Generalul german Ferdinand Graf von Zeppelin este cunoscut la nivel global drept inventatorul dirijabilelor Zeppelin, care au dominat zborurile pe distanțe lungi de la începutul anilor 1900 până în anii ‘30.

De-a lungul primelor două decenii ale secolului trecut, von Zeppelin a fondat numeroase companii care să sprijine într-un fel sau altul dezvoltarea dirijabilelor. Printre ele s-a numărat, în 1915, și o uzină care avea rolul de a produce roți dințate care să transmită puterea de la motoare la elicele dirijabilelor Zeppelin.

Numele acestei companii a fost ZahnradFabrik Friedrichshafen. În limba germană, cuvântul zahnradfabrik înseamnă fabrică de roți dințate, în timp ce Friedrichshafen este orașul din extremitatea sudică a Germaniei în care a fost fondată noua companie. 

Începând din 1919, compania și-a extins domeniul de activitate în producția de componente auto, întrucât industria auto cunoștea o expansiune rapidă pe fondul popularității noului Ford Model T produs la Detroit începând din 1908. 

În plus, de-a lungul anilor, compania și-a extins operațiunile și în alte țări din Europa, motiv pentru care numele a fost simplificat pentru a putea fi pronunțat și reținut mai bine. Astfel, ZahnradFabrik Friedrichshafen a devenit oficial ZF Friedrichshafen, însă în mod uzual se folosește numele ZF Group, în care ZF se pronunță Zet Ef. 

În prezent, ZF Group deține 162 de unități de producție în 31 de țări din întreaga lume, dintre care 75 de unități de producție se află în Europa. În România, ZF produce airbag-uri la Roman (Neamț, din 2013) și airbag-uri și volane la Timișoara (2004), Oravița (Caraș-Severin, din 2007), Lupeni (Hunedoara, din 2008) și Marghita (Bihor, din 2011) cu aproximativ 4.700 de angajați.

În plus, așa cum în urmă cu un secol s-a adaptat de la producția de Zeppelin la producția de componente auto, ZF Group se adaptează în prezent la noile tendințe din industria auto, care au ca puncte de referință electrificarea, conectivitatea software, sistemele autonome și mobilitatea electrică. Iar această adaptare este vizibilă și în România, întrucât ZF Group a achiziționat în 2019 divizia automotive a companiei românești de inginerie BeeSpeed din Timișoara, care cu această ocazie s-a transformat într-un centru de cercetare și dezvoltare cunoscut sub numele de ZF R&D Tech Center. 

ZF Group în Timișoara

Industria auto este asociată în mod tradițional cu uzine în care predomină muncitori în uniforme, roboți industriali și un zgomot specific activității de producție. Este și motivul pentru care probabil nu te-ai gândi că ZF R&D Tech Center din Timișoara se află în clădirea de birouri din oțel și sticlă United Business Center din complexul imobiliar cunoscut sub numele de Iulius Town.

Și totuși, aici își desfășoară activitatea centrul de cercetare ZF R&D Tech Center, care de la sub 200 de angajați în 2021 a ajuns acum la peste 500 de angajați, cu obiectivul de a atinge aproximativ 900 de angajați în 2029. Aviz amatorilor.

Pe parcursul unei zile petrecute în acest centru de cercetare și dezvoltare am descoperit numeroase soluții software și hardware pentru transmisie electrificată și funcții inteligente pentru vehicule la care inginerii ZF lucrează împreună cu colegi din alte centre ZF din lume. În plus, am vizitat și centrul de inginerie situat într-o clădire a Universității Politehnica Timișoara, acolo unde inginerii lucrează la sisteme pentru șasiu, preponderent la proiecte legate de controlul integrat al frânei.

Invertor pentru Maserati GranTurismo Folgore

Unul dintre produsele aflate deja în producția de serie cu care inginerii ZF din Timișoara se mândresc este invertorul dezvoltat pentru Maserati GranTurismo Folgore, un grand tourer electric cu un preț de pornire de circa 200.000 de euro care oferă 1.200 de cai putere și care ajunge de la 0 la 100 km/h în 2,7 secunde. 

GranTurismo Folgore are trei motoare electrice, dintre care unul pe puntea față și două pe puntea spate. Fiecare motor utilizează un invertor care are rolul de a converti curentul continuu (DC) din baterie în curent alternativ (AC) care alimentează motorul electric respectiv. 

