电控减振器-减振器批发为你呈现

电控减振器分为两类——半主动式阻尼可调和主动式执行机构。半主动式阻尼可调指通过改变减振器阀系参数或改变油液属性，使减振器阻尼变化，整个悬架机构仍要被动承受路面激励，减振器的液压物理规律不可违背，只不过该软时要软，该硬时要硬；而主动式执行机构是利用电机或液压泵，直接对车轮或车身施加控制力，突破减振器本身的物理属性，主动迎合路面激励的变化，是一种带有可控阻尼功能的液压缸或电缸。

1 半主动阻尼可变减振器

半主动式阻尼可变减振器在实现方式上也分两种，一种是电液式(ElectroHydraulic)，依靠电磁阀控制，可两级或N级调节，也可以连续无极可控；另一种是油液属性可变式，磁流变(MagnetoRheological)和电流变(ElectroRheological)，方便归类就叫X流变吧。无论哪种方式，最终实现的结果都是使减振器阻尼特性随控制电流或电压变化，但是不同类型的减振器阻尼特性和变化方式就要取决于执行机构了，进一步也决定了一种技术在各个维度的优缺点：响应时间、可控范围、粘滑特性、失效管理、耐久寿命、成本、重量、体积、维修便利性、能耗等等。

1.1 电液阻尼可调（EH）

ElectroHydraulic Damper，核心部件电磁阀。即电流通过线圈绕阻产生电磁场使磁性材料构件受力运动，控制阀系开闭或通道大小，从而改变相同减振器行程速度下，油液流过阀系的阻力。如果电磁力仅能控制阀系通道的开关，则为双模两级可调，如果电磁力可以控制阀系的通道大小或进出口压差，那么就是连续可调。

1.1.1 双模两级可调

虽说近些年连续阻尼可调减振器的热度大增，取代了很多双模可调的配置，但因双模的应用不必需搭配复杂的电控策略，可以不存在以单独ECU为核心的复杂电控系统，仍具有很高的应用价值，所以并未被淘汰，还算很常见。

双模减振器作为入门级电控减振器，没有所谓的控制逻辑，人机界面可选“软”或“硬”，电信号给到减振器阀系控制执行机构，执行机构来控制阀系部分通道的开关，这是一个恒定控制。

有人说不可以给双模减振器搭配开关式天棚阻尼控制吗？开关式天棚阻尼控制在阻尼软硬两档实时切换，看起来就是给双模减振器量身定制的控制算法，理论上可行，然而局限性较大。首先，目前双模减振器的软硬切换大多对主通道直接控制，这种大流量控制的响应速度还达不到Skyhook的硬件要求；其次开关式天棚阻尼这种控制算法其自身对于整车驾评的改善也很有限，未必值得投入ECU、传感器等附件和控制开发的成本。因此市场上给双模减振器搭配复杂控制算法的应用不多，早些年Bilstein为奔驰S-Class配置的ADS（即双模）搭配了Skyhook控制算法，据官方宣传能达到60ms的响应时间，减振器压缩复原独立两档可调，但当下行业动辄几毫秒的响应要求和更宽更多样的阻尼特性要求压力下，不清楚现在是否还能存活。

回到技术原理上，为了实现两档阻尼可调，光是阀系通道的设计方案可以有三种，如示意图（仅用于解释原理和控制执行方式）：

并联双阀结构：当推杆堵住第二阀系控制通道，则第二阀系完全闭合不起作用，此时阻尼力完全由主阀系提供，阻尼较大；当推杆提起打开控制通道，则第二阀系流通通道打开，分走主阀系的大部分流量，使整体阻尼力降低。电信号的通断和阻尼档位的对应关系取决于第二阀系是常开阀还是常闭阀，这就要看推杆的断电复位结构是如何设计的了，但考虑到乘用车应该长时间工作在阻尼较软的舒适模式，以及电子元件寿命，设计成常开阀以减少通电时间似乎更加合理。

串联双阀结构：当推杆堵住第二阀系bypass通道时，第二阀系的阻尼作用会叠加在主阀系上提升阻尼力，当推杆打开bypass通道，油液经过主阀后全部经由bypass通道流出，第二阀系阻尼不起作用，降低阻尼。第二阀系常开还是常闭，考虑的因素应该跟并联双阀一样，当然，详细的优劣势分析还是必要的。

