汽车减振器技术路线解析（上）非电控篇

说到汽车底盘系统的黑科技，在基本功能和性能提升需求以及ADAS需求的驱动下，制动和转向系统方面的进步和市场化应用似乎在四兄弟中走得更加靠前，且更容易被用户体验到科技加持的优越感。而作为兄弟“手足”，几十年来悬架系统那些大大小小的创新常常被淹没在平稳车厢的静谧和秋名山下的欢呼中，借用BerndHeißing和MetinErsoy编著的ChassisHandbook中的一段话：

可见，悬架新技术的应用至今逃不开一个话题：投入收益比。因此本文除了是对自己过去几年的知识的体系化整理，也是全盘梳理一下作为悬架核心部件的减振器的技术路线，方便从全局角度审视我们有什么技术，和最适合的技术。限于篇幅，不能对每种技术路线做详细解析，但尝试尽量归纳一些关键性要点。

近些年以CDC为代表的阻尼可调减振器出镜率越来越高，而减振器的黑科技可不仅仅只有比较亮眼的CDC、MRD，还有很多已成熟应用的技术成果，我们循序渐进，先从普通减振器的核心——阀系说起吧，毕竟几乎所有基于液压原理的减振器技术，尤其是非电控减振器，都离不开阀系的创新。

减振器的液压原理和结构，无论单筒还是双筒，各种渠道有很多资料都有详细介绍，需要补课的可自行百度或私下沟通，这里不再赘述。我们直接来看，一个传统减振器阀系，在功能、性能等方面需要具备哪些特点。

被动减振器阀系的设计，需要综合考虑整车主观驾评、减振器客观性能指标、NVH、调校范围、调校逻辑性和便利性、尺寸空间、制造可行性、标准化及成本等等诸多因素。从悬架调校等使用者的角度，阀系的可调性是首要需求，最基本的：双向及低-中-高三速单独调节。这是所有被动减振器都需要满足的F-v曲线可调性要求。

表中所列可能不够全面，但一款阀系如果能把这些都做到，基本就是被动减振器阀系可调性的极致了。不同减振器厂家会有不同的阀系结构优化设计，但归根结底，都是为了迎合这些需求，甚至仅仅满足其中的某一项，都可以成为卖点。至于F-v曲线上下可调范围的极限，这不是问题，几乎没有哪个车型会真的碰触到一款阀系的调校边界，难点都在精细化程度。

遗憾的是，对于被动减振器，要把所有需求都做到极致，这明显违背工科常识，百年悬架调校史都充满了妥协让步，阀系的设计自然也逃不了这种尴尬。然而，成年人的世界没有选择，就是全都要！有人开始另辟蹊径，那就都给你，你可以视情况按喜好自行调减振器，你也可以让某些路面自己“调”减振器，即机械式可调减振器和自适应变阻尼减振器(AdaptiveShockabsorber)。

所谓变阻尼，即减振器阻尼特性可以通过某些装置人为调整，或根据车辆行驶路况自行被动地变化。不含任何电控系统和元件，将机械结构和液压特性原理利用到极致的技术。

这是一种常人接触不到的减振器种类，指可以手动调整减振器上的部件改变阻尼特性，因为可以很方便地替换掉原厂减振且方便拆装调节，几乎是改装和赛车界的必备品，一个常见地名字——“绞牙”避震。但其实“绞牙”指的是用绞牙结构调整弹簧在减振器上的安装预紧，并不体现调节阻尼的功能，不过似乎国内行业里已经用惯了这个名字作为统称，我们也没必要纠结，就尊重习惯。

由于本人的专业领域偏OE向，也不是很懂改装车和赛车的门道，所以通过官方资料，只简单介绍几种知名品牌的“绞牙”减振器阻尼调节的方式好了。

市面上不止所列的三个品牌，调节的方式也不仅仅这些，通道数量一般双通道多通道都有(这里通道指的是液压回路通道)，档位数量几个到几十个。

在改装和赛车市场，减振器技术创新路线完全不同于OE，一方面是由于改装需要的原厂可替换性，另一方面电控技术在赛车中被BAN，不得不穷尽一切机械和液压技术手段来提升减振器的性能和可调性。感兴趣可以深入了解一下售后/改装减振器技术，这是一个比批量的OE减振器市场更加庞大的生意，但不得不说，售后市场的水很深，有入门级，也有专业级，减振器改装不是儿戏，慎重，慎重。

无论是改装车还是赛车跑车，其追求都是“玩”车，那么自然需要侧重于操控和安全，至于舒适性？追求刺激还要什么舒适性？而作为大多数的“正常”用户，舒适性不敢说是第一需求，但也不能太离谱了，因此针对舒适性的“改装”任务，就交给面向广大乘用车用户的OE厂商产品了。OE市场的被动减振器优化目标，简单归纳就是：不妥协，不让步。力求兼顾操控和舒适的自适应变阻尼减振器应运而生，其特点：

