日產(chǎn)電控轉向技術(shù)：顛簸路面再莫慌張

自汽車(chē)誕生以來(lái)一直采用的方向盤(pán)操控方式終于有了改變。日產(chǎn)汽車(chē)將在新款“Skyline”上采用名為“電控轉向”（steer-by-wire，也叫線(xiàn)控轉向）的電子控制技術(shù)。因為轉向技術(shù)關(guān)系到汽車(chē)安全這一根本問(wèn)題，所以從研究到實(shí)用化，日產(chǎn)在電控轉向技術(shù)上花了15年時(shí)間。

在崎嶇不平的路面上，汽車(chē)劇烈顛簸，方向盤(pán)簡(jiǎn)直就要失控。為了防止汽車(chē)失控，恐怕很多駕駛員都有過(guò)放慢速度，拼命抓緊方向盤(pán)的經(jīng)歷。然而，記者試駕的汽車(chē)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)。

這依靠的是一項名為“電控轉向”的新技術(shù)。

Skyline在全球首次采用電控轉向

日產(chǎn)2012年8月在美國推出的“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(chē)的亮點(diǎn)是在全球率先配備電控轉向系統。該公司稱(chēng)之為“直接主動(dòng)轉向”。

以前的汽車(chē)是通過(guò)名為傳動(dòng)軸的部件，將駕駛員操作方向盤(pán)的角度和力度以機械方式傳導至前輪車(chē)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(pán)，導致“方向盤(pán)失控”。

電控轉向系統取消了方向盤(pán)與傳動(dòng)軸之間的機械連接，而是利用電信號和馬達控制輪胎的方向。

其原理如下。首先利用傳感器檢測方向盤(pán)的轉動(dòng)。根據檢測結果，ECU（電子控制單元）的計算機將輪胎應轉過(guò)的角度轉換成控制信號，通過(guò)貫穿汽車(chē)內部的線(xiàn)束，也就是傳輸系統，傳送到控制輪胎角度的馬達。因為方向盤(pán)操作是經(jīng)由電線(xiàn)傳遞、而不是利用傳動(dòng)軸，所以叫作電控轉向。

為了方便理解，大家可以把方向盤(pán)看作遙控器，輪胎則是被遠程操作的電器。因為方向盤(pán)與輪胎之間沒(méi)有機械連接，所以即使是在顛簸的路面上，方向盤(pán)也能忠實(shí)地遵循駕駛員的指示，不會(huì )發(fā)生失控的現象。

由于電信號可以無(wú)延遲地調整輪胎角度，因此，與存在傳動(dòng)軸扭曲等損失的傳統方式相比，汽車(chē)對于方向盤(pán)操作的反應也更加靈敏。

不過(guò)，駕駛員在駕駛傳統汽車(chē)時(shí)，能夠通過(guò)方向盤(pán)感受到路面的微妙變化。例如路面的打滑程度等，對于駕駛員而言，這些信息是實(shí)現安全駕駛的重要因素。

正確傳達路面情況

日產(chǎn)通過(guò)在方向盤(pán)的后方安裝名為“轉向力致動(dòng)器”的馬達，成功解決了這個(gè)問(wèn)題。領(lǐng)導電控轉向系統開(kāi)發(fā)的日產(chǎn)車(chē)輛要素技術(shù)開(kāi)發(fā)本部主任木村健說(shuō)：“來(lái)自路面的反作用力以電信號的形式傳送至馬達，由馬達向駕駛員反饋微妙的路面情況?！迸c存在傳導損耗的機械式連接相比，電信號能夠更加迅速地將路面的情況反映給駕駛員。

一方面過(guò)濾掉較大的車(chē)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。電控轉向系統將這二者組合，實(shí)現了流暢的駕駛。

除了方向盤(pán)部分，電控轉向系統另外還用了2個(gè)馬達，也就是安裝在前輪車(chē)軸上的“轉向角致動(dòng)器”。顧名思義，其作用是控制輪胎角度。

舉個(gè)例子，當駕駛員將方向盤(pán)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)，該馬達能夠立即抵消壓力，使汽車(chē)保持直行。

安裝在前輪車(chē)軸上的2個(gè)馬達運轉狀態(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，即使馬達實(shí)現了小型化，也不一定會(huì )合并成1個(gè)。因為配備3個(gè)馬達后，系統整體的可靠性得到了提升，關(guān)于詳細情況，筆者將在后面加以介紹。

Skyline還借助轉向角致動(dòng)器與觀(guān)察前方的車(chē)載攝像頭的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現了穩定行駛的功能。該功能是在側風(fēng)等導致汽車(chē)的行進(jìn)方向偏離車(chē)道時(shí)，自動(dòng)控制輪胎角和方向盤(pán)的反作用力，借此減少偏離。

