空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别

菠萝包里头不一定有菠萝,老婆饼里头一定没有老婆,“人头饭”里面也只会小概率出现人类毛发,唯独空气悬挂里面一定有空气,就算漏了穿了都一定还有……1个大气压的空气。

空气悬挂并非严格意义上的“悬挂”。换成我自己的话来说就是,空气悬挂并不在平时说的麦弗逊悬挂、双叉臂悬挂、多连杆悬挂、扭力梁悬挂的范畴里头,严格意义上说,这是一根用来替代螺旋弹簧的空气“弹簧”,原理是利用压缩空气支撑与减振。

这玩意并不新鲜

电动汽车在19世纪末就满大街跑了(不算马车的话,第一批伦敦出租车就是电动的),今天居然被冠以“新能源车”的美名。同理,空气弹簧可不是什么新鲜事物,20世纪的第一年就开始有这个设想了,一位叫做WilliamW. Humphreys的美国佬申请了专利,只是当时的材料和加工水平受限,捣弄了半天也没法量产化,最终只停留在纸面上而已。

上世纪20年代,一个叫GeorgeMessier的法国佬仿佛得到了上帝智慧的恩惠,在巴黎那家弄气动设备的自家厂子里面搞出了一套“接近实用化”的空气弹簧,实测好使,不过以他名字命名的车厂仅用6年时间就经营到关张大吉了,也算得上传奇之一……

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图1

接下来的事情就不赘述了,简单理顺一下就是:中欧的太拖拉车厂给卡车装了“接近实用化”的空气弹簧,二战期间美军给双发大飞机的起落架装了空气弹簧以节省空间和降低总重,战后发了大财的美国人最终将空气弹簧量产化,继而传遍全球,凯迪拉克、宝沃、奔驰、劳斯莱斯、福特/林肯、丰田、路虎、大众等等车企先后研发出了自家的宝贝,这又过去了半个世纪。

里头没啥高深原理 就是制造和保养特难搞

△F=-k·Δx 胡克定律,超简单的公式,螺旋弹簧、钢板弹簧、扭杆弹簧的能量收放逻辑也非常简单,跟着弹性系数k走就是了,这里就存在弹簧刚度和长度的单一性,换成人话来说就是,舒适与运动两种风格不相融。

空气弹簧的玩法就是,k值随心变,不再只是一个孤独的常数,弹簧爱怎么弹就怎么弹了咯。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图2

空气弹簧的分类很简单,膜式、囊式、复合式,前两者是商用车用的,与制动系统共用起源;后者则是乘用车(我们平时开的轿车)用的。

乘用车用的空气弹簧,结果没多复杂,空气弹簧本体、空气压缩机、蓄压器、控制单元、空气管道、减振器等等原件就构成了,原理也很简单 —— 要升高,多充气,空气柱行程增长;要降低,少充气,空气柱行程缩短;要调硬朗/软糯,空气压力与减振器调校都会涉及。

除了乘坐更加舒适、调节更加方便、适应路况的范围更广等等之外,空气弹簧的优点还有很多,比如:螺旋弹簧在受到冲击时会自震并传递给设备,零部件就会松动和损坏,空气弹簧就没这个bug;空气弹簧减振器的隔振载荷可以达到数吨,乘用车的螺旋弹簧这时候已经被压溃了;空气弹簧的自然频率很低,1Hz都不是问题,因而隔振能力超强,而且即使载荷改变,自然频率也不会显著变化;还有就是占用空间非常小,还能隔绝大部分通过结构传递的噪音。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图3

只不过,跟燃气轮机一样,空气弹簧的原理看起来简单,制造起来却很难(工作环境恶劣啊),保养维护起来也很难。空气弹簧怎么难服侍的呢?首先,使用时间长了之后,或者空气中的水分进入系统内部,橡胶气囊/空气支柱就有可能龟裂,泄气之后就得花大价钱全套换了;其次,被气流或者车轮带起的地面杂物有可能割穿气囊,底盘的锐利边缘或活动的悬挂组件也有可能会磨穿空气管道外侧,气囊或者空气管道穿了之后,压缩机会不断工作直至过热烧坏;再者,悬挂其他部分对气囊的支撑不足,也可能导致气囊受力过大最终撕裂;最后,维修保养不当或者乱改空气弹簧电子程序,这些人为操作也有可能毁掉昂贵的空气弹簧。

