2019年12月24日 | 自动驾驶时代 少不了线控转向系统的帮助

“左打方向，车向右；右打方向，车向左。“通过改变参数设置，实现这波神奇的操作，这就是博世研发出的线控转向系统。

不经常钻研技术的小伙伴儿们可能会略显迷茫，什么是线控转向系统呢？它跟传统的转向系统有什么分别呢？基于以上问题，本次首席出行官就博世研发出的线控转向系统来跟大家浅谈”转向系统的发展史“。

转向系统的“前世今生”

汽车转向的发展历程可大致分为4个阶段：机械转向系统、机械液压助力系统、电子液压助力系统和电子助力转向系统。

机械转向系统（Manual Steering，简称MS）：顾名思义，该系统以驾驶员体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。

这种方法的缺点显而易见：轮胎和地面的反作用力直接传递到方向盘上，导致在扳动方向盘的时候很费劲（尤其是在原地打方向时）。所以老一辈人总说，开车那是个体力活。

总结下来，机械转向的性能可靠、结构简单，但是扳着费力，灵敏度不高。更惨的是，在方向盘没把稳时还有可能造成手臂骨折，尤其是在开载重和自重很大的货车时。

机械转向系统（Manual Steering，简称MS）：顾名思义，该系统以驾驶员体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。

这种方法的缺点显而易见：轮胎和地面的反作用力直接传递到方向盘上，导致在扳动方向盘的时候很费劲（尤其是在原地打方向时）。所以老一辈人总说，开车那是个体力活。

总结下来，机械转向的性能可靠、结构简单，但是扳着费力，灵敏度不高。更惨的是，在方向盘没把稳时还有可能造成手臂骨折，尤其是在开载重和自重很大的货车时。

机械液压助力系统（ Hydraulic Power Steering，简称HPS）：经过一段时间的使用，大家发现基于机械转向操作实在费力，并且容易伤到驾驶员。于是乎，机械液压助力系统就顺应而来。

该技术的原理是利用发动机的动力带动油泵，给机械转向提供液压助力。在使用中，驾驶员仅需轻微用力就能转动方向盘，操作跟之前相比更轻松写意。但由于方向盘给驾驶员力量反馈太小，容易给后者造成路感缺失的问题（尤其是在高速行驶时，方向盘过轻会导致车身控制不稳定）。另外，为了保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，还会造成能耗较高。

电子液压助力系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）：为了提升驾驶员操控感，解决能耗高的问题，电子液压助力系统就诞生了。其原理与机械液压助力基本相同，不同点为油泵由电动机驱动，助力力度可变。通过车速传感器对车速的监控，电控单元获取数据后通过控制转向控制阀的开启程度改变油液压力，从而实现转向助力力度的大小调节。

这对于热爱驾驶的老司机来说，助力大小可根据车速来匹配简直是不得了的福音。车辆从此在速度高时助力小、手感更沉稳；车速低时助力大、开着更省力。

电子助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）：该系统根据助力电机的安装位置不同，可以分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种模式。其原理都是利用驱动电机直接带动转向轴，或转向齿轮，最终让转向齿条在电子控制单元下直接实现助力转向。这种方案的最大好处，在于省去了液压助力系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮。

相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点：只有在转向时电机才会提供动力，可以显著降低能耗；助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好；结构紧凑，提升了车内空间效率；可通过程序的设置，使电动助力转向系统易于匹配不同车型，缩短生产和开发周期。

线控转向是“何方神圣”？

面对着即将到来的自动驾驶时代，传统转向系统已然无法满足自动驾驶功能的控制需求。因此，博世日前推出了线控转向系统。该系统的技术原理，和传统转向系统存在本质不同。

不同的时代对于车辆有不同的需求。

“自动驾驶”作为现在炙手可热的话题，无论是传统主机厂还是新造车势力，都在研发自动驾驶技术。

而博世针对目前的市场需求，推出了线控转向系统。

博世的线控转向系统技术原理，是指在转向系统的上部和下部之间，取消现有的物理连接。实现了上转向与下转向的非机械连接，并将其结构分为方向盘执行机构和转向齿条执行机构两部分：

