撰文 | 郑文
编辑｜周长贤
汽车行业正在一步步朝着科幻片，蜿蜒曲折地走去。
在 2004 年的《机械公敌》中，男主威尔・史密斯当时驾驶的奥迪 RSQ Concept，可伸缩方向盘很抢眼，在自动驾驶时可收缩，手动驾驶时可伸展出来。二十年后，在新的技术变革中，这些科幻元素似乎都变得近在眼前了。
去年初，特斯拉宣布重新定义方向盘，官方称为 Yoke 矩形方向盘的轭式方向盘在新款 Model S 车型上得以呈现。此后，这一方案被很多主机厂纳入对车型变革的考量中。
而轭式方向盘的兴起，不仅仅是方向盘形状改变这么简单，背后呈现的是智能驾驶趋势中，与之相适应的线控转向技术的发展。
高阶智能驾驶的命门是：高执行精度、快速响应、安全性高。所以这也必然要求底盘用电信号传递指令，取代各执行机构之间的机械连接。这也就推动了汽车底盘从传统底盘向线控底盘过渡。
一般而言，智能驾驶技术分为感知、决策、执行三个环节。线控底盘是高阶自动驾驶汽车执行环节的载体，它主要包括线控制动、线控转向、线控悬架、线控油门、线控换挡五大系统部件。其中，线控转向是线控底盘中控制横向运动的核心部件，是汽车高阶智能驾驶的重要执行机构。
由于线控油门、线控换挡技术难度比较低，所以现在渗透率也比较高，比如定速巡航就是线控油门的经典应用。而线控悬架、线控转向、线控制动的技术壁垒则比较高。
据安信证券测算，当前线控制动渗透率仅为 3%，线控悬架渗透率还不足 3%，线控转向更是尚未实现规模化量产。
方向盘变形的背后
汽车转向系统的发展经过了很多代的演变，从机械转向到液压助力转向，再到电控液压转向、电动助力转向、以及下一代的线控转向，转向系统像许多其他机械部件一样，完成了从纯机械结构到电子控制的过程。
早期的机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构成。机械转向的传动比是 1:1，驾驶员掰方向盘相当于克服阻力生掰轮胎，因此驾驶员负担非常重。此后出现了液压转向，由发动机驱动转向泵，放大驾驶员施加的力，这种方式能耗比较高。
到 1983 年，日本公司 Koyo 推出电控液压助力转向系统，这个系统进一步用 ECU 来控制，精准调节不同车速下助力的大小，这种方式的设计结构很复杂。
当前汽车转向系统最主流的产品是电动助力转向（EPS）。EPS 一般由扭矩转角传感器、电子控制单元、减速机构、电机等组成。
这个系统，在传统机械转向系统的基础上，根据方向盘转角信号、扭矩信号和车速信号等车辆状态信号，电子控制单元计算出需要施加的转向助力大小和方向，控制 EPS 电机输出转向助力，协助完成转向操作。
2021 年国内乘用车上险量数据显示，EPS 前装搭载率为 97.57%。国内 EPS 市场份额前五的企业分别是博世、NSK、采埃孚、捷太格特、豫北光洋，占比分别是 18.82%、18.52%、17.51%、12.25%、8.48%。这个细分领域的行业集中度高，前五名的占比达到 75.58%。
而发展中的下一代转向技术，线控转向系统则是直接取消了传统转向系统中方向盘与转向执行器之间的机械连接，主要由路感反馈、转向执行、控制器及相关传感器等部分组成。
最近，《出行百人会 / AutocarMax》在博世的 “创新科技日” 上体验到了相关技术的进展和成效。作为一年一度呈现在中国创新成果的重要日子，在东海测试技术中心，博世集中展示了中国创新团队在过去一段时间里做出的成果。
在活动上，博世分享了新一代面向未来的底盘解决方案 —— 底盘控制系统的 VDC2.0 系统（车辆动态控制 2.0）。系统有三个版本：标准版、定制版、至尊版，分别对应电动化、个性化及高阶智能化。
在 VDC2.0 标准版中，博世引入创新的前馈系统，使得车辆整个动态控制更精准、平顺。在定制版中，博世结合了 OEM 的用户画像，致力于打造以用户体验为主要场景量身定做的方案。在 VDC2.0 至尊版中，通过跨域融合，博世能够充分发挥各系统的潜力。
《出行百人会 / AutocarMax》在领克 09 车型上体验了 VDC2.0 + 线控转向，两者联动融合之后，车身姿态控制更有效、更线性。
两侧车轮在不同附着力的路面行驶时，加速、刹车都发生明显的车身姿态的失控，介入线控转向系统之后，在相同路况下，稍微打一下方向盘，车身就能完全控制住，没有明显车身姿态失控的感觉。
博世底盘控制系统中国区总裁张颖介绍，“从底盘域控制来讲，举个简单例子，当线控转向和制动可以结合起来，我们在过弯时方向盘纠偏的角度，或者完全不需要纠偏就能够避障以及单圈的速度等，其实有很多东西都可以量化。”
吃螃蟹的人
上个世纪 50 年代，TRW、德国 Kasselmann 等企业提出车用 SbW（线控转向）概念。奔驰在 1990 年开始前轮线控转向研究，并在 1996 年将开发的线控转向系统应用于概念车 F200，2010 年在车展上展出的 F400 Carving 也应用了线控转向技术。
2002 年日内瓦车展上，意大利 Bertone 设计开发的概念车 “FILO” 采用了线控转向，并取消方向盘，使用操纵杆进行转向操作。此外，宝马概念车 BMWZ22、雪铁龙越野概念车 C-Crosser 等也都采用了线控转向。
