(图片来源网络)（3）转向传动机构。转向传动机构主要包括转向横拉杆、转向节臂等组成，作用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，驱动两侧转向轮偏转，且使两个转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。MS饱受诟病的最大缺点就是费力，而且路况越复杂，转向越费力，这可能也是那个年代女司机非常少的原因之一。二、机械液压助力转向系统（HPS）HPS是最早被应用的动力转向系统，诞生于1902年，比第一辆汽车发明的时间1886年，仅晚了十几年，由此可见，省力的诉求自汽车诞生之初便被提了出来。但直到1951年，克莱斯勒才将验证充分、成熟可靠的HPS作为选配装置装配在其Imperial车系上。半个世纪的打磨，一代汽车人青丝变白发。HPS在MS的基础上主要增加液压助力泵、油壶等助力装置，其中液压助力泵直接与发动机输出相连。在转向过程中，发动机会输出部分动力驱动助力泵给液压油加压，再由液压油将动力传递给转向助力装置，为驾驶员提供助力。这与机械液压制动利用发动机进气歧管的负压有异曲同工之妙，难怪发动机被称为汽车的“心脏”，转向、制动全与其息息相关。

(图片来源网络)优点：方向盘与转向轮之间全部机械连接，不仅操控精准、而且路感反馈清晰；转向助力的动力源头为发动机，因此可以利用的转向动力澎湃且源源不断；技术成熟，可靠性高，即使助力系统失效，转向系统依然可以依靠机械连接进行无助力转向。难怪即使在今天，还是商用车领域的“宠儿”。缺点：只要发动机启动，无论车是否转向，发动机都带着液压助力泵玩，做了很多无用功，整体能耗较高；复杂的液压管路结构、繁多的油液控制阀门，导致整体结构比较复杂，装配空间要求较大；整套油路经常保持高压状态，寿命会受到影响，且存在液压油泄漏而污染环境的风险。三、电液助力转向系统（EHPS）EHPS是基于HPS升级而来，基本转向原理类似于HPS，主要升级的是HPS源源不断消耗发动机动力的问题。在EHPS中，液压助力泵不再使用发动机驱动，而是由新增的电机驱动。电控单元收集轮速传感器等数据，经过综合处理后控制液压阀的开启程度来改变油液压力，从而实现转向助力力度的大小调节。优点：继承了HPS操控精准、路感反馈清晰的优势；与HPS相比，大幅降低了能耗；且转向助力可以根据转角、车速等参数自行调节，反应更加灵敏。缺点：增加了较多的电子单元，导致整体结构复杂度增加，成本略有上升，可靠性不如HPS；且液压油泄漏的问题依旧存在。四、电动助力转向系统（EPS）EPS是目前乘用车上应用最广泛的动力转向系统。EPS完全抛弃时不时来个液压油小泄露从而污染环境的液压系统，完全改由电机提供转向助力。EPS主要由力矩传感器、EPS控制单元、带有电机位置传感器的电机、减速器、转向器等组成，下图展示了一种典型EPS结构。

（图片来源：https://mp.weixin.qq.com/s/Klw_WwtyTg26RUZmrH2WdA）转向过程中，驾驶员转动方向盘的力矩大小，转向柱、转向齿轮和转向轮的准确位置都被传感器采集并传输至EPS控制单元，EPS控制单元经过汗流浃背的运算后，得出需要施加多大的助力。并启动和控制电动机来帮助转向柱或转向齿轮随着方向盘的转速而更快地转动，以此来实现转向助力。EPS还会结合轮速传感器信号，以便在低速行驶时提供较大的转向助力，在高速行驶时则会减少转向助力。EPS有两种实现方式，一种是对转向柱施加助力，是将助力电机经减速增扭后直接连接在转向柱上，电机输出的辅助扭矩直接施加在转向柱上，相当于电机直接帮助我们转动方向盘。另一种是对转向拉杆施加助力，是将助力电机安装在转向拉杆上，直接用助力电机推动拉杆使车轮转向。后者结构更为紧凑、便于布置，目前使用比较广泛。优点：只在转向过程消耗电力，整体能耗较低；可以很轻易地实现助力效果与车速相匹配，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好；结构简单，质量轻，易于布置，易于装配，易于维修；彻底解决了液压油泄漏问题，顺应了“碳中和”的潮流。缺点：依靠控制单元模拟转向手感和力度，会因此损失部分路感；电子部件较多，系统稳定性、可靠性总体不如机械部件。