较高的制造成本与保养维护成本,造成空气弹簧很难大量铺货,所以在乘用车领域,大多是过百万的豪华轿车才会标配,或者后期自行购入改上去,但最便宜的也要花掉2万左右,更别说官方加配置一下子叫价七八万那种坑爹货了。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图4

商用车或者轨道车辆就不同了,虽然造价更贵,但这些商业用途的车辆是可盈利可回本的,所以在公交车、城际大巴、卡车、客运列车上装备也不奇怪,只不过欧美发达国家的装备比例要比我们中国高个几倍罢了。如果你坐过香港车牌的城际大巴就知道了,像那些Scania、Man,往往装备有空气弹簧,缓振的优势非常明显,从广州坐到香港3.5小时都不觉得累,高阶版本还能在进站之后下降车体方便上下客。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图5

高端玩法

空气弹簧也有高端玩法,加入“主动式”的元素,简单说来就是会思考的空气弹簧。举个例子,奔驰S级上的“魔毯”技术,全称应该是MAGICBODY CONTROL智能车身控制系统。通过立体摄像头扫描出地面的起伏,“魔毯”系统就会立刻对悬挂系统做出相应的修正。更高级的版本还安装有弯道车身主动倾斜功能,当判断车辆处于快速转向的趋势时,车辆的悬架会主动倾斜,向心力更足,弯道极限更高。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图6

另一种更主流的路数就是,通过一堆传感器来监测路面实况,然后迅速调整姿态。一套典型的主动式空气弹簧系统涵盖空气弹簧本体、空气压缩机、蓄压器、减振器、控制单元、空气管道、前后桥车身高度传感器、3个不同方向的车身加速度传感器、4个空气弹簧伸张加速度传感器等等原件,成本往往是普通螺旋弹簧的10倍,一切只为实时改变弹性系数k……当然,这样的高端空气悬挂一般都会搭配自适应Damper来达到最佳效果。

大多数空气弹簧系统都是用后者的路数,比如奥迪A8、大众辉腾(停产)、宝马7系等等,SUV的话,老旧的丰田普拉多和大众途锐就有。这种系统会让行车电脑自行判断路面实况、车身动态与车身高度,甚至融入驾驶者的意图(可手动控制的款式),进而控制空气压缩机和排气阀门,对空气弹簧进行智能充气或者放气,瞬间适应当前路况。

所以,如今越来越多的中大型、全尺寸豪华车开始武装这种体积小、载荷大、反应速度快、余振控制得当的缓振装备。毕竟,全尺寸车型一来自重不小,二来定位较高对舒适性有不低的要求,要是装备传统的螺旋弹簧,k值过大行驶质感就会非常僵硬、k值过小车子会像软脚蟹一般晃,实在没有比空气悬挂更好的方案。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图7

而现在,车坛在“全球新能源化”的大趋势下,空气弹簧还有了更良性的发展态势——毕竟空气压缩机要用到“电”,特斯拉ModeX、蔚来ES8这种长续航的车型最不缺的就是电池和电,燃油乘用车的空气弹簧要找汽柴油发动机帮忙发了电才能好好工作,电动车则不需要额外增加发电机的功率,也不需要给车载电源更多的负荷,空气弹簧压缩机只是全车用电大户里面的小户。

此外,长续航电动车因为有自重较大的电池包,即便它们中的很多都选用了铝制车身来“减肥”,但终究是要比同级别燃油车重一些的。而刚才也说了,空气悬挂对于自重大的车型来说是有不可比拟的优势的,所以特别受这些新能源车制造商的青睐,也不足为奇了。(下图为未来ES8的底盘展示,可以看到其采用了空气悬挂)

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图8

对了,空气悬挂对于新能源车而言,更有一个“隐藏技能”:其可以随时改变车身高度的特性,可以通过设定程序来让车身在到达一定速度的时候自动降低,从而提升空力效果,减低风阻,最终当然是增加续航里程了。

空气悬挂是纯空气吗,空气减震和空气悬挂的区别图9

说了这么多,我的意思就是:反正空气弹簧这东西吧,成本好高好高,戏路好广好广,只要不是戳穿了还掉水里了,里头一定有空气……

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