日產(chǎn)電控轉(zhuǎn)向技術(shù)：顛簸路面也能穩(wěn)定暢行
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。日產(chǎn)汽車將在新款”Skyline”上采用名為”電控轉(zhuǎn)向”(steer-by-wire，也叫線控轉(zhuǎn)向)的電子控制技術(shù)。因為轉(zhuǎn)向技術(shù)關系到汽車安全這一根本問題，所以從研究到實用化，日產(chǎn)在電控轉(zhuǎn)向技術(shù)上花了15年時間。
在崎嶇不平的路面上，汽車劇烈顛簸，方向盤簡直就要失控。為了防止汽車失控，恐怕很多駕駛員都有過放慢速度，拼命抓緊方向盤的經(jīng)歷。然而，記者試駕的汽車即便是在顛簸起伏的道路上，也不會失去控制，而會按照所想的方向前進。
這依靠的是一項名為”電控轉(zhuǎn)向”的新技術(shù)。
Skyline在全球首次采用電控轉(zhuǎn)向
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月進入日本市場。該車的亮點是在全球率先配備電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該公司稱之為”直接主動轉(zhuǎn)向”。
以前的汽車是通過名為傳動軸的部件，將駕駛員操作方向盤的角度和力度以機械方式傳導至前輪車軸。由此改變輪胎角度，控制行進方向。但采用這種方式時，道路顛簸的反作用力會直接反映到方向盤，導致”方向盤失控”。
電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與傳動軸之間的機械連接，而是利用電信號和馬達控制輪胎的方向。
其原理如下。首先利用傳感器檢測方向盤的轉(zhuǎn)動。根據(jù)檢測結(jié)果，ECU(電子控制單元)的計算機將輪胎應轉(zhuǎn)過的角度轉(zhuǎn)換成控制信號，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。因為方向盤操作是經(jīng)由電線傳遞、而不是利用傳動軸，所以叫作電控轉(zhuǎn)向。
為了方便理解，大家可以把方向盤看作遙控器，輪胎則是被遠程操作的電器。因為方向盤與輪胎之間沒有機械連接，所以即使是在顛簸的路面上，方向盤也能忠實地遵循駕駛員的指示，不會發(fā)生失控的現(xiàn)象。
由于電信號可以無延遲地調(diào)整輪胎角度，因此，與存在傳動軸扭曲等損失的傳統(tǒng)方式相比，汽車對于方向盤操作的反應也更加靈敏。
不過，駕駛員在駕駛傳統(tǒng)汽車時，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，對于駕駛員而言，這些信息是實現(xiàn)安全駕駛的重要因素。
正確傳達路面情況
日產(chǎn)通過在方向盤的后方安裝名為”轉(zhuǎn)向力致動器”的馬達，成功解決了這個問題。領導電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)的日產(chǎn)車輛要素技術(shù)開發(fā)本部主任木村健說：”來自路面的反作用力以電信號的形式傳送至馬達，由馬達向駕駛員反饋微妙的路面情況?！迸c存在傳導損耗的機械式連接相比，電信號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，另一方面實時傳遞微妙的路面情況。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將這二者組合，實現(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個馬達，也就是安裝在前輪車軸上的”轉(zhuǎn)向角致動器”。顧名思義，其作用是控制輪胎角度。
舉個例子，當駕駛員將方向盤維持在直行狀態(tài)時，受到顛簸路面的壓力作用，輪胎會改變方向。此時，該馬達能夠立即抵消壓力，使汽車保持直行。
安裝在前輪車軸上的2個馬達運轉(zhuǎn)狀態(tài)相同。”雖然也可以合并為1個，但這樣做會增加馬達的體積，出于布局上的限制，最終還是采用了2個”(木村)。但日產(chǎn)也表示，即使馬達實現(xiàn)了小型化，也不一定會合并成1個。因為配備3個馬達后，系統(tǒng)整體的可靠性得到了提升，關于詳細情況，筆者將在后面加以介紹。
Skyline還借助轉(zhuǎn)向角致動器與觀察前方的車載攝像頭的聯(lián)動，實現(xiàn)了穩(wěn)定行駛的功能。該功能是在側(cè)風等導致汽車的行進方向偏離車道時，自動控制輪胎角和方向盤的反作用力，借此減少偏離。
對于電控轉(zhuǎn)向的優(yōu)點，木村強調(diào)說：”開上2個小時，就能親身感受到明顯不像普通汽車那么累?！?/p>
電控轉(zhuǎn)向既然擁有這么多的優(yōu)點，為什么一直沒有汽車企業(yè)采用呢？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，拐向危險方向，就會發(fā)生悲劇。競爭對手的技術(shù)人員表示，”最壞的情況下，企業(yè)甚至要召回全部車輛(回收并免費維修)。得知Skyline配備了這種功能，我們也為日產(chǎn)的大膽吃了一驚”。
雙保險確?？煽啃?/strong>
當ECU、馬達、線束等發(fā)生故障時，要怎么辦？
首先是控制傳感器和馬達的ECU。雖然有3個ECU分別控制3個馬達，”但內(nèi)部的運算其實完全相同”(車輛要素技術(shù)開發(fā)本部主管三浦聰)。而且，各ECU會相互對照計算結(jié)果，隨時相互監(jiān)測。
采用3個馬達的意義就在于此。3是能實現(xiàn)”少數(shù)服從多數(shù)”的最小的數(shù)字。如果是2個ECU，當計算出現(xiàn)分歧時，很難判斷誰對誰錯，但如果是3個的話，就可以斷定是計算結(jié)果與另2個不同的ECU發(fā)生了故障。這樣一來，只要使用正常的2個ECU控制3個馬達即可。不過，當馬達和線束等發(fā)生故障時，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械式連接機構(gòu)。
電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時，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。一旦發(fā)生故障，則立即連接離合器。這樣一來，在緊急時刻，駕駛員就能像開普通汽車一樣，利用機械式連接繼續(xù)操作方向盤。日產(chǎn)開始研究這項技術(shù)要追溯到大約15年前。僅是應用于Skyline，實現(xiàn)商品化，就耗費了8年的時間。
其實，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，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)驗的積累，日產(chǎn)領先于其他公司，率先采用電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。三浦表示，”既然做了，自然要考慮擴大其價值”，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駕駛時代”。
即使是現(xiàn)階段，通過在技術(shù)上調(diào)整ECU的參數(shù)，也能夠營造出很多種駕駛感覺。同一款汽車，也可以按照體驗賽車感受、需要平穩(wěn)駕駛等不同的情況，對參數(shù)進行優(yōu)化。如果可以通過軟件調(diào)整的地方增多，SUV(多功能運動車)、轎車等不同類型的汽車之間通用部件的可能性也會隨之增高。
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。雙座純電動汽車”Q’moII”可以分別調(diào)整4個車輪的角度，現(xiàn)場展示了原地旋轉(zhuǎn)等顛覆汽車常識的動作。
當在單行線上遇阻時，Q’moII可以輕松繞開，在停車場進出車位也變得更簡單。恩梯恩的工作人員意氣風發(fā)地表示，”我們會爭取讓這款車獲得牌照上路行駛”。如果該車成功投入實用，或許有助于消除日本”脫離汽車”的動向。
隨著電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)投入實用，今后，汽車的形態(tài)或許會遠遠超越既有常識。
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