魔毯的感覺　認識空氣懸架系統

許暉

如果說汽車被發明出來最基本的訴求，是如何將所承載的人或者物體從A點運送到B 點，那么一個足以承載人或貨物的橋箱外加四個輪子足矣。在輕松氣氛且不那么嚴謹的氛圍下，去討論到底哪些汽車配件是不能缺少的，估計除了車輪與動力系統外，不會有太多的選項。沒有車燈大不了晚上不開;沒有車殼頂多沐浴風雨;沒有座椅，又不是沒見過站著開車。但是如果沒有懸架系統，那么顛壞了車上的貨物事小，估計等不到停車您就要提早預約脊椎按摩，并直接開去醫院了。

各種路況需要懸架系統去逐一應對

討論懸架系統對于車輛的重要性，我們要先從車輛所行駛的路面說起。根據牛頓運動定律可以知道，所有力都有大小和方向。如果車輛所行駛的道路是完全平坦沒有任何起伏，那么可以說壓根不需要懸架系統。但這終歸是一個美好的愿望，即使是全新鋪裝的高速公路，也不可能做到完全平坦。這些高低起伏甚至明顯顛簸的路面，都會導致車輪垂直于路面上下移動。也就是說車輪無時無刻都在經歷著各式各樣的垂直加速度。倘若沒有懸架系統的參與，那么這是一臺沒有人愿意搭乘的車輛，也是一臺因無法濾掉振動造成各部位金屬疲勞，無法長久使用的車輛。懸架系統主要功能就是最大限度地，提高車輛在道路上行駛時的整體性能。作為車架和道路之間唯一接觸的部分，懸架系統還負責吸收道路顛簸，提供更為安全舒適的乘坐體驗。

車輛在運動之中始終受到來各方面力的影響

沒有懸架車輛基本沒有越野能力

1906年螺旋彈簧首次出現在BrushRunabout量產車上

懸架系統何時真正出現，似乎已經沒有溯源的意義。大致可分為早期懸架以及現代懸架兩個階段。早期懸架有明確記載的大概是人類使用牛車的年代。當時的懸架系統是通過簡單的鐵鏈，將橋箱懸架于輪子上面，以鐵鏈的搖擺減緩路面沖擊。雖然17 世紀初期，鐵鏈基本已被更為柔韌的皮帶所取代，但時至今日世界各地不少地區仍然可以尋找到類似的使用案例。這些應用在畜力車輛上的懸架被統稱為早期懸架系統。

現代懸架系統的出現，最大原因是因為用于原有畜力車輛的早期懸架，只能適應相對較慢的速度。而無法匹配上內燃機驅動車輛更高速的行駛需求。真要算起來，1750年在部分重型馬車上出現并沿用至今的板簧減振設計，算是第一個現代懸架系統。區別僅僅在于當年重型馬車所使用的是堅固木材制造的板簧，而如今重型車輛所使用的，則是低碳鋼材所制造的多層板簧。

1901年，法國的Mors 汽車首先安裝了帶有彈簧的阻尼減振器，同年HenriFournier憑借這臺具有阻尼懸架系統的“Mors Machine”，比次名獲得者快了接近半小時贏得著名的巴黎到柏林比賽。螺旋彈簧誕生于1906 年Brush Motor Company制造的Brush Runabout量產車上。如今，螺旋彈簧作為除了板簧之外的懸架系統之中不可或缺的關鍵部件，仍被大多數汽車所采用。1920年扭力梁出現在LeylandMotors的懸架系統之中。至于被譽為被動式懸架系統之中效果最棒的獨立懸架設計，其第一次登臺亮相就是以獨立前懸架的形式，被安裝在1922年藍旗亞Lambd上，并在1932年開始逐步普及到整個大眾市場汽車之中。除了民用車輛對于懸架系統的需求，賽車領域其實同樣講究。2002年，MalcolmC.Smith發明了一種新的被動懸架組件，即慣性器。這種設計能夠使用飛輪增加車輛懸架的有效慣性，但不會顯著增加質量。它最初被秘密用于一級方程式賽車，后來擴展到更廣泛的賽車運動之中。

