扭矩矢量控制——車輛動力學的核心

扭矩矢量控制正成為車輛動力學工程師不可或缺的核心技術。EEPW特別整理了來自法拉利、蔚來、吉凱恩（GKN）、博世、霍米拉米拉（Horiba Mira）的行業專家對這項技術的發展趨勢洞察。

圖1 法拉利純電車型 Elettrica 的前后軸各搭載兩臺獨立電機，協同實現扭矩矢量控制，大幅優化車輛動態表現。

該車前后雙電軸所有零部件均由法拉利自主研發。Elettrica 前軸綜合輸出功率 210 千瓦，系統效率 93%，功率密度 3.23 千瓦 / 千克。斷開式傳動機構可平順切換至后輪驅動模式，最大化行駛能效。

在車輛動力學領域，作用于四個車輪的扭矩分配是最核心的基礎要素之一。但直到十年前，底盤工程師對車輪扭矩的調控手段十分有限，僅能依靠限滑差速器或一定程度的制動介入實現微弱干預。如今行業格局已然改變。過去十年，主動差速器逐步普及，多電機純電車型更是迎來爆發式增長。當下部分車型可由動力學工程師獨立管控四輪扭矩。這套精細控制能力解鎖了大量全新性能潛力，但業內對于該技術的最優落地路線仍存在諸多分歧。

“扭矩矢量控制的核心邏輯，是給每個車輪分配恰到好處的扭矩，它并不等同于依靠扭矩實現車輛轉向。” 法拉利跑車整車工程總監馬泰奧?蘭扎韋基亞解釋道。“法拉利車型本身依靠機械結構特性實現轉向響應，包括軸荷分配、軸距、輪胎規格等。在轉向、牽引力、電制動疊加的激烈駕駛工況下，每只輪胎都需要匹配對應扭矩（部分工況下扭矩甚至為零），以此釋放車輛極限性能。對我們而言，扭矩矢量控制并非用來改變車輛轉向，而是提升縱向動力性能的手段。”

法拉利全新發布的 Elettrica 純電超跑開辟了品牌全新技術路線：四輪獨立電機架構，綜合輸出功率超 1000 馬力，整車重量約 2.3 噸。法拉利此前在 SF90、F80 混動車型上已實現前軸雙電機獨立扭矩控制，而 Elettrica 將這套獨立扭矩管控拓展至全部四個車輪。

圖2 蔚來旗艦 SUV 全新 ES8，后輪扭矩矢量分配可將車輛轉彎半徑縮短 0.5 米

相比燃油車搭配電控差速器的方案，四電機純電架構擁有天然優勢：電控差速器屬于半主動系統，而 ES8 后軸雙電機可實現全主動扭矩調節，能靈活為每個車輪精準分配所需扭矩。蔚來整車運動控制高級專家托馬斯?施普倫格爾則預測，扭矩矢量控制將在車輛橫向動力學中扮演關鍵角色。“這項技術的核心應用場景集中在低附著路面、極限操控工況；我們近期也開發了專屬場景功能，例如縮小轉彎半徑 —— 這項功能在車輛未配備后輪轉向時實用性大幅提升。” 他表示。施普倫格爾補充道：“我們全新上市的 ES8 依托后輪差速扭矩分配，轉彎半徑直接縮短 0.5 米。”

吉凱恩 Twinster 系統是量產車上極具創新性的扭矩矢量方案，路虎攬勝極光、凱迪拉克 XT5、福特福克斯 RS 等車型均搭載該系統。這套機構取消傳統差速器，改用兩組離合器片，分別控制左右車輪的扭矩分配。數年前，GKN為一臺全尺寸 SUV 開發了后橋扭矩矢量系統，目標是提升混動車型能效與操控性能。GKN將搭載 e-Twinster 系統的車輛與普通版車型在冰面場地對比測試，配備該系統的車輛響應與可控性顯著更強，駕駛體感更輕盈、靈活。”