Invertorul pentru acest model a fost dezvoltat de o echipă globală de ingineri ZF care a fost condusă de la Timișoara de Laura Băneasa, Strategy Manager for PowerElectronics Business Intelligence Competitors & Benchmark în cadrul ZF R&D Tech Center. 

Acest invertor este un succes major pentru ZF pentru că Maserati GranTurismo Folgore a fost primul model electric pentru care ZF a produs invertoare pe o platformă de 800 de volți. Dezvoltarea acestui invertor a durat aproximativ un an și jumătate, iar în cadrul proiectului am refolosit sisteme deja existente în cadrul ZF pe care le-am adaptat pentru platforma de 800 de volți. Datorită acestui proiect am primit deja comenzi și pentru alte proiecte din partea Maserati.

Laura Băneasa, Strategy Manager for PowerElectronics Business Intelligence Competitors & Benchmark în cadrul ZF R&D Tech Center.

Pentru acest proiect, inginerii au conceput un invertor din carbură de siliciu, un compus al carbonului și siliciului cu formula chimică SiC care oferă ca principal avantaj o utilizare mai eficientă a energiei electrice. Astfel, autonomia electrică a modelului este îmbunătățită, iar inginerii au putut reduce conexiunile de curent alternativ și cablurile de înaltă tensiune necesare.

ZF cubiX: software pentru toate funcțiile șasiului

Pe lângă tranziția la mașini electrice, industria auto se confruntă cu schimbări fundamentale și în privința arhitecturii de bază. În prezent, fiecare funcție sau sistem funcționează pe baza unei unități electronice de control cunoscută în literatura de specialitate drept ECU (Electronic Control Unit), însă viitorul aparține unor structuri tehnice mai complexe. 

Cum va arăta mașina viitorului? De 20 de ani, fiecare componentă are ECU-ul ei. O mașină low-cost are în general minim 80 ECU-uri, iar una scumpă poate ajunge la 250 – 280 ECU-uri. Sistemul acesta nu poate continua, întrucât complexitatea cerințelor a crescut exponențial, mai ales în zona de software. Pasul intermediar pentru 2025 este să avem domenii de ECU-uri, iar în viitor vom avea supercomputere care sunt centralizate pe cele trei zone ale unei mașini: zona din față, zona centrală și zona din spate. 

Călin Tirea, Department Leader – Software E-Division Romania ZF Group

Pentru zona din partea centrală a unei mașini, ZF Group dezvoltă inclusiv în centrul de cercetare din Timișoara un produs nou care a primit numele cubiX. 

În esență, vorbim despre un sistem software care controlează toate funcțiile șasiului, inclusiv frânele, suspensiile, direcția de pe axul frontal și axul de pe spate, transmisia, amortizoarele, sistemul de stabilizare a ruliului sau tracțiunea electrică. În acest fel, software-ul este practic separat de hardware. 

Practic, cubiX coordonează dinamica longitudinală, laterală și verticală a vehiculului, iar principalul avantaj este că acest software este compatibil cu o gamă variată de actuatori (dispozitive care transformă semnalele electrice în acțiuni fizice) precum amortizoare, frâne sau direcție indiferent de producătorul acestor componente sau de designul adoptat. Cu alte cuvinte, cubiX poate fi utilizat pentru o largă varietate de componente hardware indiferent de furnizorii cu care colaborează constructorii auto și are ca efect direct o simplificare a electronicii.

În plus, cubiX poate fi actualizat pe toată durata de viață a vehicului prin update-uri software over-the-air. Totuși, chiar dacă software-ul este separat de hardware, cele două elemente sunt interdependente. 

Practic, vorbim despre ceea ce industria numește Software Defined Vehicles (SDV). Sunt mașinile care operează controlate de software, care își pot adăuga sau scoate anumite funcționalități și care își pot face update-uri over-the-air, la fel ca un smartphone. Pentru toate acestea avem nevoie de software, dar baza de pornire vine de fapt tot de la hardware: avem nevoie de actuatori inteligenți, de senzori inteligenți, de arhitectură electrică și electronică, de putere de procesare mai mare. Vom avea mai puține calculatoare în mașină, dar acestea vor fi mult mai puternice.

