(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò))（1）轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。和駕駛員接觸最親密的部分，主要由方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，主要作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力傳遞給轉(zhuǎn)向器。（2）轉(zhuǎn)向器。將轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)傳遞過(guò)來(lái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承擔(dān)著減速增扭的作用。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)五花八門(mén)，經(jīng)典結(jié)構(gòu)有齒輪齒條式、循環(huán)球式和蝸桿滾輪式，哥仨占據(jù)轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)90%以上的份額。我就拿最簡(jiǎn)單的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器舉例，來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明下轉(zhuǎn)向器的原理。如下圖所示，轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上面齒輪旋轉(zhuǎn)，上面旋轉(zhuǎn)齒輪帶動(dòng)下面齒條左右移動(dòng)，就是這么一個(gè)簡(jiǎn)單原理。雖看著賊簡(jiǎn)單，但針對(duì)某一款車進(jìn)行齒輪齒條轉(zhuǎn)向器參數(shù)設(shè)計(jì)，可是車輛工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)繞不過(guò)去的難題。

(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò))（3）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂等組成，作用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，驅(qū)動(dòng)兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。MS飽受詬病的最大缺點(diǎn)就是費(fèi)力，而且路況越復(fù)雜，轉(zhuǎn)向越費(fèi)力，這可能也是那個(gè)年代女司機(jī)非常少的原因之一。二、機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）HPS是最早被應(yīng)用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，誕生于1902年，比第一輛汽車發(fā)明的時(shí)間1886年，僅晚了十幾年，由此可見(jiàn)，省力的訴求自汽車誕生之初便被提了出來(lái)。但直到1951年，克萊斯勒才將驗(yàn)證充分、成熟可靠的HPS作為選配裝置裝配在其Imperial車系上。半個(gè)世紀(jì)的打磨，一代汽車人青絲變白發(fā)。HPS在MS的基礎(chǔ)上主要增加液壓助力泵、油壺等助力裝置，其中液壓助力泵直接與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相連。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)輸出部分動(dòng)力驅(qū)動(dòng)助力泵給液壓油加壓，再由液壓油將動(dòng)力傳遞給轉(zhuǎn)向助力裝置，為駕駛員提供助力。這與機(jī)械液壓制動(dòng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的負(fù)壓有異曲同工之妙，難怪發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為汽車的“心臟”，轉(zhuǎn)向、制動(dòng)全與其息息相關(guān)。

(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò))優(yōu)點(diǎn)：方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間全部機(jī)械連接，不僅操控精準(zhǔn)、而且路感反饋清晰；轉(zhuǎn)向助力的動(dòng)力源頭為發(fā)動(dòng)機(jī)，因此可以利用的轉(zhuǎn)向動(dòng)力澎湃且源源不斷；技術(shù)成熟，可靠性高，即使助力系統(tǒng)失效，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然可以依靠機(jī)械連接進(jìn)行無(wú)助力轉(zhuǎn)向。難怪即使在今天，還是商用車領(lǐng)域的“寵兒”。缺點(diǎn)：只要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，無(wú)論車是否轉(zhuǎn)向，發(fā)動(dòng)機(jī)都帶著液壓助力泵玩，做了很多無(wú)用功，整體能耗較高；復(fù)雜的液壓管路結(jié)構(gòu)、繁多的油液控制閥門(mén)，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配空間要求較大；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，壽命會(huì)受到影響，且存在液壓油泄漏而污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。三、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）EHPS是基于HPS升級(jí)而來(lái)，基本轉(zhuǎn)向原理類似于HPS，主要升級(jí)的是HPS源源不斷消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的問(wèn)題。在EHPS中，液壓助力泵不再使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而是由新增的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電控單元收集輪速傳感器等數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)綜合處理后控制液壓閥的開(kāi)啟程度來(lái)改變油液壓力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)：繼承了HPS操控精準(zhǔn)、路感反饋清晰的優(yōu)勢(shì)；與HPS相比，大幅降低了能耗；且轉(zhuǎn)向助力可以根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié)，反應(yīng)更加靈敏。缺點(diǎn)：增加了較多的電子單元，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加，成本略有上升，可靠性不如HPS；且液壓油泄漏的問(wèn)題依舊存在。四、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）EPS是目前乘用車上應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS完全拋棄時(shí)不時(shí)來(lái)個(gè)液壓油小泄露從而污染環(huán)境的液壓系統(tǒng)，完全改由電機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力。EPS主要由力矩傳感器、EPS控制單元、帶有電機(jī)位置傳感器的電機(jī)、減速器、轉(zhuǎn)向器等組成，下圖展示了一種典型EPS結(jié)構(gòu)。