无需动手调和不影响整车底盘架构，这是基本要求，核心创新点在于随路况的自适应阻尼变化。当前已经成熟应用的技术：频率自适应、振幅自适应、液压缓冲、载荷自适应。

其核心为频率响应阀系，后面简称FSD(Koni的叫法，也有其他简称如Tenneco的FDD，Mando的HCD，ZF的FSC等等)，其功能是使减振器的阻尼特性随着路面垂向激励的频率变化而变化。具体来说，是减振器的复原阻尼力在低频输入下保持正常，在高频输入下被降低，因FSD是一种常闭阀，高低频分界点称为开阀频率。可以实现的调校效果：基础阻尼力可进一步增加，强化操控性，而高频路面激励(尤其如比利时路、碎石子路等)由于FSD开阀，阻尼力被降低，过滤掉了车轮的高频振动，因而舒适性也尽可能的得到了保障。低频阻尼(基础)、高频阻尼和开阀频率(3~10Hz之间不等)需要经过调校确定，仿真手段可以给与方向性指导，但仍应以调校结果为准。

结构上，不同品牌的频率响应阀系的会有很大差异，以Koni的FSD为例，作为一个附加阀(add-onvalve)，直接装在活塞主阀系的下面，但在油液流动通道方面，FSD通道经过活塞杆轴向+径向的bypass孔，与活塞主阀系并行。减振器不工作时，FSD阀内部处于常闭状态，注意外径与工作缸内径之间有很大间隙并无密封或阻尼作用(图片来源Marelli官网相同产品，所示间隙过小，易误导人，所以强调一下)，活塞主阀系结构跟普通减振器没有任何不同。

整个减振器结构变化点：

原理上各种频率响应阀系基本是类似的，都是利用了油液流动和建压的迟滞特性，以图示FSD为例：

这个是利用了密闭腔室油液建压的迟滞特点，简单说就是高频时腔内油液来不及建压，减振器行程状态就已经变化了。而油液的泄流也同样有迟滞特性，如果能利用高频下油液来不及泄流，从而保持短时恒压的特点，也可以使高低频阻尼出现不同，Tenneco的FDD即是利用了这一点。

细心的人可能已经发现了图示的评价指标中示功曲线稍稍有些异常，在高速复原行程起始阶段特意画了一小段缺陷(第三象限)，正常减振器示功曲线都是要求越饱满越好才对。

其实这并不是画图时手抖了一下，也不是减振器出了什么气蚀或空程问题，这是典型的带FSD的减振器的高速低频示功曲线特征。究其原因，示功测试时，低速很容易能得到低频，但是高速低频测试时，减振器行程换向这个阶段的高频成分是不可避免的，也就是复原高速行程起始阶段的一瞬间，FSD不可避免地要介入，随后才会关闭FSD通道形成真正的低频阻尼特性。所以在FSD减振器的常规低频阻尼测试中，如果示功图出现了复原高速起始阶段的小缺陷，不必紧张，大概率是正常现象，“缺陷”程度也取决于调校结果，不可简单归为气蚀或空程等质量问题。

另一种可降低基础阻尼的技术，具代表性的StrokeDependentDamping(TennecoSDD)、AmplitudeSensitiveControl(SachsASC)、DampMatic(Bilstein)等等。其功能是当垂向位移激励是小振幅时，即减振器的工作行程很小，阻尼力被降低，而当行程超过这个阈值时，恢复基础阻尼特性。奔驰C级、E级等车型大量标配了这种技术——SDD(Tenneco)和DampMatic(Bilstein)。后文统一简称SDD。

相对于FSD，如果看到各类SDD的剖面图，其结构原理会更加易于理解。大体上跟FSD一样，主要的设计改动都在活塞杆阀系端，以附加阀形式螺接安装。虽说形式各有不同，但基本原理都是非常类似的。以如下代表性示意图说明。

结构核心在于SDD的浮动活塞(示意图SDD内部的黑色滑块)，能自由顺畅地上下滑动，运动到极限位置SDD通路被密封，以此实现小振幅低阻尼的效果。SDD在复原和压缩行程都会起作用，这点与FDD不同。ZFSachs的ASC看起来结构有很大差异，但都是基于同类思路。

SDD的作用效果体现在减振器阀系性能指标上主要有两个维度：常规示功曲线和大小振幅F-v曲线。常规示功曲线会有跟FSD类似的缺陷情况出现，不同的是SDD会在复原压缩行程的起始阶段一定会出现“缺陷”，这是因为无论多少测试速度，无论什么行程，SDD在减振器行程换向的起始阶段一定会介入。所以还是那句话，不要紧张，如果装了SDD还出现饱满示功图，要么SDD坏了，要么你被忽悠了。

