有了這個新技術，在顛簸的路開車再也不怕方向盤失控！

本文由日經BP社提供

自汽車誕生以來一直採用的方向盤操控方式終於有了改變。日產汽車（NISSAN）將在新款「Skyline」上採用名為「電控轉向」（steer-by-wire，也叫線控轉向）的電子控制技術。因為轉向技術關係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在全球首次採用電控轉向

日產2012年8月在美國推出的「INFINITIQ50」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」。

以前的汽車是透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。但採用這種方式時，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。首先利用感測器檢測方向盤的轉動，根據檢測結果，ECU（電子控制單元）的電腦將輪胎應轉過的角度轉換成控制信號，透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，輪胎則是被遠端操作的電器。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。

由於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，汽車對於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，能夠透過方向盤感受到路面的微妙變化。例如路面的打滑程度等，對於駕駛員而言，這些資訊是實現安全駕駛的重要因素。

正確傳達路面情況

日產透過在方向盤的後方安裝名為「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資訊，另一方面即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，該馬達能夠立即抵銷壓力，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，「雖然也可以合併為1個，但這樣做會增加馬達的體積，出於佈局上的限制，最終還是採用了2個，」木村說。但日產也表示，即使馬達實現了小型化，也不一定會合併成1個。因為配備3個馬達後，系統整體的可靠性得到了提升，關於詳細情況，筆者將在後面加以介紹。

Skyline還借助轉向角致動器與觀察前方的車載攝影鏡頭的聯動，實現了穩定行駛的功能，該功能是在側風等導致汽車的行進方向偏離車道時，自動控制輪胎角和方向盤的反作用力，借此減少偏離。

對於電控轉向的優點，木村強調說：「開上2個小時，就能親身感受到明顯不像普通汽車那麼累。」

電控轉向既然擁有這麼多的優點，為什麼一直沒有汽車企業採用呢？方向盤與輪胎的操作是駕駛的生命線。一旦汽車在高速行駛中發生故障，拐向危險方向，就會發生悲劇。競爭對手的技術人員表示，「最壞的情況下，企業甚至要召回全部車輛（回收並免費維修）。得知Skyline配備了這種功能，我們也為日產的大膽吃了一驚」。

雙保險確保可靠性

當ECU、馬達、線束等發生故障時，要怎麼辦？

對於這個問題，日產用兩種方法來確保可靠性。

首先是控制感測器和馬達的ECU。雖然有3個ECU分別控制3個馬達，「但內部的運算其實完全相同，」車輛要素技術開發本部主管三浦聰表示。而且，各ECU會相互對照計算結果，隨時相互監測。

採用3個馬達的意義就在於此。3是能實現「少數服從多數」的最小的數字。如果是2個ECU，當計算出現分歧時，很難判斷誰對誰錯，但如果是3個的話，就可以斷定是計算結果與另2個不同的ECU發生了故障。這樣一來，只要使用正常的2個ECU控制3個馬達即可。

不過，當馬達和線束等發生故障時，就無法再維持電控轉向功能。為了防範這種情況，Skyline在方向盤與輪胎之間保留了機械式連接機構。

電控轉向系統正常工作時，ECU將持續發出切斷方向盤與輪胎之間的離合器的信號。一旦發生故障，則立即連接離合器。這樣一來，在緊急時刻，駕駛員就能像開普通汽車一樣，利用機械式連接繼續操作方向盤。

日產開始研究這項技術要追溯到大約15年前，僅是應用於Skyline，實現商品化，就耗費了8年的時間。

其實，2007年推出的上一代Skyline配備了利用電控轉向控制後輪的技術，在中速到高速區域行駛時，透過使後輪保持與前輪一樣的拐角，汽車的穩定性有所提高。憑藉這些經驗的累積，日產領先於其他公司，率先採用電控轉向系統。三浦表示，「既然做了，自然要考慮擴大其價值」，暗示了向其他款式推廣的可能性。電控轉向的終極形態是輪胎在行駛途中自主判斷路面情況。「最終將通往今後必將到來的自動駕駛時代」。

即使是現階段，透過在技術上調整ECU的參數，也能夠營造出很多種駕駛感覺。同一款汽車，也可以按照體驗賽車感受、需要平穩駕駛等不同的情況，對參數進行優化。

如果可以透過軟體調整的地方增多，SUV（多功能休旅車）、轎車等不同類型的汽車之間通用部件的可能性也會隨之增高。

在2013年11～12月舉辦的東京車展上，汽車零件企業恩梯恩發佈了概念車，展示了電控轉向新的可能性。

雙座純電動汽車「Q moII」可以分別調整4個車輪的角度，現場展示了原地旋轉等顛覆汽車常識的動作。當在單行線上遇阻時，Q moII可以輕鬆繞開，在停車場進出車位也變得更簡單。恩梯恩的工作人員意氣風發地表示，「我們會爭取讓這款車獲得牌照上路行駛」。如果該車成功投入實用，或許有助於消除日本「脫離汽車」的動向。

隨著電控轉向系統投入實用，今後，汽車的形態或許會遠遠超越既有常識。（記者：廣岡延隆，《日經商務週刊》）