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電廠 | 改變汽車結構和國家標準,蔚來ET9上的線控轉向到底是什么?

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電廠 | 改變汽車結構和國家標準,蔚來ET9上的線控轉向到底是什么?

雖然是革命性的技術,但線控轉向暫時只能是豪華車標配。

蔚來ET9第一次亮相是在2023年12月23日。在過去一年,外界很難知曉這款被蔚來稱之為“智能電動行政旗艦”的車型有什么亮點。

12月11日,在2024年的NIO Day之前,蔚來宣布“在經(jīng)過了五個月的反復論證和評審后,蔚來ET9的線控轉向系統(tǒng)正式獲得評審通過,中國第一輛搭載真正意義上線控轉向的車型,也終于能夠量產(chǎn)上市?!?/p>

在官方的新聞稿中,蔚來對于線控轉向得以通過評審的總結是“沒有標準,我們就創(chuàng)造標準?!钡拇_,蔚來一開始就和其他新造車公司不同,他們選擇了換電作為整車設計的核心方向和補能手段——這是曾經(jīng)被特斯拉嘗試后放棄的一個選擇。當時,他們也曾經(jīng)積極參與換電行業(yè)標準編制。

同樣,這一次蔚來ET9的線控轉向系統(tǒng)獲得評審通過之前,蔚來作為參與單位之一參與了對GB 17675-1999的修訂,在2021年2月頒布的修訂后的GB 17675-2021中刪除了“不得裝用全動力轉向機構”(線控轉向就屬于全動力轉向機構的一種)的規(guī)定,意味著法規(guī)層面允許方向盤和轉向車輪之間不必須用機械結構連接。

但蔚來對線控轉向的研發(fā)比參與修訂國標要更早。隨著線控轉向技術在蔚來ET9上實現(xiàn)量產(chǎn),意味著蔚來是第一家完整經(jīng)歷了線控轉向技術從研發(fā)到應用的中國汽車公司。

英菲尼迪曾因線控轉向大面積召回

轉向系統(tǒng)對汽車而言尤為重要,因為它決定了汽車的橫向運動。傳統(tǒng)的轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng),其工作原理是:駕駛員操縱方向盤,通過轉向器拉桿將轉向意圖傳遞到轉向車輪,從而實現(xiàn)轉向運動。

汽車轉向系統(tǒng)經(jīng)歷了從機械液壓助力轉向系統(tǒng)向電液助力轉向系統(tǒng)和電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)的演進,但在本質(zhì)上它們都還屬于機械部件的轉向系統(tǒng)。1954年,凱迪拉克首先把液壓動力轉向應用于汽車上。

轉系系統(tǒng)的進化,主要是優(yōu)化轉向系統(tǒng)的力傳遞特性,為轉向控制供了助力,提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。不過,由于機械結構的天然特性,這些系統(tǒng)都無法改變轉向系統(tǒng)的角傳遞特性,很難實現(xiàn)自動駕駛所要求的主動控制。

比如,目前所有演示自動泊車功能的車型,在連續(xù)動作的過程中都會伴隨方向盤快速轉動。因為機械機構中,方向盤和轉動輪存在角傳遞特性,即方向盤的轉動幅度決定轉向輪的轉動角度。

線控轉向系統(tǒng)則是取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接部件,方向盤和轉向輪之間不再存在物理連接,角傳遞特性和力傳遞特性都可以由軟件定義。在線控轉向系統(tǒng)中,駕駛人的操縱動作經(jīng)傳感器轉化為電信號,信號經(jīng)分析處理后,通過導線直接傳遞到執(zhí)行部件。

這一變化的好處是大幅度優(yōu)化了角傳遞特性。比如,低速轉向時轉向比減小,掉頭過彎不再需要方向盤轉動至駕駛人手臂交叉的狀態(tài);高階智能駕駛時,方向盤也不會頻繁大幅轉動。

2013年,英菲尼迪成為首個量產(chǎn)主動式線控轉向系統(tǒng)(DAS,Direct Adaptive Steering)的品牌,并將這一系統(tǒng)應用在英菲尼迪Q50上。不過,英菲尼迪的主動式線控轉向系統(tǒng)存在兩個問題。

