自動駕駛時代 少不了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幫助

“左打方向，車向右；右打方向，車向左。“通過改變參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)這波神奇的操作，這就是博世研發(fā)出的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

不經(jīng)常鉆研技術(shù)的小伙伴兒們可能會略顯迷茫，什么是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)呢？它跟傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)來跟大家淺談”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展史“。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的“前世今生”

汽車轉(zhuǎn)向的發(fā)展歷程可大致分為4個階段：機械轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。

機械轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)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(jié)下來，機械轉(zhuǎn)向的性能可靠、結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)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(jié)下來，機械轉(zhuǎn)向的性能可靠、結(jié)構(gòu)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(jīng)過一段時間的使用，大家發(fā)現(xiàn)基于機械轉(zhuǎn)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(yīng)而來。

該技術(shù)的原理是利用發(fā)動機的動力帶動油泵，給機械轉(zhuǎn)向提供液壓助力。在使用中，駕駛員僅需輕微用力就能轉(zhuǎn)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(dǎo)致車身控制不穩(wěn)定）。另外，為了保持壓力，不論是否需要轉(zhuǎn)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(qū)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(shù)據(jù)后通過控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度改變油液壓力，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。

這對于熱愛駕駛的老司機來說，助力大小可根據(jù)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(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）：該系統(tǒng)根據(jù)助力電機的安裝位置不同，可以分為轉(zhuǎn)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(qū)動電機直接帶動轉(zhuǎn)向軸，或轉(zhuǎn)向齒輪，最終讓轉(zhuǎn)向齒條在電子控制單元下直接實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：只有在轉(zhuǎn)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(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；結(jié)構(gòu)緊湊，提升了車內(nèi)空間效率；可通過程序的設(shè)置，使電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)易于匹配不同車型，縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。

線控轉(zhuǎn)向是“何方神圣”？

面對著即將到來的自動駕駛時代，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)原理，和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在本質(zhì)不同。

不同的時代對于車輛有不同的需求。

“自動駕駛”作為現(xiàn)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(shù)。

而博世針對目前的市場需求，推出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

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

首先，方向盤執(zhí)行機構(gòu)將駕駛者的轉(zhuǎn)向意圖通過傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，隨后傳遞給轉(zhuǎn)向齒條執(zhí)行機構(gòu)。同時，根據(jù)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(xiàn)方向盤的回正以及駕駛手感等功能。

轉(zhuǎn)向齒條執(zhí)行機構(gòu)則從方向盤執(zhí)行機構(gòu)接受信號，并根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖將方向盤角度信號轉(zhuǎn)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(chǎn)品類型，降低成本。舉例說明，左駕和右駕車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)在是兩個產(chǎn)品。但取消中間軸之后，左駕和右駕的轉(zhuǎn)向就可以變成一個系統(tǒng)。其二，將可變轉(zhuǎn)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(xiàn)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(fù)雜。如果用了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳動比可以通過軟件和參數(shù)來設(shè)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(zhuǎn)向的優(yōu)勢和劣勢

優(yōu)勢：

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

轉(zhuǎn)向比可隨意調(diào)節(jié)。系統(tǒng)可通過軟件參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)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(jù)空間小，為機艙內(nèi)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(diào)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(dǎo)致路感反饋較為虛假。

一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，后果不堪設(shè)想。以英菲尼迪Q50召回為例，由于線控主動轉(zhuǎn)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(dǎo)致方向盤和車輪的轉(zhuǎn)動角度存在差異。這種情況下，即便方向盤轉(zhuǎn)到中立位置，車輪也可能不會返回到直行位置，導(dǎo)致車輛不能按駕駛員意圖起步直行或轉(zhuǎn)向，非常危險。

信息安全方面，存在被黑客攻擊的風(fēng)險。因為使用純電子信號作為執(zhí)行數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(nèi)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(gòu)建足夠安全的防火墻。不過一旦系統(tǒng)成為車聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)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(diào)：“我們的系統(tǒng)架構(gòu)，如整車電源，通訊、信號、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向指令被執(zhí)行。”

自動駕駛時代，少不了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

當前，智能駕駛中便有許多功能是通過電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來實現(xiàn)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(shù)更多是依靠對助力電機的控制來實現(xiàn)。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(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。針對這種情況，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的出現(xiàn)恰逢其時。

更重要的是，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的出現(xiàn)將會推動自動駕駛技術(shù)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(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(xiàn)自動駕駛技術(shù)，線控轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向技術(shù)，就是為了迎合自動駕駛趨勢而進行提前布局。