實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛必不可少的核心技術(shù)：線(xiàn)控轉(zhuǎn)向

提起當(dāng)下大熱的自動(dòng)駕駛，我們總愛(ài)把注意力集中在傳感器和Ai智能算法上，多數(shù)人會(huì)忽略自動(dòng)駕駛必不可少的構(gòu)成要素：伺服機(jī)構(gòu)。上一期專(zhuān)欄為大家介紹了EHB和EMB制動(dòng)系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，本期接著為大家介紹實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛必不可少的核心技術(shù)：線(xiàn)控轉(zhuǎn)向。

如果說(shuō)傳統(tǒng)燃油車(chē)時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱是主機(jī)廠(chǎng)或者供應(yīng)商的核心技術(shù)的話(huà)，那么到了新能源車(chē)時(shí)代，特別是智能車(chē)時(shí)代，線(xiàn)控轉(zhuǎn)向就成了各大車(chē)企需要突破的核心技術(shù)。

如上圖，構(gòu)成線(xiàn)控底盤(pán)的核心要素包括：線(xiàn)控油門(mén)、線(xiàn)控?fù)Q擋（新能源車(chē)不需要）、線(xiàn)控轉(zhuǎn)向、線(xiàn)控制動(dòng)、線(xiàn)控懸掛。

什么是線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)？

如果用一句話(huà)來(lái)概括什么是線(xiàn)控轉(zhuǎn)向：就是把依靠轉(zhuǎn)向管柱連接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的傳統(tǒng)方式，轉(zhuǎn)換成為通過(guò)傳感器檢測(cè)方向盤(pán)角度信號(hào)，并通過(guò)電腦控制伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這就類(lèi)似于上一期為大家介紹的BBW線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)一樣，同樣是只給電腦輸入一個(gè)電信號(hào)，然后全權(quán)由電腦來(lái)控制伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

上圖為SBW（steering by wire）系統(tǒng)的基本布局，駕駛員對(duì)方向盤(pán)的操作僅僅只是在驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)角傳感器，并由方向盤(pán)電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼和回饋，方向盤(pán)與前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間沒(méi)有任何剛性連接。

線(xiàn)控轉(zhuǎn)向最關(guān)鍵的安全冗余設(shè)計(jì)

說(shuō)到這里有人肯定為提出疑問(wèn)：作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它就像剎車(chē)系統(tǒng)一樣，是關(guān)系到行車(chē)安全的重要裝置，如果取消了轉(zhuǎn)向管柱，那么一旦傳感器或者伺服機(jī)構(gòu)發(fā)生故障應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)對(duì)？

事實(shí)上，SBW線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有兩種“冗余”設(shè)計(jì)方式，用于應(yīng)對(duì)部件失靈造成的特殊狀況：

第一種，仍然通過(guò)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱將方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在一起，基本形態(tài)與普通燃油車(chē)無(wú)異，但在轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間有電控多片離合器相連。正常情況下，多片離合器為斷開(kāi)狀態(tài)，就是說(shuō)，雖然轉(zhuǎn)向管柱仍然存在，但并不起作用。只有當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的緊急情況下，離合器才會(huì)接通。

接通后，通過(guò)方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（齒輪齒條機(jī)構(gòu)）的剛性連接仍然能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，只是手感會(huì)變重一些。我們熟悉的率先在量產(chǎn)車(chē)上采用線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的英菲尼迪Q50采用的就是這樣的冗余方式。

▲ 采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)的英菲尼迪Q50線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

第二種，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)處（轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)）采用多個(gè)電機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余度，在方向盤(pán)處通過(guò)多個(gè)傳感器布置來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的冗余度。這種冗余方式更先進(jìn)，但成本非常高，這相當(dāng)于需要制造兩套重復(fù)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