从功能和阻尼的控制效果上，很容易发现，SDD与FSD很类似，因为车轮的小振幅跳动在大部分情况下也意味着高频振动，似乎二者都能对路面的高频小激励起到过滤作用。这是事实，在整个减振器操稳平顺性评价指标范围内，SDD和FSD大部分是重叠的，重叠区域主要在于舒适性的影响。因驾评的主客观指标大部分都是受激励频率直接影响，针对频率响应进行优化的FSD有着更广泛的作用带宽，但是相同工况下SDD对于舒适性的改善程度要远超过FSD，得益于SDD的复原压缩双向控制，唯一一个不足在于SDD会在1Hz左右的低频响应上有不良影响趋势，操控上会有略微牺牲(如快速的转向响应需求和初段侧倾控制等)。所谓“开宝马，坐奔驰”，顶级豪车在某一方面做到极致的标签感，都是有技术依据的。

SDD和FSD作为被动减振器的舒适性优化方案，对于整个底盘和悬架架构的影响非常小，可以是一个提升驾乘品质的不错选择。成本上因附加阀系一般涉及大量精密机加零件和组装工艺，确实会有不可忽视的提升，但远远不如电控减振器来的猛烈。

指当减振器运行至某一位置行程时，利用增加泄流或附加节流的方式，使阻尼发生衰减或叠加。按自适应阻尼介入位置可以是拉伸行程极限和压缩行程极限。这两种都属于阻尼叠加的方式，指当减振器运动至接近行程极限时，通过提升阻尼力，达到缓冲效果，从而减少行程极限的结构冲击。因本质上是随行程改变阻尼，所以属于行程自适应阻尼可变，按行程方向有复原液压缓冲系统(HydraulicReboundSystem-HRS)和压缩液压缓冲系统(HydraulicCompressionSystem-HCS)。

另外还可以在减振器行程中央做文章，成为阻尼衰减方式的行程自适应减振器，但因使用条件限制较多，目前已极少见。

当下已经非常流行，十几万的车型即有该配置，其实已经算不上是新技术黑科技，只是对于基本减振器功能的优化设计，对于缓和通过减速带一类路况后产生的Rebound冲击(Endstopcontrol)和噪音(Toppingnoise)，非常有效。结构上HRS几乎不影响减振器总行程，大致分两类：

HRS只能在示功曲线上体现出其性能指标，相当于是在基础阀系阻尼力上的叠加。最高速的最大阻尼不能超过减振器内部压强所允许的最大值，HRS介入位置和过渡区的斜率对于冲击的缓和效果也会有所不同，这些一方面是结构特点决定的，另一方面要看调校选择。

作为压缩复原缓冲系统，因其极大影响减振器总行程(如结构示意，活塞下端需要增加柱塞)，目前很少有车型采用该配置。其好处自然还是为了缓和冲击，相对于Jouncebumper会更加柔和，且如果使用HCS，则Jouncebumper的要求就可以适当降低，但受减振器内部最大允许压强限制，仍需要Jouncebumper的存在以吸收更大的冲击。作用机理类似于HRS，在结构上同样需要考虑反向回流问题，HCS的反向回流需要底阀阀体结构配合调整，相对于HRS对减振器大部分结构改动较大。

HCS目前并不算是很新的理念，只是受制于当下设计的布置空间和性价比，使用不广泛，将来如果有更巧妙地设计，相信也会像HRS一样普及。

所谓中央行程自适应，是在活塞设计位置处对应的工作缸内壁开沟槽，作为减振器在设计位置上下小振幅振动时额外的流通通道，从而实现阻尼降低，如下图所示。

早些年(约2000年左右)AudiA8有过这种配置，工作缸内壁沟槽长度大约有40mm。功能上容易跟SDD混淆，但区别于振幅自适应，该对整车载荷比较敏感，当载荷变化时，工作缸沟槽介入区间就变化了，甚至活塞脱离该位置，导致作用效果大减，除非搭配空气弹簧，利用车身高度自调节功能，可以达到最佳效果。因此，这种行程自适应的舒适性优化受限于载荷，调校空间很小且操作不便利。总的来说，成本虽低，但过于粗糙，近些年几乎绝迹。

指代那种可以随车重变化而自行调节车身高度或阻尼特性的减振器，即“载荷自适应”。代表性技术：ZFSachs的Nivomat和PDC。

ZFSachs的车身自水平调节减振器，其功能可简单描述为在不同载重情况下，利用车身和车轮的相对运动保持车身高度不变，仅布置于后轴即可。外面看起来跟普通减振器差不多，同样没有电控系统缠身。

