空气弹簧实现车身高度和悬架刚度调节，已开始从单腔向多腔发展
思瀚产业研究院    2024-05-28

空气悬架采用空气弹簧代替金属弹簧，并因此而得名。空气弹簧利用空气的可压缩性实现支撑和弹簧效果，同时本身较低的自然频率（1-1.5Hz）使其具备较强的隔振能力，在汽车、轨道车辆、机器设备和建筑物基座等领域应用广泛。

采用空气弹簧的双横臂悬架（小鹏 X9）

资料来源：小鹏汽车

空气弹簧是空气悬架系统的关键部件之一，其性能直接影响到空气悬架的工作效果和使用寿命。空气弹簧是承载车辆簧上质量的主要元件，由橡胶、聚氨酯等弹性材料（囊皮）制成。囊皮结构类似汽车轮胎，包括内层橡胶、帘布层、帘布胶和外层橡胶等。

空气弹簧所处的工况复杂、环境恶劣，需要经受高温低温、化学腐蚀、物理磨损等，既要满足拉伸和压缩工况，又要具备一定的扭转特性，因此对囊皮材料的选择、结构设计以及制造工艺要求十分严格，要求其具有良好的气密性、耐久性和一致性。

按照材料、组成、结构等不同，空气弹簧可分为囊式、膜式和复合式空气弹簧。

①囊式空气弹簧：内层为气密性橡胶，外层为耐油橡胶，有单节、两节或多节形式，节数越多，弹性越好，节与节之间设有钢质腰环，防止过大的径向形变，并防止两节之间的磨损，多应用于重型商用车和特种车；

②膜式空气弹簧：由橡胶膜片和金属压制件组成，弹性特性曲线比较理想，刚度也更小，车身自然振动频率低，且尺寸较小，一般用于轻型商用车和乘用车，但制造相对较难，寿命较囊式短；

③复合式空气弹簧：集成空气弹簧和减振器等零部件，体积小、容易布置，但制造相对更复杂、成本相对更高，一般用于乘用车，为主流应用。

气弹簧可实现在相同车身高度下不同悬架刚度的调节。

①单腔空气弹簧：仅有一个空气腔体，一般只能在平稳工况下调节车身高度，且在同一高度下不能动态调节悬架刚度，通常与可调阻尼减振器搭配使用。由于其技术成熟、成本较低、控制简单，是目前市场中常用的方案。

②多腔空气弹簧：有两个或两个以上空气腔体，可通过控制不同腔室的气压实现同一车身高度下悬架刚度的调节，刚度调节范围更大，并且可以在瞬态工况（加速、制动、转向）下调节；由于结构复杂、控制逻辑复杂，且工艺要求较高、成本较高，一般用于高端车型。

例如，保时捷卡宴采用三腔空气弹簧，可实现多种底盘调校风格，车辆在Comfort、Sport 和 Sport+三个模式下的悬架刚度可调范围细分为 0-33.6N/mm、33.6-54N/mm 和 54-80N/mm（双腔为 0-43N/mm、43-73N/mm）。

车身高度调节一般通过控制空气弹簧内空气质量变化来实现。ECU 在接收到路况信息和各传感器信号后，根据控制算法得出每个空气弹簧所需的控制量，再通过高速开关电磁阀控制弹簧内部空气质量的多少（充气、放气），使弹簧伸长或压缩，从而抬升或降低底盘。

例如，奥迪 A8 的空气悬架支持四种模式——lift（高位/提升）、comfort（舒适）、automatic（自动）和 dynamic（动态）；lift 模式下，车身可以抬高 25mm，提高车辆通过性；automatic 模式下，当车速超过 120km/h 达到 30 秒以上时，车身会自动下降 25mm，减少风阻；dynamic 模式下，车辆降低 25mm，实现重心降低，提高车辆操稳性。