电控转向 找寻驾趣与安全的平衡

2014-02-14 21:05:25来源: 中国科技网 关键字:转向  平衡

    开车的人都有这种体验,行驶在崎岖不平的路面上时,汽车就会剧烈颠簸,方向盘震颤得简直就要失控。这缘于传统机械连接结构的物理特性——地面施加给轮胎的力,会通过连杆原封不动地“送”到驾驶员的手上。如今,一种新技术能够帮助汽车即便是在颠簸起伏的道路上,也不会失去控制,而会按照驾驶者所想的方向继续前进。

    据日本日经BP社近日发表报道,经过近15年的研究测试,日产汽车将在自己的王牌车品——新款“Skyline”上采用名为“电控转向”(steerbywire)的电子控制技术。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。

全球首次“触电”

    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。日产称之为“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”。

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

    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。

    形象地说,人们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。

比“有”更敏感的“无”

    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。这些信息是实现安全驾驶的重要因素。不靠钢铁靠电子的电控转向,能够精准传达这些吗?

    通过在方向盘的后方安装名为“转向力致动器”的马达,日产让电控转向也能够实现这一功能。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表示,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。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。

    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。

新旧“双保险”

    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?原因就在于安全。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。这不仅伤害消费者,也会给企业带来毁灭性的打击。因而得知Skyline配备了这种功能,日产的很多竞争对手都表示了惊讶。

    那么,当ECU、马达、线束等电子发生故障时,Skyline如何保证驾驶者的安全?日产的解决之道,是新旧“双保险”。

    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。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。”

    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。

关键字:转向  平衡

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0214/article_8649.html
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