首先，方向盘执行机构将驾驶者的转向意图通过传感器转换成数字信号，随后传递给转向齿条执行机构。同时，根据不同的车速及驾驶工况提供模拟的方向盘力矩反馈，从而实现方向盘的回正以及驾驶手感等功能。

转向齿条执行机构则从方向盘执行机构接受信号，并根据驾驶员的转向意图将方向盘角度信号转换成轮胎的摆动。

博世官方表示：取消中间轴会有很多好处。其一是减少整车厂的产品类型，降低成本。举例说明，左驾和右驾车的转向系统现在是两个产品。但取消中间轴之后，左驾和右驾的转向就可以变成一个系统。其二，将可变转向比功能下放到更多价位更低的车型上。

目前，一些车辆要实现可变传动比，需要在机械上要做出不同的齿型，成本较高并且工艺复杂。如果用了线控转向系统，传动比可以通过软件和参数来设定，既有灵活性，同时又降低了成本和缩短了开发周期。

线控转向的优势和劣势

优势：

方向盘与转向机之间没有硬连接。不同于英菲尼迪Q50的线控转向系统（仍有机械中间轴作为冗余设计），博世研发的系统则完全取消了中间轴的设计，消除了机械连接冲击的传递，降低了噪声和震动。

转向比可随意调节。系统可通过软件参数的调整实现多种不同的驾驶模式，比如舒适模式和运动模式（运动模式会提供更多的路面反馈）。

占据空间小，为机舱内其余零部件的布置提供了更充足的空间。比如，可以获得更大的驾驶员腿部空间。

劣势：

对性能车和跑车这种强调驾驶乐趣的车型来说路感不足，驾驶乐趣差。个人认为，没有硬连接导致路感反馈较为虚假。

一旦出现质量问题，后果不堪设想。以英菲尼迪Q50召回为例，由于线控主动转向系统控制单元程序有偏差，当发动机在电瓶处于低电压状态下启动时，控制单元有可能对方向盘角度作出误判，导致方向盘和车轮的转动角度存在差异。这种情况下，即便方向盘转到中立位置，车轮也可能不会返回到直行位置，导致车辆不能按驾驶员意图起步直行或转向，非常危险。

信息安全方面，存在被黑客攻击的风险。因为使用纯电子信号作为执行数据传输，所以系统在一定程度具有被黑客攻击的潜在危险性。另一方面，线控转向取消了传统的物理连接，这意味着车辆被黑客控制后，车内驾驶员完全丧失了对车辆的控制能力。当然，博世声称该公司会构建足够安全的防火墙。不过一旦系统成为车联网的一部分，无论谁也没有办法保证100%的安全性。

当然了，面对线控转向的可靠性及安全性问题，博世官方也给出了解答。他们强调：“我们的系统架构，如整车电源，通讯、信号、转向系统的电机、处理器都采取了全冗余的系统方案。其相当于有两套系统实时并联工作，当其中一套失效时，另一套也能继续保证转向指令被执行。”

自动驾驶时代，少不了线控转向系统

当前，智能驾驶中便有许多功能是通过电动转向系统来实现的——例如车道保持辅助、交通拥堵辅助、自动泊车等。

但是，目前的技术更多是依靠对助力电机的控制来实现。尤其在使用自动泊车的功能时，我们能看到方向盘还需要随着车轮的转向而转动的。在Model 3车主用方向盘操纵车机打游戏时，车轮也会随方向盘转动。针对这种情况，线控转向技术的出现恰逢其时。

更重要的是，线控转向技术的出现将会推动自动驾驶技术的发展。当完全自动驾驶功能落地后，方向盘存在的意义便会被极大的削弱。如果依旧采用传统的机械式转向结构，那在自动驾驶过程中，方向盘变成为了侵占空间的“累赘”。而线控转向系统节省下的空间，可以用来布置传感器、计算单元或其他零部件。

若要实现自动驾驶技术，线控转向在很大程度上会成为必不可少的硬件部分。显然，博世在此时推出线控转向技术，就是为了迎合自动驾驶趋势而进行提前布局。