汽车悬架用弹性元件领域中国专利申请情况介绍

高龙超

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100081）

汽车悬架用弹性元件领域中国专利申请情况介绍

高龙超

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100081）

本文梳理了汽车悬架用弹性元件的种类和特点，介绍了涉及各类型弹性元件的几个中国专利申请，总结了国内汽车悬架用弹性元件的未来发展趋势，并针对国内相关生产企业给出了一点建议。

汽车悬架 弹性元件 专利申请

引言

汽车悬架是车架（或车身）与车轮之间的弹性连接部件。悬架是现代汽车的重要组成部分，主要作用是传递作用在车轮和车架（或车身）的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时，有理想的运动特性；保证汽车的操作稳定性，使汽车获得高速行驶的能力。悬架主要有由弹性元件、减振器和导向机构组成。此外，还辅设有缓冲块和横向稳定器。其中，弹性元件的作用主要是支撑垂直载荷，缓和并抑止如不平路面等引起的振动和冲击。它的质量好坏，对保证车辆平顺性，驾乘人员的舒适性、安全性，运载货物的稳定性具有重要作用。

1　汽车悬架用弹性元件的种类和特点

汽车悬架用弹性元件的分类主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。

1.1钢板弹簧

钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可以不相等）的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。

特点：可靠性好，结构简单，制造工艺流程短，成本低廉等。钢板弹簧是目前汽车悬架系统主要弹性元件，广泛应用于载重汽车中。近年来，为了改进钢板弹簧的性能，减轻重量，也出现了变截面钢板弹簧。

1.2螺旋弹簧

螺旋弹簧是用弹簧钢棒料卷制而成，有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。

特点：结构简单，制造方便，比能容量高，不需润滑，不怕污垢，重量小且占空间位置少。目前，它在现代汽车的悬架中的应用相当普遍，特别是在轿车及中型客车中。

1.3扭杆弹簧

扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原。扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，并通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用。

特点：结构紧凑，易于在汽车上布置，具有较高的疲劳寿命，被广泛用于轻型汽车、轿车的悬挂系统。

1.4气体弹簧

气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体（气压为0.5MPa～1MPa），利用气体的可压缩实现其弹簧的作用。

特点：具有理想的变刚度特性。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧之分。其中，空气弹簧具有变刚度、高度可调、寿命长等优越的工作特性。油气弹簧则对气体和油液的密封要求很高，主要应用于重型汽车上。

1.5橡胶弹簧

橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性发挥弹性元件的作用。

特点：橡胶弹簧形状不受限制，有较大的弹性变形，能承受多方向的载荷，减振隔音效果良好，安装和拆卸方便，不需要润滑，利于维修和保养。橡胶弹簧常用在机械设备、车辆行走机构和悬架中，起减振和缓冲作用。

2　汽车悬架用弹性元件中国专利申请

为了从技术层次上加深对各类型弹性元件的认识，下面将针对各类型弹性元件介绍一些中国专利申请。

2.1钢板弹簧

江西远程成汽车技术股份有限公司在2014年8月4日提出了一件关于钢板弹簧的中国专利申请（申请号：201420434893.6）。该申请的主题是异型少片变截面汽车钢板弹簧总成（见图1），包括板簧、紧固件（4），板簧一端带卷耳（5），另一端为自由端，特征是板簧由上层板簧片（3）、中层板簧片（2）及下层板簧片（1）相互叠加而成，上层板簧片（3）、中层板簧片（2）及下层板簧片（1）端部与端部之间通过压筋、压筋槽相互配合连接，板簧总成两端从中间往外沿长度方向分别为不同半径的凹弧、凸弧段。卷耳（5）内装有钢橡胶衬套。

图1　异型少片变截面汽车钢板弹簧总成结构图

2.2螺旋弹簧

2012年10月15日，安徽江淮汽车股份有限公司提出一件关于螺旋弹簧的专利申请（申请号：201210393563.2），提出了一种无并圈的汽车用悬架螺旋弹簧（见图2）。它将线材卷绕成螺旋状，所述弹簧以中间一圈弹簧为中心，两侧呈对称结构，并且从中间一圈至弹簧的两端，螺旋弹簧中径逐渐缩小，下一圈外径小于上一圈内径。相邻两圈中，下一圈外径小于上一圈内径，小于量大于相邻两圈的最大制造公差和。所述弹簧受到压力时开始压缩，当其从两端至中间的上一圈内平面与下一圈平面高度相同时，不会产生刚性接触。

