方向道岔原理视频盘不再圆：新能源车的“线控革命”

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2024-01-07 22:27发布

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整整20年前，道岔原理视频3000名来自全球的工业技术界精英齐聚“2004世界工程师大会”，首次提出“未来的汽车将是4个轮子加1台计算机”，到今天弹指一挥间，当初的设想正在慢慢变成现实。

过去我们买车，主要关注发动机和变速箱，但现在除了电池、电机以及冰箱彩电大沙发（不是），智能驾驶体验也成了消费决策的一项核心指标。

在这场电动化+智能化+网联化的大变革下，传统汽车笨重的机械液压结构正逐渐被淘汰，取而代之的是更加小巧、智能的整车线控技术，整个汽车业的设计和制造逻辑也随之改变。

本期，我们将以线控技术的发展历史为线，谈谈近期在智能驾驶领域的一些投资思考，尝试探讨以下话题：

历史上，美国、德国、日本，分别在线控领域进行了哪些尝试？

为什么进入新能源车时代，线控技术突然迎来了爆发？

线控技术为何是智能驾驶一道绕不开的坎儿？

油门、换挡、转向、制动和悬架，线控底盘还有哪些创业or投资机会？

一、线控技术发展史：为什么方向盘要做成圆的？

所谓线控技术（X-by-Wire），最早源于飞机的操控系统。其中的“X”代表任何与控制相关的操作，包括但不限于驱动（Dirve-by-Wire）、转向（Steer-by-Wire）和制动（Brake-by-Wire）等等。

众所周知，飞机受内部空间的限制，无法装下太多笨重的机械和液压系统，而反观电子传感器和电执行元件则要小巧和精准得多；因此，自人类进入电气时代开始，工程师们便开始探索将飞行员的操纵指令转换成电信号，用来控制飞机飞行。

同样的尝试也发生在汽车领域，这次最先吃螃蟹的是一家美国公司。

20世纪50年代，美国天合（TRW）公司首先提出，可以用电控信号代替汽车方向盘和转向轮之间的机械连接；之后，天合找来两位德国工程师Kasselmann和Keranen，设计出了早期的线控转向模型。

多说一句，这家天合（TRW）公司的前身是一家紧固件加工厂，最早的业务是为福特T型车装配木制车轮，1928年才进入汽车制动市场。

然而伴随着二次大战前后美国汽车业的强势崛起，天合公司迅速成长为一家全球500强企业（后被采埃孚收购）；它不仅首先提出了线控概念，还发明了世界上第一个电控ABS系统和第一个正面碰撞安全气囊；此外，天合也是世界上第一家提出混动车概念的公司。

可见，产业的崛起与技术的创新从来都是相生相伴，与今天美国衰败的汽车业完全不同，当年美国汽车工程师的创造力可见一斑。

不过在当时，受限于五十年代的技术水平，天合的设计还只能停留在了纸面上，直到40年后，德国人才从美国人手中接过了接力版。

1990年两德统一，伴随着德国汽车工业的王者归来，德国奔驰公司开始了对线控的研究，并将其首先安装在了F400 Carving的概念车上。

奔驰喜欢用缩写字母为旗下的各级别车型命名，而F又是其中最特别的一个，它寓意“Forschungsfahrzeug（研究工具）”，代表了那个时代里工程师们对未来科技和设计的最新探索。

F400使用了大量当时奔驰最先进的黑科技，除了转向、制动、悬架及车身控制全部采用电控以外，更包含了电控主动液压减振器、氙气大灯、碳纤维车身和光纤照明系统。

更精准电子信号辅以圆滑的宽幅轮胎，让每个车轮都可以做出相对地面最大20°的倾角，在遇到紧急情况时，电脑会自动下令将轮胎的外倾角增大提供更多抓地力，大幅提升车辆的操控性，这也影响了后续一众豪华车的设计思路。

时间来到1997年，德国克莱斯勒（Daimler Chrysler）的工程师突发奇想，打算用类似战斗机上的操纵杆来代替方向盘，于是推出了线传控概念车R129。

R129的两个操纵杆分别位于驾驶席的两侧，向前推是加速，向后拉是制动，操控过程就像是玩电子游戏。

这样一来，不仅省去了方向盘，连油门和刹车都可以用操纵杆代替，而空出来的位置，设计师们设计了一套隐藏式“办公桌”，方便打工人在出行中也可以随时搬砖；由此，R129也成为了第一辆完全实现了线控驱动（Drive-by-wire）的汽车。