二选一结构：无主次阀之分，推杆位置决定了油哪个阀系起作用，这样的好处是阀系调校逻辑很容易保证，复原压缩以及软硬阻尼四个维度单独调校互不影响，而结构复杂度、成本、制造难度是个巨大挑战。

从三种设计的结构示意图可以看出，双模减振通常都是需要内置附加阀系，实际阀系结构也确实比较臃肿，活塞杆内部油液通道的密封要求很高自不必说，额外的通道设计也应极其巧妙以优化油液流动特性，避免Cavitation风险，并尽量减小阀系长度和体积。

1.1.2 连续阻尼可调

即业内简称的CDC（Continuous Damping Control），随着控制信号大小的连续变化，减振器阻尼特性也连续变化。

为了方便处理和保持控制信号稳定，一般以2kHz左右频率的PWM形式电流驱动电磁阀，调节PWM波占空比即可改变电流大小，控制电流较小，不超过2A。需要知道的是，2kHz左右恰好也是一个噪音敏感的频率段，根本的解决措施应该在电磁线圈和电磁阀本身结构和装配结构改善上，控制算法可以暂时性的优化，但治标不治本。

连续阻尼可调减振器按电磁阀安装位置可分为内置式和外置式，而由于外置式的减振器本体结构设计灵活性较大，结合更高的驾乘需求，还出现了双电磁阀结构，作为更先进技术的基础。

1.2 电磁阀减振器

电磁阀无论内置还是外置，内部结构和液压机械原理极其复杂，厂商之间虽然也有些互相“借鉴”，但差别也很大，甚至本质上的控制逻辑都完全不同。不过有两个重要概念应该是通用的——以先导控制原理为基础的溢流控制(Bleed Control)和压力控制(Pressure Control)。直接上极简示意图：

所谓先导控制，取主液流中的一小部分流量分流出去，用这一小部分的流量来控制主通道的开闭。先导通道用于提供主通道开启所必须的压差，而先导通道开启的大小和难易程度，决定了主通道油液流动的阻力，类似于电路中的继电器的功能。这样做的好处是，利用很小的电流就可以对这小部分流量进行直接、快速且精确的控制，从而使主通道的油液流动变化更加稳定，这种控制方式在外置电磁阀上的表现尤为明显。（更专业的解释可以参考各类液压原理资料中关于先导阀的介绍）

溢流控制，控制电流大小改变先导通道开启程度的大小；压力控制，电流大小控制先导通道开启的难易程度。两种控制方式得到的阻尼特性曲线有很大不同，一般溢流控制电磁阀的流量压力特性更加线性(Progressive/Linear)，建压慢，尤其是低频低速时的阻尼偏小；而压力控制在低速低频段建压更快，且具有开阀动作，会出现较明显的开阀点(Digressive/BlowOff)。两种控制方式的选取可以取决于车型定位，舒适倾向的可考虑溢流控制，而运动向车型可考虑压力控制（如VW Golf带电控减振器配置尤其强调压力控制）。

而两种控制特性若能结合到一起，使同一个电磁阀在不同电流下可以实现不同的液压特性，例如Tenneco Öhlins的Ⅱ代电磁阀CES8700，便是这种混合控制结构(Hybrid Control)，仅需要不同的调校件搭配，可以得到其中单独一种的液压控制特性，也可以两种方式共存（通常为低电流溢流控制，高电流压力控制）。因此，这两种液压控制特性既可以是减振器或电磁阀的设计选型路线，也可以成为一款电磁阀的调校参数使电磁阀厂商获得更大的兼容性。

电磁阀内置

电磁阀内置于减振器工作缸内，跟主阀系同装于活塞杆，外观上类似电控双模减振器阀系，不同的是执行推杆不仅起到开关作用，也参与对阀系具体调校参数的控制，如阀片/弹簧预载。

