從汽車誕生之初，方向盤就一直是駕駛員與汽車轉(zhuǎn)向的溝通窗口，通過機(jī)械裝置，連接轉(zhuǎn)向拉桿與方向盤，實(shí)現(xiàn)駕駛員的操控意圖。但千禧年后，隨著科技的賦能和加持，電控逐漸替代了機(jī)械連接的設(shè)計(jì)，比如電子手剎、電子換擋撥片等。如今，在全面迎接高階自動駕駛時(shí)代的前夕，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也開始傾向于由系統(tǒng)進(jìn)行電控，我們稱之為「線控轉(zhuǎn)向」。
線控轉(zhuǎn)向不新鮮，戰(zhàn)斗機(jī)早就用上了
早前的戰(zhàn)斗機(jī)也是采用液壓或者拉線、拉桿式的機(jī)械連接來操縱，但是大量的機(jī)械管線布滿機(jī)身，不僅增加了飛機(jī)的設(shè)計(jì)難度和飛機(jī)重量，還會降低傳動靈敏度。同時(shí)，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員會經(jīng)常做超過幾個(gè)G的機(jī)動動作，此時(shí)操縱拉桿需要消耗非常多的體力，這對作戰(zhàn)飛行并非好事。于是NASA用于航天的「線控轉(zhuǎn)向」技術(shù)開始進(jìn)入工程師的視野，第一批用上線控轉(zhuǎn)向的設(shè)備之一，便是大名鼎鼎的F-16戰(zhàn)斗機(jī)。
除此之外，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)還應(yīng)用在大型專用車輛上，例如那些上百噸的自行礦車，或者是運(yùn)載洲際導(dǎo)彈/運(yùn)載火箭等設(shè)備的的大型車輛。由于車身尺寸太大而且車輪布局特殊，線控轉(zhuǎn)向成為了更低成本，同時(shí)也更高效的選擇。
回到我們今天的家用車領(lǐng)域，從最初的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，歷經(jīng)機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向（Hydraulic Power Steering，HPS）、電液助力轉(zhuǎn)向（Electro Hydraulic Power Steering，EHPS），到現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用的電動助力轉(zhuǎn)向（Electric Power Steering，EPS），轉(zhuǎn)向系統(tǒng)朝著操作更加靈敏、結(jié)構(gòu)更加可靠和功率消耗更低的方向不斷發(fā)展。
和EPS相比，線控轉(zhuǎn)向的最大不同是取消了方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的物理連接，它的轉(zhuǎn)向力矩完全依靠下轉(zhuǎn)向執(zhí)行器來輸出，而下轉(zhuǎn)向執(zhí)行器輸出力的方向和大小依賴于控制算法給定的控制信號，這也就意味著轉(zhuǎn)向完全由控制算法說了算。算法可以通過離合器耦合，執(zhí)行方向盤的輸入信號；也可以通過解耦，根據(jù)自動駕駛的轉(zhuǎn)向要求，實(shí)現(xiàn)脫離方向盤的獨(dú)立轉(zhuǎn)向。
自動駕駛時(shí)代，線控轉(zhuǎn)向或?qū)⒊蔀橼厔?/span>
通過上面的例子，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果在家用車上應(yīng)用線控轉(zhuǎn)向，那么會有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.線控轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢是方向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)之間沒有硬連接，路面震動只有很少部分傳遞到方向盤上，舒適性強(qiáng)；
2.省略車輛前艙一部分轉(zhuǎn)向機(jī)械結(jié)構(gòu)的占用空間，給到設(shè)計(jì)者更多地利用空間；
3.沒有機(jī)械的轉(zhuǎn)向管柱，大大提高車輛的碰撞后的乘員艙安全性；
4.方向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力矩可以由ECU獨(dú)立調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同類型駕駛員對「手感」的要求。
但這些并不能讓它成為自動駕駛的「必選項(xiàng)」。眾所周知，真正意義上的自動駕駛功能的實(shí)現(xiàn)，需要「前端感知層」、「中央決策層」與「底部執(zhí)行層」這三個(gè)層面默契的配合。
「前段感知層」包括攝像頭、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)在內(nèi)的感知設(shè)備負(fù)責(zé)捕捉信息，「中央決策層」通過算法，對路線規(guī)劃、行車控制等給出命令信號，傳導(dǎo)至「底部執(zhí)行層」的車輪、油門、轉(zhuǎn)向以及制動等方面來完成一系列的車輛控制動作。
