隨著豐田全新bZ4X純電動(dòng)車型和豐田的純電動(dòng)整車平臺(tái)的公布，很多朋友好奇隨之發(fā)布的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如果你感興趣豐田bZ4X純電動(dòng)SUV搭載的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到底是什么黑科技，它又是否可以放心可靠使用的話，今天就跟著小星一起來(lái)通過(guò)豐田的相關(guān)專利來(lái)探究一下豐田線控?fù)Q擋系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)吧。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的英文全稱是Steer By Wire。

它的出現(xiàn)突破了方向盤必須通過(guò)轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向軸硬連接的限制。它具有如下特點(diǎn)：

方向盤和轉(zhuǎn)向軸之間不存在機(jī)械連接

轉(zhuǎn)向操縱需求以純電子方式傳輸至轉(zhuǎn)向軸

轉(zhuǎn)向齒比和轉(zhuǎn)向回饋力可通過(guò)電控靈活調(diào)節(jié)

↑豐田線控轉(zhuǎn)向技術(shù)相關(guān)專利

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在正常工作時(shí)斷開了方向盤和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的機(jī)械連接，而完全靠電子信號(hào)傳輸給轉(zhuǎn)向控制器然后操控轉(zhuǎn)向執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。全球首款搭載量產(chǎn)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車型其實(shí)是英菲尼迪的Q50。由于采用了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，車輛的轉(zhuǎn)向特性可以智能地調(diào)節(jié)，比如偏沉穩(wěn)還是偏輕盈靈動(dòng)。并且結(jié)合駕駛輔助系統(tǒng)的車道識(shí)別功能還能主動(dòng)地修正車輛行駛方向保持在車道中間位置行駛。

↑英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向示意圖

那么如果電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，駕駛者發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤完全不能控制車輛轉(zhuǎn)向的時(shí)候是一件非常恐怖的事情。因此整個(gè)系統(tǒng)充分考慮了安全性。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在電子線控模式的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)借鑒了飛機(jī)電傳飛操系統(tǒng)的多余度安全理念。通過(guò)3個(gè)轉(zhuǎn)向控制器相互冗余地控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。相互之間進(jìn)行校驗(yàn)，保證控制信號(hào)始終和駕駛者的轉(zhuǎn)向意圖相關(guān)。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重故障，系統(tǒng)還能夠通過(guò)轉(zhuǎn)向柱離合器將方向盤和轉(zhuǎn)向軸恢復(fù)硬連接。

↑豐田bZ4X純電動(dòng)車型搭載線控轉(zhuǎn)向

但英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并沒(méi)有全面市場(chǎng)化，現(xiàn)存保有量非常有限。其中主要原因是前面提到的轉(zhuǎn)向特性智能調(diào)節(jié)和自動(dòng)車道保持等功能在某種程度上仍可以使用傳統(tǒng)的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。那么線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的真正意義是將來(lái)系統(tǒng)成熟以后可以完全斷開機(jī)械連接，從而為將來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車服務(wù)。而豐田bZ4X純電動(dòng)車型搭載線控轉(zhuǎn)向則可以說(shuō)意義重大。因?yàn)樗状卧诹慨a(chǎn)車型中完全取消了方向盤和轉(zhuǎn)向軸之間的機(jī)械連接，同時(shí)它也會(huì)隨著豐田的純電動(dòng)整車平臺(tái)迅速在集團(tuán)內(nèi)的多款車型上大面積推廣應(yīng)用。

↑豐田線控轉(zhuǎn)向技術(shù)專利圖

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全與交互邏輯設(shè)計(jì)。

以豐田線控轉(zhuǎn)向技術(shù)專利來(lái)看，它的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括方向盤位置的轉(zhuǎn)向扭矩執(zhí)行器和轉(zhuǎn)向軸位置的轉(zhuǎn)向控制執(zhí)行器組成。一方面方向盤扭矩和方向盤角度信號(hào)作為轉(zhuǎn)向控制的核心輸入量，與可變轉(zhuǎn)向齒比功能結(jié)合計(jì)算出目標(biāo)前輪角度控制變量，送入轉(zhuǎn)向控制執(zhí)行器當(dāng)中的角度反饋控制器基于前輪角度和電機(jī)電流進(jìn)行精準(zhǔn)控制。另一方面前輪角度和電機(jī)電流又作為路面信息送回方向盤執(zhí)行器產(chǎn)生轉(zhuǎn)向反饋力。

