线控转向（SBW）

前言

对于车辆行驶控制而言，最重要是实现车辆的纵向和横向控制，分别对应着驱动/制动和转向，引申到线控技术则为线控油门/线控制动和线控转向。线控油门，即电子节气门技术，是已经非常成熟的技术，凡具备定速巡航的车辆都配备有电子油门，目前已大量普及。前期线控制动技术已做介绍，本期谈下线控转向技术。

一、转向技术的发展历程

从汽车的转向系统的发展历程而言，其经历了纯机械转向系统、机械液压助力系统、电动液压助力转向系统和电子助力转向系统。

1.纯机械转向系统

同制动一样，汽车出现之初，转向也不带助力系统，所以你想要开车，你得是个大力士才行。

2.机械/电动液压助力转向系统HPS/EHPS

为解决纯机械转向系统操作费力、操作不安全等问题，机械液压助力转向系统率先被开发出来。

机械液压助力转向工作流程：发动机皮带带动液压泵，为液压系统提供动力源。转向机上的控制阀随着方向盘转动打开，油压经过控制阀进入动力缸，推动活塞产生辅助力推动转向拉杆，实现辅助转向功能。

这纯机械液压助力类型可靠性强，且可保留清晰的路感，然而需一直连着发动机，不转向时也要浪费发动机动力，并且转向助力的力度大小不能调，高速、低速一个样（高速行驶时反馈力小，“丢方向”不安全。低速时，方向盘感觉笨重）。

为解决占用发动机功耗（纯电动可没有燃油发动机），转向力度不可调等问题，开发出了电子液压助力转向。电子液压助力转向的动力源为电动液压泵，不转向时直接关闭电子泵。而电子控制单元，则处理采集到的方向盘转角信息、车速信息等，通过改变电子泵的流量来改变助力的大小。

电动液压助力转向具有机械液压助力转向大部分优点，同时还降低了能耗，反应也更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节，更加人性化。但是因传力机构为液压系统，仍需要液压泵、液压管路和控制阀等元件，结构依旧复杂，且占用空间大，拖累工程设计。

3.电子助力转向EPS

随着电机及控制技术的成熟，直接由电机替代原先液压转向机构进行动力输出，展现出电子助力转向的一些列魅力，如：

结构紧凑，维修简便，成本低

传动效率高（EPS达90%，EHPS约60-70%）

根据不同速度设置电机助力大小，驾驶手感较好

电子助力是实现辅助驾驶一系列功能（如自动泊车APA、车道保持LKA等）最基本的配置。

而根据助力电机位置，具有三种类型，分别适用于不同类型车辆：

C-EPS 管柱助力型：用于前轴负荷较小的微型轿车。低成本、平台化、适用于小型车型。

P-EPS 小齿轮助力型：用于前轴负荷中等的轻型轿车。转向噪声小、中间轴负荷小。

R-EPS 齿条助力型：用于前轴负荷较大的高级轿车和货车上。出力大。

线控转向SBW

4、好吧，又到线控了。

线控技术源于飞机，你在大型客机的机头想控制尾翼，你不能再搞个长长的机械传动机构吧，所以线控的优势在于取消了命令感应器和控制器间的机械机构，通过导线乃至于无线进行无视距离、无视位置布置的指令信号的传输。因此相比于前辈们，线控转向优势在于更好的进行多轮主动转向控制，特别是大型车辆。

1987年推出的Prelude，纯机械结构的四轮转向系统，后轮的转向角度非常小，日常普通驾驶并不能为驾驶员提供明显的感受，且目前先进的电子车身控制系统，已经能通过对单侧车轮制动的方式达成提高汽车过弯速度的功能。

这种多轮大型车光看图片就能感觉到线控转向所释放出的善意了。

二、线控转向的基本原理

随着汽车电子技术的发展和自动驾驶的诉求，线控转向系统将是电子助力转向的未来发展方向。以冗余设计方式为出发点，简要介绍目前两种类型的线控转向：

（1）机械冗余式，首现于英菲尼迪Q50，在转向管柱与转向机构之间，增设有电控多片离合器。正常情况下，转向机构上的两个ECU+电机并联工作；故障模式下（如管柱侧电机失效且转向机侧任意一个电机失效，或管柱角度超过一定限制等），离合器吸和，采集扭矩传感器信号，实现传统EPS的基本助力功能。

量产车型目前仅有英菲尼迪Q50、Q50L、Q60、全新QX50等，其中Q50（2013年上市）和Q50L（2014年上市）在2016年因线控转向的安全性召回过6894辆，具体原因为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，存在安全隐患。

（2）电控系统备份冗余式。此类型才是真正的线控转向，其完全取消方向盘与转向机之间的机械部分，其方向盘处布置多个传感器以实现输入信号的冗余度，转向机构采用多个电机+ECU系统来实现控制冗余度，如博世SBW。相比于机械冗余式，这种冗余方式更贴近“线控”定义，但成本较高，相当于制造两套重复的转向机构。

利用电控系统备份冗余的SBW对可靠性和耐用性的要求非常高，目前各大供应商还在研发过程当中，约在2020年以后可以逐步实现量产。

三、线控技术的制约因素

目前线控转向还处于不断发展的阶段，除英菲尼迪曾量产应用过机械冗余式线控转向外，其余多处于在研状态，具体产品状况可参见下表。

决定产品能否市场应用主要取决于技术和成本，线控转向同样如此，制约其应用的原因有：

（1）电机、电控安全度不够，为确保安全而采用冗余系统增加了车辆的复杂度和成本

（2）需解决如何模拟路感以平衡舒适性和操控性之间的矛盾，即复杂的力反馈电机和转向执行电机的算法实现

四、总结

目前电子助力转向已经能够实现自动驾驶功能，而线控转向不论是采用机械式还是电控冗余备份式，因安全冗余带来额外的成本，且技术成熟度不够，因而在自动驾驶行业，其诉求和关注度远小于线控制动。

五、题外话

坦克如何掉头的？

坦克掉头时，只要锁止一侧的履带，靠另一侧履带产生的动力就可以带动坦克完成转向掉头。如果需要快速掉头，两侧履带反方向运动，就可很快完成以车体立轴为中心的原地转向。

其实汽车ESP已经利用了这个原理，靠轮速差实现转向。

因此将来搭载轮毂电机的汽车转向系统或将是颠覆式的，硬件结构不需要转向器和转向传动机构，你所需要的只有转向操纵机构（方向盘）以及轮毂电机的控制器。