（圖片來(lái)源：https://mp.weixin.qq.com/s/Klw_WwtyTg26RUZmrH2WdA）轉(zhuǎn)向過(guò)程中，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力矩大小，轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向齒輪和轉(zhuǎn)向輪的準(zhǔn)確位置都被傳感器采集并傳輸至EPS控制單元，EPS控制單元經(jīng)過(guò)汗流浹背的運(yùn)算后，得出需要施加多大的助力。并啟動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)來(lái)幫助轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向齒輪隨著方向盤(pán)的轉(zhuǎn)速而更快地轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。EPS還會(huì)結(jié)合輪速傳感器信號(hào)，以便在低速行駛時(shí)提供較大的轉(zhuǎn)向助力，在高速行駛時(shí)則會(huì)減少轉(zhuǎn)向助力。EPS有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是對(duì)轉(zhuǎn)向柱施加助力，是將助力電機(jī)經(jīng)減速增扭后直接連接在轉(zhuǎn)向柱上，電機(jī)輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上，相當(dāng)于電機(jī)直接幫助我們轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)。另一種是對(duì)轉(zhuǎn)向拉桿施加助力，是將助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向拉桿上，直接用助力電機(jī)推動(dòng)拉桿使車輪轉(zhuǎn)向。后者結(jié)構(gòu)更為緊湊、便于布置，目前使用比較廣泛。優(yōu)點(diǎn)：只在轉(zhuǎn)向過(guò)程消耗電力，整體能耗較低；可以很輕易地實(shí)現(xiàn)助力效果與車速相匹配，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，易于布置，易于裝配，易于維修；徹底解決了液壓油泄漏問(wèn)題，順應(yīng)了“碳中和”的潮流。缺點(diǎn)：依靠控制單元模擬轉(zhuǎn)向手感和力度，會(huì)因此損失部分路感；電子部件較多，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性總體不如機(jī)械部件。

小結(jié)：這些機(jī)械系統(tǒng)在進(jìn)化的過(guò)程中，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性，為轉(zhuǎn)向控制提供了助力，提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。但是，受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，它們無(wú)法改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性，即汽車的轉(zhuǎn)向特性，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛所要求的主動(dòng)控制。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)  （SBW）輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的入侵，打破了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立的圍墻。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能只聽(tīng)方向盤(pán)的指揮，還需要能夠隨時(shí)聽(tīng)從智駕域控制器中算法的安排。駕駛員操作和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器解耦成為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)下一步升級(jí)不得不克服的難題。另一方面，算法基于環(huán)境感知給出對(duì)轉(zhuǎn)向更細(xì)膩的控制策略，如果執(zhí)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)不夠及時(shí)，控制精度不夠準(zhǔn)確，那么整車轉(zhuǎn)向過(guò)程會(huì)有一種心有余而力不足的挫敗感。而這種心有余而力不足在緊急轉(zhuǎn)向情況下將會(huì)被無(wú)限放大，成為影響駕乘人員的生命安全問(wèn)題。基于以上際遇，一種可以響應(yīng)算法安排、響應(yīng)時(shí)間更短、轉(zhuǎn)向更加準(zhǔn)確的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW，Steering-By-Wire System）快速走紅。在SBW中，轉(zhuǎn)向力矩完全依靠轉(zhuǎn)向執(zhí)行器來(lái)輸出，而控制指令既可以來(lái)自方向盤(pán)傳感器輸出的電信號(hào)，也可以來(lái)自智駕域控制器算法輸出的電信號(hào)，深刻詮釋了有奶便是娘的含義。而在SBW走紅之前，其實(shí)他已經(jīng)默默成長(zhǎng)了半個(gè)多世紀(jì)。20世紀(jì)50年代時(shí)，美國(guó)TRW公司提出了SBW的概念，但受限于電子控制技術(shù)，直到20世紀(jì)90年代，SBW技術(shù)才有了較大突破，各種汽車展會(huì)上開(kāi)始出現(xiàn)了一些采用SBW的概念車。高光時(shí)刻是在2014年，英菲尼迪的Q50上裝配了和Koyaba合作研發(fā)的線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向（Direct Adaptive Steering，DAS），成為第1款應(yīng)用線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的量產(chǎn)車型，每篇SBW介紹文章都不得不提的時(shí)間、地點(diǎn)和事件。但是Q50的線控轉(zhuǎn)向并沒(méi)有獲得市場(chǎng)歡迎，甚至在初期還發(fā)生過(guò)多次缺陷召回，可以說(shuō)不僅是先驅(qū)，還是先烈。

