參考鏈接：汽車底盤空氣懸架關鍵零部件之空氣彈簧

1.概述

汽車空氣彈簧（Air Spring）是一種以“壓縮空氣”作為彈性介質的懸架元件，用來取代傳統鋼制螺旋彈簧或鋼板彈簧。它在乘用車、客車、重卡及軌道交通上越來越普及，核心優勢是：剛度非線性、高度可調、隔振好、壽命長。

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一、結構與類型

1. 氣囊本體

   • 由內膠層+簾布增強層+外膠層硫化而成，承受氣壓并保證氣密。
   • 常見結構：
     – 卷邊式（Rolling Lobe）：活塞向上卷動，行程大，轎車/SUV主流。
     – 袖筒式（Sleeve）：活塞外套筒滑動，尺寸短，重卡前懸多用。
   • 氣室數量：
     – 單腔：剛度由氣壓唯一決定，成本低。
     – 雙/三腔：通過電磁閥切換主/副氣室組合，實現3~4級剛度跳變，高端車型標配。

2. 附加元件

   • 活塞（鋁或復合材料）：決定氣囊有效面積曲線，影響剛度非線性。
   • 頂蓋+底座密封面：帶氣壓接口、高度傳感器支架。
   • 防塵護套：防止泥沙磨損簾布。

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二、工作原理

1. 彈性力來源
   F = P × A_eff
   其中 P 為絕對氣壓，A_eff 為氣囊有效面積（與行程呈非線性函數）。當車輪上跳，氣囊被壓縮→容積↓+A_eff↑→剛度“自然變硬”，抑制觸底；車輪下落則相反，實現自適應剛度。

2. 高度與剛度獨立調節
   – 充氣：空壓機→儲氣罐→高速電磁閥→氣囊 → 車身抬高。
   – 放氣：電磁閥打開→簧上重量將空氣排回大氣 → 車身降低。
   – 保持：閥關閉，氣體質量恒定，高度鎖定。
   整個過程由高度傳感器閉環反饋，調節精度±2 mm，響應<100 ms。

3. 剛度微調（雙腔示例）
   閥1開：主+副氣室連通 → 總容積↑ → 剛度↓（舒適模式）
   閥1關：僅主氣室工作 → 容積↓ → 剛度↑（運動模式）
   切換時間約40 ms，可在行駛中動態完成。

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三、性能優勢

• 隔振好：氣體壓縮行程大，高頻振動衰減比鋼簧高10 dB以上；對電池、電機、乘員都更友好。
• 壽命更長：無金屬疲勞，臺架試驗80萬次循環無裂紋，等效50萬 km。
• 輕量化：同載荷下比鋼板彈簧減重30–50%。
• 能耗優化：高速降低車身→迎風面積↓→風阻↓≈-4 %，續航+2~3 %。

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四、典型應用

• 豪華轎車：奔馳S、寶馬7、蔚來ET7——三腔+CDC減振，0.1 s調剛/調阻。
• SUV/越野：路虎攬勝、比亞迪仰望U8——抬升+120 mm，涉水深度900 mm。
• 商用車：客車、重卡——單腔+高度閥，自動保持車身水平，防側翻。

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一句話總結
空氣彈簧=“橡膠氣囊+壓縮空氣”；通過充/放氣改變氣體質量，實現高度升降；通過氣室切換/氣壓調節實現剛度非線性變化，從而兼顧舒適、操控、通過性與節能，是現代主動懸架的標志性部件。

2.剛度調節原理

空氣彈簧的“剛度”并不是固定值，而是實時可調的——核心思路就是改變氣囊內部的有效氣體容積或壓力。具體實現方式分為三大類，均已量產：

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1. 線性調壓（單腔空簧）
   原理：F = P × A_eff

• ECU 驅動空壓機/高速電磁閥，往主氣室充氣或放氣
• 氣壓 P 升高 → 剛度 ↑；氣壓 P 降低 → 剛度 ↓
• 調節范圍 ≈ ±15%，響應 0.2~0.5 s
• 用于低成本方案（重卡后懸、客車）

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2. 氣室容積切換（雙/三腔空簧）——主流
   結構：主氣室 + 1~2 個副氣室，中間用高速電磁閥連通
   邏輯：

• 閥打開：總容積 V↑ → 剛度 軟（舒適模式）
• 閥關閉：有效容積 V↓ → 剛度 硬（運動/防側傾模式）

剛度跳變幅度：高/低差 40~50 %，切換時間 <40 ms
應用：

• 奔馳 S 級三腔空簧——軟/標準/硬三檔
• 比亞迪云輦-A 雙腔——舒適/運動兩檔

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3. 動態孔徑（連續可變容積）
   在連通孔里加步進電機或旋轉電磁閥，實時改變孔徑 d

• 孔徑 ↓ → 氣體流動受限 → 等效容積 ↓ → 剛度 ↑
• 孔徑 ↑ → 氣體自由流動 → 等效容積 ↑ → 剛度 ↓
  優點：無級調節，剛度比 1∶3
  缺點：成本高，用于高端 CDC+空簧一體化系統

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一句話總結
空氣彈簧通過**“充氣量”或“氣室連通容積”兩條路改變氣體有效容積，從而非線性、毫秒級地改變剛度；單腔靠氣壓，雙/三腔靠電磁閥切換，高端方案再疊加連續可變孔徑**實現無級剛度。