2022年汽车行业报告：空气悬架配置门槛下探，国产化持续加速中
报告出品/作者：浙商证券、施毅、何冠男
以下为报告原文节选
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1 悬架：重要连接装置，决定操稳性与平顺性
1.1 独立悬架是行业主流，半主动/ 主动悬架常见于商用车及高端乘用车
悬架是汽车的车轮和车身之间的传力连接装置的总称，用于传递作用在车轮与车架之间的力和力扭，在提供支撑的同时缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动， 进而起到承载、衰减震动和导向等核心作用；在车辆操控性、舒适性和安全性等方面具有至关重要的地位，是底盘系统的核心部件，也是汽车最重要的三大总成之一。
典型的悬架结构由弹性元件、减振器以及导向机构等组成，个别结构还有缓冲块、横向稳定杆等。由于悬架类型繁多，可以从三个方面对现有悬架产品进行分类：（1）根据结构形式的差异，分为非独立悬架和独立悬架；（2）根据控制力的不同，分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架；（3）根据控制方式的区别，分为机械控制悬架系统和电子控制悬架系统。
独立与非独立悬架的区别在于两侧车轮是否独立悬挂于车架之下，当单侧车轮遇到突起路面时，独立悬架可保证两侧车轮的独立运动，从而减少车身的倾斜和震动，从而提高车轮的地面附着力。因此，除了需要严格控制成本的商用车外，绝大部分乘用车都采用独立式悬架系统，以获得更好的驾驶操纵性和乘坐舒适性。
主动与被动悬架的区别在于弹簧的刚度和减振器的阻尼是否可以调节，以及能否根据外界输入来进行主动的最优控制与调整。主动悬架系统中包括加速度、位移、高度传感器等测量元件和反馈控制元件，当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行使条件发生变化时，能够根据主动收集的信息自动调整悬架刚度和阻尼力大小，从而提升通过性，同时满足行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的要求。但是由于主动悬架系统成本较高且构造精密，对构件要求高且使用过程中功率消耗较大，因此在由被动式向主动式进化的过程中，也衍生出了半主动式悬架，即不需要单独动力源（如油压、空气压），主要采用可变阻尼的减振器来根据系统预设的优化参数指令进行调节，以应对不同路况环境。
机械控制与电子控制悬架的区别在于后者能够根据不同的路况、载质量和行驶速度等外部条件，通过电子控制单元（ECU）来控制执行结构，使悬架系统的刚度、减振器阻尼及车身高度等参数随之进行改变，以适应不同工况和行驶状态。通常而言，电控系统往往适配于半主动式及主动式悬架结构，使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性以及通过性。
1.2 传统悬架结构 传统悬架结构 ：固定刚度弹簧与固定阻尼减振器的相互搭配
在传统汽车悬架结构中，设有弹性元件（即弹簧，起缓冲作用）、减震元件（即减振器，起减震作用）、导向机构（包括控制臂等，起力的传导作用）和横向稳定器（即横向防倾杆等，用以减少车身侧倾，保持平衡）。
其中，最 核心的部件是弹簧及减振器。弹簧有两点作用：一是承受车身重量，高弹簧刚度能够抵消额外的重量负载，避免在弹跳时载荷过重压毁车辆；二是吸收路面作用在车轮上的冲击，以保证更为舒适的驾乘体验。