两年之后的1999年，为庆祝BMW Technik GmbH成立15周年，宝马公司也推出了自己的未来主义概念车Z22。

这台车不仅应用了线控转向（Steer-by-wire）、线控制动（Brake-by-wire）及线控换挡技术，还取消了大量物理按钮和传统的仪表盘，将这些功能全部集成在中控液晶屏上，同时采用指纹解锁点火，甚至还在反光镜的位置装备了侧视摄像头，俨然已经有了今天智能汽车的影子。

其中最令人印象深刻的，还是Z22的未来感十足的矩形方向盘——比特斯拉的早了整整20年。

而这也是线控转向的一大优点：可以做成各种异型方向盘。

传统机械结构下，方向盘必须急打方向超过一整圈，才能保证车辆在低速下实现急转弯，所以，方向盘如果不做成圆的，一旦抓握出现失误，就会产生巨大的安全隐患。

（图：急转弯状态下，光纤光栅传感解调仪sm125原理介绍线控转向和机械转向的区别）

但电控就没有这类问题，由于取消了方向盘与前轮之间的物理连接，完全采用电信号来传递方向盘转角，也就意味着转向比可以被设定为任何数值，且可以自由变换。

而一旦方向盘不用做成圆的，大家很快发现，长方形方向盘可能更符合人体工学。

它的原理类似于飞机中的升降舵：没有了上下两个半圆的遮挡，驾驶者可以更容易查看前方的仪表组，同时还增加了膝盖的空间；在未来自动驾驶时代里，方向盘也能更容易收纳到仪表板中。

当然，这些都还是后话，让我们把故事拉回到1999年。

受限于当时的技术水平，虽然宝马的理念超前，但问题依然不少。

比如由于完全取消了物理连接，驾驶员无法感受到轮胎行驶在路面上的振动和回弹，操控体验相比机械方向盘还是会大打折扣。

不过就在千禧年过后，日本车企也加入了战团。相比于德系车，日系车更加紧凑小巧，对于空间利用率更加看重，因此也对线控技术有着更迫切的需求。

尽管当时日本的电子业在美国的持续打压下早已经日薄西山，但巨轮的惯性犹在，日本TOPIX电气指数在广场协议后继续爬升，并在2000年达到峰值。

伴随着电子产业最后的辉煌，日本车企也开始了线控领域的发力。

2003年，丰田在纽约车展上推出了线控转向的雷克萨斯概念车HPX；到2010年，丰田公司又推出了FT-EVⅡ概念车，这是一款基于丰田IQ平台开发的纯电车，轴距仅有一米九，完全通过线控操控杆实现加速、制动和转向。

紧随其后，日产公司也在2006年和2008年先后推出了PI-VO概念车和EA2概念车，其转向系统和制动系统均采用了线控技术。

2013年，日产研发出了自己的线控转向技术（DAS），并将其用在了旗下的豪华品牌英菲尼迪之上，这也让英菲尼迪Q50成为全世界第一款搭载了线控转向的量产车。

为了保证安全，Q50做了大量的冗余设计。首先是双系统模式：既安装了电控系统，也保留了机械备份；当系统正常工作时，离合器断开，此时方向盘为纯电控制；当系统出现故障时，离合器闭合，驾驶员恢复机械操纵。

此外，Q50还安装了3台独立的ECU行车电脑，其中任何一个故障，另外两个还可以工作。

（图：Q50的DAS线控转向技术）

但Q50的问题同样不少，首先就是贵：三台ECU加上备用的机械转向，成本要比纯机械高出好多；其次是这时电控的模拟体验依然不好，Q50虽然在方向盘上装了一台小电机，用来模拟路面的回弹，但用户依然反馈“开起来像赛车模拟器”。

所以在油车时代，线控其实是个有点鸡肋的东西：虽然一些优势可圈可点，但都是通过牺牲成本和驾驶体验来实现的，正负相抵下，并未好到让消费者无脑冲的地步。

这也导致Q50上市后反响平平，除了丰田bZ4X等少数车型外，没有太多人跟进；最终，主流车企又把研发重心转回了电动助力转向（ESP）上，仅仅把电子系统当作是一种机械机构的辅助，主要用途是帮助驾驶员省力。

