Il servosterzo elettrico EPS: da semplice 'sterzo' a sistema di sicurezza avanzato

Se sino a 15-20 anni fa il servosterzo idraulico era ancora un optional al quale molti rinunciavano, poiché costoso e/o ritenuto superfluo, grazie alla sempre maggiore diffusione dei servosterzi elettrici, chiamati in gergo EPS (Electric Power Steering), trovare a listino un'auto senza servoassistenza è oggi praticamente impossibile. Avere uno sterzo assistito (idraulicamente o elettricamente) è da sempre un grande vantaggio in termini di confort, facilità di manovra e sicurezza. Se negli ultimi anni gli EPS stanno mandando in pensione i tradizionali sistemi idraulici, i più ortodossi pensano ancora che un vecchio e caro sterzo idraulico garantisca miglior handling e feeling di guida, specialmente durante la guida sportiva, mentre quelli elettrici siano più idonei alle auto piccole e dalle prestazioni non elevate. Ma grazie a Nexteer, brand americano leader nel settore degli EPS e fornitore per il primo equipaggiamento per i principali marchi automobilistici mondiali, abbiamo imparato come gli EPS siano diventati migliori dei sistemi idraulici e perché diventeranno l'unico sistema di servoassistenza del mondo automotive.

I VANTAGGI DEI SERVOSTERZI ELETTRICI – I vantaggi esposti dai tecnici dell'impianto di Tychy (Polonia) effettivamente sono tanti e possiamo così sintetizzarli: minori consumi ed emissioni CO2 (rispettivamente sino a -0,5l/100 km e -8g/km), maggiore sicurezza e confort di guida (minore fatica per il conducente, compensazione asperità asfalto, servoassistenza garantita anche in caso di avaria motore, interazione con i sistemi di sicurezza avanzata, etc.), minori costi di sviluppo e maggiore flessibilità nell'integrazione degli EPS nel progetto dell'auto (un sistema idraulico prevede un tempo di prototipazione/sviluppo di circa 8 mesi con un costo variabile tra i 25.000 e i 100.000 euro, per un sistema EPS basta anche solo una settimana di sviluppo e taratura del sistema grazie al software flessibile); futura implementazione dei sistemi di guida autonoma o semi-autonoma.

1999 NASCE IL PRIMO EPS “DI MASSA” – Ma facciamo un passo indietro e vediamo come si è evoluto il servosterzo elettrico. Ve la ricordate la pubblicità della Fiat Punto II (188) che aveva basato il suo successo sul servosterzo elettrico Dual-drive? Fu la prima city car al mondo che, grazie al tasto City, si poteva parcheggiare con un dito. Bene, quel servosterzo è stato anche il primo della storia dell'industria automotive ad essere applicato in una vettura 'di massa'. A svilupparlo e produrlo fu la Delphi Corporation che a suo tempo faceva parte del gruppo General Motors, poco dopo Delphi fu scorporata da GM per diventare una società indipendente controllata pubblicamente. Nel 2009 le attività globali per i sistemi sterzanti di Delphi Corporation furono rivendute a General Motors e la nuova società prese il nome di Nexteer Automotive. Da allora ad oggi i servosterzi elettrici EPS si sono evoluti e sono diventati sempre più affidabili e sicuri (quello della Punto, come tutti i sistemi complessi di nuova generazione, ebbe problemi di gioventù). Se nella piccola di casa Fiat tutto il sistema di servoassistenza si trovava nel sottoplancia (il classico sistema “a colonna” o CEPS, ancora oggi usatissimo nei segmenti B-C, vedi foto di copertina), nel tempo sono stati sviluppati altri sistemi più evoluti e complessi a seconda delle applicazioni: “a piantone” o SPEPS, nella foto sotto, che porta la parte di assistenza più vicina alle ruote e riduce gli ingombri nel sottoplancia, dando più spazio di manovra ai designers e anche più sicurezza (spesso si è costretti a mettere un airbag per le ginocchia se si usa il sistema “a colonna”); “a doppio pignone” o DPEPS, che vede la servoassistenza elettrica disaccoppiata dalla catena cinematica di guida (volante, piantone e pignone), ma comporta costi di produzione più elevati; “servosterzo su cremagliera” che sostituisce il pignone in materiale plastico, realizzato in plastica per evitare fastidiose vibrazioni/rumorosità, con una trasmissione a cinghia direttamente sulla cremagliera. Questo è il sistema ideale per i veicoli più pesanti (grandi berline, pick-up e LCV). Ovviamente, a seconda della tipologia di EPS, i costi variano, così come le caratteristiche in termini di feeling di guida e confort. Per avere un ordine di grandezza, un sistema EPS costa alla Casa automobilistica da 150 a 350 euro in media (molto poi dipende dai singoli contratti e dalla complessità dei servizi forniti dal produttore OEM).

