文 | 電廠,作者 | 花子健,編輯 | 高宇雷
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爲 " 智能電動行政旗艦 " 的車型有什麽亮點。
12 月 11 日,在 2024 年的 NIO Day 之前,蔚來宣布 " 在經過了五個月的反複論證和評審後,蔚來 ET9 的線控轉向系統正式獲得評審通過,中國第一輛搭載真正意義上線控轉向的車型,也終于能夠量産上市。"
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 " 沒有标準,我們就創造标準。" 的确,蔚來一開始就和其他新造車公司不同,他們選擇了換電作爲整車設計的核心方向和補能手段——這是曾經被特斯拉嘗試後放棄的一個選擇。當時,他們也曾經積極參與換電行業标準編制。
同樣,這一次蔚來 ET9 的線控轉向系統獲得評審通過之前,蔚來作爲參與單位之一參與了對 GB 17675-1999 的修訂,在 2021 年 2 月頒布的修訂後的 GB 17675-2021 中删除了 " 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)的規定,意味着法規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比參與修訂國标要更早。随着線控轉向技術在蔚來 ET9 上實現量産,意味着蔚來是第一家完整經曆了線控轉向技術從研發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
轉向系統對汽車而言尤爲重要,因爲它決定了汽車的橫向運動。傳統的轉向系統是機械系統,其工作原理是:駕駛員操縱方向盤,通過轉向器拉杆将轉向意圖傳遞到轉向車輪,從而實現轉向運動。
汽車轉向系統經曆了從機械液壓助力轉向系統向電液助力轉向系統和電動助力轉向系統(EPS)的演進,但在本質上它們都還屬于機械部件的轉向系統。1954 年,凱迪拉克首先把液壓動力轉向應用于汽車上。
轉系系統的進化,主要是優化轉向系統的力傳遞特性,爲轉向控制供了助力,提升了汽車的操縱穩定性和平順性。不過,由于機械結構的天然特性,這些系統都無法改變轉向系統的角傳遞特性,很難實現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,在連續動作的過程中都會伴随方向盤快速轉動。因爲機械機構中,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。在線控轉向系統中,駕駛人的操縱動作經傳感器轉化爲電信号,信号經分析處理後,通過導線直接傳遞到執行部件。
這一變化的好處是大幅度優化了角傳遞特性。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态;高階智能駕駛時,方向盤也不會頻繁大幅轉動。
2013 年,英菲尼迪成爲首個量産主動式線控轉向系統(DAS,Direct Adaptive Steering)的品牌,并将這一系統應用在英菲尼迪 Q50 上。不過,英菲尼迪的主動式線控轉向系統存在兩個問題。
其一是英菲尼迪在這一套系統裏保留了轉向柱,并需要三組電控單元才能完成信号傳遞、判斷試駕員轉向意圖并控制車輛的全鏈路工作,會出現信息誤差、延遲和可靠性的問題。
其二是爲了提高安全和可靠性,這一套系統在正常工作狀态下,方向盤和轉向器沒有機械連接結構,完全依靠電信号;但當系統出現故障時,會借助離合器将線控轉向系統變爲傳統的機械轉向系統,這也是英菲尼迪保留了轉向柱的原因。
在大規模量産下,系統的可靠性無法保障,潛在的故障可能會導緻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,僅限于車輛測試環節。在中國汽車公司中,長城汽車和比亞迪都曾經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。
首個實現線控轉向技術量産的是特斯拉。特斯拉公司 CEO 伊隆 · 馬斯克最早希望在 Model Y 上去掉方向盤,他堅持認爲這款車型是專門作爲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。
馬斯克認爲,在配備了線控轉向系統的特斯拉車輛中,自動駕駛儀啓動時,方向盤不需要随着車輛轉向發生轉動。10 月 10 日,特斯拉推出的爲 Robotaxi 車隊準備的自動駕駛出租車 CyberCab 上,方向盤和制動踏闆都被取消了。
特斯拉和蔚來的不同