其一是英菲尼迪在這一套系統(tǒng)里保留了轉向柱,并需要三組電控單元才能完成信號傳遞、判斷試駕員轉向意圖并控制車輛的全鏈路工作,會出現(xiàn)信息誤差、延遲和可靠性的問題。

其二是為了提高安全和可靠性,這一套系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下,方向盤和轉向器沒有機械連接結構,完全依靠電信號;但當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,會借助離合器將線控轉向系統(tǒng)變?yōu)閭鹘y(tǒng)的機械轉向系統(tǒng),這也是英菲尼迪保留了轉向柱的原因。

在大規(guī)模量產(chǎn)下,系統(tǒng)的可靠性無法保障,潛在的故障可能會導致轉向助力減弱甚至消失,進而影響車輛的操控和安全性。最終,英菲尼迪Q50的線控轉向版本在2016年被大規(guī)模召回,超過了6萬輛。

豐田旗下的bZ4X和雷克薩斯RZ也曾嘗試使用線控轉向技術,但并沒有投入商用,僅限于車輛測試環(huán)節(jié)。在中國汽車公司中,長城汽車和比亞迪都曾經(jīng)公布線控轉向技術的進展和應用時間表,最終也沒有了下文。

首個實現(xiàn)線控轉向技術量產(chǎn)的是特斯拉。特斯拉公司CEO伊隆·馬斯克最早希望在Model Y上去掉方向盤,他堅持認為這款車型是專門作為沒有方向盤的自動駕駛汽車推出的,但特斯拉的工程師們還是給Model Y安裝了方向盤。在Cybertruck上,特斯拉應用了線控轉向技術。

馬斯克認為,在配備了線控轉向系統(tǒng)的特斯拉車輛中,自動駕駛儀啟動時,方向盤不需要隨著車輛轉向發(fā)生轉動。10月10日,特斯拉推出的為Robotaxi車隊準備的自動駕駛出租車CyberCab上,方向盤和制動踏板都被取消了。

特斯拉和蔚來的不同

根據(jù)馬斯克公開透露的信息,特斯拉可能在2021年之前就已經(jīng)在線控轉向研發(fā)上進行投入。蔚來同樣也很早關注到了線控轉向技術。

2019年9月,蔚來公布了一份看起來非常糟糕的財報,營收只有15億元,凈虧損卻高達32.8億元。他們甚至取消了原定的業(yè)績電話會議,加上賬上現(xiàn)金流緊張,融資不暢,蔚來顯得“岌岌可?!?。

不過,當時李斌在財報發(fā)布后,和時任產(chǎn)品體驗負責人李天舒一起飛到了位于美國圣何塞的蔚來北美總部。他們此行的目的和產(chǎn)品技術研發(fā)相關,其中最重要的一項就是評審線控轉向技術。

當時,蔚來北美的團隊用一輛ES8改造了線控轉向系統(tǒng),方便進行技術驗證,沒有對原先的方向盤進行物理限位。李斌和李天舒上車后按照平時的駕駛習慣,轉向時方向盤一把打過去,這輛ES8立刻發(fā)生了一個180度掉頭。

這個插曲,以及資金困難沒有影響李斌對線控轉向投入的決心。

按照轉向電機在數(shù)量、布置的位置以及控制方式等方面的差異,線控轉向系統(tǒng)典型的布置方式有五種,分別是單電機前輪轉向、雙電機前輪轉向、雙電機獨立前輪轉向、后輪線控轉向和四輪獨立轉向。

特斯拉曾經(jīng)在X上發(fā)布了一段視頻,并簡要解釋了Cybertruck線控轉向系統(tǒng)的工作原理:“在低速行駛時,后輪的旋轉方向與前輪相反,這可以在工地、停車場等地進行更緊密的操作。在高速行駛時,前后輪同步轉動,這樣就可以讓你在車道間更平穩(wěn)地行駛?!?/p>