小结：这些机械系统在进化的过程中，优化了转向系统的力传递特性，为转向控制提供了助力，提升了汽车的操纵稳定性和平顺性。但是，受限于机械结构，它们无法改变转向系统的角传递特性，即汽车的转向特性，因此难以实现自动驾驶所要求的主动控制。

线控转向系统  （SBW）辅助驾驶和自动驾驶的入侵，打破了动力转向系统建立的围墙。转向系统中的执行机构不能只听方向盘的指挥，还需要能够随时听从智驾域控制器中算法的安排。驾驶员操作和转向执行器解耦成为传统转向系统下一步升级不得不克服的难题。另一方面，算法基于环境感知给出对转向更细腻的控制策略，如果执行结构响应不够及时，控制精度不够准确，那么整车转向过程会有一种心有余而力不足的挫败感。而这种心有余而力不足在紧急转向情况下将会被无限放大，成为影响驾乘人员的生命安全问题。基于以上际遇，一种可以响应算法安排、响应时间更短、转向更加准确的线控转向系统（SBW，Steering-By-Wire System）快速走红。在SBW中，转向力矩完全依靠转向执行器来输出，而控制指令既可以来自方向盘传感器输出的电信号，也可以来自智驾域控制器算法输出的电信号，深刻诠释了有奶便是娘的含义。而在SBW走红之前，其实他已经默默成长了半个多世纪。20世纪50年代时，美国TRW公司提出了SBW的概念，但受限于电子控制技术，直到20世纪90年代，SBW技术才有了较大突破，各种汽车展会上开始出现了一些采用SBW的概念车。高光时刻是在2014年，英菲尼迪的Q50上装配了和Koyaba合作研发的线控主动转向（Direct Adaptive Steering，DAS），成为第1款应用线控转向技术的量产车型，每篇SBW介绍文章都不得不提的时间、地点和事件。但是Q50的线控转向并没有获得市场欢迎，甚至在初期还发生过多次缺陷召回，可以说不仅是先驱，还是先烈。

（图片来源网络）

该线控转向系统由路感反馈总成、转向执行机构和3个电控单元组成，其中双转向电机的电控单元互相实现备份，可保证系统的冗余性能，转向柱与转向机间的离合器能够在线控转向系统出现故障时自动接合，保证紧急工况下依然可实现对车辆转向的机械操纵。而最近上市的丰田bZ4X纯电动车型搭载线控转向则可以说意义重大。因为它首次在量产车型中完全取消了方向盘和转向轴之间的机械连接，同时它也会随着丰田的纯电动整车平台迅速在集团内的多款车型上大面积推广应用。SBW最显著的特征就是解雇了转向盘到转向执行器之间笨重但忠诚可靠的机械连接先生，聘任了灵巧但不够稳重的电信号姑娘来实现转向信息的传递和控制，整套系统主要由路感反馈总成、转向执行总成、控制器以及相关传感器组成。（1）路感反馈总成。主要包括转向盘、路感电机、减速器和扭矩转角传感器。驱动路感电机实现控制器给出的反馈力矩指令，对驾驶员施加合适的路感。（2）转向执行总成。主要由转向电机、转向器和转向拉杆等部件组成。该部分工作原理为驱动转向电机快速、准确地执行控制器给出的转向角指令，实现车辆的转向功能。（3）线控转向控制器。功能包括路感反馈控制策略和线控转向执行控制策略。路感反馈控制策略根据驾驶意图、车辆状况与路况，过滤不必要的振动，实时输出路感反馈力矩指令。线控转向执行控制策略依据车辆运动控制准则，提供良好的操纵稳定性，实时输出车轮转向角指令。考虑到可靠性，保证车辆在任何工况下均不失去转向能力，线控转向执行控制的冗余防错功能至关重要。优点：采用电机直接控制车辆转向，使其更容易与车辆其他主动安全控制子系统进行通讯和集成控制，可以为自动驾驶汽车实现自主转向提供了良好的硬件基础。由于不受机械结构的限制，可以实现理论上的任意转向意图，增大了转向力传递特性和角传递特性的设计自由度，更方便与自动驾驶其它子系统实现集成，在改善汽车主动安全性能、驾驶特性、操纵性以及驾驶员路感方面具有显著优势。缺点：经济性可能并不会更好，因为线控需要部署冗余装置。其次安全性可能有所降低，毕竟机械连接在人们的心目中还是更安全的存在。
写在最后

线控转向和线控制动作为高级别制动驾驶的基石，必将于无声处听惊雷，必将成为自动驾驶崛起路上的左臂右膀。

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线控悬架，可甜可盐也遭“嫌”

