从英菲尼迪Q50到奥迪E-tron看线控技术之路

典型的机械车辆系统向电子控制的发展——无论如何，对于普通消费者来说——是过去50年里不太明显的技术转变之一。

在踏板和引擎之间没有机械连接的线控油门系统已经存在了几十年，它帮助实现了精确巡航控制、稳定性控制和碰撞前安全系统，这些系统可以调节引擎扭矩，而不管驾驶员的脚在做什么。

2014年，英菲尼迪在Q50轿车中首次推出了线控技术（全球首款搭载线控转向技术的量产车型）——该系统使用软件和电子设备来控制汽车前轮，而不是传统的方向盘和转向架之间的机械连接，如果发现故障，可以重新启动机械连接。

基于线控转向技术，悬挂系统中的传感器和软件结合起来帮助方向盘模拟道路的感觉。通过消除机械损耗，可以降低传统系统的响应，转向响应更快，消除了方向盘的振动。

作为英菲尼迪Q50驱动模式选择器的一部分，转向在触摸屏上进行调整。根据车型的不同，最多有四种预先设定的模式，外加一种个性化的设置，允许司机根据个人的驾驶风格和道路类型混合和匹配努力和响应。

这套系统配置了三个电子控制单元。正常情况下，系统会打开离合器以断开机械连接。如果这三个部件全部失灵，离合器就会啮合，汽车就会恢复老式的机械转向。

不过，新车上市不久，美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)提交的一份召回报告显示，日产将召回2014年生产的23款英菲尼迪Q50豪华轿车，因为如果发动机舱内温度降至冰点以下，这种线控转向系统可能会失灵，故障还可能延迟这一备份系统的及时响应。

不过，其实英菲尼迪Q50的转向系统中仍然有机械中间轴设计，还不能完全算作线控转向。在整车布置方面，真正的线控技术是取消了中间轴，能有效优化整车布置、简化转向系统。据说，一些公司现在正在研究完全的线控转向系统，以真正摆脱机械备份。

线控转向技术，近年来也正在成为越来越多的汽车制造商进行车辆测试的选择项。今年，沃尔沃汽车宣布正在采用AB Dynamics公司的创新线控技术进行车辆测试。该线控技术名为Flex-0，可直接通过控制器局域网络（CAN）总线驱动车辆。

另一项技术，就是线控刹车。最引人注目的是丰田普锐斯，但通用、福特和本田的混合动力车也不例外。一级方程式赛车从2014年起就搭载了线控刹车技术，但除此之外，它目前主要是在一些混合动力车型上搭载。

奥迪最新推出的E-tron是首款采用线控刹车技术的纯电动汽车。但它也还不是完全彻底的线控技术，因为真正的线控刹车系统将使用电控刹车卡钳代替液压，而奥迪的系统采用的仍然是电动液压。

踏板和踏板之间没有机械连接，除了冗余备份之外。但制动器上的执行机构仍然是液压的，它只是由电脑控制，根据驾驶员踩在踏板上的压力大小做出反应。

为了实现最大的性能和效率，工程师们想在E-tron上安装一个带有ultra-fine-tuned的再生制动系统——理论上可以增加30%的续航里程。不过，这需要通过线控刹车系统来帮助调节制动盘上的再生制动和机械制动之间的切换。

这套系统从一个充满液压油的主制动缸开始，压力传感器和踏板行程传感器确定了驾驶员要求的制动力，这些信息会被传送到刹车控制单元，同时一个“模拟器”会将踏板推回，从而产生刹车“感觉”。

然后系统将这些信息发送到另一台控制动力系统的电脑上，包括马达和刹车。这种切换决定了是否可以使用再生制动，或者是否需要调用液压制动——阈值为是否需要0.3g的制动力。因此，该系统需要更少的足压来产生更多的制动功率。

但是正如上面的英菲尼迪的线控转向系统，如果计算机系统失败了怎么办？为了不让人们太过惊慌，也为了满足监管要求，E-Tron确实有一个冗余的机械制动系统。

这种备份被设计用来做一件事——检测线控刹车系统是否工作，如果不工作，立即打开一个阀门，将踏板产生的液压直接发送到机械刹车活塞和卡钳。

E-tron制动系统经理迈克尔·温(Michael Wein)表示:“到目前为止，在我们的测试中，该系统还没有出现故障。”如果是这样，它会向司机发出警告，告诉他们应该检查系统。最糟糕的结果是他们不会产生再生能量，而且你的脚刹车需要更多的压力——但不会比传统的刹车系统更糟糕。

