橫行天下

李爾欣

不同于常人的刻板印象，四輪汽車并非遲至20世紀下半葉才學會橫向移動，而是早在近百年前即已嘗試過。譬如，在某個攝于1933年的影像片段中，一輛廂式轎車便借助安裝在車尾的“FifthWheel第五車輪”，以甩尾的方式快速完成平行泊車；另外，根據文字資料，甚至在1927年就已經有概念車試過將前輪“翻折”90度，以使車輛能橫向移動的方案。

只不過，對于量產乘用車來說，相比偶爾的便利，更重要的是保證移動過程中的安全，可無論是安裝第五車輪還是90度“翻折”車輪，都會因為活動件失控而形成安全隱患。以至于在此后相當長的時間里，水平地進行橫向移動依然只是概念車及各類原型車的“專有技能”。

但與此同時，車輛在進行大角度變向行駛時所呈現的優越機動性也一直誘惑著那群搞汽車研發的人。于是，當量產乘用車基本確定以采用Ackerman阿克曼轉向結構的前輪為轉向輪后，各種基于后輪開發的輔助轉向系統便陸續登場。

如是演變至今，由整車制造商或一級供應商打造的各色后輪輔助轉向系統，基本可分為主動式和被動式兩大類。例如，Citro?n的量產車于20世紀90年代廣泛應用的后輪隨動轉向系統即是典型的被動式：利用多個彈性連接件迫使后輪在車輛轉彎時跟隨前輪偏轉一定的角度，以便整車更利落地完成轉向動作。

至于主動式，則在歷經機械式、液壓式，再到電動式的演變后，如今已成為豪華品牌高級別車型的主流配置，并通稱4WS四輪主動轉向系統。此類系統大多會在低速時使后輪與前輪反向偏轉，以減小轉彎半徑；待到高速時，又讓后輪改為與前輪同向偏轉，以增加行駛穩定性。值得一提的是，四輪汽車應用4WS主動轉向系統的歷史其實相當久遠。例如，造于1907年的DMGDernburg Wagen就是通過在后軸布置轉向器，并以此操控后輪完成主動轉向。

可惜，在傳統燃油車上，車輪的轉向角度被懸架的導向機構以及驅動半軸的萬向節等元件所限制，一般較難做出偏轉90度的動作。而主要承擔保證車輛循跡性重任的后輪，車廠更是有意控制轉向角度，很少有允許超過15度的。如此小的轉向角，自然無法讓車輛“橫行霸道”，多數車型甚至連悍馬EV的“蟹行”都做不到。直到輪轂電機出現后，四輪汽車才真正有能力去玩轉橫向行駛。

通常情況下，輪轂電機是一種將純電動車的驅動、傳動以及制動元件都集成到車輪內的行走系統。這意味著，采用輪轂電機能夠解除傳統底盤上束縛車輪活動自由的大部分“枷鎖”，從而賦予車輛極高的機動性，甚至可以完成水平橫移。

只是，相比可配備碩大車輪的商用車或其他特種車輛，量產乘用車的常規輪轂尺寸顯然要小得多。而對于如此緊湊的輪轂來說，光是塞入電機、制動和減速器這幾個最基本的元件，就已經令空間捉襟見肘，更何況還得解決散熱、簧下質量等頑疾，這無疑讓研發、量產以及控制成本的難度大幅增長。因此，像悍馬EV這樣的量產純電動車在配置動力系統時，普遍改用把電機裝在輪轂之外的輪邊電機。

誠然，此舉會再度封印車輪的部分轉向角度，但相比在傳統燃油車上的待遇，輪邊電機留給車輪的自由度已足以令車輛的機動性較同類燃油車更勝一籌，抑或是可以用更簡潔的底盤結構完成原本需要精密機械系統才能做到的極限動作。例如，悍馬EV如今只需兩臺電機就能讓后輪主動跟隨前輪偏轉10度，而此前GMC系列皮卡車型裝備的Quadrasteer四輪轉向系統雖然可讓后輪偏轉多達15度，但其本身卻是一套由傳感器及ECU電控單元控制，并使用線控技術才能完成轉向的復雜系統。

而且話說回來，即便將來有量產乘用車配備輪轂電機，并且能夠做到水平橫移，也很難成為主流。因為，在絕大多數日常用車場景中，車輛既不必“蟹行”，更不用水平橫移，僅憑現有的小角度4WS四輪主動轉向系統已足以改善行駛性能，或者應對偶發狀況。若是規定量產乘用車必須有橫向行駛的能力，那與其等待依然保留諸多機械元件的輪轂電機，不如直接跳到更為科幻的球形輪胎。畢竟那是能讓四輪汽車實現“全向行駛”的黑科技，要在途中進行一次水平橫移，還不是信手拈來的事？

阿克曼轉向結構原本是德國的馬車工程師于19世紀中葉發明出來用以改善馬車轉向性能的“創新”轉向結構。眾所周知，傳統的歐洲四輪馬車用的是單鉸鏈轉向結構，即以車轅為軸心，進而帶動整個前軸進行轉向。但這也意味著馬車在轉彎時，前軸的擺動幅度很大，并且容易在特定角度下卡死。

而阿克曼轉向則將前軸改成四個頂點均可活動的梯形結構。如此一來，車輛轉彎時車輪只需轉動較小的幅度，同時也使車輛更易于轉向。之后，隨著四輪汽車開始盛行，與阿克曼轉向結構相似的幾何形狀便被引入汽車底盤的設計中。時至今日，汽車工程師在為轉向輪配置懸架構造時，也依然遵循著阿克曼轉向結構的原理。

在21世紀初，GM通用曾與供應商Delphi德爾福聯合開發出一套基于電控機械式四輪轉向系統，那就是Quadrasteer四輪主動轉向系統。

Quadrasteer系統主要由傳感器、可控轉向后軸、電控電機驅動執行器，以及ECU控制單元等四大部件組成。其中，傳感器負責收集轉向角度和車速信號，操控指令則經ECU計算后傳給電控電機，再由電機驅動后軸的齒輪齒條拉動車輪偏轉相應的角度。

在實際工作中，Quadrasteer系統可由手動開關切換3種模式：后輪不轉的2WS模式、系統自動選擇是否轉動后輪的4WS模式，以及后輪轉向始終激活的4WS掛車模式。而當后輪需要轉向時，其轉向角度由車速決定：在80公里/小時以下，后輪與前輪反向；超過80公里/小時后，后輪將改為與前輪同向。

也正由于其工作模式與悍馬EV的Crabwalk蟹行機動有所相似，因此悍馬EV的雙電機后軸常被視為電動版Quadrasteer。

事實上，除配備4WS四輪主動轉向系統的量產乘用車外，還有一些特種車輛可以在不轉動車輪的前提下，單純依靠車輪本身的特性就能實現橫向移動。而能實現這番操作的車輪則至少有兩種：常用于大型載重機械的Mecanum wheel麥克納姆輪，以及目前主要是輪式機器人在用的Omni wheel全向輪。

這兩種車輪雖然裝在輪轂上的roller輥子的類型與角度均不相同，但實際運行時卻又都依靠輥子的滾動來實現全向移動，也就是說，這兩種車輪其實可讓車輛在平面上向任意方向移動或自轉，其中自然包括水平橫移。不過，由于輥子的受力結構較為纖細，因此這兩種車輪都不能像量產乘用車的車輪那樣，以緊湊的尺寸承受重壓并在復雜路面上高速行走，而只能在小尺寸、輕載重、快速移動，以及大尺寸、多層輥子、大載重、緩慢移動兩種模式之間二選一。