直到，智能驾驶时代的到来。

二、为什么智能车时代，线控迎来了大爆发？

为什么最近几年，线控技术突然迎来了快速爆发期？抛开用户体验、安全性、能量回收这些老生常谈不提，主要原因有三：

首先，是智能驾驶发展的客观需要。

传统燃油车的设计思路，都是围绕着驾驶员这个“人”来出发的：

举个例子，我们每次踩下刹车，或者转动方向盘，总是先要把一个力给到感知端，之后由ECU（行车电脑）把这个力转化成某种信号，再通过液压或电机放大到执行端——最终，车辆才会做出相应的动作，比如刹车或者转向。

换言之，对一辆传统汽车来说，人的指令才是一切驾驶行为的核心。

但是在新能源+智能驾驶时代，我们其实是希望汽车通过路况数据的实时收集，自主去作出一些决策的，一个比较经典的例子，就是前几天华为和小鹏对AEB的讨论：

简单来说，AEB会通过雷达监测与前方车辆或障碍物的距离，在驾驶员没来得及踩刹车的情况下，自动让汽车刹车，避免“鬼探头”的危险发生，这其实就是一种典型的中高阶辅助驾驶功能。

今天的智能驾驶水平大概在L2.5-L3左右，如果未来要想继续提升，就需要让感知层（激光雷达、摄像头等）、决策层（中央处理器+算法）和执行层（制动、转向等）之间产生更默契的配合，让车逐渐摆脱对“人”的依赖。

要实现这一点，执行层（也就是底盘层面）就一定要对传动机械传统结构进行解耦，用一种更加灵敏、灵活的解决方案来替代它——从目前看，线控就是那个最合适的替代者。

第二，是主机厂的大力推动。

燃油车时代，主机厂生产一辆车，可能刹车系统买的是博世的，转向系统是采埃孚的——总之每家供应商都有一套独立又封闭的软硬件系统，其中任何一套单独拿出来，都非常复杂且工程量巨大，需要很多年的研发积累。

这就造成了底层技术和修改权限全都掌握在Tier1巨头手中，就像是一条条难以跨越的护城河，站在外面看里面都是“灰盒”，车企很难绕开它们直接对执行器进行控制，更别说协调各部分进行统一的调控。

但是在智能车时代，随着“软件定义汽车”的概念被越来越多地接受——站在主机厂的角度，其实是希望Tier1能配合自己去定制开发一些硬件，然后由车企自己来开发更上层的软件系统。

根据我们的访谈，目前业内通用的做法，是主机厂先给出一个技术要求包，让10~20家Tier1分别提交解决方案，然后从中选几家，再比较各家产品的性能差异。

在这个过程里，Tier1经常要根据主机厂的需求，不断迭代和改进产品，而国外巨头无论响应速度，还是配合程度都没有国内企业好，所以其实国内企业是有非常大机会的——可以说在这方面，中国造车新势力和新兴的国产供应商们，双方的利益是完全一致的。

因此，线控技术的发展，等于让中国车企有了一次重塑产业链格局的机会。

当然，这也不代表着Tier1巨头就会拒绝线控时代的到来，因为更前沿的技术、更优越的性能、更舒适的驾乘体验永远是主零双方以及整个产业链追求的终极目标。

历史车轮滚滚向前，无法阻挡，唯有拥抱。

第三，是今天线控技术的成熟度，已经到了可以“挑大梁”的阶段。

经过了从无助力到真空助力到电机助力、从机械到液压到电子、从不可调到分级可调到连续可调，线控技术的性能优越性已经从理论走向了实际，并逐渐进入量产阶段。

举个例子，传统的液压制动，响应速度一般在150~300毫秒之间，而线控制动可以做到90~120毫秒，听起来可能差别没有那么大，但如果是在高速情况下，比如120公里每小时，两者的刹车距离可以差到3-6米，可能就决定了一起交通事故会不会发生。

而在转向领域，进展同样喜人。

比如这次特斯拉刚刚下线的CyberTruck，采用的就是纯线控转向技术（Steering-by-Wire）；与10年前Q50的双系统不同，CyberTruck完全取消方向盘与车轮之间的机械联动，没有做机械连接冗余，因此CyberTruck也成为历史上第一台纯线控转向的量产车。

从目前大量汽车博主的测评来看，CyberTruck实现四个车轮的独立方向控制，不仅保持了极小的转弯半径，操控性也完全不输于Model Y，完全没有了早期那种“开模拟器”的感觉。

