetusti.

Toinen aktiivisten ohjausvälitysten ongelma on mahdollinen ohjaustunnon heikkeneminen. Kuljettaja aistii etupyörien tilannetta ohjauspyörän kautta välittyvien vaimeiden signaalien kuten vaimean värinän tai ohjausvoimien muutosten kautta. Ylimääräisten vaihteiden lisääminen suodattaa entisestään niitä heikkoja viestejä, joita nykyautojen ohjaukset välittävät.

Nelipyöräohjaus syrjäyttää

Viime vuosina autonvalmistajien huomio on kääntynyt nelipyöräohjaukseen. Nelipyöräohjauksella saavutetaan aktiiviohjauksen ominaisuudet: hitaassa vauhdissa takapyöriä käännetään etupyörien vastakkaiseen suuntaan, jolloin auton kääntyvyys tehostuu, ja lisäbonuksena kääntösäde pienenee. Korkeissa nopeuksissa takapyöriä käännetään etupyörien suuntaan, jolloin auto reagoi ohjausliikkeisiin rauhallisemmin. Vaikutus vastaa auton akselivälin muuttumista: hitaassa vahdissa akseliväli tuntuu lyhenevän, korkeassa nopeudessa venyvän.

Nissanin luksusmerkki Infiniti tarjoaa Q50-sedaniin ja Q60-coupéen valtavirrasta poikkeavaa steer-by-wire -ohjausta. Termi tarkoittaa ratkaisua, jossa normaalissa ajotilanteessa ohjauspyörän liikkeet välittyvät etuakselille sähköjohtoja pitkin – aivan kuten tietokoneen rattiohjain ohjaisi sähkömoottoria, joka kääntää eturenkaita.

Järjestelmä mahdollistaa huiman säädettävyyden ohjauksen nopeudelle ja keveydelle, mutta luonnollisuudestaan sitä ei ole kehuttu. Infinitin järjestelmä on mielenkiintoinen kuriositeetti, mutta merkittävää hyötyä siitä ei saada: Infinitissä on varajärjestelmänä mekaaninen ohjaus, joka kytketään kytkimellä käyttöön sähköjärjestelmän vikatilanteessa. Kahden rinnakkaisen ohjausjärjestelmän vuoksi Infinitin ratkaisulla ei saavuteta täyssähköisen ohjauksen mahdollistamaa painonsäästöä tai ohjausakselin poiston tuomaa turvallisuusparannusta.

Teksti: Lauri Ahtiainen, kuvat: Audi, Infiniti ja Lauri Ahtiainen, video: Audi