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，还挺有意思。
在视频中，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。单看视频效果，比奔驰的魔毯以及蔚来的“香槟塔”还要更好。
所以，比亚迪到底干了些什么？
有别于比亚迪先前的云辇C、A、P、X系统，之前的系统实质上依旧还是电液控制的类型，通过电控控制其它介质来间接控制车辆。
而此次发布的悬架控制技术，理论上会更直接、更高效。不过从发布会上得到的信息比较有限，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一个关于“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）。
▲图片来源于网络
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）。
▲直线电机示意图
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，没有中间商赚差价。
可以看到，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解析
关于系统结构：
从比亚迪发布的专利来看，他们将直线电机主体中的动子和定子，分别安装于车轮以及车身上。在定子中的中心杆顶端会设计支撑座，在支撑座上安装塔顶，用以与车辆进行安装连接。
整体结构描述下来其实和以前的减振器安装方式类似。尤其是专利中提到的塔顶，从外观上看就和麦弗逊式悬架中减振器的方式一样，预测塔顶中还会应用衬套，会有利于能量的缓冲。
▲外观结构示意图
其中有一个有意思的点。专利提到，在安装上，并不一定是定子通过塔顶安装于车身、动子安装于车轮。甚至可以将定子安装于车轮、动子安装于车身。
就相当于摩托车中前减振器常用的倒置的方式，在摩托车中比较常见，但是在汽车中我确实未曾见过。理论上也并非不可，也许能如同摩托车倒置前减一样，有利于簧下质量的降低，提升操纵性能以及舒适性。
▲摩托车倒置前减示意图
另外，从专利图上看，整体结构上和以往麦弗逊式前减大体一样，同样是螺旋弹簧与减振器同轴布置的形式。动子底部的缓冲件从图上看也和减振器常用的缓冲块一致，能够防止电机运动的限位冲击（图中820）。
直线电机有一个问题，就是在不工作的时候无法形成有效支撑，所以才会有弹簧，通过弹簧的预载，对车身进行支撑。
理论上其实使用空气弹簧等等也可行，但是空气弹簧本身一个是体积较大布置困难，第二是成本比螺旋弹簧高得多，第三是我觉得本身螺旋弹簧配合直线电机已经足够满足性能，因为本来使用直线电机就可以对阻尼进行快速调整。
从我的理解来看，用螺旋弹簧算是一个成本、结构、重量、性能各方面综合不错的选择。倘若某天空气弹簧能够实现更小的体积满足更强的性能，比亚迪这套系统用空气弹簧也不是不可。
▲整体构造示意图
关于直线电机径向支撑导向问题：
从专利上看，比亚迪对此做了一些措施。
第一是在动子底部，有一根导向柱。动子底部是空心管柱，和定子底部的导向柱配合，限制两者径向的移动；
第二在动子的顶端环状凸起内部设计了导向轴承，用以支撑定子在动子内活动，同样限制径向的移动。
这两个措施共同使得直线电机工作时，径向能够有很好的支撑作用。这两个点也算是系统中唯二的两个摩擦发热点，想必正是由于摩擦点不多，比亚迪在宣传中才会用“悬浮电机”这样直观的说法，毕竟这本身也是直线电机的优势之一。
▲导向支撑结构示意图
除此之外，比亚迪在动子的顶端设计了一圈凸起结构（图中212），以及在定子的支撑座（图中110）上开了两个凹槽（图中111），可以在电机运动时将凸起部位以及动子的顶部嵌入凹槽内，通过凸起和凹槽的配合，一是起到径向限位作用，二来间接增大电机的运动行程。
同时，在凸起位置还布置了电机位置检测件（图中300），用以检测电机的运动位置，给系统提供控制信号，布置在此也有利于节约动子的径向或者轴向空间，是一个比较精妙的设计。
▲凸起凹槽示意图
关于直线电机的散热问题：
上文也提到过，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，所以散热措施是必须的。比亚迪在散热方面，主要通过在动子上设置的多个排气孔（图中214，可以在顶部、底部或侧壁等，没有限定个数）来排出电机中产生的高温气体。还可以设置进气口，将外部空气引入散热。相较于外设的冷却设备，这样虽然散热效果不及，但是可以减小系统体积，就看具体能不能满足工作需求。
▲通气散热示意图
04
驾仕总结
可以看到，直线电机悬架系统的优点，正如比亚迪在发布会中所说的一样——
相较于传统悬架系统，在控制上会更加直接高效，响应速度毫秒级，这对于瞬息万变的道路环境下的底盘舒适性、操纵稳定性都会带来长足的好处。按照理论，今后将可以舒适与操稳兼得，还挺期待能够试到车的那一天。
但是不知道比亚迪在直线电机系统的能耗方面具体做到了怎样的水平，也不知道具体通过何种措施来解决能耗问题。目前宣传中的“能量回收”功能，在我个人理解中，现阶段如果能抹平直线电机工作的能耗都算是不错了，还指望回过头来给动力电池充电那纯属于奢望。
关于能耗的这个猜测不知道会不会被打脸。关于这套系统希望有更多的技术探讨，欢迎各位留言。
（END）
