日本發(fā)明電控轉(zhuǎn)向技術(shù) 改寫傳統(tǒng)操控方式
21ic電子網(wǎng)訊:開車的人都有這種體驗(yàn),行駛在崎嶇不平的路面上時(shí),汽車就會(huì)劇烈顛簸,方向盤震顫得簡(jiǎn)直就要失控。這緣于傳統(tǒng)機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的物理特性——地面施加給輪胎的力,會(huì)通過連桿原封不動(dòng)地“送”到駕駛員的手上。如今,一種新技術(shù)能夠幫助汽車即便是在顛簸起伏的道路上,也不會(huì)失去控制,而會(huì)按照駕駛者所想的方向繼續(xù)前進(jìn)。
據(jù)日本日經(jīng)BP社近日發(fā)表報(bào)道,經(jīng)過近15年的研究測(cè)試,日產(chǎn)汽車將在自己的王牌車品——新款“Skyline”上采用名為“電控轉(zhuǎn)向”(steerbywire)的電子控制技術(shù)。自汽車誕生以來一直采用的方向盤操控方式,終于有了改變。
全球首次“觸電”
日產(chǎn)2012年8月在美國推出的“英菲尼迪Q50”即將以新款“Skyline”的身份,在2014年2月進(jìn)入日本市場(chǎng)。該車的亮點(diǎn)是在全球率先配備電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。日產(chǎn)稱之為“直接主動(dòng)轉(zhuǎn)向”。
以前的汽車是通過名為傳動(dòng)軸的部件,將駕駛員操作方向盤的角度和力度以機(jī)械方式傳導(dǎo)至前輪車軸。由此改變輪胎角度,控制行進(jìn)方向。但采用這種方式時(shí),道路顛簸的反作用力會(huì)直接反映到方向盤,導(dǎo)致“方向盤失控”。
而電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與傳動(dòng)軸之間的機(jī)械連接,利用電信號(hào)和馬達(dá)控制輪胎的方向:
首先,利用傳感器檢測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,ECU(電子控制單元)的計(jì)算機(jī)將輪胎應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度轉(zhuǎn)換成控制信號(hào),通過貫穿汽車內(nèi)部的線束,也就是傳輸系統(tǒng),傳送到控制輪胎角度的馬達(dá)。因?yàn)榉较虮P操作是經(jīng)由電線傳遞,而不是利用傳動(dòng)軸,所以叫作電控轉(zhuǎn)向。
形象地說,人們可以把方向盤看作遙控器,輪胎則是被遠(yuǎn)程操作的電器。因?yàn)榉较虮P與輪胎之間沒有機(jī)械連接,所以即使是在顛簸的路面上,方向盤也能忠實(shí)地遵循駕駛員的指示,不會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象。
由于電信號(hào)可以無延遲地調(diào)整輪胎角度,因此,與存在傳動(dòng)軸扭曲等損失的傳統(tǒng)方式相比,汽車對(duì)于方向盤操作的反應(yīng)也更加靈敏。
比“有”更敏感的“無”
駕駛員在駕駛傳統(tǒng)汽車時(shí),能夠通過方向盤感受到路面的微妙變化。例如路面的打滑程度等。這些信息是實(shí)現(xiàn)安全駕駛的重要因素。不靠鋼鐵靠電子的電控轉(zhuǎn)向,能夠精準(zhǔn)傳達(dá)這些嗎?
