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《暗信号·发现智能汽车的100个创新》专题由虎嗅汽车出品。聚焦于智能汽车正在发生的关键创新点,结合产业、商业以及用户视角,为读者解码智能汽车产业正在发生的关键创新,并分析其背后的技术原理,以及将带来的变化。

出品|虎嗅汽车组

作者|李文博

编辑|周到

头图|视觉中国

在 2018 年上映的电影《绿皮书》中,有这样一个场景:坐在主驾位上的白人托尼利普,一边操纵着方向盘,一边给后座的黑人钢琴家唐谢利递上了一块炸鸡。从没吃过这种妙物的唐在短暂抗拒后,终究还是没抵抗住诱惑,大快朵颐了起来。

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在这台 1962 款凯迪拉克 Sedan De Ville 晃动的车厢中,唐手中的炸鸡,吃进嘴里一半,掉在地上一半。

为什么会这样,是这位世界上最伟大的钢琴家手不稳,拿不住鸡?还是这位可以直接与总统弟弟通电话的黑人,人生首次吃鸡,过于紧张,经验不足?

不,都不是。

是这台车羸弱的悬架能力,让唐连一整块炸鸡都吃不到。

对汽车历史稍有了解的人读到这里,一定会忍不住跳出来反驳: Sedan De Ville 是凯迪拉克品牌最贵最奢的轿车,是和奔驰 S 级直接掰手腕的王者,是猫王、玛丽莲梦露等顶流巨星的梦幻座驾。

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你敢说它“弱”?

敢,因为相比母公司——通用汽车在另一台凯迪拉克—— Seville STS ——上使用的 MRC ( Magnetic Ride Control )主动电磁悬挂系统来说,Sedan De Ville 的悬架能力,弱得就像站在巅峰时期泰森对面的蔡徐坤。

都不用正经出手,站在那里,就知道孰强孰弱。

电磁悬挂,通用是爹

1975 年 5 月,被奥迪、奔驰和宝马等欧洲豪华品牌虐到快没有生路的凯迪拉克,推出了一台看起来有些“莫名其妙”的中级轿车——Seville(赛威)。说它莫名其妙,是因为当时造车的风潮是越大越好,可赛威却反其道而行之,成为当时凯迪拉克产品型谱内,车身尺寸最精巧的一台车。

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令通用汽车没想到的是,这台以“小即是大”为研发原点的轿车,一经推出竟成为爆款。除了第一年产能爬坡,第一代车型四年的完整销售周期中,年销量从未低于 4 万台。

1998 年,赛威迎来生命周期第五次,也是最后一次大换代。为了让这台拯救品牌于水火之中的“英雄”车型生得荒唐,走得风光,凯迪拉克开始在它身上极尽“整活”之能事:1999 年,免费按摩座椅;2000 年,赠送胎压检测;2001 年,在 STS 车型上加装 MRC 主动电磁悬挂。

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由此,凯迪拉克赛威成为世界上第一款配备主动电磁悬挂技术的量产车,一直以“技术领先全宇宙”自居的德国豪华车,在看到凯迪拉克抢先一步量产了 MRC 后,一时间也没什么好办法,只能在巴伐利亚老家生闷气。

当德国人还沉迷在平衡液压机油参数中不可自拔时,美国人已经把磁流变液研究透了,突出一个“代际差”。

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都是悬挂,为什么灌注传统液压机油的,就要比灌注磁流变液的落后一代呢?