Youtube知名博主Brownlee在駕駛Cybertruck原型車后表示,CyberTruck采用線控轉向和后輪轉向技術后,方向盤最大轉角幅度可以控制在180度以內(nèi),同時轉向比也是可變的。

蔚來公布的演示視頻中,蔚來ET9在方向盤輕微轉動的情況完成了車輛掉頭的動作,并迅速恢復正常的轉向比。蔚來的“SkyRide·天行智能底盤系統(tǒng)”集成了線控轉向、后輪轉向和全主動懸架,能夠每秒進行1000次的扭矩調(diào)整和四輪獨立控制,滿足不同駕駛場景的需求。

這種快速、弱體感的可變轉向比是線控轉向技術的共同特點。但兩者在系統(tǒng)設計上略有不同,主要是因為Cybertruck和ET9定位于不同的市場和用戶群體。

正如李斌和李天舒那樣,包括第一批在Cybertruck上體驗的用戶,都需要時間來適應這一技術,因為使用了線控轉向系統(tǒng)的車輛,方向盤和反饋和駕駛手感和傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的車型都不一樣。比如,第一批Cybertruck的體驗用戶都反饋這輛車的轉向反饋比較怪異,轉動阻尼和力矩跟傳統(tǒng)車型不一樣。

馬斯克對線控轉向系統(tǒng)有一個很形象的比喻——“游戲手柄”,就像我們在游戲機玩駕駛游戲那樣,車輛的轉向和游戲手柄的反饋在人的體感上并不一致。

和特斯拉側重系統(tǒng)的安全備份不同,蔚來ET9強調(diào)的是手感和舒適性。

為了不太偏離駕駛手感,蔚來比較特斯拉的方案增加了兩個扭矩傳感器、1個單繞組電機,還使用了雙電機輸入的蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)。比起蔚來,特斯拉使用了更多的微控制器(比蔚來多1個)、線束更多采用隔離設計、車輪轉向傳感器數(shù)量也更多。

在底層系統(tǒng)之上,明顯的差異是轉向角度。傳統(tǒng)車型的方向盤設計單邊轉角為270度,特斯拉Cybertruck則為180度,蔚來ET9的是240度,更貼近傳統(tǒng)車型的駕駛習慣。

但兩者在安全性的追求上是一致的。為了安全冗余,一向追求成本控制的特斯拉,也在Cybertruck的車架上安裝了兩個電機,互為備用。蔚來則是采用了”雙重供電、雙重通信、雙重硬件和雙重軟件”的四“雙”全冗余設計,它的轉向驅動電機也是兩個三相電機組成。

豪華標配也有缺點

特斯拉Cybertruck的最低售價為60990美元(約合人民幣45萬元),所有版本都支持線控轉向。蔚來ET9的預售價格定為80萬元。

目前這兩款明確量產(chǎn)了線控轉向技術的車型,也確定了線控轉向技術“豪華標配”的地位。

除了技術、駕駛效率和安全性上的優(yōu)點,線控轉向系統(tǒng)還符合成本控制的要求,因為在取消機械機構之后,汽車的零部件數(shù)量減少,幫助汽車公司降低成本。同時,線控轉向技術還是汽車實現(xiàn)無人駕駛的必須選擇。

但既然是“豪華標配”,也意味著線控轉向技術現(xiàn)在仍然只能是豪華車型的配置,因為它的技術難度很高,尤其是系統(tǒng)高度集成了先進的電子技術和傳感器,研發(fā)和生產(chǎn)的難度都比較大,這也意味著生產(chǎn)成本高企;同時,它對于電子系統(tǒng)和電子元件的依賴度也非常高,在穩(wěn)定性上挑戰(zhàn)很大。

對蔚來而言,換電技術已經(jīng)把用戶對新能源的焦慮降低,提供了效率堪比燃油車的補能體驗。但在智能駕駛技術上,相比起小鵬、華為和理想,蔚來的光芒就稍顯暗淡,如果線控轉向技術能成為蔚來在自動駕駛上的突破口,也不枉費過去五年的持續(xù)投入。

 

 

本文為轉載內(nèi)容,授權事宜請聯(lián)系原著作權人。

蔚來汽車

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  • 蔚來ET9正式上市,售價78.8萬元

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電廠 | 改變汽車結構和國家標準,蔚來ET9上的線控轉向到底是什么?