根據馬斯克公開透露的信息,特斯拉可能在 2021 年之前就已經在線控轉向研發上進行投入。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财報,營收隻有 15 億元,淨虧損卻高達 32.8 億元。他們甚至取消了原定的業績電話會議,加上賬上現金流緊張,融資不暢,蔚來顯得 " 岌岌可危 "。
不過,當時李斌在财報發布後,和時任産品體驗負責人李天舒一起飛到了位于美國聖何塞的蔚來北美總部。他們此行的目的和産品技術研發相關,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,方便進行技術驗證,沒有對原先的方向盤進行物理限位。李斌和李天舒上車後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。
按照轉向電機在數量、布置的位置以及控制方式等方面的差異,線控轉向系統典型的布置方式有五種,分别是單電機前輪轉向、雙電機前輪轉向、雙電機獨立前輪轉向、後輪線控轉向和四輪獨立轉向。
特斯拉曾經在 X 上發布了一段視頻,并簡要解釋了 Cybertruck 線控轉向系統的工作原理:" 在低速行駛時,後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,前後輪同步轉動,這樣就可以讓你在車道間更平穩地行駛。"
Youtube 知名博主 Brownlee 在駕駛 Cybertruck 原型車後表示,CyberTruck 采用線控轉向和後輪轉向技術後,方向盤最大轉角幅度可以控制在 180 度以内,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,并迅速恢複正常的轉向比。蔚來的 "SkyRide · 天行智能底盤系統 " 集成了線控轉向、後輪轉向和全主動懸架,能夠每秒進行 1000 次的扭矩調整和四輪獨立控制,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。但兩者在系統設計上略有不同,主要是因爲 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,都需要時間來适應這一技術,因爲使用了線控轉向系統的車輛,方向盤和反饋和駕駛手感和傳統轉向系統的車型都不一樣。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車型不一樣。
馬斯克對線控轉向系統有一個很形象的比喻—— " 遊戲手柄 ",就像我們在遊戲機玩駕駛遊戲那樣,車輛的轉向和遊戲手柄的反饋在人的體感上并不一緻。
和特斯拉側重系統的安全備份不同,蔚來 ET9 強調的是手感和舒适性。
爲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杆減速系統。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、車輪轉向傳感器數量也更多。
在底層系統之上,明顯的差異是轉向角度。傳統車型的方向盤設計單邊轉角爲 270 度,特斯拉 Cybertruck 則爲 180 度,蔚來 ET9 的是 240 度,更貼近傳統車型的駕駛習慣。
但兩者在安全性的追求上是一緻的。爲了安全冗餘,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,互爲備用。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 " 全冗餘設計,它的轉向驅動電機也是兩個三相電機組成。
豪華标配也有缺點
特斯拉 Cybertruck 的最低售價爲 60990 美元(約合人民币 45 萬元),所有版本都支持線控轉向。蔚來 ET9 的預售價格定爲 80 萬元。
目前這兩款明确量産了線控轉向技術的車型,也确定了線控轉向技術 " 豪華标配 " 的地位。
除了技術、駕駛效率和安全性上的優點,線控轉向系統還符合成本控制的要求,因爲在取消機械機構之後,汽車的零部件數量減少,幫助汽車公司降低成本。同時,線控轉向技術還是汽車實現無人駕駛的必須選擇。
但既然是 " 豪華标配 ",也意味着線控轉向技術現在仍然隻能是豪華車型的配置,因爲它的技術難度很高,尤其是系統高度集成了先進的電子技術和傳感器,研發和生産的難度都比較大,這也意味着生産成本高企;同時,它對于電子系統和電子元件的依賴度也非常高,在穩定性上挑戰很大。
對蔚來而言,換電技術已經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、華爲和理想,蔚來的光芒就稍顯暗淡,如果線控轉向技術能成爲蔚來在自動駕駛上的突破口,也不枉費過去五年的持續投入。