解答这个问题,我们先来快速复习下汽车悬挂的入门常识。

首先,悬挂是车轮与车身之间一切传力连接装置的总称,主要作用有四个方面:

第一,将路面作用在车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力形成的力矩传递到车身上,保证车辆正常行驶;

第二,利用弹性元件和减振器,缓冲由不平路面传递而来的冲击力,衰减振动,确保车辆平稳;

第三,利用悬架传力构件,导向车轮按相对的固定轨迹相对于车架或车身跳动;

第四,利用悬架中的横向稳定器,防止车身在转向或急打方向工况下,发生过大侧倾。

基于此,悬挂的组成部件跃然纸上:

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弹性元件,即弹簧。支撑垂直载荷,缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击。钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧,都是常见的弹性元件;

减振元件,即减振器用来迅速衰减汽车振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力;

导向机构,即控制臂、推力杆、防横摆杆。作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程中,精准控制车轮运动轨迹。

在复杂的悬挂中,弹簧和减振器是核心部件。弹簧负责缓冲,但无法减振,将“一次大能量冲击”变为“多次小能量冲击”。减振器对弹簧起阻尼作用,抑制弹簧来回摆动,逐步减轻“多次小能量冲击”对车身带来的影响。虽然冲击不可能减为零,但假若两者合力得当,足以让整车舒适性得到质的改善。

减振器的工作原理是:当车身与车桥间出现振动时,减振器内的活塞杆上下运动,减振器腔内的油液,从一个腔经过节流孔进入另一个腔内,孔壁与油液间的摩擦,油液分子间的内摩擦,对振动形成阻尼力,汽车振动能量转化为油液热能,最后由减振器吸收,散发到空气中。

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减振器的阻尼,主要通过节流孔面积大小的不同来调节:孔面积缩小,活塞杆运动慢,减振器阻尼大,保持稳定行驶;孔面积增大,活塞杆运动快,减振器阻尼小,适配坑洼不平。

对灌注在减振器腔内的油液,国家市场监督管理总局发布过GB 12691-2010国标,并在2021年更新为GB 12691-2021国标,在减振器油的粘度、极压性能、氧化稳定性等多个指标上,给出了规范性指标。

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从降本维效的角度看,现有的减振器腔油液解决方案,适用于绝大部分普通悬架。如果对行驶品质稍有追求,可以加点小钱,上全时主动液力减震系统,即CDC(Continuous Damping Control)。这是一套通过电控液力阻尼调节阀控制内腔油的装置,内置传感器会以每秒 100 次的频率检测减振器工作状态并实时反应,调整阻尼。

不过,内腔油的材料属性,限制了减振器阻尼能力的上限,也让汽车舒适性在很长一段时间内,没有颠覆性突破。

好在,人性对“舒服”从不止步的追求,最终落地转化成了一种神奇的液体。

从坦克,到吃鸡

这种神奇的“液体”就是磁流变液( Magneto-rheological Fluid,MRF )。通常情况下,它看起来平平无奇,一旦受到磁场作用,MRF会在短时间内由低粘度的牛顿液体变为高粘度的弹性固体。磁场消失后,MRF会回到最初液体状态。该相互转换可以无限次进行。

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磁流变液一般有三部分构成:

第一,是载液,就像吃火锅时的锅底,一般是矿物油、硅油;

第二,是可磁化分散悬浮颗粒,通常是确定粒度分布的单质Fe、Fe3O4粉体,就像下进火锅的丸子;

第三,是分散剂,它会对悬浮颗粒、载液进行结构化处理,解决分散稳定性问题,就像在火锅里,勾了一道芡。

磁流变液的优点可以用两个词总结:精确、迅捷。

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在外界磁场作用下,可磁化软铁微粒的的屈服应力可以通过改变磁场强度来进行精确控制,既可以实现不同的形状,也可以排列成各种结构。一旦磁场消失,这些微粒就会恢复为流动状态。

上世纪 90 年代,为了减少因车身振动给坦克炮塔带来的精度影响,美军率先将磁流变液灌进减振筒里,做成了又贵、又笨重、耐久度又很难保证的第一代磁流变液减振器。

直到 1999 年,通用汽车与德尔福才联合开发出民用的汽车磁流变液减振器,这项技术因其对汽车舒适性的彻底改造,荣获当年度世界一百大科技成果奖。

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令工程师欣喜若狂的是,磁流变液中的可磁化软铁微粒的“固液转换”在瞬间即可完成,反应速度比节流孔调节面积大小不知道快到哪里去。