Călin Tirea, Department Leader – Software E-Division Romania ZF Group

Primul model de serie care folosește cubiX este Lotus Eletre, primul SUV electric al mărcii britanice. Acesta este disponibil pe piața europeană din septembrie 2023 și utilizează două motoare electrice cu o putere totală de 603 cai putere și un cuplu maxim de 710 Nm. 

Componentele mecanice, înlocuite de sisteme X-by-wire

O altă schimbare fundamentală care prinde contur în industria auto este utilizarea electronicii și a actuatorilor în detrimentul componentelor mecanice, tehnologie care este ușor de implementat în cazul modelelor electrice. Astfel de soluții tehnice sunt grupate generic sub numele X-by-wire și nu mai necesită conexiuni mecanice între componentele hardware și nici fluide de sistem. 

În acest context, împreună cu colegii de la alte centre ZF din lume, inginerii de la centrul de cercetare și dezvoltare din Timișoara lucrează în prezent la două sisteme din această categorie. 

Sistemul steer-by-wire: volanul se transformă în joystick

În mod tradițional, comenzile date de șofer volanului sunt transmise către roți prin intermediul coloanei de direcție. Noul sistem steer-by-wire dezvoltat de ZF inclusiv în Timișoara folosește un actuator integrat în volan și un actuator electromecanic poziționat între roți, care elimină practic necesitatea coloanei de direcție. 

Pentru șofer, marele avantaj al unui sistem steer-by-wire este că virarea este simplificată, în special la manevrele de parcare, la evitarea unui obstacol apărut brusc pe șosea sau la intersecțiile abordate la viteză mică: cu steer-by-wire învârți mai puțin de volan pentru o parcare laterală sau pentru un viraj la viteză mică comparativ cu sistemul clasic cu coloană de direcție. Partea și mai interesantă este că sistemele avansate permit mașinii să deducă anticipat unghiul de virare ideal pentru fiecare caz specific, astfel că sistemul steer-by-wire integrează practic o gamă variată de setări personalizate adaptate pentru fiecare situație cu care te confrunți în trafic. 

Prin această tehnologie, volanul se transformă practic într-un joystick. În absența unei conexiuni mecanice directe cu o coloană de direcție, constructorii pot gândi volane care se pot plia în planșa de bord sau care pot fi utilizate pe post de joystick pentru un joc video atunci când aștepți, de exemplu, în parcare să preiei copilul de la școală. 

ZF a primit deja numeroase comenzi de la constructori consacrați pentru dezvoltarea unui astfel de sistem, însă pentru moment, piața auto în ansamblu nu are foarte multe exemple în acest sens. Probabil că cel mai cunoscut model cu sistem steer-by-wire este pick-up-ul electric Tesla Cybertruck, iar modelul electric Lexus RZ va primi în Europa o versiune cu sistem steer-by-wire în preajma anului 2025. În cazul constructorului japonez, sistemul este cunoscut sub numele One Motion Grip. 

Brake-by-wire, sistemul care elimină lichidul de frână

Din aceeași categorie face parte și sistemul brake-by-wire, dezvoltat inclusiv de ZF. În acest caz, forța de frânare este generată de actuatorii integrați în fiecare roată, astfel că nu mai sunt necesare sistemul hidraulic sau lichidul de frână. 

Un astfel de sistem prezintă numeroase avantaje. De exemplu, distanța de frânare este mică, iar testele au arătat că, la activarea sistemului AEB (Automatic Emergency Braking) la 100 km/h, distanța de frânare este cu până la 9 metri mai scurtă comparativ cu sistemele de frânare tradiționale. În plus, sistemele de recuperare a energiei la frânare sunt mai eficiente, ceea ce permite creșterea autonomiei pentru mașinile electrice. 

Pe de altă parte, mentenanța sistemului de frânare este simplificată, mai ales că nu mai este nevoie de lichid de frână, astfel că vizitele la service vor fi mai rare. 

Pentru moment, la fel ca în cazul oricărei tehnologii noi, dezvoltarea unui sistem brake-by-wire implică costuri mai mari decât sistemele tradiționale, însă inginerii ZF din Timișoara anticipează că acestea vor deveni o prezență obișnuită pe modele de serie în preajma anului 2030. 