但是這種設(shè)計(jì)可以完全取消掉轉(zhuǎn)向管柱，從可靠性上來(lái)說(shuō)甚至可以取消掉方向盤(pán)，實(shí)現(xiàn)L4以上的自動(dòng)駕駛級(jí)別，也是自動(dòng)駕駛必須要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配備。這種SBW線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全取消了轉(zhuǎn)向管柱設(shè)計(jì)，但還沒(méi)有應(yīng)用在任何一臺(tái)量產(chǎn)車(chē)上。所以，在這種純SBW量產(chǎn)之前，所有宣傳的自動(dòng)駕駛都無(wú)法達(dá)到L4以上（含L4）的級(jí)別。

▲采用傳統(tǒng)管柱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與純線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比

線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)然，要想實(shí)現(xiàn)SBW，必須要有EPS（電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）作為基礎(chǔ)，目前比較成熟的SBW基本上都是從EPS基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。所以，目前全球能夠提供SBW的主要供應(yīng)商之前在EPS領(lǐng)域也是占有相當(dāng)市場(chǎng)分額的供應(yīng)商。

▲2015-2016全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商份額

從上圖可以看到，無(wú)論是2015年還是2016年，全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商的主要市場(chǎng)分額幾乎就是由JTEKT，博世，ZF以及NSK幾家瓜分。其中，JTEKT主要供應(yīng)豐田為主的日系品牌。ZF主要供應(yīng)德系品牌，博世和NSK則供應(yīng)全球各個(gè)品牌。

▲能夠提供SBW產(chǎn)品的供應(yīng)商

從上圖看，離SBW線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)量產(chǎn)比較近的也就是博世、ZF、JTEKT三家，即便如此，目前都還拿不出量產(chǎn)產(chǎn)品。因?yàn)樵赟BW領(lǐng)域?qū)煽啃院湍陀眯缘囊蠓浅８撸愿鞔蠊?yīng)商還在研發(fā)過(guò)程當(dāng)中，但現(xiàn)階段他們已經(jīng)開(kāi)始在與主機(jī)廠(chǎng)洽談，大概在2020年前后可以逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

依靠自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛

國(guó)內(nèi)供應(yīng)商任重道遠(yuǎn)

幾乎國(guó)內(nèi)所有造車(chē)新勢(shì)力在宣傳的過(guò)程中都逃不開(kāi)智能汽車(chē)這個(gè)主題。但是要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，SBW是各個(gè)車(chē)企絕對(duì)繞不開(kāi)的核心技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)就像燃油時(shí)代的變速箱技術(shù)一樣重要。所以全球各大供應(yīng)商早在數(shù)年前就投入巨資進(jìn)行研發(fā)，布局了SBW相關(guān)的產(chǎn)品。

如果說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，Ai智能算法以及機(jī)器學(xué)習(xí)是軟件方面的核心要素的話(huà)。那么高精度傳感器和SBW操縱機(jī)構(gòu)則是繞不過(guò)去的硬件門(mén)檻。

無(wú)論是傳統(tǒng)EPS轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)還是更高級(jí)的SBW都需要投入巨資研發(fā)，所以可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)這種關(guān)乎到汽車(chē)智能化和安全性的技術(shù)只會(huì)集中在少數(shù)幾家供應(yīng)商巨頭手中，就像變速箱一樣。

國(guó)內(nèi)車(chē)企要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，或多或少的會(huì)被供應(yīng)商卡住脖子，如果自主開(kāi)發(fā)，則需要超長(zhǎng)的耗時(shí)和巨大的資金投入。我曾經(jīng)在主機(jī)廠(chǎng)工作的時(shí)候就遇到過(guò)這方面的問(wèn)題。

甚至還不是SBW這么先進(jìn)的系統(tǒng)，僅僅是一套需要支持兩米車(chē)寬，2噸左右車(chē)重的EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都只能從博世或ZF購(gòu)買(mǎi)，由于他們與BMW之間的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)協(xié)議，如果使用還需BMW授權(quán)，所以很多先進(jìn)系統(tǒng)很難在自主品牌特別是產(chǎn)銷(xiāo)量不大的品牌上實(shí)現(xiàn)。可以說(shuō)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商對(duì)這類(lèi)核心系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)任重而道遠(yuǎn)。