汽车钢板弹簧产品技术发展趋势研究

罗志龙

（东风汽车悬架弹簧有限公司 研发中心，十堰 442046）

钢板弹簧在汽车上的应用非常广泛，2007年我国消耗弹簧扁钢在120万吨左右，呈现逐年上升的趋势。从国内外商用车发展的现状来看，由于产品技术水平不一样，钢板弹簧的应用状况也不一样。欧美发达国家空气悬架应用比例非常大，钢板弹簧在重型商用车（包括客车）上应用所占比例很小，在中轻型商用车上应用仍然比较广泛。国内钢板弹簧产品的应用就更为广泛，除少部分大中型客车使用了空气悬架产品外，绝大部分的商用车仍然使用的是钢板弹簧产品。以当前的技术水平和消费能力来预测，钢板弹簧产品在很长的一段时间内仍然是商用汽车的主流配置，需求量不仅不会减少，而且还会随着商用车需求量的增加而增加。当然，钢板弹簧占据国内商用车主流配置的同时，其技术水平却在悄然提升，我们可以通过欧洲商用车应用钢板弹簧产品技术状况和国内商用车应用钢板弹簧产品的一些新变化，来研究钢板弹簧产品技术发展的趋势。

1 欧洲商用车钢板弹簧产品与国内产品技术对比分析

国内板簧企业这些年对外技术交流比较多，根据对欧洲商用车使用的16种典型的钢板弹簧产品进行产品设计性能指标的统计，并且与国内产品的现状进行对比分析，我们可以得出汽车钢板弹簧产品的技术发展趋势。

1.1 平顺性

如图1所示，欧洲商用车板簧平顺性指标——偏频降低至 72～90 次/分（1.2～1.5 Hz），基本上与空气悬架的偏频指标一致，表明钢板弹簧悬架也可以做到与空气悬架一样地舒适。而目前国内基本现状：公交车偏频 108～120 （1.8～2 Hz）， 旅游车偏频 96～112（1.6～1.85 Hz），载货车除了引进技术的车型，偏频指标不同厂家差别较大，但偏频值都在1.6 Hz以上。

板簧平顺性好主要是由于欧洲商用车技术水平高的客观要求，同时道路条件好、使用规范也让板簧有了一个良好的使用环境。

1.2 工作应力

如图2所示，低于600 MPa工作应力的品种只占25%的比例，60%以上的板簧产品工作应力超过700 MPa。就目前国内板簧产品的应力状况，前悬架板簧工作应力一般控制在450 MPa以内，后悬架板簧工作应力一般控制在550 MPa以内。工作应力高意味着节省更多的材料，产品轻量化效果显著。比如某个品种的平衡悬架，承载能力为142 kN，板簧设计成多片簧其工作应力为435 MPa时，产品重量为188 kg，设计成少片簧其工作应力为744 MPa时，产品重量为 114.5 kg，单个产品重量减少73.5 kg，减重比例达39%，可以有效地降低整车的自重。

1.3 橡胶衬套及降噪片的广泛使用

橡胶衬套可以有效地吸收由非簧载质量产生的高频振动，进一步提高整车的平顺性，由橡胶材料做成的降噪片也能起到橡胶衬套一样的功能。另外板簧片间使用降噪片后，可以增加簧片的间隙，弹簧在振动的全过程中，片与片之间都不会有接触，消除了片间的接触磨损，可以有效地防止噪音的产生和消除接触疲劳源，这样弹簧的性能和可靠性可以进一步提升。

目前国内的钢板弹簧除了一些轻型商用车使用了一些橡胶衬套外，大部分的板簧产品都还在采用金属衬套或塑料衬套，技术含量相对较低，但成本低廉。

1.4 特殊结构广泛应用

传统的钢板弹簧产品，弧形加上卷包耳，构成了板簧的主体结构，制造相对简单，不需要额外的模具投入和增加生产工序。如图4所示，欧洲的商用车板簧广泛地采用了一些特殊结构以替代传统的一些安装方式，如：采用压筋包的结构来替代卡箍的使用，防止片间错动，可以节省板簧所需要的安装空间，在一些非常紧凑的重型车上好处非常明显；利用压弯来取消降噪片，同样可以得到较大的片间间隙，防止片间的接触磨损，提高产品的可靠性。