（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

該線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和3個(gè)電控單元組成，其中雙轉(zhuǎn)向電機(jī)的電控單元互相實(shí)現(xiàn)備份，可保證系統(tǒng)的冗余性能，轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向機(jī)間的離合器能夠在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)接合，保證緊急工況下依然可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向的機(jī)械操縱。而最近上市的豐田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(pán)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。SBW最顯著的特征就是解雇了轉(zhuǎn)向盤(pán)到轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間笨重但忠誠(chéng)可靠的機(jī)械連接先生，聘任了靈巧但不夠穩(wěn)重的電信號(hào)姑娘來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向信息的傳遞和控制，整套系統(tǒng)主要由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、控制器以及相關(guān)傳感器組成。（1）路感反饋總成。主要包括轉(zhuǎn)向盤(pán)、路感電機(jī)、減速器和扭矩轉(zhuǎn)角傳感器。驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制器給出的反饋力矩指令，對(duì)駕駛員施加合適的路感。（2）轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成。主要由轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向拉桿等部件組成。該部分工作原理為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行控制器給出的轉(zhuǎn)向角指令，實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向功能。（3）線控轉(zhuǎn)向控制器。功能包括路感反饋控制策略和線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制策略。路感反饋控制策略根據(jù)駕駛意圖、車輛狀況與路況，過(guò)濾不必要的振動(dòng)，實(shí)時(shí)輸出路感反饋力矩指令。線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制策略依據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)控制準(zhǔn)則，提供良好的操縱穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)輸出車輪轉(zhuǎn)向角指令?？紤]到可靠性，保證車輛在任何工況下均不失去轉(zhuǎn)向能力，線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制的冗余防錯(cuò)功能至關(guān)重要。優(yōu)點(diǎn)：采用電機(jī)直接控制車輛轉(zhuǎn)向，使其更容易與車輛其他主動(dòng)安全控制子系統(tǒng)進(jìn)行通訊和集成控制，可以為自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)向提供了良好的硬件基礎(chǔ)。由于不受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，可以實(shí)現(xiàn)理論上的任意轉(zhuǎn)向意圖，增大了轉(zhuǎn)向力傳遞特性和角傳遞特性的設(shè)計(jì)自由度，更方便與自動(dòng)駕駛其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，在改善汽車主動(dòng)安全性能、駕駛特性、操縱性以及駕駛員路感方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性可能并不會(huì)更好，因?yàn)榫€控需要部署冗余裝置。其次安全性可能有所降低，畢竟機(jī)械連接在人們的心目中還是更安全的存在。
寫(xiě)在最后

線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)作為高級(jí)別制動(dòng)駕駛的基石，必將于無(wú)聲處聽(tīng)驚雷，必將成為自動(dòng)駕駛崛起路上的左臂右膀。

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線控懸架，可甜可鹽也遭“嫌”