以当年在Audi A8上很快取代了PDC的内置电磁阀CDC (ZF Sachs)为例，借用官方原理图（内置阀本人研究颇少，所知信息可能有些过时）。要使阀体开阀，需要油液压力和电磁线圈对阀体的吸力达到并超过弹簧预紧力，如果电流越大，电磁力越强，则开阀所需的油液压力越小，那么阻尼力也越小；如果电流越小，开阀所需的油液压力越大，阻尼力也越大。所以最大电流对应最小阻尼力，0A电流对应最大阻尼。0A电流也意味着断电或电控系统失效，减振器将以最大阻尼状态作为被动减振器工作，此状态被称为失效安全模式(Fail Safe)，以最大阻尼作为Fail Safe模式可最大程度确保整车操控安全，以支持继续行驶直到失效诊断排查和维修。

电磁阀内置有着跟双模减振器类似的缺点：

1)减振器内部空间有限，影响行程；

2)电控元件如线圈、线束、接插件随空心活塞杆进入减振器内部，需要较高的密封要求；

3)活塞杆、基础阀系特殊复杂，在设计开发和生产布局方案上，无法像外置电磁阀可以那样大量借鉴普通减振器，甚至共用零件和方案，以致成本略高。

不过，好处是减振器外部非常干净，线束布置容易，不影响周边零件运动。

电磁阀外置

外置电磁阀对于模块化开发和生产非常有利，各种类型电磁阀可以很方便地适配于一个传统减振器，仅需要部分零件结构调整即可，产品和产线升级相对简单，调校拆装方便，等等诸多原因，电磁阀外置式CDC是当下很多减振器厂商的主要技术路线，甚至存在有很多专门配套的电磁阀二级供应商。

跟被动的PDC减振器的液压回路类似，外置式电磁阀同样是只能单向流通，减振器内部需要中间浮动缸筒提供工作缸上腔-电磁阀-储液腔的油液流动通道（这也决定了单个的外置电磁阀将无法适配单筒减振器），但整个减振器内部在复原和压缩行程的油液流向仍是遵循普通双筒减振器的基本规律：复原行程因活塞杆抽离工作缸而产生的额外空间，油液需补偿进入工作缸；压缩行程因活塞杆进入工作缸而侵占空间，油液需排出工作缸。

安装外置电磁阀后，原本工作缸和储液缸之间的油液交换都是通过底阀，现在由于新增了一条通路，这种油液交换就变成了基础阀系和电磁阀两路。那么进一步会引出一连串问题：

1）基础阀系和电磁阀两者在同一行程下的阻尼作用该怎么分配？

2）调校时先调电磁阀还是先调基础阀？

3）有了控制软件，减振器特性可以想怎么变就怎么变，是不是硬件基础的调校没那么重要了？

4）电磁阀坏了会怎样？

这只是初接触时会首先考虑到的一些问题，而随着认识和使用的深入，会有更多更多问题和细节，所以仅就所列的这几个被关注度较高的偏前期的问题说下个人见解。

A1)关于基础阀系和电磁阀的阻尼分配问题。众所周知液流总流量就那么多，遇到分叉路口，一定会挑最宽敞的大道走，那么阻尼就主要由这条大道决定了。要是五五开，那就决定权各占一半。但既然是可控的减振器，那么电磁阀这条路就可大可小了，所以跟基础阀系的分配问题，就要看控制电流的大小了。在调校时要牢记这个逻辑，不同的电流下，起主导作用的阀系是不同的，要有针对性的调，避免白费功夫。

A2)在调校时，虽然电磁阀也可以有几十种调校组合，但相对于基础阀系成百上千的组合，电磁阀更多还是倾向于给一个减振器在这辆车上定个基调，然后再在基础阀系上做进一步粗调、精调。不过就实际调校工作而言，常常是并行展开，甚至有可能一次调整就把二者全变了，这需要大量经验的积累和电控减振器阀系的理解。

A3)有了软件，是不是可以让硬件的设计和调校相对轻松些？个人认为这事儿不一定，软件的确可以解决很多问题，要想真正做的好，基础阀系的精细调校不可或缺，主观驾评是一个很悬的事儿，曾跟德国宝马的工程师仅仅为了CDC上一个基础阀系的节流片折腾了一礼拜，而这时候压根儿不会去管什么控制算法和标定。

