Der letzte Arbeitstag des Jahres 2023 neigt sich dem Ende zu... Was wird in den Smart-Autos des Jahres 2024 enthalten sein?Steer-by-Wire.Ja, diese neue Technologie, die von Musk und Tesla vorangetrieben wird, hat mit der Lieferung des Tesla Cybertruck immer mehr Aufmerksamkeit erregt. Und mit der Veröffentlichung und hitzigen Diskussion beliebter Smart-Modelle wie NIO ET9, Huawei M9 und Xiaomi SU7 sind drahtgesteuertes Fahrwerk und drahtgesteuerte Lenkung zu einem neuen Schwerpunkt geworden.
Sicher ist, dass die Steer-by-Wire-Technologie in neuen Modellen, die ab 2024 auf den Markt kommen, ein neues Highlight und neues Verkaufsargument sein wird.
Aber die Frage ist: Was ist Steer-by-Wire? Warum ist es ein eindeutiger Trend?
Musk ist erneut führend bei neuen Technologien
Am Auslieferungsort des Cybertrucks sagte Musk schlicht:
Der Cybertruck nutzt Steer-by-Wire-Technologie.
Seitdem hat es die begeisterte Aufmerksamkeit von Geeks und Autoenthusiasten auf sich gezogen und gilt als das nächste Kronjuwel der Smart-Car-Revolution.
Tatsächlich gab Musk bereits 2021 bekannt, dass Tesla bereits an der Entwicklung der Steering-by-Wire-Technologie arbeite und diese voraussichtlich im Jahr 2023 in Serie produzieren werde. Dies zeigt, dass Tesla bis spätestens 2020 ein F&E-Team für Steering-by-Wire aufgebaut hat.
Einfach ausgedrückt bedeutet Steer-by-Wire, die physische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern vollständig aufzuheben und elektrische Signale zur Steuerung der Radlenkung zu nutzen.
Daher ist es nicht schwer zu verstehen, warum jeder Angst vor einem „Lenkungsversagen“ hat. Schließlich erreicht die Zuverlässigkeit jedes elektronischen Systems eine 9 nach dem Komma, aber es gibt nicht immer eine starke und zuverlässige physische Verbindung, die den Menschen ein gutes Gefühl gibt.
Darüber hinaus sind, gemessen an der Reife des traditionellen dreistufigen Lenkmechanismus, die Risiken, Stücklistenkosten und Kosten für die Erklärung der Wissenschaft gegenüber Benutzern höher als bei herkömmlichen Lenksystemen, wenn OEMs in dieser Phase die Lenkung per Kabel implementieren.
Musk, warum sich die Mühe machen?
Tatsächlich konkurrieren nicht nur Tesla, sondern auch traditionelle OEMs wie Toyota, Volkswagen, Great Wall, BYD, NIO usw. sowie die weltbekannten Tier-1-Unternehmen Bosch, Continental und ZF um die Entwicklung und Implementierung von Steering-by-Wire.
Es gibt nur einen Hauptgrund, warum sie viel Arbeitskraft und materielle Ressourcen in die Entwicklung von Steer-by-Wire-Systemen investieren –Steer-by-Wire ist die zentrale Ausführungskomponente des autonomen Fahrens und eine der notwendigen Grundlagen für die Realisierung von High-End-Smart-Cars.
Denn wenn das ADAS-System das Fahrzeug übernimmt, muss der Lenkmechanismus den Anordnungen des Algorithmus im Smart Driving Domain Controller gehorchen, sodass die Entkopplung der Bedienung des Fahrers und des Lenkaktuators ein Muss ist.
Andererseits liefert der Algorithmus eine detailliertere Steuerungsstrategie für die Lenkung basierend auf der Umgebungswahrnehmung. Wenn die Ausführungsstruktur nicht rechtzeitig reagiert und die Steuerungsgenauigkeit nicht genau genug ist, beeinträchtigt die Verzögerung oder Abweichung der Lenkaktion nicht nur das Fahrerlebnis, sondern kann auch zu einem Sicherheitsrisiko werden.
Daher benötigen intelligente Autos ein Steering-by-Wire-System (SBW, Steering-By-WireSystem), das auf Algorithmusanweisungen reagieren kann, eine kürzere Reaktionszeit und eine genauere Lenkung aufweist.
Die Verwendung eines Motors zur direkten Steuerung der Fahrzeuglenkung erleichtert die Kommunikation und Integration der Steuerung mit anderen aktiven Sicherheitssteuerungs-Subsystemen des Fahrzeugs, was eine gute Hardware-Grundlage für autonome Fahrzeuge bieten kann, um eine autonome Lenkung zu erreichen.
Da es nicht durch die mechanische Struktur eingeschränkt ist, kann es auch jede theoretische Lenkabsicht erreichen, was die Gestaltungsfreiheit der Lenkkraftübertragungseigenschaften und Winkelübertragungseigenschaften erhöht und die Integration in andere Subsysteme des autonomen Fahrens erleichtert. Es bietet erhebliche Vorteile bei der Verbesserung der aktiven Sicherheitsleistung, der Fahreigenschaften, der Manövrierfähigkeit und des Fahrgefühls des Fahrers.
