講個故事，故事的主角叫空氣懸掛

老婆餅里沒有老婆，夫妻肺片里沒有夫妻，但空氣懸掛里，卻真的有空氣。

空氣懸掛的核心部件是空氣彈簧，在正式開始前，我們先把故事主角的族譜——即懸架系統來簡單介紹一下。

家庭成員——懸架系統的構成

懸架系統是由彈性元件（即彈簧）、減振元件（即減振器）、導向機構（如控制臂、連桿、轉向節等）和橫向穩定桿等構成。

其中彈性元件和減振元件主要起到緩衝減振的作用，導向機構則使車輪按照一定軌跡跳動，起導向作用，而橫向穩定桿則是為了防止車輛在轉向等行駛工況時發生過大的側向傾斜。

懸架系統圖示

要舒適還是要操控，這是個艱難的決定

當談論懸架的時候，永遠不可能繞開兩個話題——舒適性和操縱穩定性。

舒適性和操縱穩定性就像一對冤家，這兩個總是不對付，而且脾氣性格迥異，討好一個，就會得罪另一個，很難同時討好。這中間如何取捨，是一門非常高深的藝術。

對於整車的操縱穩定性和舒適性而言，懸架系統有兩個參數非常重要，一個是彈簧的剛度，一個是減振器的阻尼係數。

舒適性指的是懸架系統（包括輪胎）對地面振動的過濾能力。

對車輛來說，路面的顛簸不平是輸入，是激勵，經過懸架和輪胎的過濾，傳遞給車身、座椅和乘客。

根據典型路面採集到的不平度的信息，處理加工可以得到路面加速度的功率譜密度（power spectral density, PSD），如下圖所示。

路面輸入的加速度功率譜密度

通過上圖可以看出來，在低頻下（小於1Hz)其功率譜密度的幅值變化不大，超過1Hz以後幅值快速增大。

對車身質量（即簧上質量）而言，當其固有頻率與路面輸入的功率譜密度頻率相同時，會產生共振，如下圖所示，雖然1Hz和2Hz頻率相差不多，但是由於輸入功率譜密度幅值1Hz後快速增大，導致其在共振時的幅值也很大。

不同簧上質量固有頻率行駛在道路上的加速度頻譜

為了解決此問題，一般會努力將乘用車的簧上質量的固有頻率設計為1Hz左右。

而簧上質量的固有頻率跟什麼有關呢？

根據汽車理論相關知識，可將車身和懸架系統簡化為如下圖所示的單質量模型。

車身單質量系統模型

可以得到簧上質量的固有頻率（帶阻尼）如下：

由於一般乘用車的阻尼比範圍為0.2-0.4左右，其根號里的值為0.92~0.98，可以近似當做是1。所以其固有頻率可以簡化為：

其中K為彈簧的剛度，m2為簧上質量。

如果要保證其固有頻率為1，在m2值固定的前提下，其彈簧剛度需選的小一些，剛度越小，固有頻率越接近1Hz。

但是若是剛度很小，在極限工況，車輛姿態難以保證，如高速過彎車輛側傾嚴重，而且彈簧行程很大，會碰撞到懸架的限位塊，所以操縱穩定性會很差。

這是舒適性和操縱穩定性的第一個矛盾。

再說阻尼，當其他參數不變，只改變減振器阻尼比時，變化趨勢如下圖所示，當阻尼比分別為0.125，0.25和0.5時，在共振區1Hz附近，阻尼比越大，其共振幅值越小；在低頻和高頻共振區（約10Hz附近，此為簧下質量固有頻率）之間的幅值，阻尼比越大幅值也越大。

而4~12.5Hz是人類最敏感的頻率範圍，在該範圍阻尼比越大，幅值越大，所以提高阻尼比提高，舒適性是下降的。

再看阻尼比對操縱穩定性的影響。

當輸入一個轉向信號時（階躍信號），車輛相應的產生橫擺角速度的響應，類似於二階振蕩環節單位階躍響應曲線。當阻尼比較小時（一般乘用車的阻尼比範圍為0.2~0.4）時，阻尼比越大，響應越快，超調越小。

二階震蕩環節響應與阻尼關係

下圖是Buick 1949和Ferrari Monza的對比，兩者最大的差異就是阻尼比，其中Buick 1949的阻尼比遠比Ferrari Monza的要小，看的出來，阻尼比大，轉向系統響應會更快，也更穩（超調小），相應的操縱穩定性就好，而這與上面提到的舒適性的希望小阻尼比的需求正好是矛盾的。

這是舒適性和操縱穩定性的第二個矛盾。

Buick 1949和Ferrari Monza的轉向輸入的響應

簡單總結下，彈簧剛度大，也就是懸架硬，車身姿態保持和輪胎接地的性能會好，有利於操縱穩定性，但是大彈簧剛度對路面過濾差，也就是舒適性會變差。相反，當彈簧剛度小時，舒適性好，但是由於懸架軟，車輛更容易側傾，操縱穩定性變差。

當阻尼比較大時，即減振器偏硬，在快速入彎和出彎時，車輛重量轉移的速度較快，對轉向的響應也較快，但是不利於舒適性。當阻尼比較小時，減振器偏軟，對地面的激勵過濾的較好，舒適性好，相應的減振器偏軟，對於轉向的輸入較慢，不利於操縱穩定性能。