2022年6月21日，理想L9發(fā)布，標(biāo)配的自研自適應(yīng)空氣懸架系統(tǒng)，讓車身高低調(diào)節(jié)范圍達(dá)到了80毫米。這套空氣懸架系統(tǒng)可以在高速行駛時(shí)自動(dòng)降低車身來(lái)節(jié)省能耗，提升操控性。在停車的時(shí)候，可以更大幅度地降低車高，讓老人和孩子便捷地上下車。李想本人在發(fā)布會(huì)上也是不吝贊美：“放心好了，L9的懸架表現(xiàn)在500萬(wàn)以內(nèi)的全尺寸SUV里沒(méi)對(duì)手。包含舒適性、穩(wěn)定性、操控性全面勝出，甚至連解決暈車的能力都是最好的?！?022年7月16日，理想L9全國(guó)試駕首日，一臺(tái)重慶門(mén)店的試駕車在通過(guò)路面坑洞后，空氣懸架系統(tǒng)內(nèi)的氣腔發(fā)生破裂泄漏，最終導(dǎo)致車輛空氣懸掛系統(tǒng)故障，使得車輛無(wú)法正常行駛。理想的公關(guān)回應(yīng)是：“車速90km/h的狀態(tài)過(guò)了一個(gè)20厘米深度的坑，導(dǎo)致空氣彈簧內(nèi)的緩沖環(huán)破損；試駕車用的緩沖環(huán)不是量產(chǎn)狀態(tài)的零件，量產(chǎn)版的強(qiáng)度是這個(gè)的2.5倍”。本來(lái)車輛上的各種“斷”大家已習(xí)以為常，但是上述忽悠消費(fèi)者、欺侮圈內(nèi)人的公關(guān)言論迅速收獲了一眾質(zhì)疑。小米汽車胡崢楠親自下場(chǎng)手撕：“現(xiàn)在做汽車行業(yè)公關(guān)的同學(xué)真的是要好好補(bǔ)補(bǔ)專業(yè)課，否則說(shuō)出來(lái)的話不是在滅火，而是變向抹黑。20厘米什么概念，您的離地間隙也沒(méi)這么大吧，正常人會(huì)對(duì)著20厘米的坑高速行進(jìn)嗎？”扯了這么多，其實(shí)就是想表達(dá)：空氣懸掛作為線控懸掛的一種，雖然和自動(dòng)駕駛沒(méi)有直接的血緣關(guān)系，但是在線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向都悉數(shù)亮相后，最近又有這個(gè)熱的話題傍身，我理應(yīng)炒個(gè)冷飯，科普一下線控懸架，并為線控底盤(pán)三劍客系列文章做一個(gè)收尾。
定義及組成汽車懸架系統(tǒng)是連接車輪（或車橋）和車架（或車身）的一套傳力連接機(jī)構(gòu)的總稱，是汽車底盤(pán)四大系統(tǒng)（傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和懸架）之一。一套經(jīng)典的汽車懸架系統(tǒng)主要包括彈性元件、減震器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（縱拉桿、橫拉桿等）和橫向穩(wěn)定器等組成，如圖1所示。

圖1 懸架系統(tǒng)組成（圖片來(lái)源：TheMustangSource.com）

（1）彈性元件：作為一種儲(chǔ)能元件，主要用來(lái)直接支撐車架以及緩沖來(lái)自路面的沖擊。剛度是衡量懸架抵抗變形能力的一種量度，等于懸架承受的載荷與該載荷引起的懸架的變形的比值。形式上分為剛度不可變的被動(dòng)式彈性元件（扭桿彈簧、螺旋彈簧等）以及剛度可實(shí)時(shí)改變的主動(dòng)式彈性元件（空氣彈簧等）。普通轎車最常用的為螺旋彈簧，部分高級(jí)轎車（比如最近上市的理想L9）開(kāi)始使用空氣彈簧。（2）減振器：作為一種耗能元件，通過(guò)抑制彈性元件的來(lái)回?cái)[動(dòng)，來(lái)迅速衰減車架或車身的振動(dòng)，防止車架或車身因彈性元件的伸縮造成反復(fù)顛簸，從而提高乘坐舒適性。阻尼則是懸架能量消耗的一種量度，形式上分為阻尼不可調(diào)的被動(dòng)式減振器（液壓減振器、氣壓減振器）和主動(dòng)式減振器（CDC減振器、MRD減振器等）。普通轎車最常用的為液壓減振器，部分高級(jí)轎車開(kāi)始使用電磁減振器。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（縱拉桿、橫拉桿等）：用于傳遞縱向載荷和橫向載荷，保證車輪相對(duì)于車架或車身的運(yùn)動(dòng)。（4）橫向穩(wěn)定器：也叫防傾桿或平衡拉桿，防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向擺動(dòng)，簡(jiǎn)單講就是防側(cè)傾。
懸架分類懸架按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同可以分為獨(dú)立懸架（每一側(cè)車輪都單獨(dú)地通過(guò)彈性元件掛在車身或車架下面）與非獨(dú)立懸架（兩側(cè)的車輪都與一根整體式的車橋連接），按控制形式不同可以分為被動(dòng)式懸架、半主動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。本文以后一種方式來(lái)展開(kāi)介紹。半主動(dòng)式懸架及主動(dòng)式懸架均屬于線控懸架（或電控懸架）范疇。一、被動(dòng)式懸架乘用車領(lǐng)域，市面上最常見(jiàn)的被動(dòng)式懸架多采用螺旋彈簧+液壓減振器的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。被動(dòng)式懸架在汽車在行駛中無(wú)法依據(jù)路面狀況隨時(shí)調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，智商、情商、逆商從出生那一刻起就被寫(xiě)死，不具有可塑性和可造性。如果前期調(diào)教偏操控性，那么舒適性就會(huì)欠佳，如果前期調(diào)教偏舒適性，那么操控性能就會(huì)欠佳，是魚(yú)和熊掌不可兼得的關(guān)系。

圖2 被動(dòng)式懸架結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：《空氣懸架，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)》，華泰證券）