图2　无并圈螺旋弹簧自由状态示意图

2.3扭杆弹簧

宁波润轴汽配有限公司于2013年1月16日提出了一件关于扭杆弹簧的中国专利申请（申请号201320025746.9）。该申请的发明名称是一种汽车扭杆弹簧（如图3所示）。扭杆弹簧前端圆柱体（1）后端通过圆弧与圆柱体I（2）前端相连，所述圆柱体I（2）后端通过圆弧与圆柱体II（3）前端相连，所述圆柱体II（3）后端通过圆弧与圆柱体III（4）前端相连，所述圆体柱III（4）的后端通过圆弧与圆柱体IV（5）的前端相连，所述圆柱体IV（5）的后端与圆台（6）大端面相连，所述圆台（6）小端面通过圆弧与圆柱体V（7）前端相连，所述圆柱体V（7）后端通过圆弧与扭杆弹簧后端圆柱体（8）前端相连。所述整个汽车扭杆弹簧为一个阶梯轴，所述汽车扭杆弹簧表面需要进行清理去氧化皮。

图3　汽车扭杆弹簧结构示意图

2.4气体弹簧（空气弹簧）

为了改善汽车平顺性，提高乘坐的舒适性，减轻车辆对道路或货物的损坏，一些发达国家在汽车领域广泛应用了空气弹簧悬架。近年来，我国也开始大力推广和强制采用空气弹簧。

2015年3月19日，柳州市永益机械制造有限公司提出一件空气弹簧专利申请（申请号：201510121848.4），见图4。该空气弹簧包括上充气口（1）的上连接板（3），开有下充气口（8）的下连接板（10）；上连接板（3）和下连接板（10）之间设置有上气囊（4）和下气囊（6），上气囊（4）和下气囊（6）之间设置有浮动活塞（5）；上气囊（4）的上边缘与上连接板（3）固定连接，下气囊（4）的下边缘与浮动活塞（5）的上端面固定连接，从而形成上气腔（2）；下气囊（6）的上边缘与浮动活塞（5）的下端面固定连接，下气囊（6）的下边缘与下连接板（10）固定连接，从而形成下气腔（7）；浮动活塞（5）的下端面设置有沿着设置在下气腔（7）内的导向套（11）穿出下连接板（10）的活塞杆（9），活塞杆（9）与导向套（11）之间设有密封圈；在上气室（2）内设置有与活塞杆（9）正对的压缩弹簧（12）。上气囊（4）和下气囊（6）由弹性材料制成，上气腔（2）和下气腔（7）的单独刚度通过变截面、不同体积及不同充气压力进行改变。

图4　空气弹簧结构示意图

2.5橡胶弹簧

悬架橡胶弹簧是重型汽车新型橡胶悬架的主承件和关键件。它由金属和橡胶层叠粘合而成，金属起骨架和支撑作用，橡胶起减振和连接作用。中国航空工业集团公司北京航空材料研究院在2012年8月28日提出了一件相关申请（申请号201220432375.1），主题名称为“一种汽车悬架减振橡胶弹簧”，包括金属隔板（1）、橡胶层（2）、连接板（3）、支撑板（5）、盖板（6）。其中，金属隔板和橡胶层以及支撑板（5）为拱形结构，带有

一定的弧度，其曲率半径在300mm之内。金属隔板和橡胶层相互层叠设置，支撑板（5）与最下层的橡胶层连接，而最上层橡胶层设置在连接板（3）上弧形凹槽（4）内。而盖板（6）由塑料制成，设置在支撑板（5）的平面端。

图5　汽车悬架减振橡胶弹簧结构示意图

3　国内汽车悬架用弹性元件未来发展趋势

未来几年，汽车悬架所用的弹簧将向轻量化、节约资源、高应力、高可靠度、智能化程度发展。

随着经济的发展，能源供应日趋紧张，悬架用弹簧向轻量化设计是现在及未来的发展趋势。悬架弹簧应力水平设计在现有设计水平的基础上也将会进一步得到突破。此外，结合上述中国专利申请可见，各悬架弹簧的形状、结构相对传统形式均有了改进，未来也势必会对悬架弹簧的形状、结构作出更优的改进，使其具备更高的可靠性，拥有较长的使用寿命等，从而进一步提高车辆可操纵性能。伴随着电子计算机技术的发展，汽车控制系统智能化程度将越来越高，电子控制空气悬架也是现在及未来的发展趋势。

4　给国内相关生产企业的一点建议

国内企业要密切关注国外同行业企业的技术发展走向，如材料及产品的研究开发，技术装备水平等，并不断加强学习，缩短差距，改进技术手段，提高装备水平与人员素质。同时，国内企业要鼓励企业内部人员创新，开发出自己的新产品，以面对未来严峻的挑战。

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Automotive Suspension Introduced by Chinese Patent Applications Elastic element Field

GAO Longchao
(SIPO Patent Examination Cooperation Center in Beijing, Beijing 100081)

This paper reviews the types and characteristics of automotive suspension with elastic elements introduced involving various types of elastic elem ents of several patent applications in China, summed up the future development trend of the domestic automobile suspensi on with an el astic el ement and f or domestic producers give a little advice.

Automobile suspe nsion, the elastic el ement, patent applications