A4)电磁阀最常见的失效模式是通道堵塞，在全部电磁阀失效模式中占比约90%以上。如果电磁阀被堵塞，电控变被动，也就是减振器的基本功能还在。如果是电控系统失效了，电流0A，同样也就变成个被动减振器了，不同的结构，也会有不同的失效下的阻尼特性 - Failsafe/FailSoft，这对软件中关于失效的降级策略有很大影响。

电磁阀式电控减振器的很多问题都是具体问题具体分析，结构、功能、原理肯花时间的话都能弄得明白，可是真正的技术壁垒我觉得还不是设计，而是远高于普通传统减振器的质量控制要求。走捷径逆向也好，自主创新也好，再逆天的技术，如果没有针对电磁阀这种精密部件和减振器总装的高水平品控，是得不到市场认可的，质量和生产的投入远高过一款新产品的设计开发。

双电磁阀外置&液压互联悬架

外置式电磁阀只允许油液单向流通，反向截止，那么在调试中会带来一个问题：复原行程和压缩行程会互相影响。而若采用双电磁阀，一个电磁阀接入工作缸上腔，另一个接入下腔，不仅可以实现复原和压缩行程的独立调节，还可以适配单筒减振器。参考Tenneco CVSA2和Sachs CDCrci。

复原和压缩行程的独立控制，最大化了电磁阀的功效，当仅作为电控减振器使用时，对阻尼的控制可以更加富有逻辑性。而如果进一步利用好复原压缩独立控制的特点，半主动悬架中的顶级黑科技之一出现了——可控液压互联悬架。

如果了解一下液压互联悬架，可以发现被动减振器就已经可以用于这个技术，适用于极其强调运动的跑车和SUV。四轮减振器通过液压管路连接，在转向（加速/制动）时，通过中央储油罐，分配内外侧（前后）车轮减振器的上下腔油量，进而起到抗侧倾（俯仰）的作用，此时的减振器几乎是一个液压缸，横向稳定杆的必要性被降低。

若取消横向稳定杆，可以做到整车四个Coner垂向运动的完全解耦。而有了双电磁阀的加持，这套系统除了减振器本身的阻尼调节功能外，还可以实现对侧倾（俯仰）的控制更加灵活，使整车的动态性能更加符合操控预期。

1.3 流变式阻尼可调减振器MR & ER DAMPER

前面讲的都是通过控制阀系结构来是油液流动变化产生阻尼可变的效果，高品质的电磁阀式减振器依赖于复杂的阀系设计、机械液压逻辑、精密的零部件。那么另一条技术路线，油液属性可变式减振器就对阀系的设计要求降低很多了，即磁流变减振器MR和电流变减振器ER。

MR:MagnetoRheological，油液粘性随磁场变化

ER:ElectroRheological，油液粘性随电场变化

ER Damper首次出现于1947年，略早于MR (1951)，而之后的40年的工程和学术研究重心也都在ER，MR几乎被忽略。直到1990年当人们发现MR所需的工作电压和能耗更低，能提供更大的油液剪切应力，更广泛的温度特性，以及对清洁度更低的敏感性，研究工作才逐渐往MR倾斜，至今几乎说到电控减振器就必提及MR。

磁流变MR Damper

磁流变减振器油液一般是硅油和细微铁粒子混合而成。无磁环境下，MR油液表现为普通牛顿流体，符合我们常见的一切牛顿流体力学特征；而在磁场环境下，MR油液变为Bingham流体特性（可简单理解为半液态半固态）。

磁流变中的阀系主要在于活塞上缠绕的电磁线圈，通电后可以在活塞节流孔中提供磁场，由于阻尼力的产生就来自于节流孔中的油液摩擦力，磁场强弱对油液粘度的改变就使得减振器阻尼可控了。

磁流变液有一个至今仍然是研究热点的问题——迟滞(Hysteresis)。这里的迟滞来源于两个方面：一个是机械液压本身具备的迟滞现象（Hydraulic Hysteric），另一个是磁流变液的磁滞现象（Magnetic Hysteric）。研究的热点一方面是在控制策略中想办法补偿迟滞，另一方面为了使算法更有效，需要更加准确的迟滞衡量手段。

