空气悬架你了解吗

李怡辰

            悬架简单讲就是车身与车轮之间连接装置的总称，由减震器、导向机构和弹性元件组成，空气悬架广义上就是用空气弹簧作为弹性元件的悬架。空气悬架，就是我们极限车改今天要说的主角。  

空气悬架的历史   

    空气悬架并不是近些年才诞生的。早在20世纪30年代初，哈维•费尔斯通(HarverySamuelFirestone)在其好友亨利•福特(HenryFord)和托马斯•阿尔瓦•爱迪生(ThomasAlvaEdison)的技术支持下，研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。   
   于是在1934年，哈维•费尔斯通在自己的公司(费尔斯通轮胎和橡胶公司)中第一次真正把空气弹簧用于汽车工业。1938年，通用汽车公司对客车上安装空气弹簧悬架系统发生兴趣。他们与费尔斯通公司合作，于1944年进行了首轮试验。并于1953年开始生产装有空气悬架的客车，这是商用汽车采用空气悬架的开始。    空气悬架和普通悬架的区别    传统悬架候总的弹簧起到车架与车桥之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击，减震器用以加快震动的衰减，限制车身和车轮的振动。    空气悬架中用空气弹簧取代了普通弹簧作为弹性元件，正是因为气体的可压缩及可膨胀性，使得空气弹簧除了可以起到在车身与车轮之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击外，还可以主动的调节车身高度，这就为下面我们要提到的电子控制悬架系统做了铺垫。    空气悬架的结构    空气悬架系统一般由空气弹簧、减震器、导向结构、空气供给单元(如空气压缩机、单项阀、气路、储气罐等)、高度控制阀等组成。现在很多品牌，尤其是讲究乘坐舒适性的豪华车或者讲究通过性的SUV车型很多都配备或可以选配空气悬架，这里让我们以最近大红大紫的新奥迪A6L为例，做个梳理。
  
  空气弹簧   

空气弹簧是在柔性密封容器中加入压缩空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。它具有优良的弹性特性，从而提高车辆的运行舒适度。并且不管车辆载重量是多少，都可以依靠改变空气压力加以选择。例如用增加附加空气室的办法增加其内容积，可以使刚度减小。   
根据压缩空气所用容器不同，空气弹簧又有囊式和膜式两种形式，囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊和封闭在其中的压缩空气所组成。气囊的内层用气密性好的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。节与节之间围有钢制的腰环，使中间部分不会有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦。而膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属制件组成，会产生径向扩张。在量产车上我们见到的大都是膜式空气弹簧，而在改装领域更多应用的是囊式空气弹簧。  


  减震器   


空气悬架的后悬架处，减震器和空气弹簧被分离开来，车身的高低由空气弹簧调节，而我们常说的“软硬”则交由被独立出来的减震器负责，在新奥迪A6L的后悬架处，减震器采用ZF公司提供的产品，这种CDC可变阻尼减震器内置比例阀，它可以不间断地控制液体在减震器中的流动，以实现调节阻尼的系数。前悬架亦是如此，只不过考虑到空间问题，它将空气弹簧和CDC可变阻尼减震器进行了集成。   


导向机构   


空气悬架的导向机构同普通悬架并无太大差别，下图为新奥迪A6L选装空气悬架及普通悬架结构的解剖图，也可以很清楚的看到空气弹簧代替了原有的螺旋弹簧成为弹性元件。    空气供给单元    空气供给单元由气泵、空气干燥器、储气罐等组成，空气供给总成一般放置在发动机舱或后备箱内。

   高度控制阀   

高度控制阀是空气弹簧悬架系统的一个重要组成部分，它的作用是使空气弹簧在载荷下都保持一定的高度。空气弹簧的优点，也只有在采用了高度控制阀的情况下才能充分体现出来。当车辆载荷增加时，装有高度控制阀的车身将下移，连接车桥和高度控制阀的摆杆转动，带动凸轮转轴转动，从而使活塞和顶杆上移，将排气门关闭，进气门打开，此时，从进气口进来的压缩空气进入气囊。随着气囊内气压的上升，空气弹簧高度增加，车身也随之上升，进气门则因为摆杆的移动而关闭，此时高度控制阀处于一个平衡状态。当车辆载荷减少时，因气囊内多余的气压，使空气弹簧升高，从而车身也上升，因此，摆杆转动，带动凸轮轴转动，从而使活塞和顶杆下移，使排气门打开，进气门关闭，气囊中多余的气压排至大气。车身又回到正常水平，此时，顶杆又上移，将排气门关闭，高度阀又处于一个平衡状态。   


电子控制悬架系统  


  随着科学技术的不断发展，电子控制悬架系统进入到了我们的生活中。早期的空气悬架仅仅是机械的将车身高度保持在设定范围内，现在装备有电子控制悬架系统的汽车当载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化后，主动悬架系统能自动调整悬架刚度(整车调整和单轮调整)，还能通过调节空气弹簧，达到调节车身高度的目的，从而能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的要求。所以说电子控制悬架系统可谓是踩在空气悬架这个“巨人的肩膀”上。    动态底盘控制单元    新奥迪A6L配备了动态底盘控制系统，动态底盘控制系统与车身稳定系统(ESP)通过数据总线完成信息传递，依据行驶的需求，动态底盘控制系统可对气泵、分配阀以及CDC可变阻尼减震器中的比例阀进行控制。  
  例如，我们在驾驶时选择动态模式，那么，接到指令的控制系统就会对以上提到的执行元件进行控制，CDC中的比例阀会被调整至最小，以降低阻尼液流动的速度实现紧绷的驾驭感受，空气弹簧中的高压空气也会被相应的减少以使其高度被压缩，从而使车身降低;如果我们想要营造一个舒适的驾驶状态，气泵就会提供更多的高压空气至储液罐，与此同时，控制单元还会告诉分配阀要给哪个空气弹簧输送高压空气。同时空气悬架控制单元通过FlexRay车载网络标准与汽车联网，从而实现了车身加速度等重要信号的跨系统使用，不再需要早期汽车所需要的系统特定加速传感器。  
  通过安装在四个车轮上的水平位置传感器，系统可对车身高低位置进行检测并有针对性的给气动弹簧补气来实现调整。当然，水平位置传感器也服务于大灯灯光高低的控制，只不过要达到这个目的，一个水平位置传感器足矣。    车身在进行升高或降低过程中的细节，在从最高位向最低位过渡时，系统会将这个过程分为三个部分，车头先会下探三分之一的行程，完成后，车尾随之降低三分之一的行程，以此再进行两次的动作便完成了从最高到最低的转变，在整个过程中，底盘控制单元和分配阀一直在协同工作。