Bose电磁汽车悬架的工作原理、失败原因及ClearMotion的技术复兴
尽管 Bose “声音计划”(Project Sound)电磁悬架从未实现商业化应用,但其技术原理被 ClearMotion 公司借鉴,打造出了CM1悬架系统,更重要的是这套系统让蔚来ET9能够以减速带搭配香槟塔作为彰显其悬挂稳定的最佳注脚。
Bose 或许是家用与车载音响系统的代名词,但你是否知道,这家总部位于弗雷明汉的公司曾研发出史上最具吸引力的主动悬架设计之一?这一切始于20世纪80年代,出自电气与音响工程师阿玛尔・博斯的天才构想 —— 他将Bose公司大部分无表决权股份捐赠给了麻省理工学院。阿玛尔提出的条件是:这些无表决权股份永远不得出售,而应由麻省理工学院用于推进该校的科研与教育使命。尽管运营公司的日程十分繁忙,他仍在 1956年至2011年间担任麻省理工学院教授。
可以说,他是一位极度专注的人,据称其许多绝妙创意都在灵光一闪间诞生。阿玛尔・戈帕尔・博斯于2013年7月逝世,他没能亲眼见到自己这项惊艳的主动悬架最终未能商业化,但在另一个世界,阿玛尔一定会为这套主动悬架最终演变为具备商业可行性的系统而感到欣慰。
在介绍 Bose 的失败设计、 ClearMotion 如何对其进行改进,以及蔚来如何将其在 ET9 纯电动轿车上实现量产之前,我们首先需要理解,为何主动悬架正成为越来越多车企的首选方案。不过在此之前,我们不妨把时间拨回雪铁龙推出液压气动悬架的年代。
历代主动悬架设计发展历程
由保罗・欧内斯特・玛丽・马热斯研发的液压气动悬架,首次亮相于1954年款雪铁龙 traction Avant 15/6H。一年后,雪铁龙DS对这一原始概念进行升级,在四轮均搭载了具有革命性的自动调平设计。尽管在直线行驶通过非铺装路面时效果极佳,但液压气动悬架最大的缺陷在于侧倾刚度控制能力不足。结构复杂、维修难度大的口碑最终导致这一设计走向终结,雪铁龙随后用渐进式液压缓冲装置将其取代。
同样在20世纪50年代,底特律三大车企中规模最大的通用汽车,在凯迪拉克 Eldorado Brougham 上首次推出自动调平空气悬架。三十年后,丰田推出了电子调制悬架(TEMS)。更准确地说,TEMS 是一种可电子控制、实现连续阻尼调节的减震器,但在日本资产价格泡沫破裂后,这套系统逐渐失去了消费者与丰田自身的青睐。
同样在20世纪80 年代,奔驰推出了搭载电子控制自适应阻尼液压气动悬架的 W126。同一时期,日产推出了超声波半主动悬架,三菱则在第六代戈蓝上大力宣传其动态 ECS 主动控制悬架。
90 年代伊始,日产总统与英菲尼迪 Q45 搭载了全主动悬架。1993 年,凯迪拉克推出了道路感应悬架(RSS)与连续可变道路感应悬架(CVRSS)。同样在 90 年代,丰田天钩空气悬架实现量产。90 年代后期,英国车企路虎在发现者车型上搭载了电子控制液压防倾杆。
谈及 90 年代,不得不提结构极其复杂的威廉姆斯液压气动主动悬架 —— 它搭载于使用雷诺动力的 FW15C F1 赛车上,这款战绩辉煌的赛车助力阿兰・普罗斯特夺得第四个车手总冠军。FW15C 还凭借主动悬架实现了 “一键超车” 功能。
进入 2000 年代,主动悬架技术明显迎来升级,首先是凯迪拉克塞维利亚STS搭载的磁流变减震器(MagneRide)。2013年推出的222系列奔驰S级,搭载了带路面扫描功能的魔术车身控制系统,这套道路感应系统可提前预载主动液压减震,以应对路面颠簸。在后续的217系列 S 级轿跑上,魔术车身控制系统新增了主动弯道倾斜功能,可让车辆在过弯时向内倾斜,抵消乘员感受到的离心力,带来更平顺的过弯体验。2008年,大众CC成为大众集团首款搭载DCC自适应底盘控制悬架的量产车型。