在控制方面由于磁流变液从牛顿流体到Bingham流体特性的转变，减振器速度特性具有高度非线性特征，可以实现极低的最小阻尼范围和更明显的流体摩擦力变化，即便提供较弱的磁场，F-v曲线就几乎水平，这是典型的磁流变减振器阻尼特性曲线。而这给减振器模型的准确建立带来的难度远超过基于牛顿流体特性的减振器，学术界和工程应用界都有不少研究。

磁流变减振器结构简单、高动态范围、低能耗、温度不敏感、响应迅速等等诸多好处也促成了它早早的就被推向市场了，不仅仅在汽车悬架上，工程机械、精密机械、桥梁等等需要精确的实时减振阻尼控制的行业都有广泛应用。有意思的是，虽说各行各业研究非常火热，乘用车市场上的应用却远不及电液式减振器。

电流变ER Damper

电流变(Electrorheological)是另一种油液属性可变的减振器，控制信号是电压。油液中混合的是电场敏感的材料微颗粒（Al2O3、SiO2、H2O的混合物），当不通电时油液表现为牛顿流体，而通电后，活塞成为阴极，工作缸成为阳极，二者之间的空间像电容一样形成电场，从而使油液中的电感颗粒链条化，具备了粘塑性。

为了使电场能更强，提供足够大的油液剪切力，活塞对着工作缸内壁的柱面面积要足够大。而这又带来了一个弊端，油液作用面积大，对温度过于敏感。

ER Damper的应用不如MR那样普及，这么多年来也一致处于研究阶段。由于电压作为控制信号直接控制电场，减振器的结构和能耗限值决定了控制能力的上限，无论是设计还是生产制造还是使用安全性上，在乘用车悬架上的应用似乎都还有很长的路要走。

2 主动减振器

正如开篇所说，主动“减振器”是一种待有可控阻尼功能的电缸或液压缸，阻尼的功能由原有的基础阀系或电磁阀（溢流阀）提供，而外的作动力由配备的外部电机或液压缸提供。因安全、能耗、可靠性等原因，当下仍大量处于DEMO和试用阶段，很多厂商拍了不少宣传视频，实装量产似乎还没到时机，这也给行业内更多时间来探索多种技术路线了。比如液压缸式、直线电机式，以及在这些基础上甚至可以做到悬架的能量回收。

2.1 液压主动式

液压式主动悬架是基于带阻尼的液压缸作为终端执行机构来实现悬架控制的。代表性技术E-ABC(Bilstein)、sMotion (ZF Sachs)、AcoCar (Tenneco)、CM1 (ClearMotion)。

这里不对各产品的优缺点做详细分析，系统性的知识还不具备，因此仅笔者了解到的一些内容做些归纳：

整套执行机构单元的基本构成：减振器本体、外置式连续阻尼可调电磁阀、液压泵单元（含ECU/电机/泵）；

液压泵单元（简称MPU）与减振器本体可以一体式设计，也可以分体式设计，取决于整车布置，分体式需要液压管路链接；

MPU中的ECU是电机控制单元，一个减振器配一个MPU，所以会有4个ECU，而此ECU非主动悬架中央ECU，也就是主动悬架的大脑角色，还需要一个强大的ECU来承担，可以是主动悬架单独配置，也可以集成于域控制器，取决于系统方案设计和电器网络架构；

液压缸式主动悬架的控制带宽有限，通常为5Hz，夸张些的宣传会达到10Hz，而悬架控制的带宽要求至少也要达到15~20Hz。更快的响应速度，意味着更高功率更大输出的MPU，技术和成本上挑战过大，因此，多数主动减振器方案仍会保留可控阻尼电磁阀，用以覆盖5Hz以上的控制带宽。即低频工况交给主动执行机构处理，高频工况仍交给连续阻尼可调减振器。当然，如果仅仅想体验主动减振器的炫酷，高频工况直接扔给被动阀系去解决（ClearMotion CM1），似乎也不是不行，因为悬架的弹簧阻尼系统本身就具备高频过滤的功能。

因为保留了减振器本身的阀系结果，所以不是真正的液压缸，那么靠液压泵输出的减振器垂向作动力比较有限，从本篇开篇示意的外特性上来看，输出力在二四象限（做负功的区域）非常有限，而一三象限上，进一步扩大了CDC连续阻尼可调减振器的阻尼可控范围。