实际上，弹簧是利用自身形变来吸收地面冲击的，因此在力与能量的不断转换下，弹簧会出现来回震动的现象以求恢复原状，该过程将持续一定时间并给驾乘舒适性带来不利影响。因此，弹性元件往往和减振元件搭配使用，活塞带动下减振器内油液的内外摩擦能够起到阻尼作用，在短时间内将弹簧势能转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中，以抑制弹簧来回摆动，防止车身因路面不平而出现持续抖动。
决定悬架性能的关键在于弹簧刚度与减震器阻尼之间的搭配：
（ a ）弹簧刚度大，减振器阻尼大，悬架系统偏 “ 硬” ：有利于车身姿态保持和整车弯道运行的支撑，进而提高整车操控性，但由于对震动处理相对较弱，会牺牲乘坐舒适性。
（ b ）弹簧刚度小，减震器阻尼小，悬架系统偏 “ 软” ：车辆行驶过程中路面冲击带来的共振越小，整车舒适性就会提高，但是路面反馈的敏感度随之降低，整体操控稳定性会被削弱，太小的刚度会使得车辆姿态难以保证，带来高速过弯侧倾严重等问题。
由于弹簧减震单元特性是预先设定且无法改变的，因此传统悬架系统往往面临着操纵稳定性和乘坐舒适性的取舍。为了获得更好的舒适性，就需要缓冲汽车的震动，因此弹簧需要设计更软，但弹簧刚度偏小就易导致汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及严重侧倾偏向等现象，不利于汽车的操纵稳定性。
1.3 空气悬架系统 空气悬架系统 ：以空气弹簧取代钢弹簧，实现驾乘体验新升级
空气悬架是指采用空气弹簧并搭配可调阻尼减振器的悬架系统，相对于传统的钢制悬架系统来说，空气悬架的优势在于能够自发调节弹簧刚度与减振器阻尼系数，以满足不同情形下对于车辆操纵性或舒适性的诉求。
空气悬架区别于传统悬架的根本原因在于使用可变刚性的空气弹簧代替了固定刚性的硬质弹簧。空气弹簧是由内外层橡胶、帘线层和钢丝圈，经硫化工艺牢固粘合在一起的橡胶金属复合物，通过控制密封容器中的气体量及压强实现弹簧性能，其结构型式主要包括囊式（多见于商用车）和膜式（多见于乘用车）。目前，在高端乘用车领域，主要采用的是空簧减振器总成。
除了传统悬架结构中所必需的结构外，空悬系统主要是通过气泵来调整空气弹簧中气缸的空气量和压力，进而改变空簧的硬度和弹性系数；而通过控制泵入的空气量可以进一步调节空气弹簧气缸活塞的行程和长度，实现车辆底盘的升高或降低，保障不同路况下的通过率。具体而言，电控空气悬架系统的构成部件及主要作用如下：
气源装置：空压机、干燥器、排气阀、储气罐和悬置；
控制元件：控制电磁阀及其他阀门；
执行元件：空气弹簧和可调阻尼减振器（核心元件）；
传感器：用来检测气源状态的压力和温度传感器、检测车身水平的车高传感器、车身加速度传感器等；
控制单元：ECU 用于接收来自各传感器、CAN 和驾驶员输入信息，综合处理后输出指令以调节空簧气囊的充放气及减振器阻尼系数。
目前，电子控制空气悬架系统（ECAS）电磁阀的响应时间通常在 5ms 左右，电控减振器变阻尼时间小于 10ms，气囊变刚度时间小于 100ms，能够实现悬架性能在不同路况及车身状态下的实时自适应调节。
2 空气悬架：升级趋势，自主品牌助力搭载门槛下探
2.1 工作原理：工作原理：传感器识别→ →ECU 控制→ 空簧减振器总成调节
首先，由主要分布于车身前端的各类传感器实时监测车身的速度、加速度、高度等运动状态，并识别潜在的路面冲击（在具备高阶环境识别系统的主动悬架配置下才可实现，半主动悬架主要根据输入指令进行调整），通过网路传输至控制单元。其次，ECU 接受各类信号后，结合车辆载荷、系统预设及驾驶员需求后确认对应工况下最优的底盘状态，并将指令传输至各执行单元。最后，根据 ECU 发出的指令，由气源装置提供空气源，通过分配阀对空簧气囊进行充放气操作，进而自适应调节车身高度，同时配合调节减振器的阻尼系数，对悬架高度、刚度和阻尼进行实时综合调整，以保证车辆舒适性、能耗经济性、通过性、便利性和操稳性，全面提升驾乘品质。
