Pillole di tecnologia: il ride by wire (prima parte)

Una volta tanto parliamo di una tecnologia che non deriva dall’automotive, o meglio, come sempre le quattro ruote l'hanno adottata prima delle moto, ma anche le auto si sono ispirate ad un altro settore, quello dell’aviazione. Ci riferiamo al ride by wire o RBW, un termine che letteralmente significa “guida tramite cavo elettrico” e identifica l’azionamento di dispositivi di controllo della guida, non tramite sistemi meccanici, bensì elettrici.

NASCE PER VOLARE - Partiamo dall'inizio: anticamente sugli aeroplani le superfici alari erano azionate tramite leve e rinvii a cavo, succede ancora oggi sugli alianti e sugli ultraleggeri; questa tipologia di controlli manuali si definisce diretta e reversibile. Diretta perché il pilota manovra meccanicamente flap e deflettori e reversibile perché se si ruota manualmente l’ala o il flap, in cabina si osserva un proporzionale movimento della leva di controllo.

UNA NUOVA STRADA - Con l’aumentare delle potenze, delle dimensioni e quindi delle forze necessarie a muovere le ali, questi sistemi non potevano più funzionare e sono stati inseriti degli attuatori idraulici comandati da servo valvole azionate dal pilota. Il sistema così non è più reversibile, ma è ancora diretto, cioè ogni movimento è sempre proporzionale all’azione sui comandi da parte del pilota. Già con questa autentica rivoluzione era stata tracciata una nuova strada: il volo e le azioni del pilota dovevano per forza essere assistite.

RIVOLUZIONE FONDAMENTALE - Ma una seconda ed ancor più importante rivoluzione risale agli anni settanta del secolo scorso. In quel tempo si comprese che, per migliorare la dinamica di volo, gli aerei militari dovevano essere progettati in modo da ottenere quella che si chiama “stabilità statica negativa”... i caccia, insomma, dovevano essere intrinsecamente instabili per essere più reattivi.

ESEMPIO ESPLICATIVO - Semplifichiamo per capire meglio: immaginiamo un camion-rimorchio; se durante la guida su un’autostrada il conducente lascia i comandi, il bestione continua ad andare dritto per la sua strada per un bel pezzo; ma se prendiamo uno scooter 50, ideale per zigzagare nel traffico cittadino, se il pilota lascia il manubrio è impossibile stabilire cosa possa succedere. Bene, torniamo agli aerei: se si segue la “filosofia camion” avremo un veicolo facile da guidare, ma altrettanto facile, per il nemico, da evitare oppure inseguire ed attaccare; seguendo la “filosofia scooter”, invece, tutto diventa più veloce ed imprevedibile.

MANEGGEVOLEZZA E STABILITÀ - Posto, quindi, che i caccia debbano essere maneggevoli - come detto “intrinsecamente instabili” - rimane pure vero che devono essere anche controllabili, quindi devono risultare “stabili” per chi si trova ai comandi. Un bel dilemma che può essere risolto in un unico modo: affidare a un computer la guida del veicolo, o meglio, affidare al computer il controllo di tutti i micro aggiustamenti di assetto che devono essere eseguiti in tempo reale per mantenere l'assetto. Al pilota rimane la guida vera e propria: il cambio di rotta, la variazione di quota, eccetera... stiamo parlando di una svolta epocale.

CAVI ELETTRICI - Se il computer può intervenire sulle ali, allora è chiaro che non può più esserci un’azione diretta del pilota sull’aerodinamica. Nasce così il fly by wire, letteralmente “volo attraverso cavi a elettrici”, per la prima volta adottato dalla General Dynamics sul multiruolo F-16 nel 1974. Sul Fighting Falcon le ali sono gestite da un computer che ovviamente tiene conto delle istruzioni del pilota, ma agisce in maniera autonoma. Il sistema ha sicurezze ridondanti, alla fine è sempre il pilota ad avere l’ultima parola, anche in caso di parziale avaria. Solo decenni dopo questa tecnologia ha iniziato ad essere introdotta nel controllo dei motori delle autovetture (drive by wire) e delle motociclette (ride by wire). Ma per quale motivo?

APPLICATO ALLE MOTO - Prima di capire il motivo, bisogna focalizzarsi sul come funziona. Su una moderna motocicletta dotata di RBW, ad un capo del sistema troviamo l’acceleratore a manubrio che, ruotando, aziona un potenziometro o un sensore ad effetto hall denominato APS (Accelerator position sensor): tanto angolo di rotazione della manopola, tanti millivolt di tensione erogati dal potenziometro e registrati dalla centralina. In alcuni casi il sensore APS è integrato nella manopola ed allora si vede uscire sul manubrio un cavetto elettrico; in altri casi l’APS è in zona motore ed è comandato da due cavi bowden (andata e ritorno) che escono dalla manopola come su un comune acceleratore. In entrambi i casi una molla di richiamo riporta l’acceleratore in condizione di riposo ,quando il pilota molla la presa.

“CENTRALE” DI COMANDO - Dall'altro lato del sistema c'è il corpo farfallato, il successore del carburatore, un passaggio cilindrico lungo il collettore di aspirazione che viene chiuso, o parzializzato, da una valvola a farfalla comandata da un motorino elettrico. Fondamentale è la presenza sul corpo farfallato di un sensore detto TPS (Throttle postion sensor) che determina la posizione della farfalla e la comunica alla centralina che in ogni istante deve conoscere, da un lato le intenzioni del pilota tramite l’APS, e dall’altro quello che sta realmente accadendo tramite il TPS. Il sistema può funzionare come un normale comando a cavo: il pilota ruota la manopola, l’APS registra il valore, la centralina impone una rotazione della farfalla in modo che il valore del TPS sia proporzionale a quello del APS. Ma se il sistema funzionasse solo in questo modo, sarebbe una inutile complicazione; in realtà la centralina tiene conto di quello che vuole il pilota, ma il comando che impartisce al motorino non è assolutamente detto che sia ad esso proporzionale.

Nella prossima puntata spiegheremo in funzione di cosa la centralina pensa ed agisce.