为了配得上这种“迅捷”,工程师在每个车轮和车身连的接处,都加装了一个和车载控制单元直连的位移传感器,控制单元和减振器连接。

在行驶过程中,传感器会高频率侦测路面情况,并将实时信号回传给车载控制系统。系统经过与内置数据库的比对,将实时指令下发给各个减振器内的电磁线圈,改变磁场,调整阻尼。

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内腔油减振系统的天花板 CDC ,其侦测频率也不过每秒 100 次,在磁流变液减震系统 MRC 每秒 1000 次的频率面前,属实是有些抬不起头。

我们知道,最常规被动悬架的阻尼力曲线在出厂时已经固定,偏运动的不够舒适,偏舒适的又没支撑,很难让人满意。后期想调整,只能更换或加装硬件(弹簧、减振器、防倾杆)。CDC 比被动悬架多了一套电控设备,在运动和舒适间,具备了一定的灵活度,但也只是“螺蛳壳里做道场”,算不上真正解决用户痛点。

MRC 对路面的侦测更频繁,传感器获得的数据就越多,应对措施的颗粒度就更细,车辆的操控性就更好,给座舱内乘员带来的舒适感就越强。

2009 年,搭载 MRC 系统的凯迪拉克高性能车 CTS-V 以 7 分 59 秒 32 的成绩,打破了四门轿车圈速在纽北赛道无法突破 8 分钟的诅咒。搭载同款 MRC 的超级跑车克尔维特 ZR1 将纽北赛道成绩提高到了 7 分 26 秒 40 。

两条技术路线的“代际差”,在严酷赛道的拷打下,原形毕露。

不过,和所有具备一定先进性的技术一样,阻碍 MRC 进入寻常百姓车的最大障碍,就是成本。

传统减振器早已是成熟部件,豪华品牌车企的采购价在 1000 元人民币左右;CDC 多了电控,内采价格一套顶天也就 8000 元。但 MRC ,低于五位数根本想都别想,这样的高成本转移到用户身上,除非是超豪华品牌消费者,愿意买单的也数量寥寥。

同时,MRC 高于传统减振器的故障率,也让车企头疼。比如常见的 MRC 油封因无法承载系统工作时的热量出现裂缝,导致漏液。再比如,磁流变液内的杂质会延迟“固液转换”转换速率,导致系统性能下降,时间一长,MRC 的表现还不如传统减振器来得稳定。

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价格贵不是 MRC 的问题,是笔者的问题,一时也解决不了。但故障率高,可以在一次次迭代中,利用技术手段来查漏补缺。

在第四次迭代时,凯迪拉克对 MRC 下了狠手,比如对减振器内的流体温度变化的补偿精度更细,这样可以提高持续激烈驾驶时,系统的性能稳定性。同时,换用了新的磁流变液体配方,减少内部摩擦,降低杂质出现的概率。

以悬架系统弹簧刚度和减振器阻尼比这两个参数是否可调为标准,家用车悬架可分为三类:

第一,被动悬架:刚度和阻尼均为不可调;

第二,半主动悬架:刚度不可调,阻尼可调,CDC 和 MRC 都算;

第三,主动悬架:刚度和阻尼均可调, 即空气弹簧 + CDC 或 MRC;

燃油车时代,虽然搭载 MRC 系统的车企很少,但大家在谈及该项技术时,还都规规矩矩,不会刻意将 CDC 和 MRC 混为一谈。但纯电车时代,鲜少有车企会守这条规矩,恨不得把 CDC 和 MRC 之间的等号,直接花在还没掏钱用户的脑门上。

这种做法,无非就是把 CDC 这样的便宜货,卖出 MRC 的高价。但两种技术间的先进性差距,和由此带来的用户体验差距,相信读完文章的你,已经门儿清。在自己选车时,不妨多长个心眼。

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毕竟,炸鸡不一定非要在开动的车里吃,把车停稳后,再安安心心地吃,不是更香吗?