Steer-by-wire řízení - Technotrade

Steer-by-wire řízení

Technologie steer-by-wire představuje moderní způsob ovládání natáčení kol, náprav nebo zalomení stroje, při němž se zcela vynechává tradiční mechanická či hydraulická vazba.

Od letectví k moderní off-highway technice

V případě řešení steer-by-wire nenajdete mezi volantem a koly žádný hřídel řízení ani hydraulické hadice, veškeré povely se přenášejí výhradně prostřednictvím digitálního elektronického signálu („po drátě“). V Technotrade toto pokročilé řešení úspěšně integrujeme do nejrůznějších typů mobilních strojů.

Původně byl koncept ovládání „by-wire“ vyvinut pro letecký průmysl (známý jako fly-by-wire), kde postupně nahradil těžké mechanické systémy táhel a lan. Své uplatnění následně našel v automobilovém průmyslu a v posledních letech se stává standardem u moderních pracovních strojů, zemědělské techniky a manipulačních vozíků.

Jak systém steer-by-wire funguje v praxi?

Architektura celého systému se skládá ze tří hlavních částí:

  1. Snímače a ovládací prvky: Pohyb řidiče (otočení volantu, vychýlení joysticku) je okamžitě zaznamenán citlivými senzory, které mechanický pohyb transformují na digitální data.

  2. Řídicí jednotka (ECU): Mozek systému zpracovává data z ovládacích prvků, vyhodnocuje aktuální rychlost či chování stroje a kalkuluje optimální úhel natočení.

  3. Akční členy (Aktuátory): Výkonné elektrické motory nebo elektrohydraulické ventily na základě pokynů z ECU fyzicky otočí koly nebo zlomí rám stroje.

Hlavní výhody pro konstruktéry i operátory

  • Maximální flexibilita zástavby: Absence pevných mechanických vazeb uvolňuje konstruktérům ruce. To je klíčové zejména u strojů s otočnými či naklápěcími kabinami, kde by bylo vedení klasické hřídele extrémně komplikované.

  • Špičková ergonomie a komfort: Do kabiny a k rukám operátora se nepřenášejí žádné rázy ani vibrace od kol a terénu. Jako ovládací prvky lze navíc využít nejen klasické elektronické volanty, ale také ergonomické CAN joysticky, pedály nebo dálková rádiová ovládání.

  • Dynamické nastavení parametrů: Chování řízení lze softwarově měnit v závislosti na režimu práce. Například zvýšit citlivost při pomalém manévrování na místě a naopak ji snížit při rychlém přejezdu.

  • Základ pro autonomní řízení: Digitální povely přenášené softwarově zcela odstraňují omezení daná fyzickým pohybem mechanických pák. Plnohodnotné steer-by-wire řízení je proto nezbytnou vstupní podmínkou a základním předpokladem pro integraci jakýchkoli pokročilých automatizačních systémů a autonomních funkcí stroje.
  • Bezpečnost na prvním místě: Moderní steer-by-wire systémy splňují nejpřísnější bezpečnostní normy (např. SIL2). Bezpečnost je zajištěna architekturou s vysokou úrovní redundance. Kritické senzory, kabeláž i řídicí obvody jsou zdvojené, aby byla zaručena stoprocentní spolehlivost i při výpadku některé z komponent.

Tři varianty konfigurace řízení

V praxi se u mobilních strojů setkáváme se třemi základními přístupy k architektuře řízení, přičemž v Technotrade dokážeme realizovat jakoukoli z nich podle požadavků aplikace:

  1. Hydraulické řízení: Klasické konvenční řešení využívající standardní orbitroly.

  2. Elektrohydraulické řízení: Pokročilý přístup kombinující hydrauliku a elektroniku. Může mít podobu systému se zachovaným nouzovým volantem (využívající jednotky Danfoss OSPE a OSPED), nebo podobu čistého elektrohydraulického řízení bez volantu.

  3. Plně elektrické řízení: Systém vyvinutý primárně pro elektrifikované a plně autonomní platformy bez hydraulických okruhů.

Odlišné technologie pro různé typy strojů

Naše steer-by-wire systémy navrhujeme na míru konkrétnímu stroji, jeho hmotnosti a energetickému konceptu. Podle těchto požadavků volíme jednu ze dvou hlavních technologických větví, které staví na špičkových komponentech od předních výrobců:

  1. Elektrohydraulická řešení (pro těžké stroje): Kde je vyžadována obrovská síla, využíváme výkon hydrauliky řízený špičkovou elektronikou. Základem těchto systémů je elektrohydraulický ventil Danfoss EHi ovládaný inteligentním bezpečnostním aktuátorem PVED-CLS. Tento klíčový rozhodovací člen, který zajišťuje bezpečnostní logiku v každém steer-by-wire systému, běžně aplikujeme také na kombinovaná řízení s jednotkami řady OSPE a OSPED.

  • Naše reference: Toto robustní řešení jsme úspěšně realizovali například u několika modelů těžkých lesních traktorů pro hladké zvládání náročného zalamování v terénu nebo u samojízdného zemědělského postřikovače s přesným natáčením všech čtyř kol.

Poměrně ojedinělou dodatečnou integraci steer-by-wire systému jsme provedli také u zemědělského traktoru s pracovním příslušenstvím. Vzhledem k tomu, že operátor musel být kvůli optické kontrole nářadí během vlastní práce trvale otočený proti směru jízdy, doplnili jsme na zadní konzoli ovládání pomocí takzvaného mini-wheel elektronického volantu pro komfortní a bezpečné řízení kol v opačném směru jízdy.

  1. Čistě elektrická řešení (pro elektrifikované a autonomní platformy): U strojů bez hydrauliky zajišťují pohyb výkonné elektromotory řízené dedikovanými měniči, kde zpravidla využíváme specializované měniče značky Curtis Instruments.

  • Naše reference: Elektrické steer-by-wire řízení jsme integrovali do elektrického manipulačního vozíku a stalo se také klíčovým prvkem pro přesné směrové vedení u námi vyvíjeného prototypu autonomního zemědělského robota.

Řešení na míru od Technotrade

Díky zkušenostem našich konstruktérů a softwarových inženýrů jsme pro vás schopní navrhnout steer-by-wire systém kompletně na klíč, což zahrnuje vše od matematického modelování a výběru vhodných komponent přes hardwarovou integraci až po finální naprogramování řídicích algoritmů a bezpečnostních funkcí. Naše řešení dokážeme flexibilně přizpůsobit a implementovat do v podstatě jakéhokoli pracovního stroje, vozidla či autonomní platformy.

Pojďme probrat řešení pro váš stroj

Zobrazte kontakt

Bc. Daniel Batla

Vedoucí divize Elektronika a software