1.5 极限应力大幅提高

如图5所示，欧洲商用车板簧工作的极限应力80%以上处于1 000 MPa以上，极限应力在900 MPa以内的只占6%的比例。极限应力的高低代表材料技术的水平，就目前国内绝大多数板簧生产企业技术现状而言，突破900 MPa的极限应力仍是一个技术瓶颈，只有板簧行业的少数几个企业有能力生产高极限应力的板簧产品。

极限应力的提高，可以提高板簧的工作应力，因此轻量化才得以实现。目前，由于国内高应力弹簧使用比例还很小，只有部分引进车型使用以及在部分客车龙头企业在部分车型上试用，因此导致材料的价格相对较高，限制了高应力板簧的推广使用。同时，高应力弹簧的制造工艺有别于传统板簧产品，目前国内只有少数板簧企业掌握了高应力弹簧的制造工艺。

1.6 表面喷涂要求高

从欧洲商用车板簧要求的耐盐雾试验小时数，大多在300小时以上，有的达到500小时以上，远比国内的技术要求高，国内板簧厂的喷涂线很难达到这个要求。国内板簧绝大部分生产线在大批量生产条件下达到120小时就已经很不错了。

2 钢板弹簧产品的技术发展趋势

根据对欧洲商用车钢板弹簧产品的技术指标统计和对比分析，我们可以从中归纳出钢板弹簧的技术发展趋势有以下几个方面。

1）高性能。弹簧的偏频值大大降低后（加上一些橡胶元件的使用），整车的平顺性就大大地提高了，板簧悬架能够达到与空气悬架相当的性能水平。由于板簧悬架结构简单，可以在提高整车性能的同时也保留板簧车型的低成本特点，高性能也能够有利于提高板簧产业的生命周期，使之不容易被替代产品完全替代掉。

2）高应力。高应力表现在两个方面：一方面材料的性能提高，使之可承受的极限应力提高；另一方面由于极限应力提高之后，设计板簧悬架时就可以提高板簧的工作应力。

3）轻量化。由于弹簧处于较高的应力下工作，与传统多片板簧相比，可以显著地节省材料的消耗，降低自重可达30%～40%的水平，对同一个可以互相替代的普通板簧和高应力板簧产品，其成本基本相等。产品轻量化之后，整车的装货量可以增加，用户得到明显的实惠，经济效益明显；同时能够大量地节省钢板的消耗，社会效益也十分明显。

4）结构异型化。采用一些特殊结构，主要目的还是想提高板簧产品的性能和可靠性，其代价是需要付出额外的制造成本。

3 我国钢板弹簧产品技术发展现状

国内钢板弹簧企业早在2005年就开始了高强度弹簧钢的应用研究，当时有研发实力的企业，对高强度弹簧钢的材料的成分、工艺特性、力学特性等进行了广泛而深入地研究。根据实验结果制定的高强度弹簧钢的技术条件，钢厂根据高强度弹簧钢的技术要求，对生产工艺做了必要的改进，生产出了能够满足使用要求的高强度弹簧钢。板簧企业通过大量的产品工艺试验后，已经掌握了高强度弹簧钢的技术特点，并能够利用高强度弹簧钢的技术优势设计开发轻量化的钢板弹簧产品。目前，采用高强度弹簧钢生产的高应力板簧，不仅产品性能大大提高了，台架试验（执行标准GB/T19844）次数一般都在20万次以上，是行业标准要求次数的2.5倍以上，台架试验和道路试验表明，产品的可靠性也大大地提高了。国内板簧企业参与了多个欧洲引进车型的国产化项目，加上在客车行业推广应用高应力板簧技术，现在国内板簧企业已经具备自主开发高应力轻量化钢板弹簧的能力，并且具备了批量的制造能力，能够满足我国汽车技术发展的需要。

［1］ 刘惟信.汽车设计［M］.北京： 清华大学出版社，2001.