懸架由輪胎、彈簧、減震器和連桿組成

柔性皮帶作為懸架的馬車

細心的讀者可能會發現，上面所介紹的各種懸架系統，基本都是由彈簧、減振器（筒）以及導向機構等部件所組成。而它們的工作原理也無一例外，都是被動作用于那些來自行駛之中的各種外力，其中彈簧主要起到減緩沖擊力的作用，減振器則負責衰減這些由沖擊力而引起的承載系統振動，各種外力在經過逐級緩沖與衰減之后，真正傳遞到車身的沖擊力被有效地抑制和抵消。最終達成提升車輛性能以及駕乘舒適度的目的?；谄涔ぷ髟?，這些懸架系統通常被稱為被動式懸架系統或者傳統懸架系統。

與其被動接招不如主動出招，是不少有追求的人與生俱來的選擇。目前占據懸架系統絕大部分市場份額的，依然是各種各樣的被動懸架系統，可無法避免只有在感受到外力作用，系統才能被動去處理這些復雜情況，后知后覺的結果通常就是慢上半拍。舉個簡單的例子，倘若懸架系統仍在消化著頭一個坑所帶來的沖擊力，瞬間迎來下一個更大的坑。那么接踵而至的將會是車體結結實實地砸向路面的一刻。畢竟此時彈簧以及減振筒仍在拼了老命嘗試回彈到行程原位，就算已經回彈了一半，那么減振效果也同樣只具有原本的一半而已。更別提若還沒回彈，那么懸架系統和橋箱直接等于一個硬鏈接整體，別說被動懸架系統舉手投降，換誰都沒轍。這也解釋了為什么對于越野路段等較為顛簸的行駛狀況，只能通過減慢車速來應對。不是車速不想快，而是真的沒辦法快起來，被動懸架系統此時所遭遇的車速瓶頸與當年早期懸架系統無法應對內燃機車速所面臨的窘境如出一轍。

橢圓型彈簧其實是板簧的變種

扭力梁一直是重型坦克的理想懸架譬如德國豹

豹2內部的扭力梁懸架

商用卡車空氣彈簧波紋管剖面示意

奔馳AMG一級方程式賽車后懸架

奔馳

具有自適應阻尼調節的懸架系統

科技發展的好處就是當問題出現，總會有人嘗試解決。聰明的汽車工程師又豈會放任這種情況的發生？其實在現代懸架系統之中，還存在著與被動懸架系統相對應，更為先進的主動懸架系統。值得一提的是，主動懸架分為真正的主動懸架，以及自適應或半主動懸架兩類。半自適應懸架僅改變減振器的硬度以適應不斷變化的道路或動態條件，譬如許多改裝發燒友所熱衷于的絞牙避震。而主動懸架則通過執行器讓每個車輪可以獨立地升高和降低應對路況?？諝鈶壹?、液壓懸架、電磁懸架等等均可視為主動懸架系統。

主動懸架系統工作原理看似與被動懸架系統有所類似，其運動依然由路面所決定。但最大區別在于其不依賴于被動懸架系統那些大彈簧，而是通過車載計算機，從車輛傳感器監測車身運動，并參照這些數據控制懸架系統迅速主動或半主動給出相應動作，控制車輪相對于底盤或車身的垂直運動。主動懸架系統不但可以讓汽車在彎道中保持輪胎與道路垂直，從而實現更好的牽引力和控制力，還有助于消除許多包括轉彎、加速和制動等駕駛情況下的車身側傾和俯仰變化，進而實現更高程度的行駛質量和汽車操控性。

被動懸架;電磁主動懸架;液壓電磁主動懸架

Archibald Sharp申請的密封套件專利

具有前后空氣懸架的ASL摩托車

目前大部分懸架系統都是被動懸架系統

作為主動懸架系統之中認知度最高、普及率最高、應用領域最廣的一員，空氣懸掛不但是主動懸掛系統之中，更是整個懸掛系統之中的明星貴族。不要因為其被分類至現代懸架類別下的主動懸架系統，就認為它是一個新興事物。實際上空氣懸掛設計甚至比公認最早裝車的“MorsMachine”阻尼懸架系統還要早上半年時間。只不過當年這套設計所瞄準的是當時保有量更大……摩托車。1901年1月7日，英國工程師Archibald Sharp為一種制造密封件的方法申請了專利，并于四天后申請了使用該設備的另外一項專利，專為自行車提供空氣懸架。隨后更以此成立了AirSprings Ltd公司，并于1909年開始生產以伸縮式空氣裝置取代彈簧的ASL摩托車。這別說當年摩托車設計觀念，就算放在今天也是極不尋常的做法。聰明的發明家似乎都喜歡戲劇性地扎堆在一起。就在Archibald Sharp開始為自行車提供空氣懸架的兩周后，1901年1月22日，遠在美國William W. Humphreys為也申請了一個“車輛氣動彈簧”的專利。該設計包括一個左右空氣彈簧，其縱向貫穿整個車體。通道凹入處放入兩個長氣動墊。每個都在一端封閉，在另一端設有空氣閥。