2019款丰田亚洲龙的 AVS 自适应可变悬架也值得一提。它通过电磁阀实现实时阻尼控制,根据G值传感器数据调控车轮运动。这部分最后要提到的是 Multimatic 的真主动滑阀减震技术,法拉利在 Purosangue SUV 上将其命名为法拉利主动悬架技术(FAST)。TASV 在各种场景下效果都极为出色,以至于 Purosangue 甚至无需配备防倾杆。很可惜,这套真正提升Purosangue体验的悬架没有在国内类似版本的电动车上复刻。
Bose 声音计划(Project Sound)电磁悬架
与汽车供应商及整车厂不同,Bose在汽车悬架设计上采取了完全不同的技术路线,但其目标却大同小异:这家美国公司希望同时实现极致的车身控制与顶级的驾乘舒适性。
阿玛尔・博斯将其称为一项重大突破,这项后来被称作 “声音计划” 的研发耗时近三十年,投入超过1亿美元。这一独特悬架设计的灵感在80年代浮现于阿玛尔脑海,彼时汽车电子控制系统仍处于起步阶段。若没有车辆四角的线性电磁电机,这套电磁悬架便无从谈起。
凭借在高保真音响领域的技术积累,阿玛尔与团队最终选择了电磁悬架方案。电磁系统不仅能弥补液压系统的短板,电磁执行器的响应带宽也优于液压执行器。此外值得注意的是,液压阻尼系统会因流体惯性而反应迟缓。
在历经不少于五年的数学分析后,Bose 确认其即将推出的系统将大幅优于当时所有悬架设计。从一开始,Bose 便清楚这套电磁系统的研发难度极高。高效线性电机与大功率功放易于实现,但运行系统所需的电机控制算法与超高速微型计算机却并非易事。
四个电磁电机均接收传感器输入信号,通过独立伸缩车轮来应对路面颠簸与车身俯仰动作。车轮减震器则防止轮胎脱离路面。基于阿玛尔・博斯本人研发的开关放大技术,四台再生功率放大器按照控制单元指令放大并输送电能。
当车辆驶过坑洼另一侧时,这些电机会作为发电机工作,将电能通过再生功率放大器回收。Bose 宣称,其电磁悬架的功耗不到普通车辆空调系统的三分之一。
前悬架模块集成了麦弗逊式支柱,后部则采用双叉臂连杆结构,将电机连接在车轮与车身之间。最后的关键部件,是用于承载车身重量的扭杆弹簧。
你可能会好奇,这套系统搭载在什么车上?答案是一台老款雷克萨斯LS 400—— 这款大型豪华轿车让雷克萨斯在长期由宝马、奔驰主导的细分市场中家喻户晓。2016年,该项目已陷入停滞,阿玛尔创立的公司向科技媒体CNET展示了改装1994款雷克萨斯LS 400与原厂素车的对比,直观呈现电磁悬架带来的巨大差异。
无论是过弯、制动、加速、经过颠簸路面还是坑洼,电磁悬架的表现都远胜原厂。Bose 还展示了一项原本不打算用于量产车的功能:改装后的 LS 400 可以跃过小障碍。
这台完成于 2004 年、用于 Bose 绝大多数宣传素材的 LS 400,最终以里程不足 53100 英里(85456 公里)的拆车件身份出现在 Facebook Marketplace 上。Bose还制造了第二台原型车。2017年,这些原型车、原厂 LS 400,连同所有相关软件、专利以及 Bose Ride 商用车座椅悬架业务,一并出售给了 ClearMotion 。
不了解Bose Ride的读者也无需担心。这是一套卡车座椅悬架系统,基于声音计划的电磁悬架技术开发。Bose Ride于 2010 年推出,第二代产品Bose Ride II于 2015 年上市。第二代产品在美国市场的初始售价为 2995 美元 / 台(含运输与安装),10至99台批量采购价为3695美元/台。