其原理是当车身载重变化导致高度变化时，利用车身和车轮的上下相对运动，使减振器中的油液在一个类似柱塞泵的机构作用下，在储液腔和高压油气腔之间泵入或泵出，从而调整“柱塞”位置达到各作用腔液压平衡状态，实现车身高度自调节。由此可知，它的功能是需要让车动起来才会起作用，不具备静态调整的能力，比如后备箱装入重物压低了车身，需要让车跑个几十米，车身会逐渐恢复至装重物之前的高度。当然，车停着在后排震一震，应该也有效果，自行脑补。

那么这套系统的好处有什么？归纳一下：

当然，Nivomat的应用也有一定的限制：

所谓越是看似简单、功能强大的东西，其背后所付出的代价也越是高昂。但是，不得不说Nivomat的设计确实相当巧妙，再次见识到德国工匠的厉害。只可惜上个世纪就已经出现并得到应用的技术，至今并没有大量普及，行业的大方向却已经改变。历史长河中已有多少这种人类智慧的结晶都离开了人们的视野，但就像记录在古书中的古魔法一样，不仅受人膜拜，关键时刻也必会发挥其重大价值。

上个世纪末Sachs在AudiA6上配置的另一项载荷自适应减振器技术，空气弹簧腔体与减振器PDC阀连接，随簧上载荷变化，簧腔压力的变化可改变PDC阀的液压通道开闭，进而改变减振器阻尼特性，即阀的开度是由气动控制，这也是它名字的由来——PneumaticDampingControl。如今的乘用车市场该技术已经基本被电控减振器所取代，仅在商用车上仍有应用。

从功能描述上可以发现，PDC是需要搭配空气弹簧使用的，减振器本体外观上很像外置电磁阀式的电控减振器，但PDC阀连接的并不是电控线束，而是气动软管与空气弹簧连接。所以就PDC减振器本体而言，它是气动控制减振器，而非电控减振器。不过因空气弹簧一般都会搭配电控，所以整套簧减系统也是个电控系统，个人认为这也是PDC作为过渡性技术在乘用车市场迟早都会被CDC所取代的原因，因为就整个策略来看，既然已经引入了电控，何不使用功能更加先进、硬件成本几乎不变、仅需要软件升级的产品呢？

减振器内部结构上，PDC和下篇会讲到的CDC减振器也几乎是一模一样，都需要一个浮动的第三缸筒提供从工作缸上腔(需开孔)经过控制阀直到储液腔的额外液压回路。控制逻辑上，都是对控制阀的开度进行控制，只是控制的执行机构一个是气动阀，另一个是电磁阀。

PDC控制原理比较容易理解，如下图，不同的气压，对阀芯的预紧也不同，那么油液打开阀芯所需的压力也不同，导致的结果就是同等速度下减振器的阻尼力随空气弹簧内部压强变化而变化。整车控制效果上：车重增加，空簧压强增大，减振器阻尼增大；车重减小，空簧压强减小，减振器阻尼降低。这也符合车重与减振器阻尼之间的需求关系逻辑。

PDC阀是一种单向溢流阀，即只允许油液一个方向流通，这点与CDC外置电磁阀相同，外置控制阀式的减振器内部结构决定了无论复原行程还是压缩行程，油液都只从一个方向上流过控制阀，这个液压回路在外置电磁阀式电控减振器中也会见到。

PDC的气动控制在精细程度和响应速度上依赖于空气弹簧的稳定性和响应时间，更偏向于是一个开关式控制阀，比较利于实现阻尼的两级大范围可调。当下流行的CDC一类电控减振器，其控制范围、精度、带宽就远远不是PDC所能及的了，随着结构、执行器等硬件成本的降低，电控减振器已经成为当下乘用车悬架新技术领域的基石，电控/线控的时代已经到来。

非电控类减振器的核心在于阀系，即便是阻尼特性不可变，也会随整车动态需求、可调校性需求而出现独具特色的阀系细节设计，比如CL类阀系的blowoff特性、辐射形阀线的线性阻尼特性和NVH优化、针对舒适性的Sliding形式流通阀、操控强化的Clamped流通阀、更加柔和的两级或多级开阀、以及两级节流的超低速调节等等。这些五花八门的设计自然会给调校工作带来了更多的可选性和灵活性，可以实现多种调校方案，也可以等到更加精细化的调校结果。但是反过来，过于丰富和细致的阀系设计，也让调校工作更加复杂，对调校工作者的经验和产品理解要求也更高。而可变阻尼的技术就可以大大简化了调校的复杂性，一定程度上可以从在一个固定阻尼特性的不断妥协平衡的纠结中解脱出来，把一部分需求交给减振器本身的可变阻尼功能，让工程师更加专注于他感兴趣的那部分需求。

但随着汽车行业对悬架的功能、性能需求越来越高，调校工作的节奏和强度也越来越大，非电控的可变阻尼技术应付起来也开始显得捉襟见肘，减振器阻尼特性可变的灵活性、响应速度、可变范围等等便需要进一步升级，而这，就不得不依靠电控技术了。