通過在方向盤的后方安裝名為“轉(zhuǎn)向力致動(dòng)器”的馬達(dá),日產(chǎn)讓電控轉(zhuǎn)向也能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能。領(lǐng)導(dǎo)電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)的日產(chǎn)車輛要素技術(shù)開發(fā)本部主任木村健表示,來自路面的反作用力以電信號(hào)的形式傳送至馬達(dá),由馬達(dá)向駕駛員反饋微妙的路面情況。與存在傳導(dǎo)損耗的機(jī)械式連接相比,電信號(hào)能夠更加迅速地將路面的情況反映給駕駛員。一方面過濾掉較大的車轍和縫隙等影響駕駛的信息,另一方面實(shí)時(shí)傳遞微妙的路面情況。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將這二者組合,實(shí)現(xiàn)了流暢的駕駛。
除了方向盤部分,電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)另外還用了2個(gè)馬達(dá),也就是安裝在前輪車軸上的“轉(zhuǎn)向角致動(dòng)器”。顧名思義,其作用是控制輪胎角度。當(dāng)駕駛員將方向盤維持在直行狀態(tài)時(shí),受到顛簸路面的壓力作用,輪胎會(huì)改變方向。此時(shí),該馬達(dá)能夠立即抵消壓力,使汽車保持直行。
Skyline還借助轉(zhuǎn)向角致動(dòng)器與觀察前方的車載攝像頭的聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定行駛的功能。該功能是在側(cè)風(fēng)等導(dǎo)致汽車的行進(jìn)方向偏離車道時(shí),自動(dòng)控制輪胎角和方向盤的反作用力,借此減少偏離。
新舊“雙保險(xiǎn)”
電控轉(zhuǎn)向既然擁有這么多的優(yōu)點(diǎn),為什么一直沒有汽車企業(yè)采用呢?原因就在于安全。方向盤與輪胎的操作是駕駛的生命線。一旦汽車在高速行駛中發(fā)生故障,拐向危險(xiǎn)方向,就會(huì)發(fā)生悲劇。這不僅傷害消費(fèi)者,也會(huì)給企業(yè)帶來毀滅性的打擊。因而得知Skyline配備了這種功能,日產(chǎn)的很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都表示了驚訝。
那么,當(dāng)ECU、馬達(dá)、線束等電子發(fā)生故障時(shí),Skyline如何保證駕駛者的安全?日產(chǎn)的解決之道,是新舊“雙保險(xiǎn)”。
首先是控制傳感器和馬達(dá)的ECU。雖然有3個(gè)ECU分別控制3個(gè)馬達(dá),但內(nèi)部的運(yùn)算其實(shí)完全相同。而且,各ECU會(huì)相互對(duì)照計(jì)算結(jié)果,隨時(shí)相互監(jiān)測(cè)。
采用3個(gè)馬達(dá)的意義就在于此。3是能實(shí)現(xiàn)“少數(shù)服從多數(shù)”的最小的數(shù)字。如果是2個(gè)ECU,當(dāng)計(jì)算出現(xiàn)分歧時(shí),很難判斷誰對(duì)誰錯(cuò),但如果是3個(gè)的話,就可以斷定是計(jì)算結(jié)果與另2個(gè)不同的ECU發(fā)生了故障。這樣一來,只要使用正常的2個(gè)ECU控制3個(gè)馬達(dá)即可。
不過,當(dāng)馬達(dá)和線束等發(fā)生故障時(shí),就無法再維持電控轉(zhuǎn)向功能。為了防范這種情況,Skyline在方向盤與輪胎之間保留了機(jī)械式連接機(jī)構(gòu)。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時(shí),ECU將持續(xù)發(fā)出切斷方向盤與輪胎之間的離合器的信號(hào)。一旦發(fā)生故障,則立即連接離合器。這樣一來,在緊急時(shí)刻,駕駛員就能像開普通汽車一樣,利用機(jī)械式連接繼續(xù)操作方向盤。日產(chǎn)開始研究這項(xiàng)技術(shù)要追溯到大約15年前。僅是應(yīng)用于Skyline,實(shí)現(xiàn)商品化,就耗費(fèi)了8年的時(shí)間。
其實(shí),2007年推出的上一代Skyline配備了利用電控轉(zhuǎn)向控制后輪的技術(shù)。在中速到高速區(qū)域行駛時(shí),通過使后輪保持與前輪一樣的拐角,汽車的穩(wěn)定性有所提高。憑借這些經(jīng)驗(yàn)的積累,日產(chǎn)領(lǐng)先于其他公司,率先采用電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。三浦表示,“既然做了,自然要考慮擴(kuò)大其價(jià)值”,暗示了向其他款式推廣的可能性。電控轉(zhuǎn)向的終極形態(tài)是輪胎在行駛途中自主判斷路面情況。“最終將通往今后必將到來的自動(dòng)駕駛時(shí)代。”
在2013年11—12月舉辦的東京車展上,汽車部件企業(yè)恩梯恩發(fā)布了概念車,展示了電控轉(zhuǎn)向新的可能性。雙座純電動(dòng)汽車“Q’moⅡ”可以分別調(diào)整4個(gè)車輪的角度,現(xiàn)場(chǎng)展示了原地旋轉(zhuǎn)等顛覆汽車常識(shí)的動(dòng)作。當(dāng)在單行線上遇阻時(shí),Q’moⅡ可以輕松繞開,在停車場(chǎng)進(jìn)出車位也變得更簡(jiǎn)單。