Cybertruck成功量产搭载，线控转向为何迟迟未能普及？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）一直以来，汽车转向都是通过机械连接实现，驾驶员通过控制方向盘，方向盘连接到转向器和拉杆，从而使得车轮往驾驶员需要的方向转动，令车辆完成转向动作。
 
而最近特斯拉开始交付的Cybertruck车型，配备了线控转向技术，在体验过程中受到了不少用户好评。而接下来特斯拉预计在2024年Q2发布的新款ModelS和Model X车型也将会采用线控转向技术。
 
顾名思义，与传统保留机械连接的转向技术相比，线控转向就是取消了机械连接，通过电信号来控制车轮的转向。那么线控转向有哪些优点，实现的难点又有哪些？
 
转向技术的发展
 
最早的汽车，方向盘和车轮完全是通过机械进行连接，仅凭人力来转动车轮。所以在早起的汽车方向盘都会显得“较重”，这样就导致在遇到紧急情况时难以及时控制方向，对驾驶员的技术提出了很高的要求，因此就出现了方向盘助力的技术。
 
最早出现的方向盘助力转向系统是在机械转向的基础上，加上液压助力，让方向盘可以变得更“轻”，驾驶员更容易控制车辆。后来又出现了电动液压助力转向系统，在机械转向的基础上辅以电动的液压助力；进一步地，在电动液压助力的基础上，进化出电动助力转向系统，取消了液压装置，通过电机来帮助转向。
 
但这些技术都是构建在机械转向系统的基础上，通过优化转向系统的力传递特性，用不同的方式来为转向控制提供助力，以提高汽车的转向稳定性和操纵便利性。
 
而进入自动驾驶时代，受限于机械结构，转向系统的角传递特性限制了汽车的转向性能，对于自动驾驶而言，主动控制的能力也难以完美实现。因此在电助力转向系统的基础上，进一步取消了机械连接，完全通过电动的方式来控制车辆转向系统，这也被称为线控转向系统。
 
线控转向首先在自动驾驶领域有着更强的适用性，令车辆拥有更强的主动控制能力。另一方面，通过线控转向，由于不受机械结构的限制，可以令方向盘的转向手感和转向圈数有更多的自定义可能，甚至根据驾驶员习惯来调整方向盘阻尼等。
 
同时，线控转向由于取消了转向柱、转向齿轮、传动杆等机械结构，在降低了车辆重量的同时，还能够避免这些机械部件在碰撞事故中对驾驶员造成的伤害。在这些机械结构被取消后，还为驾驶舱让出了更大的设计空间，方向盘可以安装在不同位置。
 
当然，没有了机械连接，线控转向的可靠性就显得尤为重要，这也是线控转向技术的难点之一。
 
2015年早已量产上车，为何迟迟未能普及？
 
实际上线控转向不是一项新技术，早在2015年，英菲尼迪Q50就搭载了主动式的线控转向系统。英菲尼迪Q50上的线控转向系统实际上还保留着一套机械冗余，在正常工作状态下，方向盘和转向柱是没有机械连接的，完全是通过电信号来进行转向指令的传输。但在ECU发现故障时，可以通过一个离合器，将转向系统重新接入机械控制，保障安全性。
 
然而英菲尼迪Q50上的线控转向并没有体现出体验优势，用户反馈不佳，容易跑偏。不过从去年开始，丰田bZ4X、雷克萨斯RZ等车型也重新开始搭载线控转向系统。
 
所以，线控转向的技术难点主要在于，如何保障系统运行的可靠性和鲁棒性。毕竟转向关系到行车安全，转向系统失效的危险性不亚于刹车系统失效。
 
在解决了系统可靠性的问题后，下一个难点就在于如何模拟出机械转向中的路面反馈效果。一般来说，评价一个转向系统是否好用，是包括转向精准度，比如转向角度是否符合驾驶员的预期；通过转向柱，从轮胎、转向杆反馈到方向盘上的“路面反馈”，这对于驾驶员判断路面状况非常关键。
 
如果车辆完全实现了自动驾驶，那么这些路面反馈的体验可以忽略。但目前在自动驾驶未能完全实现的情况下，驾驶员依然处于绝对的核心地位，因此线控转向能够给驾驶员带来怎样的体验，会是这项技术推广的关键问题之一。
 
线控转向的结构一般包括方向盘上的转角传感器、扭矩传感器、转矩反馈电机、控制器、转向电机等。系统的工作原理是，控制器通过检测方向盘上的传感器数据，来获取驾驶员意图，结合车速、轮速等信息来计算需要转向电机输出的角度；与此同时也要根据车轮的信息，来模拟路面反馈，并通过反馈电机将模拟的路面状况信息通过振动或转向阻力传输到方向盘上。
 
要做好这些反馈细节，需要控制器有强大的算力以及对真实路面情况进行足够多的测试，以通过算法来模拟出真实的反馈。所以综合可靠性以及转向反馈等的难点，线控转向在过去这些年间未有大规模推广也就能够理解了。
 
小结：
 
随着技术的成熟，近年来国内外的Tier1也已经开始推出完善的线控转向系统，除了博世、大陆等传统厂商，国内车企也在积极配合产业链来推动线控转向的落地。2021年，集度（已更名为极越）、蔚来、吉利成为国内线控转向标准化研究的联合牵头单位。同时拿森、格陆博等本土Tier1也推出了线控转向系统的相关产品，相信很快我们能够看到越来越多采用线控转向系统的车辆上路。