机械系统电气化的好处之一——运输的“有线化”——是降低了成本和重量，并能更好地控制系统。

迈克尔·温表示，目前由于存在冗余备份，系统通常不会变得更轻，但最终这些备份会消失，我们将得到一系列更精简的控制系统。最终，完全切断这些物理联系将代表着汽车移动技术发展的巨大转变，将彻底重塑汽车的设计方式。

当然，也有可能最后大家发现旧的方法实际上是最好的方法——脚踏板和方向盘提供了最好的反馈和控制的最佳几何形状。

不过，当汽车的转向、节流阀和刹车系统与我们已经习惯的传统输入完全分离时——当它们不再需要机械备份时——我们将有一个全新的开始，尤其是对于未来的自动驾驶汽车来说更为重要。

线控系统(Drive-by-wire)是一个包罗万象的术语，它可以指许多电子系统，这些电子系统要么增强了传统的机械控制，要么完全取代了传统的机械控制。

与使用电缆、液压和其他方式为司机提供对车辆速度或方向的直接物理控制不同，线控技术使用电子控制来激活刹车、控制转向和操作其他系统。目前，线控技术在车上的应用主要在三大块，分别是电子节气门控制、线控刹车和线控转向。

传统的油门控制是通过机械电缆将油门踏板与油门连接起来，而电子节气门控制系统使用一系列电子传感器和执行机构。几十年来，装有计算机控制燃油的车辆一直在使用节流阀传感器。

这些传感器基本上只是告诉计算机节流阀的位置。节流阀本身仍然由物理电缆激活。在使用真正的电子油门控制的车辆中，油门踏板和油门之间没有物理连接。相反，油门踏板发出信号，导致机电执行机构打开油门。

这通常被认为是最安全的线控驱动技术，因为它非常容易实现这种具有万无一失的故障安全设计的系统。

同样的道理，如果机械节流阀电缆刹车，节流阀就会简单地关闭，汽车就会自然地减速和停车，电子节流阀控制系统可以设计成当它不再接收到来自踏板传感器的信号时，节流阀就会关闭。

线控刹车技术通常被认为比电子节气门控制更危险，因为它涉及到移除司机和刹车之间的任何物理连接。

传统的液压制动器使用主缸和几个从缸。当司机踩下刹车踏板时，它会对主缸施加物理压力。在大多数情况下，这种压力会被真空或液压刹车助力器放大。然后，压力通过刹车线传递到刹车卡钳或车轮气缸。

防抱死刹车系统是现代线控刹车技术的早期先驱，它允许车辆在没有驾驶员输入的情况下自动刹车。这是由一个电子执行器完成的，它激活了现有的液压制动器，许多其他的安全技术已经建立在这个基础上。电子稳定控制、牵引力控制和自动制动系统都依赖于ABS，并与线制动技术密切相关。

在使用电液线刹车技术的车辆中，位于每个车轮上的卡钳仍然是液压激活的。然而，它们并没有直接与主缸连接，主缸是通过踩刹车踏板激活的。

相反，踩下刹车踏板会激活传感器或一系列传感器。然后控制单元确定每个轮子需要多少制动力，并根据需要激活液压卡钳。

而在机电制动系统中，根本没有液压元件。这些真正的线控刹车系统使用传感器来确定需要多少刹车力，但这种力不是通过液压传递的。相反，机电制动器被用来激活位于每个轮子上的刹车系统。

大多数车辆使用齿条和小齿轮装置或蜗杆和扇形转向装置，这些装置实际连接到方向盘上。当方向盘转动时，齿条和小齿轮装置或转向箱也转动。然后齿条和小齿轮装置可以通过拉杆向球节施加扭矩，转向箱通常会通过皮特曼的手臂来移动转向连杆。

在采用线控技术的车辆中，方向盘和轮胎之间没有物理连接。事实上，线控系统在技术上根本不需要使用方向盘。当方向盘被使用时，一些类型的转向感觉模拟器通常被用来向驾驶员提供反馈。

出于安全考虑，采用线控驱动技术的速度在过去几年有所放缓。机械系统可能会失灵，也确实会失灵，但监管机构仍认为它们比电子系统更可靠。

线控系统也比机械控制更昂贵，因为它们要复杂得多。然而，线控技术的未来可能会带来许多有趣的发展。机械控制的取消可能使汽车制造商能够设计出与今天完全不同的汽车。

线控技术还可以与无人驾驶汽车技术相结合是最完美的组合，并保障无人驾驶汽车技术允许车辆远程操作或由电脑操作。目前无人驾驶汽车项目使用机电制动器来控制转向、刹车和加速，这可以通过直接连接线控技术来简化。