自動駕駛時代 少不了線控轉向系統(tǒng)的幫助

“左打方向，車向右；右打方向，車向左?！巴ㄟ^改變參數設置，實現這波神奇的操作，這就是博世研發(fā)出的線控轉向系統(tǒng)。

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

轉向系統(tǒng)的“前世今生”

汽車轉向的發(fā)展歷程可大致分為4個階段：機械轉向系統(tǒng)、機械液壓助力系統(tǒng)、電子液壓助力系統(tǒng)和電子助力轉向系統(tǒng)。

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

這種方法的缺點顯而易見：輪胎和地面的反作用力直接傳遞到方向盤上，導致在扳動方向盤的時候很費勁（尤其是在原地打方向時）。所以老一輩人總說，開車那是個體力活。

總結下來，機械轉向的性能可靠、結構簡單，但是扳著費力，靈敏度不高。更慘的是，在方向盤沒把穩(wěn)時還有可能造成手臂骨折，尤其是在開載重和自重很大的貨車時。

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

這種方法的缺點顯而易見：輪胎和地面的反作用力直接傳遞到方向盤上，導致在扳動方向盤的時候很費勁（尤其是在原地打方向時）。所以老一輩人總說，開車那是個體力活。

總結下來，機械轉向的性能可靠、結構簡單，但是扳著費力，靈敏度不高。更慘的是，在方向盤沒把穩(wěn)時還有可能造成手臂骨折，尤其是在開載重和自重很大的貨車時。

機械液壓助力系統(tǒng)（ Hydraulic Power Steering，簡稱HPS）：經過一段時間的使用，大家發(fā)現基于機械轉向操作實在費力，并且容易傷到駕駛員。于是乎，機械液壓助力系統(tǒng)就順應而來。

該技術的原理是利用發(fā)動機的動力帶動油泵，給機械轉向提供液壓助力。在使用中，駕駛員僅需輕微用力就能轉動方向盤，操作跟之前相比更輕松寫意。但由于方向盤給駕駛員力量反饋太小，容易給后者造成路感缺失的問題（尤其是在高速行駛時，方向盤過輕會導致車身控制不穩(wěn)定）。另外，為了保持壓力，不論是否需要轉向助力，系統(tǒng)總要處于工作狀態(tài)，還會造成能耗較高。

電子液壓助力系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）：為了提升駕駛員操控感，解決能耗高的問題，電子液壓助力系統(tǒng)就誕生了。其原理與機械液壓助力基本相同，不同點為油泵由電動機驅動，助力力度可變。通過車速傳感器對車速的監(jiān)控，電控單元獲取數據后通過控制轉向控制閥的開啟程度改變油液壓力，從而實現轉向助力力度的大小調節(jié)。

這對于熱愛駕駛的老司機來說，助力大小可根據車速來匹配簡直是不得了的福音。車輛從此在速度高時助力小、手感更沉穩(wěn)；車速低時助力大、開著更省力。

電子助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）：該系統(tǒng)根據助力電機的安裝位置不同，可以分為轉向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種模式。其原理都是利用驅動電機直接帶動轉向軸，或轉向齒輪，最終讓轉向齒條在電子控制單元下直接實現助力轉向。這種方案的最大好處，在于省去了液壓助力系統(tǒng)所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪。

相比傳統(tǒng)液壓動力轉向系統(tǒng)，電動助力轉向系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：只有在轉向時電機才會提供動力，可以顯著降低能耗；助力大小可以通過軟件調整，能夠兼顧低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；結構緊湊，提升了車內空間效率；可通過程序的設置，使電動助力轉向系統(tǒng)易于匹配不同車型，縮短生產和開發(fā)周期。

線控轉向是“何方神圣”？

面對著即將到來的自動駕駛時代，傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)已然無法滿足自動駕駛功能的控制需求。因此，博世日前推出了線控轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術原理，和傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)存在本質不同。

不同的時代對于車輛有不同的需求。

“自動駕駛”作為現在炙手可熱的話題，無論是傳統(tǒng)主機廠還是新造車勢力，都在研發(fā)自動駕駛技術。

而博世針對目前的市場需求，推出了線控轉向系統(tǒng)。

博世的線控轉向系統(tǒng)技術原理，是指在轉向系統(tǒng)的上部和下部之間，取消現有的物理連接。實現了上轉向與下轉向的非機械連接，并將其結構分為方向盤執(zhí)行機構和轉向齒條執(zhí)行機構兩部分：