与传统悬架工作原理相一致的是，空气弹簧与 CDC 减振器之间也是相辅相成的关系， 空气弹簧能够通过簧内气压变化来改变车身的高度以及弹簧刚度，CDC 减振器可以通过阻尼系数的连续变化来调节悬架软硬，两者共同作用则能够提升驾乘的舒适性和操控性。
在车辆高速行驶时，气囊气压较大且阻尼增大，悬架变硬，以提高车身操纵性；而长时间低速行驶时，ECU 会识别为正在经过颠簸路面，通过减小气囊气压并调节阻尼，使悬架变软来提高减振舒适性。比传统悬架更进一步的是，空悬系统能够调节底盘离地距离，在高速行驶时车身高度自动降低，以提高贴地性能，确保良好的高速行驶稳定性并降低风阻和油耗，而在慢速通过颠簸路面时底盘则会自动升高，以提高通过性能。
未来发展趋势：功能不断向智能化升级，融入更加集中的中央域控
一方面，以奔驰、宝马为代表的豪华车制造商已开始探索更为高阶的智能主动空气悬架，通过在现有传感器的基础上，增加由摄像头和雷达组合而成的环境感知系统，实现对前方路面状况更加精准及时的识别，通过更强算力的控制器来实现悬架系统的自主智能化调节，例如奔驰的魔毯智能化车体控制系统（Magic Body Control）。
另一方面，电控悬架功能往往与转向系统控制及制动控制系统相结合，共同组成底盘控制的核心要点。在汽车电子电器架构由分布式迈向融合式的趋势下，算力更强劲、功能更集中、软件迭代更容易的中央域控制器将有望取代独立 ECU，对整个底盘功能进行调节。除此之外，ADAS 对于车载环境感知系统的需求也与魔毯悬架的配置部分重合，二者可以复用部分传感器，提供融合感知解决方案。
2.2 优劣势分析：高配置及维修成本带来的舒适性、操控性与通过性
空气悬架的弹性特性具有非线性、自适应的特点，可使汽车簧载质量的偏频在负载变化时保持相对稳定，具有质量轻、内摩擦小、隔振消声特性好等优势，搭载空气悬架系统的汽车在运行中能获得良好的平顺性和道路友好性。
1) 悬架软硬可调节，平衡操稳性与平顺性
通过接收来自传感器、CAN 以及驾驶员输入信息，ECU 能够进行综合处理并输出指令，调节空簧气囊的气体量及气压以改变弹簧刚度，同时辅以减振器阻尼系数的调整，利用二者配合来实现悬架硬度的切换，实现不同场景下操稳性与平顺性的平衡。
2) 利用气体压缩性，隔振效果与承载能力更好
空气弹簧内部的气体具有可压缩性，对应的隔振效果就会比传统钢制弹簧更佳，在遇到不平路面冲击时，很多细小震动不易传递到车内，从而可以提升整车的舒适性。对于重型车辆而言，空气弹簧还能够有效控制车轮动载，具有道路友好性。
3) 车身高度能变化，有助于提升通过性与经济性
空气弹簧气缸内的充放气过程还能够对弹簧行程和长度进行调整，从而自适应调节车身离地高度。在颠簸路况下，抬高底盘能够防止刮蹭，提高道路通过性；在平顺路况下，调低底盘能够降低风阻，辅以空气弹簧自身的轻量化，降低能耗，使得电动车能够拥有更高的续航里程，提升整体经济性。
空气悬架能够带来驾乘体验的升级，但与之对应的就是更加高昂的配置成本与后续保养维修费用：
一方面，空悬系统与传统悬架相比多出了气源装置、传感器、控制单元、管路等部件，加上空气弹簧本身价值量的提升，目前整套空气悬架总单车价值量在 1.1-1.6 万元左在 右，是传统钢制悬架的数倍，预计在未来国产化空气悬架整体价格将控制在 8000 元以内。
另一方面，由于空气悬架中各部件的精密复杂程度高，因此在实际运用中损坏的概率更大，对应的维修成本更高。例如空气弹簧所用的橡胶由于长时间暴露在空气中，耐磨损和抗老化能力相对较弱，若弹性元件损坏整个系统就会失效，因此乘用车空气弹簧的维保相对钢制弹簧而言更短。
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