COME FUNZIONA UN EPS? – I diversi sistemi EPS hanno dei principi base che li accomunano e utilizzano di norma tre input principali: un sensore di coppia, che registra la forza applicata dal guidatore sullo sterzo; un sensore di posizione e velocità del piantone, che serve a capire quale angolo di sterzo è stato impartito e con quale velocità; nonché un segnale di 'velocità veicolo', che serve per tarare la reattività del EPS al variare della velocità. Tutte queste informazioni vengono immagazzinate da una centralina “ECU” che si occupa di elaborarle e gestire le varie funzioni dello sterzo quali: coppia di asservimento; ritorno dello sterzo assistito; mantenimento della corsia nei veicoli dotati di Lane Departure Warning System, lettura delle condizioni dell'asfalto, presenza delle mani sul volante, guida semi-autonoma nei veicoli più moderni, etc. A pilotare il tutto ci pensa il motore elettrico che può essere posizionato in vari punti dell'organo sterzo a seconda delle esigenze; essendo il 'cuore operativo' del sistema, le sue caratteristiche tecniche sono molto importanti. Esso può essere brush or brushless (con o senza spazzole): i motori brushless sono performanti e permettono di avere una reattività dello sterzo maggiore nonché una migliore sensibilità di guida; mentre quelli brush sono più 'lenti' nel reagire agli imput della centralina e sono dedicati principalmente ad applicazioni low cost. Ma come ci ha spiegato Andrea Romagnoli, Global Fiat Customer Manager di Nexteer, “un sistema sterzante EPS, che sia brush o brushless, può garantire il massimo in termini di prestazioni, feeling di guida e precisione a seconda di quanto il cliente è intenzionato ad investire in ricerca e sviluppo. I nostri sistemi EPS sono piuttosto scalabili, ma solo il lavoro di “fine tuning” sul veicolo riesce ad esaltare al massimo le caratteristiche dei nostri sterzi. Quindi non si può dire che un sistema brushless sia sempre migliore di un sistema brush. Abbiamo realizzato eccellenti soluzioni anche con tradizionali sistemi a colonna e con motori brush”.

DURATA, AFFIDABILITA' E RESPONSABILITA' – Con Andrea Romagnoli, a capo del team torinese di 20 persone che lavora a stretto contatto con il cliente Fiat, abbiamo anche scoperto come un sistema EPS viene testato e reso sempre più affidabile: “per quanto gli 'organi' dei nostri EPS siano sempre gli stessi, per ogni modello di auto dobbiamo realizzare un 'vestito' specifico. Questo comporta un processo di sviluppo che di norma è sovrapponibile al 'time to market' di quel modello. Circa 2-3 anni in media. Ogni sistema viene testato attraverso oltre 100 diversi test che possono essere eseguiti a banco, nelle camere climatiche e nei test su strada in cui l'auto viene testata dalla Casa automobilistica, dal freddo dei circoli polari ai deserti più caldi. Esistono anche dei test di durata che seguono le specifiche del singolo cliente, di norma un EPS deve durare almeno 10 anni, ma nei nostri test ci spingiamo sino a 'fine vita' in modo da capire quali siano i componenti maggiormente stressati e come possiamo intervenire per migliorarli”. E se qualcosa va storto e si è costretti a richiamare un determinato prodotto, chi ha la responsabilità? Per quanto tempo garantite la produzione dello sterzo come ricambio? “In questi casi molto dipende dal contratto che Nexteer stipula con la Casa automobilistica e dalle richieste del cliente, le clausole sono varie e complesse, ma facciamo sempre il massimo per assistere la Casa in caso di problematiche dovute ai nostri sistemi. Mentre è il cliente a scegliere per quanti anni dovremo garantire la produzione di quel determinato prodotto dopo l'uscita di produzione dell'autovettura. In questo modo possiamo garantire la reperibilità dell'ESP come ricambio per molti anni, di norma almeno 5”.

FLESSIBILITA' A PORTATA DI MOUSE E CON FIREWALL – Per comprendere ancora meglio quanto i sistemi EPS siano flessibili e facili da configurare, i tecnici dell'impianto di Tychy – che insieme al secondo stabilimento polacco di Gliwice hanno prodotto ben 15 milioni di EPS, il 50% della produzione globale Nexteer dall'inizio della sua storia – hanno organizzato per noi una speciale prova su strada. Una Opel Corsa è stata attrezzata con un computer pronto a cambiare la configurazione dello sterzo in pochi secondi. La prova è consistita in un breve percorso guidato con il software originale per poi 'flashare al volo' il sistema (ma solo a motore spento, poi capiremo perché) con un firmware dal comportamento davvero bizzarro: nessuna assistenza sotto i 10 km/h, un'assistenza esagerata dopo tale velocità e un ritorno dello sterzo quasi da auto giocattolo. Ovviamente tutte configurazioni non realistiche, ma che ci hanno permesso di capire quanto il feeling dello sterzo sia fortemente legato al firmware installato. L'occasione è stata utile anche per capire quanto sicuri siano questi sistemi in caso di attacco hacker. Non è una novità, infatti, che le auto odierne siano state più volte vulnerate da hacker (leggi: Hacker contro le auto, la guerra è iniziata?), questo grazie ai sistemi bluethoot o wifi sempre più presenti su tanti modelli che offrono delle porte di accesso al cuore dell'auto. Abbiamo quindi chiesto al tecnico softwerista: se un hacker dovesse entrare nel sistema rischia di poter creare un crash facendo sterzare l'auto all'improvviso? “I sistemi informatici che gestiscono l'EPS sono dotati di un firewall molto potente e solo i tool certificati sono in grado di accedere e dialogare con la ECU. Ad esempio il software che sto usando adesso viene riconosciuto dalla centralina grazie ad un 'paring' specifico e solo se sono stati impostati precedentemente dei settings particolari per il singolo modello di auto. I tool che rilasciamo alle officine, ad esempio, non sono in grado di cambiare i parametri di funzionamento dello sterzo perché questi sono bloccati. Loro possono solo fare alcune operazioni/calibrazioni, oppure flashare la ECU con il nuovo firmware, ma solo a motore spento. Inoltre, nel caso in cui qualcuno riuscisse a superare il firewall, il sistema è in grado di rifiutare autonomamente qualsiasi parametro fuori standard che l'eventuale hacker tentasse di impostare. Abbiamo fatto il massimo affinché il sistema sia robusto e sicuro in tutte le condizioni”.