真正讓空氣懸架發揚光大的是二戰期間，美國為重型飛機與卡車開發了專門的空氣懸架，以通過緊湊的結構減輕重量。借助可調節的氣壓，即使橋箱重載，只要懸架部件具有足夠的強度，那么輪軸高度再也不會被壓低。隨后的10年里，空氣懸架系統在全球逐步得到認可，并且幾乎每一到兩年都會有新的專利或者發明被公布于眾。1957年，美國通用汽車以其二戰期間為卡車和飛機提供空氣懸架方面的經驗為基礎。為自家全新凱迪拉克Eldorado Brougham引入了空氣懸架作為標準配置。這套系統在每個車輪上的“Air Dome”組件之中都包括傳感器，以補償不平整的路面所帶來的沖擊力，并自動保持汽車的高度。1958 年和1959 年，該系統在EldoradoBrougham 上繼續使用，并作為其他凱迪拉克車型的付費選配部件。

通用汽車對于空氣懸架系統的使用，讓其他汽車品牌紛紛效仿，特別是德國品牌。第一款配備自動調平空氣懸架的德國汽車并不是大家所熟悉的BBA，而是1960年款的Borgward P100（沒錯，就是寶沃）。兩年后奔馳W112平臺的300SE車型才開始采用空氣懸架。該系統使用博世主閥，前部有兩個軸閥，后部有一個?？刂泼總€輪軸上的錐形空氣彈簧。該系統利用由發動機驅動的單缸空氣壓縮機填充的儲氣罐保持恒定的行駛高度。1964年，梅賽德斯-奔馳600使用了更大的空氣彈簧，壓縮空氣系統也為制動助力器提供動力。如今使用空氣懸架的車輛數不勝數，其中不乏邁巴赫、勞斯萊斯、保時捷、林肯等等一眾豪車，甚至在如今的新能源汽車如特斯拉、嵐圖、蔚來上都能看到空氣懸架系統的身影。比被動懸架系統更為舒適、更為先進的空氣懸架系統果然無愧于其“貴族”稱號。

空氣懸架在二戰期間被應用在許多重型飛機

配備空氣懸架的Eldorado Brougham

Eldorado Brougham的Air Dome

William W.Humphr eys申請的氣動彈簧專利

寶沃P 100安裝了首套自動配平空氣懸架

奔馳300 SE的空氣懸架系統

很早納斯卡賽車上就有空氣懸架贊助商涂裝

空氣懸掛改裝套件

為汽車配備空氣懸架的大多數優點都與這套系統的高低可調性有關。通過增加或減少空氣彈簧中的空氣量，空氣懸架系統可以在幾秒鐘內提高或降低車輛的行駛高度或離地間隙。這有很多好處，一是提高越野能力。從梅賽德斯-奔馳GLS到蘭博基尼Urus和捷豹I-Pace，無數SUV都利用空氣懸架來增加離地間隙并改善接近角、突破角和離去角。提高懸架可減少車輛在越野中因被卡住或因道路上的危險而受到車身底部損壞的可能性。降低懸架同樣也有好處。更低的車體重心讓那些原本離地間隙較高的車輛在高速行駛之中更為舒適。不妨想象一下，一輛貼地飛行的公交車，會讓駕乘者有著怎樣的感受。更別提降低車身會減少其正向迎風面積，這將對整體風阻產生積極影響。更少的阻力意味著更為省油。

