▲国内车企搭载空气悬架车型及价格
线控转向高阶自动驾驶技术基石
转向系统的发展历程可以理解为方向盘与转向机构逐渐解耦的过程。早期的机械转向系统是由转向操纵机构、转向器和转向传动机构成，由驾驶员驱动转向盘之后完成转向。由于机械转向的转向传动比为 1：1，因此驾驶员负担重且存在安全隐患。上世纪 50 年代出现了液压转向系统，以发动机作为驱动带动转向泵，利用转向器放大驾驶员施加的力并改变传递方向。
在随后 30 年间，转向系统主要以液压动力为主，其具有高稳定性、高精准度、低成本的优点，但是缺点在于能耗较高，且在高速行驶时不能做到高稳定性。随后在 1983 年，日本 Koyo公司推出了电控液压助力转向系统，是在液压转向系统的基础上新增液压反应装置、液流分配阀、动力转向 ECU、电磁阀和车速传感器等电机电控部件，以电动机驱动转向泵、利用ECU 根据车速调节助力大小，但是缺点在于复杂的设计结构也带来了过高成本。
1988 年，日本 Suzuki 公司首先在小型轿车上配备转向柱，是电动转向在汽车上应用的开端。电动转向系统兼具低成本以及低能耗的特点，并且使方向盘与转向机构之间实现了完全解耦。由此转向系统也完成了由机械到电控的升级。
▲转向系统发展历程
目前市场主流的转向系统以四类 EPS 电动转向系统为主，在新能源领域渗透率已接近 100%。由于 HPS 和 EHPS 存在功耗高以及液压油泄漏等问题，不符合国家环保标准，因此近年来市场上的转向系统已基本全部被电动助力的 EPS 取代。
根据佐思汽研数据，2016-2020 年EPS 在中国乘用车市场的渗透率已从 80.1%逐年上升至 96.4%，其中 2020 年 EPS 在新能源乘用车市场份额已经占到 99.91%。根据电机和 ECU 布局位置的不同，目前市场上主要有三大类 EPS 产品，分别为 C-EPS（转向轴/管柱式）、P-EPS（齿轮式）、R-EPS（齿条式）。
除此之外，目前还有一种常见的转型系统为 DP-EPS，与 R-EPS 类似均属于齿条式助力系统，但两者的传动原理不同，DP 采用的是与前两者类似的蜗轮蜗杆，而 R-EPS 采用的是更加紧密的循环球式助力（亦称为滚珠丝杆）。理论上而言，在电机本身性能一定的前提下，当电机越靠近转向器时，转向助力越大、传动效率越高、噪音越小、电机波动对手感影响 越 小 、 成 本 及 开 发 难 度 越 高 ， 因 此 在 性 能 上 和 传 递 效 率 上 依 次 为C-EPS<P-EPS<DP-EPS<R-EPS。
但在实际应用中主机厂需综合考虑车辆重量、成本等多方面因素，一般在 A 级或 B 级车上采用 C-EPS（如五菱宏观 mini、哈弗 H6 等）、在 C 级或D 级车上采用 P-EPS（如本田雅阁等）、在中大型 SUV 或轿跑上采用 DP-EPS 或 R-EPS（如奔驰 GLA 采用 DP-EPS，雷克萨斯 LX570、保时捷 911 采用 R-EPS 等）。
▲根据电机/ECU布局位置的不同，EPS 可分为转向轴式、齿轮式、齿条式三大类
线控转向实现了方向盘与转向系统之间的物理解耦，可满足高阶自动驾驶的同时兼具舒适性、轻量化等优势。线控转向的结构可理解为在 R-EPS 的基础上取消了管柱与转向器之间的机械连接（中间传动轴），通过各种传感器获得方向盘的转角数据，然后 ECU 将其计算为具体的转向数据，结合车速及车辆行驶状态来对转向电机进行控制实现转向。此外，线控转向还将标配路感模拟器和电调转向管柱。
其中，路感模拟器即利用电机人为的进行路感模拟，给予驾驶员一定的路感反馈；而电调转向管柱实际是在线控的前提下，帮助驾驶员大距离调节方向盘位置。可以看到，线控转向最大的特点即在于实现了方向盘与转向系统之间的物理解耦，转向系统完全通过电信号传输控制指令，转向机构与驾驶员之间无直接的物理力矩传输路径。因此，理论上可通过软件算法的调试，任意调节传动比、任意调节路感反馈、任意收缩方向盘位置等。