Darüber hinaus muss das autonome Fahren Systemredundanz berücksichtigen, das Steering-by-Wire-System mit komplexen mechanischen Verbindungen abschaffen und redundante Designs zu geringeren Kosten und einfacher implementieren.
Kurz gesagt: Herkömmliche mechanische Lenkungen können automatische Fahrfunktionen realisieren, die Komplexität des Systemdesigns, die Reaktionsgeschwindigkeit und das Benutzererlebnis sind jedoch weitaus geringer als bei Steer-by-Wire.
Beispielsweise kann ein tragbarer Abakus zwar Satelliten in den Himmel schicken, doch wer will schon mit Supercomputern alte Produktionsmaterialien verwenden?
Was genau ist Steer-by-Wire?
Seit dem ersten Auto in der Geschichte der Menschheit ist der mechanische Teil des Lenksystems so konzipiert, dass das Lenkrad über die Lenksäule verbunden ist und das untere Ende dann die Radlenkung antreibt.
Da die Anforderungen an Komfort und Raumaufteilung immer höher werden, kommt nach und nach die dreistufige Gestaltung von Lenksäule, Lenkstange und Lenkgetriebe zum Vorschein. Diese technische Lösung mit dreistufigem Design dominiert seit Jahrzehnten, und die servounterstützte Form hat sich von der hydraulischen Lenkung zur elektronischen Servolenkung gewandelt, die auch die derzeit gängige Lenkungsform ist.
Das Steer-by-Wire-System besteht hauptsächlich aus einem Lenkradaktuator (HWA) und einem Vorderradaktuator (RWA).
Unter diesen besteht der Lenkradaktuator hauptsächlich aus einem Lenkrad, einer Lenksäule, einem Untersetzungsgetriebe, einem TAS-Sensor und einer redundanten elektronischen Steuereinheit. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Absicht des Fahrers zu erfassen und das vom Fahrer gewünschte Lenkradwinkelsignal an den Vorderradaktuator (RWA) zu senden. Gleichzeitig simuliert es die Straßenrückmeldungskraft des Fahrzeugs basierend auf der vom Vorderradaktuator rückgekoppelten Zahnstangenkraft, um dem Fahrer Feedbackinformationen zum Straßengefühl zu liefern.
Der Vorderradaktuator besteht aus einem mechanischen Lenkgetriebe, einem Winkelsensor, einer redundanten elektronischen Steuereinheit usw. Seine Hauptfunktion besteht darin, den vom Lenkradaktuator gesendeten gewünschten Winkelbefehl zu empfangen und den Motor zu steuern, um die seitliche Bewegung der Zahnstange zu realisieren und schließlich die Lenkfunktion zu realisieren.
Darüber hinaus umfasst das System auch eine redundante elektronische Steuereinheit, die hauptsächlich zur Unterstützung autonomer Fahrbedingungen auf hohem Niveau dient. Tritt ein Einzelpunktfehler im Lenkrad- oder Vorderradaktuator auf, muss die Komponente über eine Ausfallfunktion verfügen, um sicherzustellen, dass das Fahrgefühl nicht verloren geht oder das Vorderrad seine Lenkfähigkeit nicht verliert.
Nehmen Sie als Beispiel das von Tesla im Jahr 2022 angemeldete Steering-by-Wire-Patent. Dieses System umfasst hauptsächlich die folgenden Komponenten:
Lenkrad-Drehmoment-Rückkopplungs-Aktuatorbaugruppe mit zwei Bedienelementen;
Vorderrad-Lenkantriebsbaugruppe mit zwei zonenisolierten Motoren und Controller;
Zwei separate Leistungskomponenten;
Zwei unabhängige Fahrzeugkommunikationsnetzwerke;
Drei dedizierte Systemkommunikationsnetzwerke zwischen jedem Knoten im Lenksystem.
Es lässt sich feststellen, dass das Steering-by-Wire-System unabhängig von der Hardware oder den Kommunikationsleitungen mindestens ein doppelt redundantes System ist.
Tatsächlich handelt es sich bei dem Drahtsteuerungssystem um eine äußerst ausgereifte Technologie. In den modernen Flugzeugen der Zivilluftfahrt, mit denen Sie und ich oft fliegen, sind „Gas“, Fahrwerk, Ruder und andere wichtige Funktionskomponenten alle drahtgesteuert und redundant.
Daher ist der Übergang von der Drahtsteuerung zur Massenproduktion kein komplexes technisches Problem, sondern ein Kostenproblem.
Selbst die Massenproduktion von Steer-by-Wire-Systemen in gewöhnlichen Personenkraftwagen wirft keine regulatorischen Probleme auf.
Die Popularisierung von Steer-by-Wire ist zu einem Trend geworden
Bereits 2013 hat Nissan die Lenkung-by-Wire für den Infiniti Q50 in Serie produziert.