而整個(gè)執(zhí)行過程中，「底盤執(zhí)行層」對執(zhí)行的精度需求更高，響應(yīng)需求更迅速。但傳統(tǒng)的EPS受限于安裝空間、力傳遞特性、角傳遞特性等諸多因素，不能自由設(shè)計(jì)。于是，可以「完全脫離」駕駛員實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，便非常切合自動駕駛的需求，這一特性，大大提升了線控轉(zhuǎn)向成為自動駕駛「必選項(xiàng)」的幾率。
目前，我們所測試的裝備傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛，在L3級別自動駕駛以下，方向盤是需要隨時(shí)準(zhǔn)備接管的。
想象一下，在未來線控轉(zhuǎn)向的時(shí)代，自動駕駛模式下，電控接管后，解耦的方向盤可以完全收縮，為車內(nèi)提供更多的智慧空間。
70年的探索，只為更美好的未來
雖然線控轉(zhuǎn)向開始被越來越多的車企注意，但在乘用車上的應(yīng)用，并非一帆風(fēng)順。早在20 世紀(jì)50 年代，TRW和德國Kasselmann等就提出了車用線控轉(zhuǎn)向的概念，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已非常成熟，并且受制于成本，此番設(shè)想并未落地。
就這樣一直到1990年，奔馳才重拾前輪線控轉(zhuǎn)向的研究，并在1996年將它開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于概念車F200上。
2001年的第71屆日內(nèi)瓦國際汽車展覽會上，意大利Bertone設(shè)計(jì)開發(fā)的概念車FILO也采用了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它取消了方向盤，使用操縱桿進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作。
在歐美企業(yè)發(fā)力的同時(shí)，日本企業(yè)也紛紛展示出「技術(shù)宅」的天分。2018年的北京車展上，JTEKT展示了一臺線控轉(zhuǎn)向演示機(jī)，賺足了眼球；同時(shí)，日本Koyaba和日產(chǎn)合作開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也是目前唯一應(yīng)用于量產(chǎn)車型上的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
這第一個(gè)吃螃蟹的車企，便是英菲尼迪。英菲尼迪為這套線控轉(zhuǎn)向準(zhǔn)備足足3個(gè)獨(dú)立的ECU行車電腦，車輛必須要至少ECU發(fā)出相同的指令才能完成轉(zhuǎn)向，如果一個(gè)突然故障，另外兩個(gè)ECU可以保障正常轉(zhuǎn)向，但如果三個(gè)ECU發(fā)出的指令全部不同，此時(shí)線控轉(zhuǎn)向就無法正常工作，英菲尼迪為此準(zhǔn)備了后備機(jī)械轉(zhuǎn)向，ECU故障后系統(tǒng)會立即接合離合器，恢復(fù)機(jī)械轉(zhuǎn)向連接。
而回顧國內(nèi)市場，長城汽車在2021年公布了「咖啡智能2.0智慧線控底盤」，該底盤控制系統(tǒng)是以L4級及以上自動駕駛的目標(biāo)來搭建的技術(shù)平臺，于今年6月長城汽車第8屆科技節(jié)上首次發(fā)布，并計(jì)劃2023年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)搭載。
12月1日，中汽研標(biāo)準(zhǔn)所在線控轉(zhuǎn)向（Steer By Wire，SBW）工作組首次會議上宣布，集度、蔚來、吉利正式成為線控轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化研究聯(lián)合牽頭單位，將牽頭線控轉(zhuǎn)向相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。與此同時(shí)，集度汽車也將「線控轉(zhuǎn)向」作為自身核心競爭力之一，積極部署線控轉(zhuǎn)向的自研工作。
邦點(diǎn)評
邦老師了解到，作為全新的下一代轉(zhuǎn)向技術(shù)，線控轉(zhuǎn)向的相關(guān)技術(shù)研發(fā)、法規(guī)制定也正在同步開展。目前，國外已經(jīng)放開線控轉(zhuǎn)向上車的相關(guān)法規(guī)限制，允許線控轉(zhuǎn)向量產(chǎn)。2022 年的 1 月份，中國的轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)（GB 17675-2021）也將解除對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤和車輪物理解耦的限制。屆時(shí)，在集度、蔚來和吉利等車企牽頭下，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化制定將進(jìn)一步完善，而中國的無人自動駕駛技術(shù)，亦將迎來新的篇章。
