本
文
摘
要
速度向来是人类孜孜追求的目标，秦始皇乘着飞驰的马车登临泰山，在畅享奔逸绝尘 *** 时，定难免舟车劳顿。如何在速度和舒适之间找到平衡点，最简单的办法就是在车身与车轴之间增加一个悬架。
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在1776年，马车用叶片弹簧取得专利，在马车车身与车轴之间增加由上下两片弹簧的结构，使乘坐舒适性得到显著改观。卡尔·本茨发明第一辆三轮汽车时，继承了该隔振结构。
随着汽车技术的发展，在此结构基础上涌现出不同的悬架形式，非独立悬架、独立悬架，麦弗逊式、双横臂悬架、扭力梁式悬架、多连杆悬架等，有被动悬架、半主动悬架和主动悬架。
弹簧就是悬架吗？先看看悬架的定义。悬架是车架（车身）与车桥（车轮）之间一切连接传力装置的总称，作用是传递车轮和车架之间的力和力矩，并缓冲由不平路面传给车架的冲击力，减少振动以保证汽车平稳行驶。典型的悬架结构由弹性元件、减振器以及导向机构等组成，有些悬架还有缓冲块、横向稳定杆等。其弹性元件可以是钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧或扭杆弹簧等形式，大家熟知悬架弹簧是钢板弹簧和螺旋弹簧，主要用来传递垂直载荷，缓和冲击；减振器是一个桶状结构，用来衰减汽车的振动；导向机构的作用是传递各方向的力和力矩，保证车轮运动轨迹；而横向稳定杆是用来保持汽车的侧向稳定。
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人们提到的空气悬架，准确来说是采用空气弹簧作为弹性元件的悬架，为实现高度和刚度控制，通常增加一套电子控制系统和气泵。空气弹簧在汽车、巴士、轨道车辆、机器设备及建筑物基座隔振上有广泛应用。空气弹簧一般由橡胶制成，要具有良好的密闭性和可压缩性。气压为 0.5～1MPa的压缩气体充入空气弹簧后，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用。其弹簧刚度是可变的，当作用在弹簧上的载荷增加时，密闭容器内的气体受到压缩，气压升高，弹簧刚度增大；反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，故它具有比较理想的变刚度特性，以保证在不同载荷下，车身固有频率基本保持不变。
空气弹簧主要分为囊式与膜式两种类型。囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成，气囊的内层用气密性的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。气囊一般做成两节，也有单节或三节的。节数越多，弹性越好。节与节之间围有钢质的腰环，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦，气囊的上下盖板将气囊密闭。囊式空气弹簧多用于货车和特种场合。
膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。与囊式的相比，其弹性特性曲线比较理想，因其刚度较囊式小，车身固有频率较低，且尺寸较小，便于布置，在汽车上多采用此型式。但制造较困难，寿命较短。
装备有空气弹簧的车辆减震效果好，可大幅提升舒适性及减少货损，有效减小车轮动载荷，改善车辆的道路友好性，目前在空气弹簧商用车的普及率已经十分广泛。空气弹簧在欧美客车的装备率达到98%以上，卡车及半挂车的使用比例达到95%以上，轻型汽车的空气弹簧悬架配置率也在逐年上升。在重型卡车上，空气弹簧可以用作驾驶室悬置弹簧、底盘悬架的弹性元件，或用作驾驶室座椅下的弹簧。由于空气弹簧只能传递垂直方向的力，可以看到其悬架系统中配有不同的导向传力杆件。
空气弹簧除了具有质量轻、变刚度特性外，另一个显著的优点是能进行车身高度调节。根据不同的路况以及高度传感器信号，行车电脑会判断出车身高度变化，来控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而降低或升高底盘离地间隙，以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性，下图为空气弹簧的气路原理图。
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过去，市价在70万元以上高端进口轿车才会搭载造价昂贵的空气悬架，如保时捷Panamera、宝马7系、雷克萨斯LS、奔驰GLS、路虎揽胜等。随着电动车时代的到来，国内自主品牌和造车新势力增配空气悬架的浪潮开始涌现，如蔚来旗下的ET7、ES8、ES6都配置了空气悬架。随着国产化的推进，空气悬架逐步摆脱国外垄断，成本明显降低，并开始向中端车型渗透，极氪001、岚图汽车FREE、红旗HS7等也已将空气悬架作为标配。
以奔驰AIRmatic 系统为例，其空气悬架主要系统包括4个空气减振器（空气弹簧和减振器集成在一起）、空气泵、蓄压器、控制单元、前后桥车身高度传感器、车身加速度传感器等等。安装在车轮上的四个空气减振器为车身提供动态和静态的支撑，并实现悬架刚度和阻尼可调，是一种能适应不同路面条件的主动悬架。该系统可实现水平控制功能----根据驾驶条件和载荷控制前后轴的高度；水平调整功能----手动调整、自动调整、速度感应调整；自适应减振功能----根据路况条件和驾驶类型来改变减振能力（车速大于160km/h时自动设置为运动类型）。它拥有四种工作模式：第一模式是柔软舒适的设定，用于普通路面的行驶；第二模式和第三模式减振器分别采取硬压缩、软回弹和软压缩、硬回弹，以保证车辆在不同路面情况下，始终具备最佳的舒适性和操控性；第四种模式则是忽略舒适性的极端运动模式。AIRmatic 悬挂系统已成为大多数梅赛德斯-奔驰车型以及迈巴赫的标准配备。
结束语：相比传统悬挂，空气悬架系统较为复杂，出现故障的频率也会高于和钢板弹簧和螺旋弹簧悬架系统。用空气作为调整底盘高度的动力来源，相关部件的密封性也是一个问题，另外，如果频繁地调整底盘高度，还有可能造成气泵系统局部过热，会大大缩短气泵的使用寿命。随着汽车技术的发展，这些问题将逐步得到解决，空气悬架在汽车上的应用也将日益广泛。
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