雖然是革命性的技術,但線控轉向暫時只能是豪華車標配。

蔚來ET9第一次亮相是在2023年12月23日。在過去一年,外界很難知曉這款被蔚來稱之為“智能電動行政旗艦”的車型有什么亮點。

12月11日,在2024年的NIO Day之前,蔚來宣布“在經(jīng)過了五個月的反復論證和評審后,蔚來ET9的線控轉向系統(tǒng)正式獲得評審通過,中國第一輛搭載真正意義上線控轉向的車型,也終于能夠量產(chǎn)上市。”

在官方的新聞稿中,蔚來對于線控轉向得以通過評審的總結是“沒有標準,我們就創(chuàng)造標準?!钡拇_,蔚來一開始就和其他新造車公司不同,他們選擇了換電作為整車設計的核心方向和補能手段——這是曾經(jīng)被特斯拉嘗試后放棄的一個選擇。當時,他們也曾經(jīng)積極參與換電行業(yè)標準編制。

同樣,這一次蔚來ET9的線控轉向系統(tǒng)獲得評審通過之前,蔚來作為參與單位之一參與了對GB 17675-1999的修訂,在2021年2月頒布的修訂后的GB 17675-2021中刪除了“不得裝用全動力轉向機構”(線控轉向就屬于全動力轉向機構的一種)的規(guī)定,意味著法規(guī)層面允許方向盤和轉向車輪之間不必須用機械結構連接。

但蔚來對線控轉向的研發(fā)比參與修訂國標要更早。隨著線控轉向技術在蔚來ET9上實現(xiàn)量產(chǎn),意味著蔚來是第一家完整經(jīng)歷了線控轉向技術從研發(fā)到應用的中國汽車公司。

英菲尼迪曾因線控轉向大面積召回

轉向系統(tǒng)對汽車而言尤為重要,因為它決定了汽車的橫向運動。傳統(tǒng)的轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng),其工作原理是:駕駛員操縱方向盤,通過轉向器拉桿將轉向意圖傳遞到轉向車輪,從而實現(xiàn)轉向運動。

汽車轉向系統(tǒng)經(jīng)歷了從機械液壓助力轉向系統(tǒng)向電液助力轉向系統(tǒng)和電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)的演進,但在本質(zhì)上它們都還屬于機械部件的轉向系統(tǒng)。1954年,凱迪拉克首先把液壓動力轉向應用于汽車上。

轉系系統(tǒng)的進化,主要是優(yōu)化轉向系統(tǒng)的力傳遞特性,為轉向控制供了助力,提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。不過,由于機械結構的天然特性,這些系統(tǒng)都無法改變轉向系統(tǒng)的角傳遞特性,很難實現(xiàn)自動駕駛所要求的主動控制。

比如,目前所有演示自動泊車功能的車型,在連續(xù)動作的過程中都會伴隨方向盤快速轉動。因為機械機構中,方向盤和轉動輪存在角傳遞特性,即方向盤的轉動幅度決定轉向輪的轉動角度。

線控轉向系統(tǒng)則是取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接部件,方向盤和轉向輪之間不再存在物理連接,角傳遞特性和力傳遞特性都可以由軟件定義。在線控轉向系統(tǒng)中,駕駛人的操縱動作經(jīng)傳感器轉化為電信號,信號經(jīng)分析處理后,通過導線直接傳遞到執(zhí)行部件。

這一變化的好處是大幅度優(yōu)化了角傳遞特性。比如,低速轉向時轉向比減小,掉頭過彎不再需要方向盤轉動至駕駛人手臂交叉的狀態(tài);高階智能駕駛時,方向盤也不會頻繁大幅轉動。

2013年,英菲尼迪成為首個量產(chǎn)主動式線控轉向系統(tǒng)(DAS,Direct Adaptive Steering)的品牌,并將這一系統(tǒng)應用在英菲尼迪Q50上。不過,英菲尼迪的主動式線控轉向系統(tǒng)存在兩個問題。

