自動(dòng)駕駛時(shí)代 少不了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幫助

“左打方向，車(chē)向右；右打方向，車(chē)向左?！巴ㄟ^(guò)改變參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)這波神奇的操作，這就是博世研發(fā)出的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

不經(jīng)常鉆研技術(shù)的小伙伴兒們可能會(huì)略顯迷茫，什么是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)呢？它跟傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有什么分別呢？基于以上問(wèn)題，本次首席出行官就博世研發(fā)出的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)跟大家淺談”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展史“。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的“前世今生”

汽車(chē)轉(zhuǎn)向的發(fā)展歷程可大致分為4個(gè)階段：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、機(jī)械液壓助力系統(tǒng)、電子液壓助力系統(tǒng)和電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡(jiǎn)稱MS）：顧名思義，該系統(tǒng)以駕駛員體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。

這種方法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：輪胎和地面的反作用力直接傳遞到方向盤(pán)上，導(dǎo)致在扳動(dòng)方向盤(pán)的時(shí)候很費(fèi)勁（尤其是在原地打方向時(shí)）。所以老一輩人總說(shuō)，開(kāi)車(chē)那是個(gè)體力活。

總結(jié)下來(lái)，機(jī)械轉(zhuǎn)向的性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是扳著費(fèi)力，靈敏度不高。更慘的是，在方向盤(pán)沒(méi)把穩(wěn)時(shí)還有可能造成手臂骨折，尤其是在開(kāi)載重和自重很大的貨車(chē)時(shí)。

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡(jiǎn)稱MS）：顧名思義，該系統(tǒng)以駕駛員體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。

這種方法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：輪胎和地面的反作用力直接傳遞到方向盤(pán)上，導(dǎo)致在扳動(dòng)方向盤(pán)的時(shí)候很費(fèi)勁（尤其是在原地打方向時(shí)）。所以老一輩人總說(shuō)，開(kāi)車(chē)那是個(gè)體力活。

總結(jié)下來(lái)，機(jī)械轉(zhuǎn)向的性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是扳著費(fèi)力，靈敏度不高。更慘的是，在方向盤(pán)沒(méi)把穩(wěn)時(shí)還有可能造成手臂骨折，尤其是在開(kāi)載重和自重很大的貨車(chē)時(shí)。

機(jī)械液壓助力系統(tǒng)（ Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱HPS）：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，大家發(fā)現(xiàn)基于機(jī)械轉(zhuǎn)向操作實(shí)在費(fèi)力，并且容易傷到駕駛員。于是乎，機(jī)械液壓助力系統(tǒng)就順應(yīng)而來(lái)。

該技術(shù)的原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)油泵，給機(jī)械轉(zhuǎn)向提供液壓助力。在使用中，駕駛員僅需輕微用力就能轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，操作跟之前相比更輕松寫(xiě)意。但由于方向盤(pán)給駕駛員力量反饋太小，容易給后者造成路感缺失的問(wèn)題（尤其是在高速行駛時(shí)，方向盤(pán)過(guò)輕會(huì)導(dǎo)致車(chē)身控制不穩(wěn)定）。另外，為了保持壓力，不論是否需要轉(zhuǎn)向助力，系統(tǒng)總要處于工作狀態(tài)，還會(huì)造成能耗較高。

電子液壓助力系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱EHPS）：為了提升駕駛員操控感，解決能耗高的問(wèn)題，電子液壓助力系統(tǒng)就誕生了。其原理與機(jī)械液壓助力基本相同，不同點(diǎn)為油泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，助力力度可變。通過(guò)車(chē)速傳感器對(duì)車(chē)速的監(jiān)控，電控單元獲取數(shù)據(jù)后通過(guò)控制轉(zhuǎn)向控制閥的開(kāi)啟程度改變油液壓力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。

這對(duì)于熱愛(ài)駕駛的老司機(jī)來(lái)說(shuō)，助力大小可根據(jù)車(chē)速來(lái)匹配簡(jiǎn)直是不得了的福音。車(chē)輛從此在速度高時(shí)助力小、手感更沉穩(wěn)；車(chē)速低時(shí)助力大、開(kāi)著更省力。

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS）：該系統(tǒng)根據(jù)助力電機(jī)的安裝位置不同，可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種模式。其原理都是利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸，或轉(zhuǎn)向齒輪，最終讓轉(zhuǎn)向齒條在電子控制單元下直接實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。這種方案的最大好處，在于省去了液壓助力系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪。

相比傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：只有在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才會(huì)提供動(dòng)力，可以顯著降低能耗；助力大小可以通過(guò)軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；結(jié)構(gòu)緊湊，提升了車(chē)內(nèi)空間效率；可通過(guò)程序的設(shè)置，使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)易于匹配不同車(chē)型，縮短生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期。

線控轉(zhuǎn)向是“何方神圣”？

面對(duì)著即將到來(lái)的自動(dòng)駕駛時(shí)代，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已然無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛功能的控制需求。因此，博世日前推出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)原理，和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在本質(zhì)不同。

不同的時(shí)代對(duì)于車(chē)輛有不同的需求。

“自動(dòng)駕駛”作為現(xiàn)在炙手可熱的話題，無(wú)論是傳統(tǒng)主機(jī)廠還是新造車(chē)勢(shì)力，都在研發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)。

而博世針對(duì)目前的市場(chǎng)需求，推出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

博世的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)原理，是指在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的上部和下部之間，取消現(xiàn)有的物理連接。實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)向與下轉(zhuǎn)向的非機(jī)械連接，并將其結(jié)構(gòu)分為方向盤(pán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向齒條執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分：

