自动驾驶时代,如果驾驶员是AI,汽车该如何转向呢

一、自动驾驶时代,如果驾驶员是AI,汽车该如何转向呢

当自动驾驶来到了L3时代之后，由于人机接管悖论等等一系列现实因素，很多国外的汽车巨头已经放弃L3级自动驾驶技术的研发工作，打算从L2直接过渡到L4级。其实无论L3还是L4，自动驾驶来到了更高的等级之后，面对的技术挑战也更加复杂。

从原理上来看，自动驾驶是通过雷达探头对周围环境进行探测，然后将数据交给数据处理器，数据处理器对数据处理过后对发动机、底盘以及转向分别作出调整。原理看起来很简单，但是实施起来却十分困难。

其中，最难以解决的技术难点就是转向机制。因为自动驾驶在放弃使用人类驾驶员之后，意味着传统的硬性机械连接（即转向柱带动转向机推动车轮转向的方式）必须抛弃，因为它需要加入智能的处理器控制转向力度。否则，智能驾驶就成了空谈，方向盘的控制权还在人类手里，怎么能叫智能驾驶呢？

今天我们就盘点一下目前市场上的主流适应自动驾驶时代的转向机都有哪些，以及它们的技术特点都有哪些相同或者不同之处。

采埃孚作为世界级的零部件供应商巨头，针对自动驾驶的转向机研究起步也比较早。早在2018年，采埃孚（ZF）已与中国三家汽车制造商签订了双齿轮电动助力转向系统订单。

该双齿轮电动助力转向系统（EPS）机械配置基于一个带两组齿轮的转向齿条打造。每组齿轮由单独的小齿轮驱动，驾驶员输入的扭矩经由“转向齿轮”传递至转向齿条，而电动助力转向系统辅助扭矩经由“传动小齿轮”传递至转向齿条。

齿轮电动助力转向系统的总体成本和性能表明，其特别适用于最大转向齿条力范围为9至12kN的汽车，因此，其非常适用于中型车和小型SUV车型。

采埃孚转向系统工程高级副总裁ThiloBitzer表示：“凭借其明显的成本和环境效益，双齿轮转向系统是中国和全球市场的出色解决方案。与传统的液压动力转向系统相比，该技术可节省4%的燃油，并相应地减少二氧化碳排放量。目前，中国正实施新排放法规以满足提高空气质量，该技术正好考虑到这点。”

由于该系统由电子控制且非常灵活，因此，该技术在提高安全性、便利性以及向半自动驾驶和全自动驾驶转变中发挥着重要作用。其可与其他系统集成，以产生停车辅助和车道保持辅助/保持在车道中间（与采埃孚的摄像头技术结合使用时）等功能。

采埃孚于2001年首次开始生产电动助力转向系统技术，此后为全球客户生产了3500多万台设备。自2012年在中国开始全面生产该系统以来，采埃孚已为中国市场生产了近1000万个电动系统。

去年6月份，舍弗收购了软件和电子解决方案公司XTRONIC，助力舍弗勒开发用于转向系统和自动驾驶等领域的解决方案。

之后在2019年的上海车展上，舍弗勒展示了SpaceDrive线控技术。作为自动驾驶车辆的关键技术，SpaceDrive系统取代了传统机械系统，通过线控的方式实现车辆的操控，采用三重冗余，确保控制系统的高度可用性及安全性。SpaceDrive为实现安全可靠的底盘控制提供了电子及软件基础，可帮助实现L4-L5级自动驾驶。

值得注意的是，SpaceDrive线控系统就是由XTRONIC与帕拉万公司合作开发的，客户包括一些知名汽车企业和供应商，例如大众、保时捷、奔驰、博世、三菱电机等。值得一提的是，该系统已经在市场上应用17年，且拥有10亿公里公共道路无事故行驶记录，是一款可立即投入市场应用的成熟技术。目前全球尚未有类似系统。

在SpaceDrive系统中，所有的驱动和底盘零部件都集成在一个紧凑的单元内，包括轮内电机驱动系统、包含悬架和机电转向执行单元的车轮悬架系统。舍弗勒智能转向驱动模块可以帮助车辆实现90°的转向角度，还可以停靠在狭小的空间内，便于乘客上下车，甚至还可以实现原地转向。

这些创新技术已经在舍弗勒未来城市交通概念车SchaefflerMover上得到了验证。在这款概念车上，舍弗勒智能转向驱动模块为4个车轮提供驱动力，转向系统采用了机电式“线控转向”方式，通过SpaceDrive技术实现控制。

此外，考虑到联网功能对自动驾驶城市车辆的重要性，在SchaefflerMover设计时还考虑了联网的需求，通过位于云端的“数字孪生体”对车辆运行状态数据进行持续分析，来提前确定车辆未来的维修保养需求。

平行轴式电动转向系统/线控转向系统

近些年，博世在新四化下的布局与转型速度非常快。特别是在自动化执行部分，博世在动力、制动和转向三大领域都有所布局，比如电动化解决方案、底盘系统解决方案，以及转型系统。

在国内所有乘用车转向供应商里，博世华域的产品分布系列最最全面，覆盖了当下乘用车所有主流的转向系统。据了解，博世华域将在2021年量产平行轴式电动转向产品，这该产品主要用于前轴载荷比较大的车型，相对来说车型比较大、车身比较重，前轴载荷比较大的乘用车或一些轻型商用车。该系统支持车辆的半自动驾驶，并在未来能够允许故障安全性能的高度自动驾驶。系统架构还能防止外部未经授权的访问，提升网络安全。此外，系统利用可伸缩电机和控制单元进行性能优化配置，具备便捷灵活的布置形式。

