自动驾驶的重要拼图|线控转向如何成为一条新兴的赛道?

祥缘聊汽车 2024-08-06 20:38:56

奥迪的方向盘经常被驾驶爱好者吐槽电子味太浓,虽然转向非常轻盈,操控丝滑,但电子助力太重,缺乏路况的直接回馈,少了点驾驶乐趣,给人感觉像用手柄摇杆玩赛车游戏一样。

不过,用电子系统取代机械系统,毕竟是未来汽车转向的大趋势,因此特斯拉、丰田、比亚迪、蔚来等整车厂都在加速线控转向上车。国内企业拿森、伯特利,外资企业捷太格特、博世、采埃孚、大陆、耐世特、舍弗勒等,这些零部件供应商都在积极研究线控转向,以顺应自动驾驶和电动化带来的新需求。

显而易见的优势

线控转向,用通俗的话来说,就是将车辆的转向控制从人力转移到电脑,取消传统的机械连杆,其中的齿轮轴、齿条等物理结构不再是必须,甚至实现完全解耦,车主操作方向盘的指令完全通过电子信号传递给ECU,ECU分析指令传递给转向机完成操作。在全电控的助力下,转向比和驾驶手感可以灵活调节以适应路况和驾驶员的驾驶习惯。

采用线控转向后,或许操控性的概念将大大削弱,因为方向盘不再通过机械连接实际的路面情况,方向盘不会随着路况而产生抖动,这在一定程度上提高了行车安全。

从成本方面来看,由于大幅取消了机械件,简化了整体结构,线控转向对于降本增效的作用十分明显。与此同时,整车厂对方向盘的布置将更为灵活,可以将方向盘的尺寸进一步减小,也可以布置在不同的位置。

特斯拉一直在推广的半幅式Yoke方向盘,如果仍然使用机械结构+EPS的模式,那么车辆在掉头时,驾驶者很难单手操作,必须双手交叉打方向盘,非常不方便,更重要的是,遇到紧急情况,安全隐患大大增加。

因此,特斯拉希望通过线控转向技术来克服Yoke方向盘在实际使用中的阻碍。Cybertruck已经配备了线控转向系统,传统的转向可能需要打一圈半或两圈完成掉头,Cybertruck则将方向盘最大转角幅度控制在180度以内,转向比也可变,在经过一段时间的适应之后,驾驶者的转向操作是更加便利的,和驾驶F1赛车有相似之处。

可能很多人对线控转向系统的安全性存疑,认为机械系统的可靠性更高,电子系统容易失效,而且失效之后驾驶者也没有办法补救。为此,特斯拉为Cybertruck的线控转向系统设计了双重冗余,在关键的部分甚至设计了三重冗余,这意味着当一套传感器失效,还有另一套系统作为备份,当两套都失效,还能有第三重的冗余系统完成最终的决策,确保车辆电子系统的容错能力。

自动驾驶带来的潜力

新能源汽车的智能化程度普遍更高,通过电机驱动也需要更精准的转向来保证安全。

另一方面,在自动驾驶系统中,转向机构接收自动驾驶域控制器的指令,而线控转向实现方向盘和轮端的全解耦,电信号的延迟更低、控制更精准,有利于今后L3级及以上自动驾驶功能的落地。

此外,自动驾驶系统需要可靠的冗余设计,在机械结构上实现冗余,显然比通过电子系统实现冗余成本要高得多,也更利于规模化的量产。

今后在自动驾驶的场景中,驾驶员接管车辆的频率大大减少,因此对方向盘的操控需求将不再是必须,甚至Robotaxi可能不再搭载方向盘,取消机械传动的线控转向,可以无缝地和车辆的通讯、主动安全系统集成,为车辆的自动转向提供硬件基础。

供应商的探索

事实上,线控转向也不算什么新鲜事物。民用飞机上很早就实现了纯电控,而在量产车上,英菲尼迪早在2013年就在量产的Q50L车型上搭载了线控转向系统,配备了三套ECU来传递电信号,保留了机械结构作为安全冗余。然而上市仅仅不到两年,英菲尼迪就进行了大规模的召回,召回的理由是在某些极端情况下,ECU会对方向盘角度做出误判,导致实际车轮角度与方向盘转角不符,造成安全隐患。从车主的反馈来看,方向盘跑偏、力反馈不一致,甚至电控系统抢方向盘控制权等问题时有发生。

随着技术的发展,线控转向的成熟度已经较之早期有了显著的提升,特斯拉也将线控转向技术作为下一代车型的发力方向。最近几年更高集成度的电子电气架构,各种精度更高的传感器技术,为线控转向的发展提供了一定的基础,各大零部件供应商也在完善或拓展该领域的技术和产品。

伯特利2022年收购收购万达汽车后,正式宣布研发线控转向,线控底盘布局初具雏形。

拿森科技推出的DP-EPS双小齿轮线控转向系统,适用于中型SUV、大型SUV、MPV、皮卡等泛乘用车。

2022年10月,捷太格特的线控转向系统已在丰田BZ4X车型上投入使用,但市场反馈不太尽如人意。

老牌转向系统供应商耐世特在2017年推出了线控转向技术,探索用算法、电子元件和执行器取代了方向盘和车轮之间的机械转向连接。耐世特与大陆集团组建的合资公司CNXMotion,正在研究拓展制动转向技术。

博世在2018年就展示了线控转向的DEMO,当时预计2024年量产。博世华域也于去年对外展示了支持L3自动驾驶的线控转向产品。

舍弗勒的Space Drive线控转向技术在2023年初搭载于奥迪R8 LMS GT3赛车上进行了测试。该公司计划2025年前后开始投产线控转向系统关键零部件,随后将推出全集成的完整线控转向系统。

采埃孚通过将主动运动学控制(AKC)系统与线控转向技术相结合,进一步优化了不同速度下的转向操作体验。

写在结尾

线控转向已经成为智能汽车明确的发展方向。2022年 4 月发布的《线控转向技术路线图》征求意见稿中指出,线控转向的总体目标是在 2025 年、2030 年分别实现国际领先的 L3+、L4+级自动驾驶线控转向系统,线控转向的渗透率分别达到 5%、30%。

当然,线控转向技术目前还处于早期阶段,远未到大规模量产上车,各项功能还不完善,但放眼未来,线控转向无疑蕴含广阔的市场潜力。线控转向也被视为智能底盘的最后一块拼图。

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