首先，方向盤執(zhí)行機構將駕駛者的轉向意圖通過傳感器轉換成數字信號，隨后傳遞給轉向齒條執(zhí)行機構。同時，根據不同的車速及駕駛工況提供模擬的方向盤力矩反饋，從而實現方向盤的回正以及駕駛手感等功能。

轉向齒條執(zhí)行機構則從方向盤執(zhí)行機構接受信號，并根據駕駛員的轉向意圖將方向盤角度信號轉換成輪胎的擺動。

博世官方表示：取消中間軸會有很多好處。其一是減少整車廠的產品類型，降低成本。舉例說明，左駕和右駕車的轉向系統(tǒng)現在是兩個產品。但取消中間軸之后，左駕和右駕的轉向就可以變成一個系統(tǒng)。其二，將可變轉向比功能下放到更多價位更低的車型上。

目前，一些車輛要實現可變傳動比，需要在機械上要做出不同的齒型，成本較高并且工藝復雜。如果用了線控轉向系統(tǒng)，傳動比可以通過軟件和參數來設定，既有靈活性，同時又降低了成本和縮短了開發(fā)周期。

線控轉向的優(yōu)勢和劣勢

優(yōu)勢：

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

轉向比可隨意調節(jié)。系統(tǒng)可通過軟件參數的調整實現多種不同的駕駛模式，比如舒適模式和運動模式（運動模式會提供更多的路面反饋）。

占據空間小，為機艙內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：

對性能車和跑車這種強調駕駛樂趣的車型來說路感不足，駕駛樂趣差。個人認為，沒有硬連接導致路感反饋較為虛假。

一旦出現質量問題，后果不堪設想。以英菲尼迪Q50召回為例，由于線控主動轉向系統(tǒng)控制單元程序有偏差，當發(fā)動機在電瓶處于低電壓狀態(tài)下啟動時，控制單元有可能對方向盤角度作出誤判，導致方向盤和車輪的轉動角度存在差異。這種情況下，即便方向盤轉到中立位置，車輪也可能不會返回到直行位置，導致車輛不能按駕駛員意圖起步直行或轉向，非常危險。

信息安全方面，存在被黑客攻擊的風險。因為使用純電子信號作為執(zhí)行數據傳輸，所以系統(tǒng)在一定程度具有被黑客攻擊的潛在危險性。另一方面，線控轉向取消了傳統(tǒng)的物理連接，這意味著車輛被黑客控制后，車內駕駛員完全喪失了對車輛的控制能力。當然，博世聲稱該公司會構建足夠安全的防火墻。不過一旦系統(tǒng)成為車聯(lián)網的一部分，無論誰也沒有辦法保證100%的安全性。

當然了，面對線控轉向的可靠性及安全性問題，博世官方也給出了解答。他們強調：“我們的系統(tǒng)架構，如整車電源，通訊、信號、轉向系統(tǒng)的電機、處理器都采取了全冗余的系統(tǒng)方案。其相當于有兩套系統(tǒng)實時并聯(lián)工作，當其中一套失效時，另一套也能繼續(xù)保證轉向指令被執(zhí)行?！?/p>

自動駕駛時代，少不了線控轉向系統(tǒng)

當前，智能駕駛中便有許多功能是通過電動轉向系統(tǒng)來實現的——例如車道保持輔助、交通擁堵輔助、自動泊車等。

但是，目前的技術更多是依靠對助力電機的控制來實現。尤其在使用自動泊車的功能時，我們能看到方向盤還需要隨著車輪的轉向而轉動的。在Model 3車主用方向盤操縱車機打游戲時，車輪也會隨方向盤轉動。針對這種情況，線控轉向技術的出現恰逢其時。

更重要的是，線控轉向技術的出現將會推動自動駕駛技術的發(fā)展。當完全自動駕駛功能落地后，方向盤存在的意義便會被極大的削弱。如果依舊采用傳統(tǒng)的機械式轉向結構，那在自動駕駛過程中，方向盤變成為了侵占空間的“累贅”。而線控轉向系統(tǒng)節(jié)省下的空間，可以用來布置傳感器、計算單元或其他零部件。

若要實現自動駕駛技術，線控轉向在很大程度上會成為必不可少的硬件部分。顯然，博世在此時推出線控轉向技術，就是為了迎合自動駕駛趨勢而進行提前布局。