電控轉(zhuǎn)向 找尋駕趣與安全的平衡

21ic訊：開車的人都有這種體驗(yàn)，行駛在崎嶇不平的路面上時，汽車就會劇烈顛簸，方向盤震顫得簡直就要失控。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，會通過連桿原封不動地“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，也不會失去控制，而會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)表報道，經(jīng)過近15年的研究測試，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。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(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，道路顛簸的反作用力會直接反映到方向盤，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軸之間的機(jī)械連接，利用電信號和馬達(dá)控制輪胎的方向：

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(jī)將輪胎應(yīng)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(dá)。因?yàn)榉较虮P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。

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，不會發(fā)生失控現(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(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，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個馬達(dá)，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。當(dāng)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(dá)能夠立即抵消壓力，使汽車保持直行。

Skyline還借助轉(zhuǎn)向角致動器與觀察前方的車載攝像頭的聯(lián)動，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，自動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”

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，拐向危險方向，就會發(fā)生悲劇。這不僅傷害消費(fèi)者，也會給企業(yè)帶來毀滅性的打擊。因而得知Skyline配備了這種功能，日產(chǎn)的很多競爭對手都表示了驚訝。

那么，當(dāng)ECU、馬達(dá)、線束等電子發(fā)生故障時，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”。

首先是控制傳感器和馬達(dá)的ECU。雖然有3個ECU分別控制3個馬達(dá)，但內(nèi)部的運(yùn)算其實(shí)完全相同。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(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ECU，當(dāng)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(dá)即可。

不過，當(dāng)馬達(dá)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(jī)械式連接機(jī)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(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，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。”

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(dāng)在單行線上遇阻時，Q’moⅡ可以輕松繞開，在停車場進(jìn)出車位也變得更簡單。