扭矩矢量控制只是日趨豐富的主動底盤技術之一，其功能常與線控轉向、后輪轉向、主動防傾桿、主動減震器等系統重疊。如何劃分各套系統的職能邊界？

蔚來工程師施普倫格爾解釋：“傳統方案僅依靠標定劃分工作區間，各系統并行工作、無直接交互。資深動力學工程師需要劃定各系統工作區間，避免功能互相干擾，以此平衡整車表現。”蔚來全新 NT3 平臺搭載集中式整車運動控制器（VMC），這套核心控制器會根據各執行器工作狀態、最優控制邏輯統籌分配各部件介入時機，統一達成整車操控目標。施普倫格爾表示：“這套集中控制方案拓寬了車輛線性操控區間，延遲電子穩定控制系統（ESC）等極限保護功能的介入時機。線控轉向、后輪轉向用于拓寬線性操控區間，盡可能延后制動系統、車輪扭矩調節的介入。”

博世工程車輛動力學控制首席專家拉爾斯?柯尼希認為，扭矩矢量控制是調控車輛橫向動力學適配性最強的方案：“對比后輪轉向、線控轉向等系統，扭矩矢量控制綜合性能最優。如果前后軸均配備高功率扭矩矢量機構，幾乎可以實現所有橫向動力學優化；唯一短板是難以縮小車輛轉彎半徑。”

霍米拉米拉整車動力學總工程師理查德?希爾則提出，技術選型不能只看性能上限，還要平衡重量、成本等因素：“部分工況下，半主動減震、后輪轉向的優化效果更突出，但扭矩矢量控制可實現的功能覆蓋極廣；而純電車型原生配備雙電機電軸時，扭矩矢量控制幾乎無需額外硬件成本，僅需配套開發控制算法即可。”

阿爾派純電車型 A390 采用獨特三電機架構：單電機驅動前軸，后橋搭載兩臺獨立電機分別驅動左右后輪。這套四驅架構下，后橋雙電機可獨立調控，阿爾派動力學團隊據此開發主動扭矩矢量系統，官方稱其性能超越機械式限滑差速器，后輪扭矩調控精度、響應速度大幅提升。

阿爾派控制系統工程師康斯坦絲?勒羅 - 雷澤爾主導團隊耗時五年完成該系統開發與精細標定，她介紹：“阿爾派主動扭矩矢量控制是傳統限滑差速器的升級方案，該專利技術可在后輪之間 0~100% 無級分配扭矩，同步提升 A390 的行駛安全性與動態操控表現。”

阿爾派主動扭矩矢量控制可根據轉向角度、車速動態調節左右后輪扭矩差值，消除左右車輪滑移率差異，優化過彎性能。“這套系統能徹底消除推頭（轉向不足）、甩尾（轉向過度）現象。駕駛時，車輛尺寸、重量帶來的慣性感會完全消失。” 勒羅 - 雷澤爾說道。

整車 800 牛?米的總扭矩由三套協同系統統籌管理：

1. 阿爾派扭矩預控制系統：負責牽引力控制；

2. 電動四驅系統：前后軸扭矩分配，平衡過彎車身姿態；

3. 阿爾派主動扭矩矢量系統：左右后輪扭矩分配。

A390 提供五種駕駛模式，駕駛員可自定義調校參數。系統會根據轉向角度、車速，動態調整左右后輪扭矩分配，分別側重車輛靈活性、過彎性能或高速穩定性。勒羅 - 雷澤爾補充：“依托主動扭矩矢量控制，A390 擁有和燃油跑車 A110 同等靈活輕快的操控；這套系統效率極高，即便擁有強悍動力，A390 依然十分容易駕馭。”

圖3 A390 搭載阿爾派主動扭矩矢量系統

圖4 博世扭矩矢量概念車型。

博世工程師柯尼希并不畏懼多系統帶來的復雜度：“執行機構越多，整車操控上限越高。”

霍米拉米拉曾與中國電池企業寧德時代聯合開發純電滑板底盤，項目充分體現扭矩矢量控制的強大潛力：該底盤搭載扭矩矢量與多套主動底盤系統，可復刻歐洲經典性能車型的動態駕駛特質。希爾介紹：“整套開發工作依托駕駛員在環仿真平臺完成。我們在不更換任何硬件的前提下，成功復刻出多款不同品牌獨有的駕駛質感。調校品牌專屬操控基因，不能只依靠響應速度、增益參數等量化指標；我們雖擁有各系統性能、整車響應的客觀標定標準，但最終評判核心永遠是駕駛員的主觀體感。”希爾還提出一個有趣的發現：主觀駕駛感受并不總能和實測數據匹配。“物理規律無法違背，但我們可以改變駕駛員對車身動態的感知。舉個例子，我們對標過一臺實測側傾剛度正常（3 度 /g 以上）的車型，駕駛體感卻幾乎無側傾。拆解后發現該車配備連續可變阻尼減震器，側傾速度極低，駕駛員只會感受到車身小幅側傾后立刻穩定，實際車輛仍在持續緩慢側傾。”