Introducerea unor astfel de sisteme X-by-wire oferă numeroase avantaje și din punct de vedere al producției, întrucât asamblarea mașinilor este simplificată, ceea ce conduce practic la creșterea producției pe liniile de asamblare. Pentru clienții finali, un avantaj suplimentar este creșterea spațiului disponibil la interior prin eliminarea coloanei de direcție, de exemplu. 

Ce rol au analiza de date și securitatea cibernetică

Introducerea acestor tehnologii vine la pachet cu numeroase funcții noi de natură software, care sunt utilizate tot mai intens și în alte domenii de activitate. De exemplu, inginerii ZF din Timișoara lucrează inclusiv la sisteme de mentenanță predictivă: aplicațiile software monitorizează parametri cheie ai mașinii și determină dacă sistemele mașinii funcționează corespunzător. Astfel, prin această analiză a datelor în timp real, constructorii vor avea posibilitatea de a anticipa apariția unor defecțiuni tehnice. 

O să te sune cineva de la service să te roage să te programezi pentru înlocuirea unei piese pentru că, dacă nu faci asta, piesa respectivă se va strica în totalitate. Acest lucru se face prin monitorizarea în timp real a parametrilor de funcționare a componentelor. Detectăm problemele în timp real pentru că datele sunt stocate în cloud. Iar dacă anticipăm o problemă tehnică evităm practic apariția unor costuri suplimentare, ceea ce se traduce prin beneficii pentru utilizatorul final.

Adrian Cosma, Department Leader – Software & System Engineering ZF Group

În strânsă legătură cu dezvoltarea intensivă a soluțiilor software este și cercetarea în domeniul securității cibernetice. Centrul de cercetare ZF din Timișoara se ocupă inclusiv de securitate cibernetică începând din 2022, iar ariile de acoperire sunt diversificate. 

Probabil că primul lucru la care te gândești este pericolul ca o mașină să fie furată prin intermediul unor atacuri cibernetice, însă la fel de importantă este și securitatea datelor transmise de la mașină spre diverse servere în cloud, date care trebuie accesate doar de persoane autorizate. 

Partea de cybersecurity începe în momentul în care pornim mașina. Un ECU care controlează motorul este susceptibil la atacuri cibernetice. La fel, update-urile over-the-air reprezintă o cale prin care sistemul poate fi atacat prin instalarea unui soft care nu a fost autorizat. O altă metodă este diagnoza software realizată într-un service neautorizat. De exemplu, într-un service neautorizat se poate conecta un aparat de diagnoză care să modifice anumiți parametri standard de funcționare ai unei unități electronice de control.

Adrian Cosma, Department Leader – Software & System Engineering ZF Group

Obiectivul final: mașina autonomă

Prin toate aceste tehnologii care sunt dezvoltate inclusiv la Timișoara, industria auto traversează practic o perioadă de tranziție spre un autovehicul care va fi complet diferit de cel cu care am fost obișnuiți în ultimele decenii. Un autovehicul cu mai puține componente mecanice și mai multe sisteme electrice și electronice, acompaniat de sisteme software avansate și algoritmi de Inteligență Artificială. Un autovehicul care, în esență, va putea fi complet autonom. 

Cu alte cuvinte, într-un interval de timp rezonabil, industria auto va fi pregătită din punct de vedere tehnic să facă pasul de la actualele sisteme autonome independente, cum sunt sistemele de menținere a benzii de rulare sau sistemele de parcare automată, la o mașină autonomă capabilă să se ocupe de tot ce presupune deplasarea din punctul A în punctul B. 

Până acolo mai sunt însă probleme de rezolvat, iar una dintre ele ține de infrastructură. 

Mai trebuie să înțelegem mediul înconjurător în care rulează mașina, cum ar fi marcajele pentru benzile de circulație, gropile din carosabil sau semafoarele. 

Adrian Cosma, Department Leader – Software & System Engineering ZF Group

Teoretic, în acel punct, cu condiția esențială ca toate mașinile de drumurile publice să fie autonome, probabil că filmele SF în care oamenii sunt simpli pasageri în mașini vor deveni realitate. Eventual, pasageri chiar în mașini zburătoare precum cele din filme SF ca „The Fifth Element”. Și poate că atunci inginerii ZF vor putea spune că au revenit la origini. Pentru că, până la urmă, totul a plecat de la un dirijabil inventat de Ferdinand Graf von Zeppelin.