其一是英菲尼迪在這一套系統(tǒng)里保留了轉向柱,并需要三組電控單元才能完成信號傳遞、判斷試駕員轉向意圖并控制車輛的全鏈路工作,會出現(xiàn)信息誤差、延遲和可靠性的問題。

其二是為了提高安全和可靠性,這一套系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下,方向盤和轉向器沒有機械連接結構,完全依靠電信號;但當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,會借助離合器將線控轉向系統(tǒng)變?yōu)閭鹘y(tǒng)的機械轉向系統(tǒng),這也是英菲尼迪保留了轉向柱的原因。

在大規(guī)模量產(chǎn)下,系統(tǒng)的可靠性無法保障,潛在的故障可能會導致轉向助力減弱甚至消失,進而影響車輛的操控和安全性。最終,英菲尼迪Q50的線控轉向版本在2016年被大規(guī)模召回,超過了6萬輛。

豐田旗下的bZ4X和雷克薩斯RZ也曾嘗試使用線控轉向技術,但并沒有投入商用,僅限于車輛測試環(huán)節(jié)。在中國汽車公司中,長城汽車和比亞迪都曾經(jīng)公布線控轉向技術的進展和應用時間表,最終也沒有了下文。

首個實現(xiàn)線控轉向技術量產(chǎn)的是特斯拉。特斯拉公司CEO伊隆·馬斯克最早希望在Model Y上去掉方向盤,他堅持認為這款車型是專門作為沒有方向盤的自動駕駛汽車推出的,但特斯拉的工程師們還是給Model Y安裝了方向盤。在Cybertruck上,特斯拉應用了線控轉向技術。

馬斯克認為,在配備了線控轉向系統(tǒng)的特斯拉車輛中,自動駕駛儀啟動時,方向盤不需要隨著車輛轉向發(fā)生轉動。10月10日,特斯拉推出的為Robotaxi車隊準備的自動駕駛出租車CyberCab上,方向盤和制動踏板都被取消了。

特斯拉和蔚來的不同

根據(jù)馬斯克公開透露的信息,特斯拉可能在2021年之前就已經(jīng)在線控轉向研發(fā)上進行投入。蔚來同樣也很早關注到了線控轉向技術。

2019年9月,蔚來公布了一份看起來非常糟糕的財報,營收只有15億元,凈虧損卻高達32.8億元。他們甚至取消了原定的業(yè)績電話會議,加上賬上現(xiàn)金流緊張,融資不暢,蔚來顯得“岌岌可?!?。

不過,當時李斌在財報發(fā)布后,和時任產(chǎn)品體驗負責人李天舒一起飛到了位于美國圣何塞的蔚來北美總部。他們此行的目的和產(chǎn)品技術研發(fā)相關,其中最重要的一項就是評審線控轉向技術。

當時,蔚來北美的團隊用一輛ES8改造了線控轉向系統(tǒng),方便進行技術驗證,沒有對原先的方向盤進行物理限位。李斌和李天舒上車后按照平時的駕駛習慣,轉向時方向盤一把打過去,這輛ES8立刻發(fā)生了一個180度掉頭。

這個插曲,以及資金困難沒有影響李斌對線控轉向投入的決心。

按照轉向電機在數(shù)量、布置的位置以及控制方式等方面的差異,線控轉向系統(tǒng)典型的布置方式有五種,分別是單電機前輪轉向、雙電機前輪轉向、雙電機獨立前輪轉向、后輪線控轉向和四輪獨立轉向。

特斯拉曾經(jīng)在X上發(fā)布了一段視頻,并簡要解釋了Cybertruck線控轉向系統(tǒng)的工作原理:“在低速行駛時,后輪的旋轉方向與前輪相反,這可以在工地、停車場等地進行更緊密的操作。在高速行駛時,前后輪同步轉動,這樣就可以讓你在車道間更平穩(wěn)地行駛?!?/p>

