Zikeba智客吧科技资讯 汽车 脱离方向盘的线控转向,会是未来自动驾驶的「必选项」吗?

脱离方向盘的线控转向,会是未来自动驾驶的「必选项」吗?

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从汽车诞生之初,方向盘就一直是驾驶员与汽车转向的沟通窗口,通过机械装置,连接转向拉杆与方向盘,实现驾驶员的操控意图。但千禧年后,随着科技的赋能和加持,电控逐渐替代了机械连接的设计,比如电子手刹、电子换挡拨片等。如今,在全面迎接高阶自动驾驶时代的前夕,转向系统也开始倾向于由系统进行电控,我们称之为「线控转向」。

线控转向不新鲜,战斗机早就用上了

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早前的战斗机也是采用液压或者拉线、拉杆式的机械连接来操纵,但是大量的机械管线布满机身,不仅增加了飞机的设计难度和飞机重量,还会降低传动灵敏度。同时,战斗机飞行员会经常做超过几个G的机动动作,此时操纵拉杆需要消耗非常多的体力,这对作战飞行并非好事。于是NASA用于航天的「线控转向」技术开始进入工程师的视野,第一批用上线控转向的设备之一,便是大名鼎鼎的F-16战斗机。

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除此之外,线控转向技术还应用在大型专用车辆上,例如那些上百吨的自行矿车,或者是运载洲际导弹/运载火箭等设备的的大型车辆。由于车身尺寸太大而且车轮布局特殊,线控转向成为了更低成本,同时也更高效的选择。

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回到我们今天的家用车领域,从最初的纯机械转向系统,历经机械式液压助力转向(Hydraulic Power Steering,HPS)、电液助力转向(Electro Hydraulic Power Steering,EHPS),到现在已被广泛应用的电动助力转向(Electric Power Steering,EPS),转向系统朝着操作更加灵敏、结构更加可靠和功率消耗更低的方向不断发展。

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和EPS相比,线控转向的最大不同是取消了方向盘和转向轮之间的物理连接,它的转向力矩完全依靠下转向执行器来输出,而下转向执行器输出力的方向和大小依赖于控制算法给定的控制信号,这也就意味着转向完全由控制算法说了算。算法可以通过离合器耦合,执行方向盘的输入信号;也可以通过解耦,根据自动驾驶的转向要求,实现脱离方向盘的独立转向。

自动驾驶时代,线控转向或将成为趋势

通过上面的例子,我们可以发现,如果在家用车上应用线控转向,那么会有如下优点:

1.线控转向的优势是方向盘与转向机之间没有硬连接,路面震动只有很少部分传递到方向盘上,舒适性强;

2.省略车辆前舱一部分转向机械结构的占用空间,给到设计者更多地利用空间;

3.没有机械的转向管柱,大大提高车辆的碰撞后的乘员舱安全性;

4.方向盘转角和转向力矩可以由ECU独立调节,适应不同类型驾驶员对「手感」的要求。

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但这些并不能让它成为自动驾驶的「必选项」。众所周知,真正意义上的自动驾驶功能的实现,需要「前端感知层」、「中央决策层」与「底部执行层」这三个层面默契的配合。

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「前段感知层」包括摄像头、毫米波雷达以及激光雷达在内的感知设备负责捕捉信息,「中央决策层」通过算法,对路线规划、行车控制等给出命令信号,传导至「底部执行层」的车轮、油门、转向以及制动等方面来完成一系列的车辆控制动作。

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而整个执行过程中,「底盘执行层」对执行的精度需求更高,响应需求更迅速。但传统的EPS受限于安装空间、力传递特性、角传递特性等诸多因素,不能自由设计。于是,可以「完全脱离」驾驶员实现转向控制的线控转向系统,便非常切合自动驾驶的需求,这一特性,大大提升了线控转向成为自动驾驶「必选项」的几率。

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目前,我们所测试的装备传统转向系统的车辆,在L3级别自动驾驶以下,方向盘是需要随时准备接管的。

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想象一下,在未来线控转向的时代,自动驾驶模式下,电控接管后,解耦的方向盘可以完全收缩,为车内提供更多的智慧空间。

70年的探索,只为更美好的未来

虽然线控转向开始被越来越多的车企注意,但在乘用车上的应用,并非一帆风顺。早在20 世纪50 年代,TRW和德国Kasselmann等就提出了车用线控转向的概念,但因为当时转向系统已非常成熟,并且受制于成本,此番设想并未落地。

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就这样一直到1990年,奔驰才重拾前轮线控转向的研究,并在1996年将它开发的线控转向系统应用于概念车F200上。

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2001年的第71届日内瓦国际汽车展览会上,意大利Bertone设计开发的概念车FILO也采用了线控转向系统,它取消了方向盘,使用操纵杆进行转向操作。

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在欧美企业发力的同时,日本企业也纷纷展示出「技术宅」的天分。2018年的北京车展上,JTEKT展示了一台线控转向演示机,赚足了眼球;同时,日本Koyaba和日产合作开发的线控转向系统,也是目前唯一应用于量产车型上的线控转向系统。

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这第一个吃螃蟹的车企,便是英菲尼迪。英菲尼迪为这套线控转向准备足足3个独立的ECU行车电脑,车辆必须要至少ECU发出相同的指令才能完成转向,如果一个突然故障,另外两个ECU可以保障正常转向,但如果三个ECU发出的指令全部不同,此时线控转向就无法正常工作,英菲尼迪为此准备了后备机械转向,ECU故障后系统会立即接合离合器,恢复机械转向连接。

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而回顾国内市场,长城汽车在2021年公布了「咖啡智能2.0智慧线控底盘」,该底盘控制系统是以L4级及以上自动驾驶的目标来搭建的技术平台,于今年6月长城汽车第8届科技节上首次发布,并计划2023年实现量产搭载。

脱离方向盘的线控转向,会是未来自动驾驶的「必选项」吗?

12月1日,中汽研标准所在线控转向(Steer By Wire,SBW)工作组首次会议上宣布,集度、蔚来、吉利正式成为线控转向技术发展和标准化研究联合牵头单位,将牵头线控转向相关国家标准的制定。与此同时,集度汽车也将「线控转向」作为自身核心竞争力之一,积极部署线控转向的自研工作。

邦点评

邦老师了解到,作为全新的下一代转向技术,线控转向的相关技术研发、法规制定也正在同步开展。目前,国外已经放开线控转向上车的相关法规限制,允许线控转向量产。2022 年的 1 月份,中国的转向标准(GB 17675-2021)也将解除对转向系统方向盘和车轮物理解耦的限制。届时,在集度、蔚来和吉利等车企牵头下,线控转向技术发展和标准化制定将进一步完善,而中国的无人自动驾驶技术,亦将迎来新的篇章。

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作者: cbf001

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