这里不对各产品的优缺点做详细分析，系统性的知识还不具备，因此仅笔者了解到的一些内容做些归纳：

整套执行机构单元的基本构成：减振器本体、外置式连续阻尼可调电磁阀、液压泵单元（含ECU/电机/泵）；

液压泵单元（简称MPU）与减振器本体可以一体式设计，也可以分体式设计，取决于整车布置，分体式需要液压管路链接；

MPU中的ECU是电机控制单元，一个减振器配一个MPU，所以会有4个ECU，而此ECU非主动悬架中央ECU，也就是主动悬架的大脑角色，还需要一个强大的ECU来承担，可以是主动悬架单独配置，也可以集成于域控制器，取决于系统方案设计和电器网络架构；

液压缸式主动悬架的控制带宽有限，通常为5Hz，夸张些的宣传会达到10Hz，而悬架控制的带宽要求至少也要达到15~20Hz。更快的响应速度，意味着更高功率更大输出的MPU，技术和成本上挑战过大，因此，多数主动减振器方案仍会保留可控阻尼电磁阀，用以覆盖5Hz以上的控制带宽。即低频工况交给主动执行机构处理，高频工况仍交给连续阻尼可调减振器。当然，如果仅仅想体验主动减振器的炫酷，高频工况直接扔给被动阀系去解决（ClearMotion CM1），似乎也不是不行，因为悬架的弹簧阻尼系统本身就具备高频过滤的功能。

因为保留了减振器本身的阀系结果，所以不是真正的液压缸，那么靠液压泵输出的减振器垂向作动力比较有限，从本篇开篇示意的外特性上来看，输出力在二四象限（做负功的区域）非常有限，而一三象限上，进一步扩大了CDC连续阻尼可调减振器的阻尼可控范围。

Audi A8配置的主动悬架由旋转电机直驱。该套系统中，并没有舍弃弹簧减振器的悬架基本结构，而缺少了什么——横向稳定杆。但这可不能代表拿这套复杂的机构仅仅是为了取代主动横向稳定杆，从宣传视频和大致结构上，可以推测，液压式主动悬架的功能也能兼顾稳定杆作用，而且可能做得更好，控制频率会更高，剩下的难点-能耗和可靠性，还要靠整个行业的共同努力了。

另外各高校、研究机构中，直驱式的主动悬架是一项研究热点，包括轮边电机的集成方案，不一一列举。

2.3 能量回收

这个话题不属于主动“减振器”范畴，跟悬架控制也没什么关系，只是减振器的能量回收作为一种黑科技，近些年被越来越多人提及，毕竟普通液压减振器产生的阻尼转化为热量直接排放似乎略显浪费。ZF的概念GenShock在CDC的基础上用电控单元和电液马达取代了原本的电磁阀，这样使得油液流过时，驱动马达作为发电机转化为电能，另一方面也具备了阻尼的作用。

能量回收技术当下基本还是概念阶段，技术可行性似乎没什么问题，但考虑到市场应用，其真实的能量回收性价比还有待提高。

总结

电控类减振器目前仍以半主动为主，是当前减振器行业的大力发展方向，不仅仅局限于车辆用途，包括轨道交通、航空航天、重型机械、精密机械，半导体等各行各业都有大量的半主动减振/震需求。三种主流技术路线技术路线：

ElectroHydraulic (EH电液式阻尼可控) -利用流通通道可调的内置或外置电磁阀来调整减振器阻尼系数；

MagnetoRheological (MR 磁流变阻尼可控) -利用电磁场控制混有铁粉的油液，改变油液粘性，进而改变阻尼系数；

ElectroRheological (ER 电流变阻尼可控) -利用电场控制混有电感材料的油液，改变油液粘性，进而改变阻尼系数。

每种路线都有其优缺点，但无法做到全维度的领先，受传统底盘架构的限制，减振器本体和执行机构方面的创新已接近极限。所以大量的研究开始集中于控制系统的设计和优化，比如精确的悬架/减振器模型、非线性问题处理、滞后问题等等，不过先进控制理论仍留在高校未推向市场应用，经典控制算法仍是主流，期待有识之士能让有意义的研究成果真正面世。