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。日產汽車將在新款“Skyline”上采用名為“電控轉向”(steer-by-wire,也叫線控轉向)的電子控制技術。因為轉向技術關系到汽車安全這一根本問題,所以從研究到實用化,日產在電控轉向技術上花了15年時間。
在崎嶇不平的路面上,汽車劇烈顛簸,方向盤簡直就要失控。為了防止汽車失控,恐怕很多駕駛員都有過放慢速度,拼命抓緊方向盤的經歷。然而,記者試駕的汽車即便是在顛簸起伏的道路上,也不會失去控制,而會按照所想的方向前進。
這依靠的是一項名為“電控轉向”的新技術。
Skyline在全球首次采用電控轉向
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。該公司稱之為“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”。
電控轉向系統取消了方向盤與傳動軸之間的機械連接,而是利用電信號和馬達控制輪胎的方向。
其原理如下。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。
為了方便理解,大家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,不會發生失控的現象。
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。
不過,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,對于駕駛員而言,這些信息是實現安全駕駛的重要因素。
正確傳達路面情況
日產通過在方向盤的后方安裝名為“轉向力致動器”的馬達,成功解決了這個問題。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說:“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。
舉個例子,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。
安裝在前輪車軸上的2個馬達運轉狀態相同。“雖然也可以合并為1個,但這樣做會增加馬達的體積,出于布局上的限制,最終還是采用了2個”(木村)。但日產也表示,即使馬達實現了小型化,也不一定會合并成1個。因為配備3個馬達后,系統整體的可靠性得到了提升,關于詳細情況,筆者將在后面加以介紹。