日产电控转向技术:颠簸路面再莫慌张

2013-12-25 17:58:55来源: 日经技术在线 关键字:日产  电控  转向  技术

    自汽车诞生以来一直采用的方向盘操控方式终于有了改变。日产汽车将在新款“Skyline”上采用名为“电控转向”(steer-by-wire,也叫线控转向)的电子控制技术。因为转向技术关系到汽车安全这一根本问题,所以从研究到实用化,日产在电控转向技术上花了15年时间。

    在崎岖不平的路面上,汽车剧烈颠簸,方向盘简直就要失控。为了防止汽车失控,恐怕很多驾驶员都有过放慢速度,拼命抓紧方向盘的经历。然而,记者试驾的汽车即便是在颠簸起伏的道路上,也不会失去控制,而会按照所想的方向前进。

    这依靠的是一项名为“电控转向”的新技术。

日产电控转向技术:颠簸路面再莫慌张

Skyline在全球首次采用电控转向

    日产2012年8月在美国推出的“英菲尼迪Q50”即将以新款“Skyline”的身份,在2014年2月进入日本市场。该车的亮点是在全球率先配备电控转向系统。该公司称之为“直接主动转向”。

    以前的汽车是通过名为传动轴的部件,将驾驶员操作方向盘的角度和力度以机械方式传导至前轮车轴。由此改变轮胎角度,控制行进方向。但采用这种方式时,道路颠簸的反作用力会直接反映到方向盘,导致“方向盘失控”。

    电控转向系统取消了方向盘与传动轴之间的机械连接,而是利用电信号和马达控制轮胎的方向。

    其原理如下。首先利用传感器检测方向盘的转动。根据检测结果,ECU(电子控制单元)的计算机将轮胎应转过的角度转换成控制信号,通过贯穿汽车内部的线束,也就是传输系统,传送到控制轮胎角度的马达。因为方向盘操作是经由电线传递、而不是利用传动轴,所以叫作电控转向。

    为了方便理解,大家可以把方向盘看作遥控器,轮胎则是被远程操作的电器。因为方向盘与轮胎之间没有机械连接,所以即使是在颠簸的路面上,方向盘也能忠实地遵循驾驶员的指示,不会发生失控的现象。

    由于电信号可以无延迟地调整轮胎角度,因此,与存在传动轴扭曲等损失的传统方式相比,汽车对于方向盘操作的反应也更加灵敏。

    不过,驾驶员在驾驶传统汽车时,能够通过方向盘感受到路面的微妙变化。例如路面的打滑程度等,对于驾驶员而言,这些信息是实现安全驾驶的重要因素。

正确传达路面情况

    日产通过在方向盘的后方安装名为“转向力致动器”的马达,成功解决了这个问题。领导电控转向系统开发的日产车辆要素技术开发本部主任木村健说:“来自路面的反作用力以电信号的形式传送至马达,由马达向驾驶员反馈微妙的路面情况。”与存在传导损耗的机械式连接相比,电信号能够更加迅速地将路面的情况反映给驾驶员。

    一方面过滤掉较大的车辙和缝隙等影响驾驶的信息,另一方面实时传递微妙的路面情况。电控转向系统将这二者组合,实现了流畅的驾驶。

    除了方向盘部分,电控转向系统另外还用了2个马达,也就是安装在前轮车轴上的“转向角致动器”。顾名思义,其作用是控制轮胎角度。

    举个例子,当驾驶员将方向盘维持在直行状态时,受到颠簸路面的压力作用,轮胎会改变方向。此时,该马达能够立即抵消压力,使汽车保持直行。

    安装在前轮车轴上的2个马达运转状态相同。“虽然也可以合并为1个,但这样做会增加马达的体积,出于布局上的限制,最终还是采用了2个”(木村)。但日产也表示,即使马达实现了小型化,也不一定会合并成1个。因为配备3个马达后,系统整体的可靠性得到了提升,关于详细情况,笔者将在后面加以介绍。

   Skyline还借助转向角致动器与观察前方的车载摄像头的联动,实现了稳定行驶的功能。该功能是在侧风等导致汽车的行进方向偏离车道时,自动控制轮胎角和方向盘的反作用力,借此减少偏离。

    对于电控转向的优点,木村强调说:“开上2个小时,就能亲身感受到明显不像普通汽车那么累。”

    电控转向既然拥有这么多的优点,为什么一直没有汽车企业采用呢?方向盘与轮胎的操作是驾驶的生命线。一旦汽车在高速行驶中发生故障,拐向危险方向,就会发生悲剧。竞争对手的技术人员表示,“最坏的情况下,企业甚至要召回全部车辆(回收并免费维修)。得知Skyline配备了这种功能,我们也为日产的大胆吃了一惊”。

双保险确保可靠性

    当ECU、马达、线束等发生故障时,要怎么办?

    首先是控制传感器和马达的ECU。虽然有3个ECU分别控制3个马达,“但内部的运算其实完全相同”(车辆要素技术开发本部主管三浦聪)。而且,各ECU会相互对照计算结果,随时相互监测。

    采用3个马达的意义就在于此。3是能实现“少数服从多数”的最小的数字。如果是2个ECU,当计算出现分歧时,很难判断谁对谁错,但如果是3个的话,就可以断定是计算结果与另2个不同的ECU发生了故障。这样一来,只要使用正常的2个ECU控制3个马达即可。不过,当马达和线束等发生故障时,就无法再维持电控转向功能。为了防范这种情况,Skyline在方向盘与轮胎之间保留了机械式连接机构。

    电控转向系统正常工作时,ECU将持续发出切断方向盘与轮胎之间的离合器的信号。一旦发生故障,则立即连接离合器。这样一来,在紧急时刻,驾驶员就能像开普通汽车一样,利用机械式连接继续操作方向盘。日产开始研究这项技术要追溯到大约15年前。仅是应用于Skyline,实现商品化,就耗费了8年的时间。

    其实,2007年推出的上一代Skyline配备了利用电控转向控制后轮的技术。在中速到高速区域行驶时,通过使后轮保持与前轮一样的拐角,汽车的稳定性有所提高。凭借这些经验的积累,日产领先于其他公司,率先采用电控转向系统。三浦表示,“既然做了,自然要考虑扩大其价值”,暗示了向其他款式推广的可能性。电控转向的终极形态是轮胎在行驶途中自主判断路面情况。“最终将通往今后必将到来的自动驾驶时代”。

    即使是现阶段,通过在技术上调整ECU的参数,也能够营造出很多种驾驶感觉。同一款汽车,也可以按照体验赛车感受、需要平稳驾驶等不同的情况,对参数进行优化。如果可以通过软件调整的地方增多,SUV(多功能运动车)、轿车等不同类型的汽车之间通用部件的可能性也会随之增高。

    在2013年11~12月举办的东京车展上,汽车部件企业恩梯恩发布了概念车,展示了电控转向新的可能性。双座纯电动汽车“Q’moII”可以分别调整4个车轮的角度,现场展示了原地旋转等颠覆汽车常识的动作。

    当在单行线上遇阻时,Q’moII可以轻松绕开,在停车场进出车位也变得更简单。恩梯恩的工作人员意气风发地表示,“我们会争取让这款车获得牌照上路行驶”。如果该车成功投入实用,或许有助于消除日本“脱离汽车”的动向。

    随着电控转向系统投入实用,今后,汽车的形态或许会远远超越既有常识。

关键字:日产  电控  转向  技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/1225/article_8397.html
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