希爾坦言，多套控制功能疊加會大幅增加標定難度：“不同系統針對同一目標的優化效率各不相同，功能重疊現象嚴重。正因如此，不少整車廠開始縮減車載主動底盤系統數量 —— 如何讓多套系統協同工作、避免功能互相抵消，是當前最大技術難題。”

但博世的柯尼希十分樂于接受這套復雜架構：“整車動力學執行機構多多益善。當然控制器設計復雜度會同步提升，我們需要投入更多研發精力、數學算法，但最終整車操控上限會顯著提高。”

整車運動控制器（VMC）的核心職責，就是統籌協調所有底盤執行機構。蔚來工程師施普倫格爾表示，現階段執行器均按照適配普通駕駛員的預設目標標定，但未來技術路線或將改變：“整車運動控制器結合人工智能算法，有望徹底革新車輛動力學控制。AI 方案可針對駕駛員個人駕駛習慣自主優化，規避駕駛失誤，拓寬操控極限，同時保持駕駛行為可控可預判。”

柯尼希同樣強調扭矩矢量控制的適配靈活性：“扭矩矢量控制底層硬件技術已高度成熟，硬件層面不會出現顛覆性革新；未來研發重點在于針對不同場景定制化調校。”

行業目前已普遍采用車速關聯標定邏輯：低速調校偏向靈動輕快，高速調校側重平穩安定。柯尼希認為還能進一步拓展適配維度：未來系統可根據天氣、輪胎規格、GPS 路況地圖智能優化扭矩分配，甚至支持語音交互調節。

“我們路試時，常讓副駕工程師實時調整扭矩矢量參數。目前正在研發語音自適應控制系統，駕駛員可直接語音指令，例如‘這個彎道推頭太明顯’或‘車尾甩動幅度過大’，系統自動優化扭矩分配。” 柯尼希介紹。

電驅動架構是扭矩矢量控制大規模落地的核心推手。即便是單電機車型，電機扭矩響應也比內燃機更穩定，可平衡制動型扭矩矢量帶來的額外行駛阻力；雙電機架構則無需制動介入即可實現扭矩分配，控制精度進一步提升，希爾對此作出解讀。

“四輪輪轂電機是理論最優架構，徹底消除傳動系統的彈性形變與轉動慣量，” 希爾表示，“想要極致精準地獨立控制單輪動態，必須依靠輪轂電機，其響應頻率遠超傳統方案。”

行業傳統觀點認為，輪轂電機會增加非簧載質量，惡化操控；但希爾認為，車輪直接扭矩控制帶來的收益終將抵消這項弊端。

柯尼希同樣看好多電機架構的潛力，但也指出其固有局限：“激烈過彎時內側車輪載荷大幅降低，輪轂電機無法完全釋放功率；而單電機搭配主動差速器的方案，可依托外側高載荷車輪承載全部動力輸出。”

已有車企研發輪轂電機配合主動差速器的復合方案，融合兩套技術優勢，現階段主要搭載于強越野能力 SUV，未來也有望下放至性能跑車。

但并非所有廠商都看好輪轂電機路線。吉凱恩工程師阿爾滕拉特承認，輪轂電機在車內空間優化等特定場景具備優勢，但并不看好其大規模普及。“四電機架構研發難度極高，除成本、重量劣勢外，多臺電機輸出一致性偏差會影響整車穩定性，配套控制、安全系統開發工作量大幅增加。” 阿爾滕拉特解釋道，“上述短板決定，四電機方案大概率僅搭載于頂級性能車型。現階段雙電機搭配扭矩管理系統的方案，性能表現接近四電機，成本更低、工程落地難度更小，足以滿足絕大多數用戶需求。”

歸根結底，扭矩矢量控制的最優方案取決于成本、傳動架構、車型定位等多重因素，不存在統一標準答案。但可以確定的是，各類形式的扭矩矢量控制技術，將在未來車輛動力學體系中占據愈發核心的地位。