日產(chǎn)電控轉(zhuǎn)向技術(shù)：顛簸路面再莫慌張

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。日產(chǎn)汽車將在新款“Skyline”上采用名為“電控轉(zhuǎn)向”（steer-by-wire，也叫線控轉(zhuǎn)向）的電子控制技術(shù)。因?yàn)檗D(zhuǎn)向技術(shù)關(guān)系到汽車安全這一根本問題，所以從研究到實(shí)用化，日產(chǎn)在電控轉(zhuǎn)向技術(shù)上花了15年時(shí)間。

在崎嶇不平的路面上，汽車劇烈顛簸，方向盤簡(jiǎn)直就要失控。為了防止汽車失控，恐怕很多駕駛員都有過放慢速度，拼命抓緊方向盤的經(jīng)歷。然而，記者試駕的汽車即便是在顛簸起伏的道路上，也不會(huì)失去控制，而會(huì)按照所想的方向前進(jìn)。

這依靠的是一項(xiàng)名為“電控轉(zhuǎn)向”的新技術(shù)。

Skyline在全球首次采用電控轉(zhuǎn)向

日產(chǎn)2012年8月在美國(guó)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(chǎng)。該車的亮點(diǎn)是在全球率先配備電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該公司稱之為“直接主動(dòng)轉(zhuǎn)向”。

以前的汽車是通過名為傳動(dòng)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(shí)，道路顛簸的反作用力會(huì)直接反映到方向盤，導(dǎo)致“方向盤失控”。

電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與傳動(dòng)軸之間的機(jī)械連接，而是利用電信號(hào)和馬達(dá)控制輪胎的方向。

其原理如下。首先利用傳感器檢測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，ECU（電子控制單元）的計(jì)算機(jī)將輪胎應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，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(dòng)軸，所以叫作電控轉(zhuǎn)向。

為了方便理解，大家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(huì)發(fā)生失控的現(xiàn)象。

由于電信號(hào)可以無延遲地調(diào)整輪胎角度，因此，與存在傳動(dòng)軸扭曲等損失的傳統(tǒng)方式相比，汽車對(duì)于方向盤操作的反應(yīng)也更加靈敏。

不過，駕駛員在駕駛傳統(tǒng)汽車時(shí)，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，對(duì)于駕駛員而言，這些信息是實(shí)現(xiàn)安全駕駛的重要因素。

正確傳達(dá)路面情況

日產(chǎn)通過在方向盤的后方安裝名為“轉(zhuǎn)向力致動(dòng)器”的馬達(dá)，成功解決了這個(gè)問題。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)本部主任木村健說：“來自路面的反作用力以電信號(hào)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?！迸c存在傳導(dǎo)損耗的機(jī)械式連接相比，電信號(hào)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(shí)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(gè)馬達(dá)，也就是安裝在前輪車軸上的“轉(zhuǎn)向角致動(dòng)器”。顧名思義，其作用是控制輪胎角度。

舉個(gè)例子，當(dāng)駕駛員將方向盤維持在直行狀態(tài)時(shí)，受到顛簸路面的壓力作用，輪胎會(huì)改變方向。此時(shí)，該馬達(dá)能夠立即抵消壓力，使汽車保持直行。

安裝在前輪車軸上的2個(gè)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相同?！半m然也可以合并為1個(gè)，但這樣做會(huì)增加馬達(dá)的體積，出于布局上的限制，最終還是采用了2個(gè)”（木村）。但日產(chǎn)也表示，即使馬達(dá)實(shí)現(xiàn)了小型化，也不一定會(huì)合并成1個(gè)。因?yàn)榕鋫?個(gè)馬達(dá)后，系統(tǒng)整體的可靠性得到了提升，關(guān)于詳細(xì)情況，筆者將在后面加以介紹。

Skyline還借助轉(zhuǎn)向角致動(dòng)器與觀察前方的車載攝像頭的聯(lián)動(dòng)，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(shí)，自動(dòng)控制輪胎角和方向盤的反作用力，借此減少偏離。

對(duì)于電控轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)，木村強(qiáng)調(diào)說：“開上2個(gè)小時(shí)，就能親身感受到明顯不像普通汽車那么累?！?/P>

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？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(xiǎn)方向，就會(huì)發(fā)生悲劇。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)人員表示，“最壞的情況下，企業(yè)甚至要召回全部車輛（回收并免費(fèi)維修）。得知Skyline配備了這種功能，我們也為日產(chǎn)的大膽吃了一驚”。

雙保險(xiǎn)確?？煽啃?/STRONG>

當(dāng)ECU、馬達(dá)、線束等發(fā)生故障時(shí)，要怎么辦？

首先是控制傳感器和馬達(dá)的ECU。雖然有3個(gè)ECU分別控制3個(gè)馬達(dá)，“但內(nèi)部的運(yùn)算其實(shí)完全相同”（車輛要素技術(shù)開發(fā)本部主管三浦聰）。而且，各ECU會(huì)相互對(duì)照計(jì)算結(jié)果，隨時(shí)相互監(jiān)測(cè)。

采用3個(gè)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(gè)ECU，當(dāng)計(jì)算出現(xiàn)分歧時(shí)，很難判斷誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)，但如果是3個(gè)的話，就可以斷定是計(jì)算結(jié)果與另2個(gè)不同的ECU發(fā)生了故障。這樣一來，只要使用正常的2個(gè)ECU控制3個(gè)馬達(dá)即可。不過，當(dāng)馬達(dá)和線束等發(fā)生故障時(shí)，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(shí)，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(hào)。一旦發(fā)生故障，則立即連接離合器。這樣一來，在緊急時(shí)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(shí)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(shí)，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(jià)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?！白罱K將通往今后必將到來的自動(dòng)駕駛時(shí)代”。

即使是現(xiàn)階段，通過在技術(shù)上調(diào)整ECU的參數(shù)，也能夠營(yíng)造出很多種駕駛感覺。同一款汽車，也可以按照體驗(yàn)賽車感受、需要平穩(wěn)駕駛等不同的情況，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。如果可以通過軟件調(diào)整的地方增多，SUV（多功能運(yùn)動(dòng)車）、轎車等不同類型的汽車之間通用部件的可能性也會(huì)隨之增高。

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(dòng)汽車“Q’moII”可以分別調(diào)整4個(gè)車輪的角度，現(xiàn)場(chǎng)展示了原地旋轉(zhuǎn)等顛覆汽車常識(shí)的動(dòng)作。

當(dāng)在單行線上遇阻時(shí)，Q’moII可以輕松繞開，在停車場(chǎng)進(jìn)出車位也變得更簡(jiǎn)單。恩梯恩的工作人員意氣風(fēng)發(fā)地表示，“我們會(huì)爭(zhēng)取讓這款車獲得牌照上路行駛”。如果該車成功投入實(shí)用，或許有助于消除日本“脫離汽車”的動(dòng)向。

隨著電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)投入實(shí)用，今后，汽車的形態(tài)或許會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越既有常識(shí)。