退一萬步說，車身姿態所帶來的美感與實用性也足以值回票價。當年通用汽車在二戰中開發的負載均衡空氣懸架，正是為了重載之中的卡車保持水平車身不至于被重壓下垂。這種做法在今天依然有效，VolvoV90 CrossCounty頂配車型所配置的4C自適應底盤之中，就包含了一套后空氣懸架，作為一臺實用型的休旅車，肯定少不了裝載重物的情況出現。有了這套后空氣懸架裝置，車主再也不用擔心被誤認為是包工頭拉了一車水泥了。因為車輛始終保持著該有的優雅姿態而不是耷拉著屁股在跑。當然更為極致的就是改裝界自成風格體系的HellaFlush改裝文化。也就是大家所常說的“低趴姿態”。人有“一白遮百丑”的說法，而汽車也有“一低遮百丑”的說法，甚至在改裝圈內一直流傳著“百改降為先”的不成文規矩。喜歡HellaFlush風格的車迷都將自己戲稱為“恐高癥患者”。這里面同樣少不了空氣懸架所提供的有力幫助。

配備了空氣懸架可讓SUV有更好的路況應對能力

空氣懸架升降前后對比

空氣懸架是Hella Flush文化之中的利器

壞了一邊只是難看而已

兩邊都壞估計只能拖

Volvo V90cc的4c自適應底盤包含可自動配平的后空懸

有了貴族的命，自然少不了貴族的病。說了這么多空氣懸架系統的優點，有必要吐槽一下它的缺點了。正如大家所看到的一樣，空氣懸架裝置所涉及技術之復雜，零部件之多以及精度要求之高，絕非被動懸架系統直觀地以堅固金屬或復合材料工作所能相比。這也意味著空氣懸架系統有著更為高昂的成本，要不眾多汽車生產廠商也不會僅在頂配車型上使用，或者以選配形式提供而不是通配選項。再者更復雜的技術也代表空氣懸架系統存在更多容易發生故障的部件。這時候就該輪到傳統懸架系統出來嘚瑟了。雖然任何彈簧過載都會因為金屬疲勞導致其突然失效，但金屬或復合彈簧最壞的情況是隨著老化和疲勞而下垂，頂多舒適度降低對行駛并無大礙?？梢坏┛諝鈶壹芟到y所嚴重依賴的橡膠波紋管因為磨損或破裂導致漏氣，那么下一步將會是“一次性”的“拖地飛行”。所以善意提醒那些喜歡玩二手車的朋友，不要過于迷戀空氣懸架系統，或者購買之前好好檢查，要不修復一套“犯病”的空氣懸架系統很有可能比買來的二手車還貴。

采埃孚CDC持續阻尼控制

保隆科技合肥園區空簧減振工廠產線

孔輝科技交付嵐圖10000套空懸

大陸集團的空氣懸架零部件

大陸集團的空氣懸架已經進入售后市場

空氣懸架系統被視為“貴族”的另外一個重要原因，就是該領域之中為各大車企提供空氣懸架系統配套的廠商，大多為排名靠前，起步早，技術先進，積累深厚的海外廠商，如大陸、采埃孚、威巴克等為代表的空氣懸架供應商，多年的技術沉淀與配套經驗讓其具備ECU（電子控制單元）、空氣彈簧、減振器等部件較全面的供應能力，成為寶馬、奧迪、奔馳、路虎等海外高端車型的長期合作伙伴。而商用車空氣懸架系統領域則是威伯科等天下，甚至還配套中國重汽等國產重型商用車。

估計不曾有人想到，讓空氣懸架系統的貴族身段逐步降低的，是國內零部件企業不懈的努力。譬如保隆科技、孔輝汽車、中鼎股份三家自主廠商，已經實現空懸產品的乘用車量產落地。保隆科技在空氣彈簧方面有著較為深厚的積累，2021年12月18日保隆科技自研的乘用車空氣彈簧減振器支柱總成及獨立式空氣彈簧量產下線，目前已配套蔚來ET7等車型?？纵x汽車則具備空懸電控等方面能力，2022年1月18日孔輝科技供貨嵐圖FREE第10000套空氣懸架系統量產交付。中鼎股份作為國產空懸空氣供給單元的主要供應商，在收購國外的空懸龍頭AMK后，具備了較高技術壁壘優勢，產品業已配套蔚來、東風等車型。天潤工業則在商用車空懸領域展開布局。

商用車對于空氣懸架需求旺盛

隨著國內新能源汽車的異軍突起，國內空氣懸架產業需求得到快速發展。當然也少不了零部件企業自身的努力。在不經意之間空氣懸架系統的貴族身段已經被逐步放低。期待著每一個車主，都能享受到魔毯一般的駕乘體驗。