首先，方向盤(pán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將駕駛者的轉(zhuǎn)向意圖通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，隨后傳遞給轉(zhuǎn)向齒條執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時(shí)，根據(jù)不同的車(chē)速及駕駛工況提供模擬的方向盤(pán)力矩反饋，從而實(shí)現(xiàn)方向盤(pán)的回正以及駕駛手感等功能。

轉(zhuǎn)向齒條執(zhí)行機(jī)構(gòu)則從方向盤(pán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受信號(hào)，并根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖將方向盤(pán)角度信號(hào)轉(zhuǎn)換成輪胎的擺動(dòng)。

博世官方表示：取消中間軸會(huì)有很多好處。其一是減少整車(chē)廠的產(chǎn)品類(lèi)型，降低成本。舉例說(shuō)明，左駕和右駕車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)在是兩個(gè)產(chǎn)品。但取消中間軸之后，左駕和右駕的轉(zhuǎn)向就可以變成一個(gè)系統(tǒng)。其二，將可變轉(zhuǎn)向比功能下放到更多價(jià)位更低的車(chē)型上。

目前，一些車(chē)輛要實(shí)現(xiàn)可變傳動(dòng)比，需要在機(jī)械上要做出不同的齒型，成本較高并且工藝復(fù)雜。如果用了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳動(dòng)比可以通過(guò)軟件和參數(shù)來(lái)設(shè)定，既有靈活性，同時(shí)又降低了成本和縮短了開(kāi)發(fā)周期。

線控轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

優(yōu)勢(shì)：

方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向機(jī)之間沒(méi)有硬連接。不同于英菲尼迪Q50的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（仍有機(jī)械中間軸作為冗余設(shè)計(jì)），博世研發(fā)的系統(tǒng)則完全取消了中間軸的設(shè)計(jì)，消除了機(jī)械連接沖擊的傳遞，降低了噪聲和震動(dòng)。

轉(zhuǎn)向比可隨意調(diào)節(jié)。系統(tǒng)可通過(guò)軟件參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)多種不同的駕駛模式，比如舒適模式和運(yùn)動(dòng)模式（運(yùn)動(dòng)模式會(huì)提供更多的路面反饋）。

占據(jù)空間小，為機(jī)艙內(nèi)其余零部件的布置提供了更充足的空間。比如，可以獲得更大的駕駛員腿部空間。

劣勢(shì)：

對(duì)性能車(chē)和跑車(chē)這種強(qiáng)調(diào)駕駛樂(lè)趣的車(chē)型來(lái)說(shuō)路感不足，駕駛樂(lè)趣差。個(gè)人認(rèn)為，沒(méi)有硬連接導(dǎo)致路感反饋較為虛假。

一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，后果不堪設(shè)想。以英菲尼迪Q50召回為例，由于線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元程序有偏差，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在電瓶處于低電壓狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，控制單元有可能對(duì)方向盤(pán)角度作出誤判，導(dǎo)致方向盤(pán)和車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度存在差異。這種情況下，即便方向盤(pán)轉(zhuǎn)到中立位置，車(chē)輪也可能不會(huì)返回到直行位置，導(dǎo)致車(chē)輛不能按駕駛員意圖起步直行或轉(zhuǎn)向，非常危險(xiǎn)。

信息安全方面，存在被黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槭褂眉冸娮有盘?hào)作為執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，所以系統(tǒng)在一定程度具有被黑客攻擊的潛在危險(xiǎn)性。另一方面，線控轉(zhuǎn)向取消了傳統(tǒng)的物理連接，這意味著車(chē)輛被黑客控制后，車(chē)內(nèi)駕駛員完全喪失了對(duì)車(chē)輛的控制能力。當(dāng)然，博世聲稱該公司會(huì)構(gòu)建足夠安全的防火墻。不過(guò)一旦系統(tǒng)成為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的一部分，無(wú)論誰(shuí)也沒(méi)有辦法保證100%的安全性。

當(dāng)然了，面對(duì)線控轉(zhuǎn)向的可靠性及安全性問(wèn)題，博世官方也給出了解答。他們強(qiáng)調(diào)：“我們的系統(tǒng)架構(gòu)，如整車(chē)電源，通訊、信號(hào)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)、處理器都采取了全冗余的系統(tǒng)方案。其相當(dāng)于有兩套系統(tǒng)實(shí)時(shí)并聯(lián)工作，當(dāng)其中一套失效時(shí)，另一套也能繼續(xù)保證轉(zhuǎn)向指令被執(zhí)行?！?/p>

自動(dòng)駕駛時(shí)代，少不了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

當(dāng)前，智能駕駛中便有許多功能是通過(guò)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的——例如車(chē)道保持輔助、交通擁堵輔助、自動(dòng)泊車(chē)等。

但是，目前的技術(shù)更多是依靠對(duì)助力電機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。尤其在使用自動(dòng)泊車(chē)的功能時(shí)，我們能看到方向盤(pán)還需要隨著車(chē)輪的轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)動(dòng)的。在Model 3車(chē)主用方向盤(pán)操縱車(chē)機(jī)打游戲時(shí)，車(chē)輪也會(huì)隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。針對(duì)這種情況，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的出現(xiàn)恰逢其時(shí)。

更重要的是，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的出現(xiàn)將會(huì)推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)完全自動(dòng)駕駛功能落地后，方向盤(pán)存在的意義便會(huì)被極大的削弱。如果依舊采用傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，那在自動(dòng)駕駛過(guò)程中，方向盤(pán)變成為了侵占空間的“累贅”。而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)省下的空間，可以用來(lái)布置傳感器、計(jì)算單元或其他零部件。

若要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)，線控轉(zhuǎn)向在很大程度上會(huì)成為必不可少的硬件部分。顯然，博世在此時(shí)推出線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，就是為了迎合自動(dòng)駕駛趨勢(shì)而進(jìn)行提前布局。