三问三解|单腔、双腔、三腔空悬的区别是什么?

空气悬挂——这个曾经豪华车才能拥有的配置,近年来逐步大面积普及,不再是高端车型的专属。随着技术不断进步,空气悬挂也不断升级,从单腔到双腔甚至三腔。这三种空悬到底有什么区别?它们与开式、闭式系统又有怎样的关联呢?

空气弹簧的开式、闭式系统是啥意思?

乘用车空气悬架由空气弹簧、气泵、分配阀、储气罐及控制器构成。按照系统与外界空气互换的程度,空气悬架可分为开式系统和闭式系统两类。


开式空悬进气口

开式空悬系统的气路与外界相通,储气罐和气泵是并联的。气泵将外界空气压缩到18bar左右,存储于储气罐内。需要举升车身时,分配阀打开相应通道,储气罐内的高压气随即给空气弹簧充气;需要降低车身时,分配阀打开相应通道,将空气弹簧内的高压气直接排向大气。

三问三解|单腔、双腔、三腔空悬的区别是什么?-有驾

开式空悬举升/下降速度相对闭式空悬更快,约为5mm/s,同时对气泵的要求较高。在不同海拔条件下,受气压影响,举升速度会有一定差异。开式空悬整体体积较大,需要举升车辆时,先从储气罐内释放空气,当压力不足时,气泵启动为其补充空气。

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闭式空悬系统气路封闭,但也不是完全封闭,当系统内压力低于某一阈值时也会从外界补气。闭式空悬整体结构是串联的,空气弹簧、气泵、储气罐,三者基本封闭循环,空气在压缩机的驱动下在空气弹簧和储气罐之间流动。气罐内存有一定压力的压缩空气,举升车身时,气泵将储气罐内的压缩空气泵入空气弹簧;需要降低车身时,气泵将空气弹簧内的压缩空气泵回至储气罐内。闭式空悬整体体积较小,举升/下降车辆时,气泵会持续工作。

开式和闭式系统没有绝对优劣之分,根据不同的场景和需求,厂家会配备不同的空悬系统。

单腔、双腔、三腔空悬有什么区别?

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空悬是弹簧不是悬架。首先要纠正一个误区,就是空悬不是悬架,空悬本质上是搭载了空气弹簧的悬架,即取代了钢制螺旋弹簧,全称空气悬架。空气弹簧的高级与否,主要看内部的结构,如单腔、双腔、三腔等。这里的腔,指的是空气弹簧内部的腔体(气室)有几个,简单而直观,而性能上也有较为明显的差异。

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单腔空簧内部仅有一个气室,空气通过电控阀门控制,进入到气囊内部。空气弹簧车身高度可以依托于充入气体的变化来维持某一特定的高度,如越野模式的高挡位、装载模式的低挡位,以及默认高度等,这样即便车上人员增加或减小车身始终能维持在一个目标高度下。单腔空簧实现了车身高度调节,但单腔空悬无法直接调节软硬,只能单一地调整车身高度。

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传统车辆螺旋弹簧则是依托于钢制弹簧零件本身受压后的反弹力支撑车身,螺旋弹簧本身的反弹力是固定值,当我们车上人员变化后,会压缩车身,底盘会有明显的降低或升高。

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双腔空簧相较于单腔空簧,主要差异就是内部多了一个封闭的气室(主气室、副气室),两个气室之间设有一个由电磁阀控制开闭的通道。当通道打开时,两个气室连通,空气弹簧的有效工作腔容积是主、副两气室的容积之和,较大容积带来较“软”的悬架,这是空簧的低刚度模式;当通道封闭时,副气室不再是有效工作腔,有效工作腔容积只是主气室容积,较小的容积带来较“硬”的悬架,这就是高刚度模式。双腔空气弹簧的高刚度和低刚度模式约有40%—50%的刚度差异。换而言之,双腔气室除了高度可调以外,还能调校悬架的软硬。

三腔空簧基于双腔空簧就是再多一个腔和一个控制开闭的电磁阀。多了一个气室,空簧的工作模式又出多了数种组合,如V1+V2+V3的单腔模式,V1+V2或V1+V3的双腔模式,控制模式越复杂,对于调校难度有空前的提高,成本也进一步提升。目前市面上少有三腔空簧,多为单腔或双腔空簧。

不同的空簧,性能有什么差异?

提到不同空簧的性能差异,这里主要指的就是刚度的差异,也是单腔空簧和多腔空簧之间可调节的刚度(硬度)差异。而刚度的变化,又带来另外一个特性的变化就是汽车悬架偏频。

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所谓悬架偏频,是描述悬架系统自身振动特性的关键参数,指在没有外部强迫振动的情况下,悬架系统自然振动的频率。它主要由悬架的刚度和簧载质量决定,计算公式为:fs = sqrt(k/m),其中k为悬架系统的刚度,m为簧载质量。悬架偏频影响车辆的稳定性和乘坐舒适性,偏频过大会导致车身的上下晃动过大,俗称开船感,偏频小,乘坐舒适感下降。此外,悬架偏频还与车轮半径、轮胎刚度等因素密切相关。

传统的钢制螺旋弹簧,其刚度为常数,不管悬架行程和载荷如何变化,螺旋弹簧刚度始终为定值,而随着车辆载重量的增加,偏频随之发生变化,乘坐舒适性也发生变化。

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而单腔空簧的刚度是变化值,随车辆载重量增加,悬架行程可以保持不变,通过合理设计后,不管载荷如何变化,悬架偏频的变化较小,乘坐舒适性较钢制螺旋弹簧更好。而双腔及多腔空簧对单腔空簧来说,可调节的刚度范围更大,可以使悬架偏频变化更小,操控性和舒适性能保持在合理范围内。

其实,面对大部分的日常工况,悬架“软硬”的瞬态变化更多依赖减振器的特性决定。如细微的拉伸和压缩,不同的空簧并不能体现出明显区别。而且多腔空簧结构也更复杂,开发难度增加,成本也更加高昂。(朋月)

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