早在阿玛尔・博斯决定将无表决权股份赠予麻省理工学院之前,声音计划就已宣告终止。一方面,这套主动系统增重过多,在企业平均燃油经济性法规日趋严苛的时代,会对燃油经济性造成不利影响。但更重要的是,其成本高得令人望而却步。根据《Wards Auto》2007 年 11 月的报道,这套系统曾吸引多家车企关注,包括本田、捷豹、奔驰与法拉利。阿玛尔・博斯明确表示,由于成本高昂,该系统仅适用于豪华车。他还向该媒体透露,Bose正在推进硬件小型化以减轻重量。
接任阿玛尔・博斯担任CEO兼董事长的鲍勃・马雷萨于1986年以高级研究员身份加入 Bose,随即被调入声音计划项目,并于1996年升任首席工程师。二十年后,正是马雷萨向 CNET证实,声音计划项目已终止。
但正如老话所说:一个人的垃圾是另一个人的宝藏。ClearMotion 于2017年收购了这项电磁悬架技术,意图通过简化设计对其进行优化。尽管收购的财务细节并未公开,但这家美国初创公司在收购前几个月刚从风投机构募集了1亿美元。
ClearMotion登场
此次收购帮助ClearMotion成为主动运动控制领域的行业领军者,彼时这家初创公司已拥有超过300项专利。该公司的高带宽主动悬架技术原计划于2019年推出,2018年已在改装版F10世代宝马5系上完成展示。而量产则一直等到2024年 —— 这一年ClearMotion在中国开设工厂,为蔚来ET9生产悬架部件。这并非完全巧合。2022 年,这家中国汽车巨头领投了 ClearMotion 3900 万美元融资。蔚来旗舰电动轿车ET9于2024 年 12 月发布,2025年3月正式量产交付。
与 Bose 的设计类似,ClearMotion 在声音计划技术基础上开发的 CM1 系统并非像传统悬架那样单纯吸收颠簸,而是一套前瞻式悬架系统:它能感知路面状况并控制车轮高度,同时在过弯时尽可能让车身保持水平。蔚来将这套全主动悬架命名为 “天行底盘”,其核心是一款名为Activalve的软件定义电液执行机构。该部件持续监测、处理并响应路面与驾驶工况。相比 Bose 电磁悬架,ClearMotion 的衍生产品体积更小、重量更轻,也因此吸引了保时捷的关注。2024 年,这家德国车企与 ClearMotion 签署合作协议,涵盖 CM1 悬架技术与 RoadMotion 路面特征识别软件。只有结合 RoadMotion,CM1 才能从 “主动悬架” 升级为 “前瞻悬架”。
通过实现前瞻式底盘控制,RoadMotion 能让车辆在纽博格林北环赛道单圈成绩提升宝贵的数秒。考虑到斯图加特的品牌始终追求更快车速,保时捷希望入局也就不难理解。目前最大的疑问是,保时捷会将 CM1 率先搭载于 992.2 世代 911,还是其他相对普通的车型。
无论未来走向如何,保时捷并非孤军奋战。根据合作协议,保时捷与ClearMotion 还签署了授权协议,允许大众集团旗下其他品牌与车型使用双方联合开发的悬架技术。首先想到的品牌便是兰博基尼、宾利与布加迪。
蔚来 ET9
蔚来早在 2023 年 12 月就开启了全球首款搭载 CM1 悬架量产车的预订。一年后,ET9 在中国正式上市,起售价 78.8 万元,按当前汇率约合 108065 美元。该价格包含电池,选择电池租用方案的蔚来 ET9 售价 66 万元,另需每月支付 1128 元月租。首发版为全系顶配,售价 81.8 万元(112180 美元),标配 100 千瓦时电池。作为全球首款搭载线控底盘的车型,ET9 CLTC 续航最高可达 650 公里(404 英里)。上市初期提供八种车身颜色,其中午夜瓷蓝配色尤为惊艳,该漆面需经过 60 小时手工抛光,才能呈现出理想的光泽与质感。