對于電控轉向的優(yōu)點(diǎn)，木村強調說(shuō)：“開(kāi)上2個(gè)小時(shí)，就能親身感受到明顯不像普通汽車(chē)那么累?！?/P>

電控轉向既然擁有這么多的優(yōu)點(diǎn)，為什么一直沒(méi)有汽車(chē)企業(yè)采用呢？方向盤(pán)與輪胎的操作是駕駛的生命線(xiàn)。一旦汽車(chē)在高速行駛中發(fā)生故障，拐向危險方向，就會(huì )發(fā)生悲劇。競爭對手的技術(shù)人員表示，“最壞的情況下，企業(yè)甚至要召回全部車(chē)輛（回收并免費維修）。得知Skyline配備了這種功能，我們也為日產(chǎn)的大膽吃了一驚”。

雙保險確?？煽啃?/STRONG>

當ECU、馬達、線(xiàn)束等發(fā)生故障時(shí)，要怎么辦？

首先是控制傳感器和馬達的ECU。雖然有3個(gè)ECU分別控制3個(gè)馬達，“但內部的運算其實(shí)完全相同”（車(chē)輛要素技術(shù)開(kāi)發(fā)本部主管三浦聰）。而且，各ECU會(huì )相互對照計算結果，隨時(shí)相互監測。

采用3個(gè)馬達的意義就在于此。3是能實(shí)現“少數服從多數”的最小的數字。如果是2個(gè)ECU，當計算出現分歧時(shí)，很難判斷誰(shuí)對誰(shuí)錯，但如果是3個(gè)的話(huà)，就可以斷定是計算結果與另2個(gè)不同的ECU發(fā)生了故障。這樣一來(lái)，只要使用正常的2個(gè)ECU控制3個(gè)馬達即可。不過(guò)，當馬達和線(xiàn)束等發(fā)生故障時(shí)，就無(wú)法再維持電控轉向功能。為了防范這種情況，Skyline在方向盤(pán)與輪胎之間保留了機械式連接機構。

電控轉向系統正常工作時(shí)，ECU將持續發(fā)出切斷方向盤(pán)與輪胎之間的離合器的信號。一旦發(fā)生故障，則立即連接離合器。這樣一來(lái)，在緊急時(shí)刻，駕駛員就能像開(kāi)普通汽車(chē)一樣，利用機械式連接繼續操作方向盤(pán)。日產(chǎn)開(kāi)始研究這項技術(shù)要追溯到大約15年前。僅是應用于Skyline，實(shí)現商品化，就耗費了8年的時(shí)間。

其實(shí)，2007年推出的上一代Skyline配備了利用電控轉向控制后輪的技術(shù)。在中速到高速區域行駛時(shí)，通過(guò)使后輪保持與前輪一樣的拐角，汽車(chē)的穩定性有所提高。憑借這些經(jīng)驗的積累，日產(chǎn)領(lǐng)先于其他公司，率先采用電控轉向系統。三浦表示，“既然做了，自然要考慮擴大其價(jià)值”，暗示了向其他款式推廣的可能性。電控轉向的終極形態(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(lái)的自動(dòng)駕駛時(shí)代”。

即使是現階段，通過(guò)在技術(shù)上調整ECU的參數，也能夠營(yíng)造出很多種駕駛感覺(jué)。同一款汽車(chē)，也可以按照體驗賽車(chē)感受、需要平穩駕駛等不同的情況，對參數進(jìn)行優(yōu)化。如果可以通過(guò)軟件調整的地方增多，SUV（多功能運動(dòng)車(chē)）、轎車(chē)等不同類(lèi)型的汽車(chē)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(chē)展上，汽車(chē)部件企業(yè)恩梯恩發(fā)布了概念車(chē)，展示了電控轉向新的可能性。雙座純電動(dòng)汽車(chē)“Q’moII”可以分別調整4個(gè)車(chē)輪的角度，現場(chǎng)展示了原地旋轉等顛覆汽車(chē)常識的動(dòng)作。

當在單行線(xiàn)上遇阻時(shí)，Q’moII可以輕松繞開(kāi)，在停車(chē)場(chǎng)進(jìn)出車(chē)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 )爭取讓這款車(chē)獲得牌照上路行駛”。如果該車(chē)成功投入實(shí)用，或許有助于消除日本“脫離汽車(chē)”的動(dòng)向。

隨著(zhù)電控轉向系統投入實(shí)用，今后，汽車(chē)的形態(tài)或許會(huì )遠遠超越既有常識。