技术研究 | 云辇-Z悬挂结构原理浅析

此次北京车展比亚迪发布会上，由比亚迪首席科学家廉玉波公开发布了他们的“云辇-Z”系统，视频中搭载了比亚迪云辇-Z系统的车辆，在颠簸路面上行驶，车身几乎岿然不动、如履平地。

当车辆在路上行驶时，轮胎与地面接触，而悬架就是连接轮胎与车身的关键，要应对来自不同方向的冲击，放在数学模型中，悬挂需要解决X、Y、Z轴的应力。传统的悬挂都有减震器和弹簧，无论是空气弹簧、电磁悬挂还是螺旋弹簧，都是在Z轴进行缓冲，减少路面振动的传递。

而在进入电动化时代后，悬挂的设计有了更多可能性，悬挂也可以使用48V电压去控制，诞生了可断开式48V防倾杆等，而比亚迪的云辇-Z采用更高的电压，直接用电机取代了传统的减震器，调节速度和精度更高。

电机直接做功，没有传统减震器的油液缓冲，这意味着能量损耗更小，当然响应速度也更快，10毫秒内可以完成调整，相当于1秒钟这套悬挂可以自动调整100次，比传统的自适应悬挂调整速度快了10倍有余。如果在高速行驶，快速的调整让车辆更灵活。

比如120km/h，车辆1秒就要移动33米，33米内路况变化明显，如果悬挂调整速度慢悠悠，等到调整完成，车辆已经经过了颠簸路段，毫秒之间的调整让车辆随时适应当前的路况。

比亚迪发布会上，使用了“悬浮电机”的称呼来作为宣传。我们留意到，比亚迪已经成功申请了关于“直线电机”的专利以及以直线电机为主体升级而来的悬架系统专利。

所以我们猜测比亚迪所谓的“悬浮电机”，实质上就是“直线电机”。

下面我会依托有限的信息及专利情况，分析一下比亚迪的这套“云辇-Z”系统。

01 什么是直线电机？

直线电机，也称为线性电机(Linear Motor)，顾名思义，它是一种能产生直线运动的电机。大家熟知的电机一般是旋转电机，通过电磁效应将电能转化为旋转运动，如果想使用此种电机产生直线运动，那么中间还需要通过转换才行。

而直线电机在原理上其实和旋转电机是一样的，它能把电能直接转换成直线运动的机械能，而不需要任何中间传动转换装置。正是由于直线电机可以直接将电能转化为直线运动，因此比旋转电机经过转换装置形成直线运动的效率更高。

在结构上，直线电机可以看作是旋转电机从中间切开并拉伸成直线而形成，直线电机中将定子称为初级(Primary)，将转子称为次级(Secondary)，很形象（比亚迪在专利中称之为定子和动子）。

常见的直线电机有3种形式：U形，扁平的，管状的，也分别叫做空芯直线电机、铁芯直线电机、轴式直线电机（圆筒型直线电机）。

从目前已有的一些信息来看，猜测比亚迪会用轴式的直线电机，此种电机与传统类型的直线电机相比，一是重量更轻，二是无铁芯设计不会产生磁性齿槽，三是对气隙不敏感，可轻松进行安装和对准。并且线圈包围磁体，从而可以充分利用磁通量，理论上产生的磁力会更强。

02 为什么要使用直线电机？

车辆在道路行驶的时候，因为路面不可能纯平，所以车辆会受到来自路面颠簸的激励影响，而为了舒适性、操稳等，我们需要有比较好的车身控制。

以前，工程师们利用弹簧、减振器、衬套等组合来实现被动式的衰减路面带来的能量，以缓和冲击。但路面的情况千变万化，想要通过此等方式达到很好的效果很难。后来虽然逐渐发展出空气弹簧、电磁阀式可变阻尼减振器、磁流变式连续阻尼可调减振器等新技术，其实主打的都是根据情况具有可调节能力，加宽原有普通弹簧或减振器可调节范围，用以适应各种复杂路况。

但是，这些都不够直接，最高效的方式当然是能有一种技术能够直接施加阻尼力并且连续可调。

所以聪明的工程师们想到了使用电机来直接进行控制，直线电机这种直接将电能转化为直线运动的特性，很适合减振器的工作状态。

减振器本就需要将车辆垂向的振动等进行衰减抵消，还需要在转弯等工况下提供侧向支撑，直线电机的特性本就可以通过电子控制按需进行调节，具有减振器的功能，加上电机的响应速度更快，更容易控制，刚好能够满足汽车的这一核心需求，可谓是“天生CP”。

03 比亚迪云辇-Z结构解析

从前悬挂的布置结构来看，取消了悬架的稳定杆，而且副车架也没有采用全框式结构，看来电机减震器可以完全取代稳定杆的功能，并且缓冲吸收地面对副车架的激励。悬挂真正成为主动结构，去应对路面的起伏颠簸，包括主动控制侧倾和前后俯仰等，不再是传统的被动减震器。

这套电机减震器总成的结构可以简单地分成三部分，分别是最外部的壳体部分，也是直线电机的重要组成部分，第二部分就是内部的大活塞结构这也是直线电机的另外一个组成部分，主要的悬挂、支撑以及调节都是靠这两部分来完成的。

从结构来看显然电磁体也就是电磁线圈是在外部的壳体上，内部的大活塞本身就是一个永磁体这两者之间显然没有相互直接的接触，所以你也可以理解成你就是坐在电磁力之上的，第三部分就是内部的大活塞结构里面还有一个小的液压油腔，这部分主要是给上面提到的直线电机，内外部分在进行活塞运动的时候可以起到一个缓冲和减震的效果，能够吸收部分的主动减震，降低整体的能耗以及延长使用寿命。

这套系统也是有液压结构的，但是从结构来看，这个液压只是起到打辅助的作用。这一点从油腔的大小也可以看得出来。就跟现在比亚迪的混动思路燃油系统只是拿来打辅助的一样。只是在直线电机进行活塞运动的时候起到了缓冲和减震的效果。能够部分地吸收主动减震降低系统的整体能耗延长使用寿命。

具体的实现原理就是在这条直线电机总成的之外额外增加了一个调节机构用来控制油液流动或者直接阻断连接。上面提到的液压调节结构不会直接影响这套直线电机避震总成的安装位置，而且整套系统没有弹簧的加入这就使得直线电机的安装可以相对传统悬挂来说，更灵活也可以适配更多的车型。包括出现更多的大小形态，甚至可以通过调整直线电机的大活塞杆长度来加大直线电机的尺寸提供更大的电磁力，适配更重的车型以上，就是这套云辇Z系统的的大概原理。

虽然直线电机有“悬浮”的优势，但是不代表就没有工作热量产生，而且比亚迪此套系统中有上述导向机构，会有摩擦热量。在系统高频调整过程中，车辆在受到冲击时产生的能量，对于系统来说不可能忽略。温度过高对于系统可靠性肯定会有影响，所以散热措施可能是本套系统难点所在。