電控轉向 找尋駕趣與安全的平衡

開車的人都有這種體驗，行駛在崎嶇不平的路面上時，汽車就會劇烈顛簸，方向盤震顫得簡直就要失控。這緣于傳統機械連接結構的物理特性——地面施加給輪胎的力，會通過連桿原封不動地“送”到駕駛員的手上。如今，一種新技術能夠幫助汽車即便是在顛簸起伏的道路上，也不會失去控制，而會按照駕駛者所想的方向繼續前進。

據日本日經BP社近日發表報道，經過近15年的研究測試，日產汽車將在自己的王牌車品——新款“Skyline”上采用名為“電控轉向”（steerbywire）的電子控制技術。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。

全球首次“觸電”

日產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月進入日本市場。該車的亮點是在全球率先配備電控轉向系統。日產稱之為“直接主動轉向”。

以前的汽車是通過名為傳動軸的部件，將駕駛員操作方向盤的角度和力度以機械方式傳導至前輪車軸。由此改變輪胎角度，控制行進方向。但采用這種方式時，道路顛簸的反作用力會直接反映到方向盤，導致“方向盤失控”。

而電控轉向系統取消了方向盤與傳動軸之間的機械連接，利用電信號和馬達控制輪胎的方向：

首先，利用傳感器檢測方向盤的轉動。根據檢測結果，ECU（電子控制單元）的計算機將輪胎應轉過的角度轉換成控制信號，通過貫穿汽車內部的線束，也就是傳輸系統，傳送到控制輪胎角度的馬達。因為方向盤操作是經由電線傳遞，而不是利用傳動軸，所以叫作電控轉向。

形象地說，人們可以把方向盤看作遙控器，輪胎則是被遠程操作的電器。因為方向盤與輪胎之間沒有機械連接，所以即使是在顛簸的路面上，方向盤也能忠實地遵循駕駛員的指示，不會發生失控現象。

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

比“有”更敏感的“無”

駕駛員在駕駛傳統汽車時，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。這些信息是實現安全駕駛的重要因素。不靠鋼鐵靠電子的電控轉向，能夠精準傳達這些嗎？

通過在方向盤的后方安裝名為“轉向力致動器”的馬達，日產讓電控轉向也能夠實現這一功能。領導電控轉向系統開發的日產車輛要素技術開發本部主任木村健表示，來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。與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。一方面過濾掉較大的車轍和縫隙等影響駕駛的信息，另一方面實時傳遞微妙的路面情況。電控轉向系統將這二者組合，實現了流暢的駕駛。

除了方向盤部分，電控轉向系統另外還用了2個馬達，也就是安裝在前輪車軸上的“轉向角致動器”。顧名思義，其作用是控制輪胎角度。當駕駛員將方向盤維持在直行狀態時，受到顛簸路面的壓力作用，輪胎會改變方向。此時，該馬達能夠立即抵消壓力，使汽車保持直行。

Skyline還借助轉向角致動器與觀察前方的車載攝像頭的聯動，實現了穩定行駛的功能。該功能是在側風等導致汽車的行進方向偏離車道時，自動控制輪胎角和方向盤的反作用力，借此減少偏離。

新舊“雙保險”

電控轉向既然擁有這么多的優點，為什么一直沒有汽車企業采用呢？原因就在于安全。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生故障，拐向危險方向，就會發生悲劇。這不僅傷害消費者，也會給企業帶來毀滅性的打擊。因而得知Skyline配備了這種功能，日產的很多競爭對手都表示了驚訝。

那么，當ECU、馬達、線束等電子發生故障時，Skyline如何保證駕駛者的安全？日產的解決之道，是新舊“雙保險”。

首先是控制傳感器和馬達的ECU。雖然有3個ECU分別控制3個馬達，但內部的運算其實完全相同。而且，各ECU會相互對照計算結果，隨時相互監測。

采用3個馬達的意義就在于此。3是能實現“少數服從多數”的最小的數字。如果是2個ECU，當計算出現分歧時，很難判斷誰對誰錯，但如果是3個的話，就可以斷定是計算結果與另2個不同的ECU發生了故障。這樣一來，只要使用正常的2個ECU控制3個馬達即可。

不過，當馬達和線束等發生故障時，就無法再維持電控轉向功能。為了防范這種情況，Skyline在方向盤與輪胎之間保留了機械式連接機構。電控轉向系統正常工作時，ECU將持續發出切斷方向盤與輪胎之間的離合器的信號。一旦發生故障，則立即連接離合器。這樣一來，在緊急時刻，駕駛員就能像開普通汽車一樣，利用機械式連接繼續操作方向盤。日產開始研究這項技術要追溯到大約15年前。僅是應用于Skyline，實現商品化，就耗費了8年的時間。

其實，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。在中速到高速區域行駛時，通過使后輪保持與前輪一樣的拐角，汽車的穩定性有所提高。憑借這些經驗的積累，日產領先于其他公司，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值”，暗示了向其他款式推廣的可能性。電控轉向的終極形態是輪胎在行駛途中自主判斷路面情況。“最終將通往今后必將到來的自動駕駛時代。”

在2013年11—12月舉辦的東京車展上，汽車部件企業恩梯恩發布了概念車，展示了電控轉向新的可能性。雙座純電動汽車“Q’moⅡ”可以分別調整4個車輪的角度，現場展示了原地旋轉等顛覆汽車常識的動作。當在單行線上遇阻時，Q’moⅡ可以輕松繞開，在停車場進出車位也變得更簡單。