停留在技术展示阶段的产品还有不少，直到 2013 年，第一款应用线控转向技术的量产车型英菲尼迪 Q50 出现，终结了局面。
为了确保冗余安全，这套系统依然保留了机械连接装置，当转向器发生故障时，转向器和转向柱之间的离合器自动接合，保证紧急情况下的机械转向功能。
今年，丰田也宣布 bZ4X 将搭载线控转向系统 One Motion Grip，它完全取消了转向器和转向柱的机械连接，方向盘就通过电线和电子系统连接到前轮。
相比于主流的电动助力转向系统，线控转向响应灵敏度更好、智驾功能拓展性也更高。在实现方向盘与转向系统之间的物理解耦之后，还可以提升紧急转向操作的正确性和安全性。
以 bZ4X 的线控转向为例，它具有以下特点：
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方向盘转动角度设定为 ±150°，不到一圈，急转弯时转向操作变得比较轻松，减轻了驾驶员在掉头、入库、弯道行驶等场景的操作负担。也因此，方向盘可以相应变为轭式方向盘。
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由于物理解耦，操控感会有提升。
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电子控制后，一套系统可以有多种驾驶模式。
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经过凹凸不平的路面，或车道跟踪辅助功能运行时，控制轮胎的动作，确保车辆的安全性，这点刚才在博世技术体验中提到了。
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没有转向柱刚性连接的麻烦，扩展了驾驶位腿部空间。
不过，由于线控转向的手感区别于传统转向，需要一定的适应过程。比如说，在掉头时，转向初期车轮角度跟方向盘基本处于同角度转动，到方向盘最接近极限角度时，车轮会明显加速转向，这种设计虽然让方向盘上的动作更小，但也容易转向过度。
自动驾驶 “标配”？
新技术走向成熟，必然要经历一个曲折的过程。
英菲尼迪早在 2013 年就量产技术了，为什么没有出现大规模推广的现象呢？彼时，英菲尼迪 Q50 由于线控主动转向系统控制单元程序有偏差，曾出现过召回事件。
官方指出的原因是，当发动机在电瓶低电压启动时，控制单元有可能会对方向盘角度做出误判，导致方向盘和车轮的转动角度存在差异。这种情况下，即使方向盘转到中立位置，车轮也不会返回到直行状态。此类违背驾驶意图的问题，存在严重安全隐患。
确实也有车主反馈，这套线控转向系统标定有问题，会有方向不正、反馈逻辑不合理、异常转向等问题出现。因此，人们还没在这套系统上感受到驾驶体验的提升。
电动转向系统供应商日本精工（NSK）CEO Toshihiro Uchiyama 曾表示，“即使采用线控转向系统，他们还是一样要配备一套机械系统以防万一。除非是安全要求有了新变化，或线控转向系统的可靠性有了翻天覆地的提升。”
否则，在他看来，现有技术能够满足需要的前提下，就没必要花费巨大的代价来追求新技术。
如果为了确保功能安全，线控转向需要做大量冗余设计，那么在保证安全的前提下，如何减少设计制造成本，对于未来想应用这一技术的企业是很必要克服的问题。
据悉，目前 EPS 的单价约为 1500 元，而线控转向系统预计单价会达到约 4000 元左右。
电子部件还没有机械部件那么牢靠，以博世为例，它的这套 SbW，在方向盘处布置了多个传感器来实现输入信号的冗余，转向机构则采用多个电机 + ECU 来实现控制冗余。
还有个重要的问题是，模拟路感也不是一件容易的事儿，它需要复杂的力反馈电机、执行算法实现、参数标定，成本高出不少，模拟效果还不一定好。很多驾驶过 Q50 的人也提到过，模拟的路感没有传统的机械传动那么真实，像赛车模拟器。
线控转向确实可以通过电信号来模拟与转向系统有关的一切，包括方向盘转动比例、整体可转圈数、转向手感线性调节轻重、路感的传递。转向手感的调节也有了更多的可能性，可以在一套系统中体验不同的转向手感。
但是，目前线控转向系统的路感反馈主要通过动力学模型计算和参数拟合两种方式模拟生成转向阻力矩。在调整参数时，往往依靠经验和不断试错去完成实测，这一优化过程需要走很长的路。此外，线控复杂的软件算法的可靠还仍需要验证。
或许，路感的问题，可能要等到真正无人驾驶来临时，才能彻底不成为 OEM 的考量因素。
现阶段，线控转向的产品还处于研发或者小批量应用阶段。
从各公司的披露信息看，舍弗勒、捷太格特、耐世特等供应商的线控转向产品预计会在 2023 年量产，长城汽车相关技术预计也是 2023 年配套量产；博世、大众则是计划在 2024 年前后量产，PSA 计划 2025 年前后量产。
转向系统具有一定的技术延续性，未来线控转向产品的主要生产商也容易在上文所提到的 EPS 份额较高的博世、NSK、采埃孚等这些玩家之间延展。
博世的研发人员表示，一个技术的广泛应用要达到多方契合的条件，相关市场才会迎来真正的爆发。
对于线控转向技术也是如此。诸如，OEM 是否愿意应用？市场是否买单？研发的成本增加是否能带来明显更好的体验感？这都是很重要的影响因素。