排排坐，吃果果——懸架系統的分類

既然這一對冤家這麼難伺候，就沒有兩全的方案嗎？

我有一個大膽的想法系列——「如果這兩個參數可以任意調節，在想大的時候大，想小的時候小，是不是問題就迎刃而解了？」

非常正確。

通常，根據懸架系統的彈簧剛度和減振器的阻尼比這兩個參數是否可調，我們會把懸架分為三類。

1.被動懸架

在車輛開發前期，會根據車輛對操縱穩定性和平順性的要求，對剛度和阻尼係數進行優化選擇，這兩個參數一旦選定後均不可調。市面上大多數的20萬以內的乘用車都是被動懸架，一輛車必須在舒適性和操控性之間取得一個平衡，也就只有一種風格。

根據不同區域的駕駛文化的差異和不同車企的偏好，會形成自己的固定的風格，一般坊間流傳的歐美系偏操控，日系偏舒適，講的就是這個道理。

最常見的麥弗遜懸架就是被動懸架

2.半主動懸架

當彈簧剛度和阻尼比中的一個參數可調時，稱為半主動懸架，一般以可調阻尼比較多，常見的有CDC（Continuous

Damping Control，即阻尼連續可變系統）和MRC（Magne Ride Control，電磁感應懸掛）。

在說可變阻尼減振器之前，先簡單說一下傳統的固定阻尼減振器結構。

其工作原理為，當車身與懸架做相對往複運動時，減振器內部的油液反覆從活塞上室通過活塞閥上的節流孔流入活塞下部，孔壁與油液間的摩擦及液體內分子摩擦形成了阻力，即是阻尼力的來源。

而CDC的可變阻尼是通過控制兩個腔室間小孔的大小來實現的。因為在流量一定時，小孔的大小與液壓油的阻力是存在比例關係的，因此，通過電子控制閥門來改變孔的大小就能改變油液在內外腔室內往複的阻力，從而改變減振器的阻尼。

CDC工作原理

MRC則是在減振器內部充滿磁流變液，並布置電磁線圈，磁流變液可以在磁場作用下從流動性很強的液體變成粘塑性體，並且這種變化可控、迅速、可逆，從而改變減振器的阻尼力。

MRC工作原理

可變阻尼控制減振器能大幅提高車輛的舒適性和操縱穩定性能，其感測器實時收集著路面情況、車速、駕駛者的輸入，控制單元實時計算出對應工況下所需的阻尼力，再通過相應的控制器來實現阻尼力調整。

如當車輛在彎道上行駛時，彎道外側的減振器會變得更硬，以減少車身側傾；在車輛剎車制動時，前橋減振器會變得更硬，以減少車輛剎車點頭。當然，駕駛者也可以根據自身的駕駛習慣選擇舒適或運動的懸掛風格。

3.主動懸架

主動懸架指的是彈簧剛度和阻尼力均可調的懸架，一般指的在可變阻尼減振器的基礎上加上可變剛度的彈簧，其中以空氣彈簧比較常見。

常見的空氣彈簧有兩種，一種是囊式，常用在商用車上，一種是膜式，常用在豪華轎車上，如奧迪A8，凱迪拉克XT5，寶馬7系，特斯拉Model S，蔚來NIO ES8等。

奧迪A8的空氣懸掛

蔚來NIO ES8的空氣彈簧和CDC可調阻尼式減振器

空氣彈簧就是在空氣彈簧加上主動的氣泵，它可以根據實際的車輛操控和路況，來調整的充氣量，從而調整車輛的操縱穩定性和舒適性。

好了，前面廢話講了這麼多，主角這麼上場了。那麼...

空氣彈簧好處都有啥？

1.舒適性會有質的提高

由於空氣彈簧靠空氣作為介質，剛度可以做的很小，從而很容易的將簧上質量的固有頻率調整為1Hz左右，能夠在路況較好時提高舒適性。而且空氣本身的特性，能夠有效過濾高頻振動和噪音，進一步提高了舒適性。而且可以在負載變化時（空載和滿載時），自動調整彈簧剛度，始終保證乘坐的舒適性。

2.不同駕駛模式下的風格變換

由於空氣彈簧的剛度變化範圍大，可以在不同駕駛模式下，通過改變空氣彈簧的剛度，配合可變阻尼減振器，實現不同駕駛風格的切換。

3.車身高度可以很任性

對於乘用車而言，車身高度也是個矛盾的聚焦點。

高車身高度意味著更好的通過性，不用擔心顛簸路況時對底盤的刮蹭，但是高車身高度意味著重心也高，會影響操縱穩定性。

低的車身高度意味著更好的操縱穩定性和風阻係數，但是通過性會較差。

而空氣彈簧可以非常好的解決這個矛盾。

每個空氣彈簧都配備一個車身高度感測器，即可以手動調整車身高度，也可以實時調整車身高度，在路況差時通過提高車身高度來保證通過性，在良好路況時降低車身高度以保證操控性能。

雖然主動懸架有這麼多好處，但是由於工藝複雜，且目前只有威巴克和康迪泰克（ContiTech）掌握了這門技術，導致成本居高不下，而且一旦損壞，維修成本非常高，目前也只在豪華轎車上應用。

最後，總結陳詞一下，空氣懸掛是個好東西，就是貴了點，而且容易壞 。

最後的最後，再重申一下。

你造汽車工程師有多努力嗎？

為了更好的駕乘體驗和安全性能，他們也真的是操碎了心，他們是人類的好朋友。世界如此美好，請對身邊的汽車工程師好一點（手動滑稽）。

謝謝閱讀。

歡迎關注我的知乎專欄和公眾號——聊聊汽車那些事兒。