Youtube知名博主Brownlee在駕駛Cybertruck原型車后表示,CyberTruck采用線控轉向和后輪轉向技術后,方向盤最大轉角幅度可以控制在180度以內(nèi),同時轉向比也是可變的。

蔚來公布的演示視頻中,蔚來ET9在方向盤輕微轉動的情況完成了車輛掉頭的動作,并迅速恢復正常的轉向比。蔚來的“SkyRide·天行智能底盤系統(tǒng)”集成了線控轉向、后輪轉向和全主動懸架,能夠每秒進行1000次的扭矩調(diào)整和四輪獨立控制,滿足不同駕駛場景的需求。

這種快速、弱體感的可變轉向比是線控轉向技術的共同特點。但兩者在系統(tǒng)設計上略有不同,主要是因為Cybertruck和ET9定位于不同的市場和用戶群體。

正如李斌和李天舒那樣,包括第一批在Cybertruck上體驗的用戶,都需要時間來適應這一技術,因為使用了線控轉向系統(tǒng)的車輛,方向盤和反饋和駕駛手感和傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的車型都不一樣。比如,第一批Cybertruck的體驗用戶都反饋這輛車的轉向反饋比較怪異,轉動阻尼和力矩跟傳統(tǒng)車型不一樣。

馬斯克對線控轉向系統(tǒng)有一個很形象的比喻——“游戲手柄”,就像我們在游戲機玩駕駛游戲那樣,車輛的轉向和游戲手柄的反饋在人的體感上并不一致。

和特斯拉側重系統(tǒng)的安全備份不同,蔚來ET9強調(diào)的是手感和舒適性。

為了不太偏離駕駛手感,蔚來比較特斯拉的方案增加了兩個扭矩傳感器、1個單繞組電機,還使用了雙電機輸入的蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)。比起蔚來,特斯拉使用了更多的微控制器(比蔚來多1個)、線束更多采用隔離設計、車輪轉向傳感器數(shù)量也更多。

在底層系統(tǒng)之上,明顯的差異是轉向角度。傳統(tǒng)車型的方向盤設計單邊轉角為270度,特斯拉Cybertruck則為180度,蔚來ET9的是240度,更貼近傳統(tǒng)車型的駕駛習慣。

但兩者在安全性的追求上是一致的。為了安全冗余,一向追求成本控制的特斯拉,也在Cybertruck的車架上安裝了兩個電機,互為備用。蔚來則是采用了”雙重供電、雙重通信、雙重硬件和雙重軟件”的四“雙”全冗余設計,它的轉向驅動電機也是兩個三相電機組成。

豪華標配也有缺點

特斯拉Cybertruck的最低售價為60990美元(約合人民幣45萬元),所有版本都支持線控轉向。蔚來ET9的預售價格定為80萬元。

目前這兩款明確量產(chǎn)了線控轉向技術的車型,也確定了線控轉向技術“豪華標配”的地位。

除了技術、駕駛效率和安全性上的優(yōu)點,線控轉向系統(tǒng)還符合成本控制的要求,因為在取消機械機構之后,汽車的零部件數(shù)量減少,幫助汽車公司降低成本。同時,線控轉向技術還是汽車實現(xiàn)無人駕駛的必須選擇。

但既然是“豪華標配”,也意味著線控轉向技術現(xiàn)在仍然只能是豪華車型的配置,因為它的技術難度很高,尤其是系統(tǒng)高度集成了先進的電子技術和傳感器,研發(fā)和生產(chǎn)的難度都比較大,這也意味著生產(chǎn)成本高企;同時,它對于電子系統(tǒng)和電子元件的依賴度也非常高,在穩(wěn)定性上挑戰(zhàn)很大。

對蔚來而言,換電技術已經(jīng)把用戶對新能源的焦慮降低,提供了效率堪比燃油車的補能體驗。但在智能駕駛技術上,相比起小鵬、華為和理想,蔚來的光芒就稍顯暗淡,如果線控轉向技術能成為蔚來在自動駕駛上的突破口,也不枉費過去五年的持續(xù)投入。

 

 

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