线控转向系统落地难度大，安全性 算法优化成为核心难点。目前市场上唯一实现量产的车型是 2013 年英菲尼迪 Q50L，其使用了配备保留机械连接冗余的线控转向。Q50L 的转向系统在正常工作状态下，方向盘和转向器之间没有机械连接，完全靠电信号实现控制和路感的模拟，当系统出现故障时下，通过离合器，将线控转向系统变为一个机械转向系统，实现了对于线控转向系统的冗余。但是由于保留机械连接冗余的线控转向并不能称之为完全意义上的线控转向技术。
总结而言，线控转向系统的规模化量产仍然面临着以下几方面技术难点：
（1）电子器件的冗余安全问题，由于方向盘和转向系统之间失去了机械连接，一旦转向系统出现故障或失灵，那么汽车将无法转向并处于失控状态，这会带来极大的安全问题。因此目前在 L3 级别自动驾驶以上，车机内的 ECU、传感器和电机等软硬件层面都需要做冗余安全处理或多重的冗余备份。
（2）路感电机控制算法优化。由于方向盘和转向系统失去机械连接，因此也缺失了轮胎的真实状态，所以很难通过一些参数去模拟路感。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。一般情况下，在测算出目标力矩时，会传递给 PID 控制器，PID 控制器再将参数传递给路感电机，路感电机再将阻力矩传递给减速机构。
其中 PID 控制器最主要的问题是参数设定，在调整 PID 参数时，往往依靠专家经验以及试凑的方法，不仅费时且不能保证获得最佳的性能。目前主流的解决方案是以神经网络或粒子群算法优化 PID 控制器，控制路感电机，模拟产生转向阻力矩，使驾驶员获得“路感”，但仍需要较长的优化过程。
（3）与自动驾驶系统的协调性问题。目前已相对成熟的线控转向执行控制策略大多仅实现转向助力功能，尚无法满足自动驾驶环境下线控转向执行控制的要求。特别对于复杂的路况和交通环境下，需要研发自适应和鲁棒性强的线控转向执行算法，并且需要与其他（感知、底盘、动力等）自动驾驶控制子系统进行高度融合与协同，软件算法的复杂度和可靠性是挑战。
预计将在 2024 年左右开始实现商业化落地，早期供应商仍以海外 Tier 1 为主。线控转向技术建立在 EPS 技术之上，且芯片等核心零部件均由海外主机厂掌握，因此我们预计早期的市场份额仍然以博世、采埃孚等海外 Tier1 占据。根据高工智能汽车研究院数据统计，2021 年国内 EPS 市场份额前五大供应商分别为博世、NSK、采埃孚、JTEKT、豫北光洋，市占率分别为 18.82%、18.62%、17.51%、12.25%、8.48%。
根据各公司官方网站信息披露，舍弗勒、万都、捷太格特、耐世特的线控转向产品预计 2023 年实现量产，博世和大众的线控转向产品计划 2024 年前后量产，PSA 计划 2025 年前后实现量产。而国内厂商由于切入较晚差距较大，多数企业正处于研发阶段。2021 年，集度、蔚来、吉利成为线控转向技术发展和标准化研究的联合牵头单位，将牵头线控转向相关国家标准的制定；长城汽车也推出了“智慧线控底盘”计划，其中包括了支持 L4 级别自动驾驶的线控转向技术，并预计 2023 年实现配套量产。
作为智能驾驶的主要载体，汽车线控底盘技术将创造一个新的未来，未来高阶自动驾驶将基于线控化的底盘来实现。目前，线控制动、线控悬架已经开启了快速渗透道路，线控转向也即将迎来落地。
来源：车东西
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