2022年6月21日，理想L9发布，标配的自研自适应空气悬架系统，让车身高低调节范围达到了80毫米。这套空气悬架系统可以在高速行驶时自动降低车身来节省能耗，提升操控性。在停车的时候，可以更大幅度地降低车高，让老人和孩子便捷地上下车。李想本人在发布会上也是不吝赞美：“放心好了，L9的悬架表现在500万以内的全尺寸SUV里没对手。包含舒适性、稳定性、操控性全面胜出，甚至连解决晕车的能力都是最好的。”2022年7月16日，理想L9全国试驾首日，一台重庆门店的试驾车在通过路面坑洞后，空气悬架系统内的气腔发生破裂泄漏，最终导致车辆空气悬挂系统故障，使得车辆无法正常行驶。理想的公关回应是：“车速90km/h的状态过了一个20厘米深度的坑，导致空气弹簧内的缓冲环破损；试驾车用的缓冲环不是量产状态的零件，量产版的强度是这个的2.5倍”。本来车辆上的各种“断”大家已习以为常，但是上述忽悠消费者、欺侮圈内人的公关言论迅速收获了一众质疑。小米汽车胡峥楠亲自下场手撕：“现在做汽车行业公关的同学真的是要好好补补专业课，否则说出来的话不是在灭火，而是变向抹黑。20厘米什么概念，您的离地间隙也没这么大吧，正常人会对着20厘米的坑高速行进吗？”扯了这么多，其实就是想表达：空气悬挂作为线控悬挂的一种，虽然和自动驾驶没有直接的血缘关系，但是在线控制动和线控转向都悉数亮相后，最近又有这个热的话题傍身，我理应炒个冷饭，科普一下线控悬架，并为线控底盘三剑客系列文章做一个收尾。
定义及组成汽车悬架系统是连接车轮（或车桥）和车架（或车身）的一套传力连接机构的总称，是汽车底盘四大系统（传动、转向、制动和悬架）之一。一套经典的汽车悬架系统主要包括弹性元件、减震器、导向机构（纵拉杆、横拉杆等）和横向稳定器等组成，如图1所示。

图1 悬架系统组成（图片来源：TheMustangSource.com）

（1）弹性元件：作为一种储能元件，主要用来直接支撑车架以及缓冲来自路面的冲击。刚度是衡量悬架抵抗变形能力的一种量度，等于悬架承受的载荷与该载荷引起的悬架的变形的比值。形式上分为刚度不可变的被动式弹性元件（扭杆弹簧、螺旋弹簧等）以及刚度可实时改变的主动式弹性元件（空气弹簧等）。普通轿车最常用的为螺旋弹簧，部分高级轿车（比如最近上市的理想L9）开始使用空气弹簧。（2）减振器：作为一种耗能元件，通过抑制弹性元件的来回摆动，来迅速衰减车架或车身的振动，防止车架或车身因弹性元件的伸缩造成反复颠簸，从而提高乘坐舒适性。阻尼则是悬架能量消耗的一种量度，形式上分为阻尼不可调的被动式减振器（液压减振器、气压减振器）和主动式减振器（CDC减振器、MRD减振器等）。普通轿车最常用的为液压减振器，部分高级轿车开始使用电磁减振器。（3）导向机构（纵拉杆、横拉杆等）：用于传递纵向载荷和横向载荷，保证车轮相对于车架或车身的运动。（4）横向稳定器：也叫防倾杆或平衡拉杆，防止车身在转向等情况下发生过大的横向摆动，简单讲就是防侧倾。
悬架分类悬架按导向机构不同可以分为独立悬架（每一侧车轮都单独地通过弹性元件挂在车身或车架下面）与非独立悬架（两侧的车轮都与一根整体式的车桥连接），按控制形式不同可以分为被动式悬架、半主动式悬架和主动式悬架。本文以后一种方式来展开介绍。半主动式悬架及主动式悬架均属于线控悬架（或电控悬架）范畴。一、被动式悬架乘用车领域，市面上最常见的被动式悬架多采用螺旋弹簧+液压减振器的结构形式，如图2所示。被动式悬架在汽车在行驶中无法依据路面状况随时调节悬架的刚度和阻尼，智商、情商、逆商从出生那一刻起就被写死，不具有可塑性和可造性。如果前期调教偏操控性，那么舒适性就会欠佳，如果前期调教偏舒适性，那么操控性能就会欠佳，是鱼和熊掌不可兼得的关系。

图2 被动式悬架结构（图片来源：《空气悬架，国内市场有望快速增长》，华泰证券）