Allerdings behielt das System zu diesem Zeitpunkt noch den mechanischen Lenkmechanismus bei, und das Lenkrad und die Lenksäule wurden frei getrennt und über einen Satz „Kupplungen“ verbunden, um eine feste Verbindung jederzeit nach dem Ausfall des Kabelsteuerungssystems vorzubereiten.
Aus dieser Perspektive war das Steering-by-Wire-System von Nissan damals noch sehr unausgereift, wie der groß angelegte Rückruf des Lenksystems nach der Einführung des Q50 beweist.
Das „erste“ echte „Steering-by-Wire“-System in Massenproduktion ist also streng genommen immer noch Tesla.
Wenn man über die Kontroverse um die Wire-by-Wire-Steuerung bei Privatanwendern spricht, sind viele Menschen nicht nur besorgt über die Zuverlässigkeit, sondern auch der Meinung, dass ein solches Design nicht den Vorschriften entspricht.
Tatsächlich wurde jedoch im Januar 2022 in der nationalen Norm GB17675-2021 „Grundlegende Anforderungen an Automobillenkungssysteme“ die Anforderung gestrichen, dass kein vollständiger Servolenkungsmechanismus eingebaut werden sollte (3.3 im Jahr 1999). Die gesetzliche Regelung erlaubt eine physikalische Entkopplung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe des Lenksystems.
Das „grüne Licht“ auf politischer Ebene kam noch früher als elektronische Rückspiegel.
Darüber hinaus werden im vom Staatsrat herausgegebenen „New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)“ die Chassisintegration reiner Elektrofahrzeuge und Control-by-Wire-Ausführungssysteme als wichtige technische Forschungsprojekte aufgeführt, und das Control-by-Wire-Lenksystem ist ein wichtiger Bestandteil der Ausführung intelligent fahrender Fahrzeuge.
Dies zeigt auch, dass sich die zuständigen Behörden meines Landes seit langem der Bedeutung und des Wertes von drahtgesteuerten Fahrwerken, einschließlich drahtgesteuerter Lenktechnologie, bewusst sind und Vorschriften und Standards mit dem Ziel formuliert wurden, die gesamte autonome Fahr- und Smart-Car-Branche zu fördern.
Es gibt keinen politischen Widerstand gegen die Massenproduktion drahtgesteuerter Lenkungen. Es hängt alles von der Stärke und dem Fortschritt jedes einzelnen OEM ab.
Was Spieler betrifft, die derzeit auf der Strecke eine drahtgesteuerte Lenkung verwenden,Man kann grob in zwei Arten von Spielern einteilen: traditionelle Tier-1- und OEM-Spieler.
Zu den traditionellen Tier-1-Unternehmen gehören unter anderem Bosch, Schaeffler und ZF aus Deutschland, JTEKT und KYB aus Japan sowie Nexteer (AVIC Holdings) aus China.
Auf OEM-Ebene sind Toyota und Tesla im Ausland vertreten. Zu den inländischen Unternehmen, die relevante Fortschritte gemeldet haben, gehören Great Wall Motors, NIO und BYD.
Unter ihnen hat nur Tesla das Stadium der tatsächlichen Massenproduktion erreicht.
Es besteht jedoch kein Zweifel daran, dass die Einführung der Steering-by-Wire-Technologie in Autos in Zukunft ein unvermeidlicher Trend ist.
Lassen Sie mich abschließend hinzufügen, welche Vorteile das Steering-by-Wire-System für normale Benutzer wie uns hat.
Erstens: Schaffen Sie Platz im Fahrzeug und erweitern Sie die Unterhaltungsfunktionen. Beim Steering-by-Wire-System kann das Lenkrad vollständig eingefahren werden, was den Fahrzeugraum erheblich vergrößern kann; Der zusätzliche Platz kann auch zur Implementierung anderer Funktionen genutzt werden.
Zweitens ist das Übersetzungsverhältnis flexibler. Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann die Anpassung der Übersetzung die Lenkvorgänge ermüdungsfreier gestalten; Bei hohen Geschwindigkeiten kann durch eine Erhöhung der Übersetzung ein versehentliches Verlassen der Spur vermieden werden.
Aus Sicherheitsgründen verzichtet das Steering-by-Wire-System auf mechanische Verbindungen, was das Risiko von Fahrzeugkollisionen verringern kann. Im Moment der Kollision wird die Relativgeschwindigkeit zwischen Lenkrad und Person stark reduziert und die Verletzungen des Fahrers werden stark reduziert.
In der Höhe über Kopf werden die horizontalen und vertikalen Unebenheiten des Bodens nicht direkt auf die Hände des Fahrers übertragen. Die Fahrbahngefühlsinformationen werden vom rückwärtsgerichteten Drehmomentmotor simuliert und erzeugt, der dem Fahrer nur nützliche Informationen liefert und so den Fahrkomfort verbessert.
Natürlich kann die präzise Steer-by-Wire-Steuerung des Fahrzeugs auch Car-Play-Funktionen wie „One-Button-Drift“ ermöglichen.
Vertrauen Sie der Steering-by-Wire-Technologie in Ihrem Auto? Würden Sie ein Auto ohne Lenksäule kaufen?