同时，博世华域在线控转向系统上也有所布局。目前该系统属于博世华域的前端开发项目。线控转向的特性在于无机械连接，整合了车身动态控制与转向不足、转向过度控制策略。其完全自主选择的转向行为模式，用于实现不同的辅助与受限的功能。线控转向将传统转向系统的传动比设计与转向手感设计的相关性分离，实现可变转向比。在降低变形种类和零件数量的同时，线控转向因为中间轴的取消带来了更多的布置空间。

博世的线控转向系统将取消中间轴，真正地实现无机械链接。在未来的自动驾驶车中，甚至可以无需方向盘，那么与之连接的中间轴当然也不需要了。届时，这套系统的最终形态或许是仅靠按钮来实现车辆转向。据了解，这套线控转向系统大约会在2024年左右量产。

上文中提到了目前高级别自动驾驶转向系统一般采用的都是线控转向技术。说到线控转向技术，英菲尼迪研发的DAS线控主动转向系统早在2014年就已经搭载在自家车型上了，应该说是所有线控专项技术的先驱者。

类似于飞机的线控系统。英菲尼迪的DAS线控主动转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接，由三套相互独立的ECU电子控制单元综合计算路况和驾驶者操作意图，并将信号传递给三组电机，其中两组电机来控制车轮的转动角度和速度，一组电机来模拟路面的回馈力。

这种线控系统的好处在于，由于方向盘不连接车轮，DAS线控主动转向可有选择性地反馈路面信息，大幅减少路面颠簸造成方向盘颤动的同时，还可以避免“打手”的现象，从而显著降低驾驶者的操作疲劳。与此同时，DAS还可以屏蔽驾驶者一些不安全的转向举动，确保车辆时时刻刻的安稳行驶。此外，DAS线控主动转向配合ALC主动车道控制技术，无需驾驶者干预即可自动调整轮胎角度，对车辆的行进路线进行修正，帮助车辆重新回到正确的行驶轨迹上来。

同时，为了避免电子系统失灵而导致方向盘无法实现转向，DAS线控转向系统保留了部分机械传动件，但是中间会有一个离合器，离合器平常分开，断电的时候才会自动合上，所以就算DAS系统失灵，驾驶者也能正常驾驶车辆。虽然当时还没有自动驾驶的概念，但是DAS线控转向系统无形中给人们提供了一个自动驾驶环境下的转向系统解决方案。只不过，这套系统拥有不少缺陷。

2016年年7月份，东风汽车和日产公司召回了6840辆英菲尼迪Q50车型，其召回原因就是这套英菲尼迪引以为傲的DAS线性主动转向系统存在着质量缺陷。当发动机在电瓶处于低电压状态下启动时，控制单元有可能对方向盘角度作出误判，导致方向盘和车轮的转动角度存在差异。即使方向盘转到中立位置，车轮也可能不会返回到直行位置。导致车辆不能按驾驶员意图起步前行或转向，存在安全隐患。

目前来看，电子产品可靠性的控制水平还不是很高，汽车上因电子系统故障所引起的召回及安全事故也是比比皆是。英菲尼迪采用线性转向技术虽然有众多好处，但还是应该在全面保证安全性的前提下在投放于市场，毕竟转向系统的可靠性直接关系到车内人员的生命安全。

以上自动驾驶的转向技术绝大部分都在乘用车市场使用。在商用车市场，自动驾驶的发展势头也很猛。其中，克诺尔是商用车自动驾驶转向机解决方案的主要提供商之一。

今年5月份，由克诺尔提供线控制动和转向，嬴彻与东风商用车联合开发的L3重卡A样车在湖北顺利完成验收，这意味着中国自动驾驶领域的L3级别重卡量产进程中取得了一个阶段性成果。

在本次L3重卡A样车上，克诺尔除提供传统空能系统和轮端系统产品外，在电控制动方面,针对L3级别自动驾驶的特别需求,还提供了EBS制动系统及其冗余解决方案;在电控转向方面，提供了新开发的AHPS电液混合动力转向系统。同时，克诺尔与嬴彻、东风商用车一起开发了L3级别的制动和转向的冗余策略，确保其自动驾驶安全性。

早在2018年，克诺尔在德国汉诺威IAA展会上展示的L4原型卡车可在部分高速路段实现完全自动驾驶模式，代表了克诺尔积极推动高度自动驾驶发展已具备的技术水平。同年，克诺尔与东风商用车签署了零部件的合资扩大协议，将采用克诺尔转向系统解决方案。

克诺尔的这套AHPS高级混合动力控制转向系统在纵向控制及横向控制拥有很大优势。首先，整车控制更加精准。卡车的控制是非常复杂的，通过对转向和刹车的综合控制，做到比成熟老练的驾驶员更加精准；其次，是可以让转向和制动互相进行备份，使操作变得更有效、更简单。

以上便是当下主流零部件与整车供应商针对自动驾驶转向机推出的解决方案。从中我们可以看出，未来线控主动转向肯定是发展趋势。随着自动驾驶的普及，线控驱动系统在控制系统市场中的份额极有可能大幅增长——据研究公司Markets&Markets预测，2018年至2025年，线控驱动市场的复合年增长率为8.86%。2018年的市场规模为191.2亿美元，预计到2025年将达到346.3亿美元。对于制造商来说，随着电动自动驾驶汽车的大量推出，了解线控技术的机遇、市场和挑战变得越来越重要。

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