↑豐田線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)框圖

為了全面擺脫前面提到的方向盤與轉(zhuǎn)向軸的機(jī)械連接，去滿足自動(dòng)駕駛的安全要求，必須要在技術(shù)上的全面革新。通過(guò)豐田的相關(guān)專利以及豐田集團(tuán)內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)JTEKT公司的宣傳資料可以看到，豐田轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在左側(cè)傳統(tǒng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和右側(cè)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中都采用了全新的安全設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)中加入了備用供電模塊，基于鋰電池和電容在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和12V電源的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和多樣性。

↑豐田轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

相應(yīng)的從豐田轉(zhuǎn)向系統(tǒng)框圖細(xì)節(jié)可以看到，此次采用的故障可操作級(jí)別轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從電源、通信總線、扭矩傳感器、電機(jī)角度傳感器、微處理器、功率驅(qū)動(dòng)和電機(jī)線圈各個(gè)方面都做到了冗余和差異化。在非常緊湊的設(shè)計(jì)下，保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的高安全性。在一套系統(tǒng)故障失去功能的情況下，另一套系統(tǒng)可有效接管并執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)向操作。這恰恰是為了自動(dòng)駕駛成為現(xiàn)實(shí)提供了必要條件，又為基于車型平臺(tái)大量應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

↑豐田故障可操作級(jí)別轉(zhuǎn)向系統(tǒng)框圖

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)除了安全性還有交互體驗(yàn)設(shè)計(jì)。在方向盤體積大幅減小的情況下，必須要做到比較合適的轉(zhuǎn)向齒比避免某些特斯拉車型面臨的大幅度轉(zhuǎn)向手接手操作困難的窘境。豐田選擇采用按照車速的靈活轉(zhuǎn)向齒比算法。在低車速時(shí)，轉(zhuǎn)向齒比控制在5:1的低齒比下，轉(zhuǎn)向角度不超過(guò)150度，可以達(dá)到F1賽車的轉(zhuǎn)向手感并且大幅度轉(zhuǎn)向不需要手接手操作。而高車速時(shí)，為了保證更好的直線穩(wěn)定性采用了漸進(jìn)齒比，中心區(qū)高齒比邊緣區(qū)低齒比。同時(shí)為了自動(dòng)駕駛功能，特別設(shè)計(jì)了人工駕駛和自動(dòng)駕駛交接時(shí)的平滑過(guò)渡。并且通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)的電流，經(jīng)過(guò)算法轉(zhuǎn)化成回饋力扭矩，讓駕駛者能夠路感更加清晰。

↑豐田線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)

隨著豐田bZ4X純電動(dòng)車型搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，豐田集團(tuán)的豪華品牌雷克薩斯RZ450e純電動(dòng)SUV也宣布了應(yīng)用該套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。得益于靈活的轉(zhuǎn)向交互體驗(yàn)設(shè)計(jì)，雷克薩斯RZ450e能夠做到更優(yōu)秀的操控性以及絕佳的舒適性體驗(yàn)?？梢哉f(shuō)將雷克薩斯的駕駛體驗(yàn)提升到了一個(gè)全新的級(jí)別。

↑搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的雷克薩斯RZ450e

綜上所述，基于專利技術(shù)豐田線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶來(lái)了故障可操作級(jí)別的高安全性、緊湊的冗余設(shè)計(jì)和靈活的轉(zhuǎn)向回饋力交互體驗(yàn)，它為自動(dòng)駕駛功能實(shí)現(xiàn)提供了前提條件，也正在依托車型平臺(tái)在豐田集團(tuán)的大量車型上推廣。讓我們拭目以待它的市場(chǎng)表現(xiàn)吧。