虽然这项技术尚未开源，但理论上，智能车只要拥有精准的传感器，配合足够强的路感模拟算法，最终也是一定可以实现类似效果的。

三、线控有哪些创业or投资机会？

底盘主要由5个部分组成：油门、换挡、转向、制动和悬架，从现在智能化的大趋势来看，未来这5个部分都要经历一次由机械到线控的转型，最终进化成为“线控底盘”的完全体。

这其中，最早实现线控化的是油门和换挡（因为难度最低），到今天基本已经完全普及了，渗透率接近100%。

而剩下的3个部分，因为单车价值量高、技术壁垒强等原因，也成了今天传统巨头和创业公司竞争最激烈的场所。

先看悬架：

与制动、转向不同，悬架对功能安全等级要求相对较低，但又最能影响驾乘体验，因此这两年在新势力的推动下，悬架本身作为一个整体解决方案，国产化进程正越来越快，成本也在快速下降。

比如空气悬架，目前已经从50万以上高端豪华车配置下降到了30万甚至25万的车型。

但如果我们继续向产业链上游探索，就会发现大量的tier2、tier3公司（比如CDC减震器、电磁阀、空气供给单元以及MRC的磁流变材料供应商），仍然还是以国外玩家为主，国内企业大多还处于研发和验证阶段。

其实，空气悬架也不是什么黑科技，大部分技术在国外已经非常成熟，之所以此前我们没生产，是因为过去中国几乎没有高端车品牌，自然也就没有与之配套的供应链。

不过未来，随着中国新能源车的不断崛起，在消费者愿意为舒适性买单的前提下，悬架量升价跌、以价换量一定是大趋势，相信凭中国公司卷的程度，在悬架领域一定能突出重围、弯道超车。

再看转向：

首先明确一下概念，这里的线控转向，是指完全取消了机械连接的SBW，而不是各种EPS的变体。

站在当下来看，虽然上一代技术R-EPS市场的国产化进程刚刚起步，还远算不上普及，但围绕SBW的故事已经在大厂以及初创公司的明确规划中了。

比如，目前SBW已经在CyberTruck上实现了量产，另据险峰在访谈时了解到的情况，采埃孚也在降本方向上有了重大突破，预计25年左右可以上车。

个人感觉，在SBW被乘用车市场普遍接受前，考虑其与商用车的结合，或许是一个值得探索的方向。不过，如果CyberTruck真的成为了市场所需的这根引火线、掀起了SBW的汹涌浪潮，那么如何将路感模拟得更贴近实际、如何保证operational safety的同时降低成本，可能就是各个转向公司需要思考的了。

最后来看看制动：

整个底盘域中，线控制动起步相对较晚，可以说在很长一段时间里，汽车都还是靠着机械液压结构来刹车。

直到最近10年，主流车企才布局预研并开始使用EHB（融合电子控制的液压制动技术），即所谓的“湿式线控制动”。

（图：线控制动发展历程及特点对比）

技术细节不多展开，总之EHB可以理解为是一种过渡形态，最终会逐步过渡到EMB（电子机械制动系统），即“干式线控制动”。

相比于EHB，EMB的开发成本更低、空间占用更少、反应也更灵活迅速，从理论上近乎完美，因此被认为是新能源制动方案的最优与最终解，这点业内基本已达成了共识。

不过目前，制动行业的大部分巨头和成熟玩家却仍处在EHB细分方案的互相厮杀之中，特别是今年，格外惨烈。

究其原因，是因为前两年汽车缺芯，在“一芯难求”的主旋律之下，一批国内企业纷纷入场，争夺EHB国产替代的红利；但是自22年底开始，硅周期开始逆转，硅片价格进入下跌通道，整个EHB行业也迅速陷入了价格战。

在之前EHB的红利期内，各方对EMB投入的前期预研都比较少，老牌玩家先发优势有限，而EMB和EHB在底层技术上又有着本质区别，是一种完全不同的制动解决方案。

此时各家同时转向对EMB的研发，大家基本处于同一起跑线，也就有了初创玩家的机会。

从行业趋势来看，未来第一个试水的EMB的，大概率还是特斯拉。据媒体报道，特斯拉与Brembo合作的前湿后干方案预计将于在2024~2025年期间量产。

按照惯例，国内的主机厂一般希望能跟特斯拉保持在半年到一年的技术差距内，以此推算，乐观预计EMB会在2025~2026年开始放量，在国内市场量产上车。