高龍超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100081）

汽車懸架用彈性元件領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)情況介紹

高龍超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100081）

本文梳理了汽車懸架用彈性元件的種類和特點(diǎn)，介紹了涉及各類型彈性元件的幾個(gè)中國(guó)專利申請(qǐng)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)汽車懸架用彈性元件的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)給出了一點(diǎn)建議。

汽車懸架 彈性元件 專利申請(qǐng)

引言

汽車懸架是車架（或車身）與車輪之間的彈性連接部件。懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成部分，主要作用是傳遞作用在車輪和車架（或車身）的一切力和力矩，并且緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)，有理想的運(yùn)動(dòng)特性；保證汽車的操作穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛的能力。懸架主要有由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。此外，還輔設(shè)有緩沖塊和橫向穩(wěn)定器。其中，彈性元件的作用主要是支撐垂直載荷，緩和并抑止如不平路面等引起的振動(dòng)和沖擊。它的質(zhì)量好壞，對(duì)保證車輛平順性，駕乘人員的舒適性、安全性，運(yùn)載貨物的穩(wěn)定性具有重要作用。

1　汽車懸架用彈性元件的種類和特點(diǎn)

汽車懸架用彈性元件的分類主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧和橡膠彈簧等。

1.1鋼板彈簧

鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件。它是由若干片等寬但不等長(zhǎng)（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。

特點(diǎn)：可靠性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝流程短，成本低廉等。鋼板彈簧是目前汽車懸架系統(tǒng)主要彈性元件，廣泛應(yīng)用于載重汽車中。近年來(lái)，為了改進(jìn)鋼板彈簧的性能，減輕重量，也出現(xiàn)了變截面鋼板彈簧。

1.2螺旋彈簧

螺旋彈簧是用彈簧鋼棒料卷制而成，有剛度不變的圓柱形螺旋彈簧和剛度可變的圓錐形螺旋彈簧。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比能容量高，不需潤(rùn)滑，不怕污垢，重量小且占空間位置少。目前，它在現(xiàn)代汽車的懸架中的應(yīng)用相當(dāng)普遍，特別是在轎車及中型客車中。

1.3扭桿彈簧

扭桿彈簧本身是一根由彈簧鋼制成的桿，具有較高的彈性，既可扭曲變形又可復(fù)原。扭桿彈簧一端與車架固定連接，另一端與懸架控制臂連接，并通過(guò)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形達(dá)到緩沖作用。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，易于在汽車上布置，具有較高的疲勞壽命，被廣泛用于輕型汽車、轎車的懸掛系統(tǒng)。

1.4氣體彈簧

氣體彈簧是在一個(gè)密封的容器中充入壓縮氣體（氣壓為0.5MPa～1MPa），利用氣體的可壓縮實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。

特點(diǎn)：具有理想的變剛度特性。氣體彈簧有空氣彈簧和油氣彈簧之分。其中，空氣彈簧具有變剛度、高度可調(diào)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)越的工作特性。油氣彈簧則對(duì)氣體和油液的密封要求很高，主要應(yīng)用于重型汽車上。

1.5橡膠彈簧

橡膠彈簧是利用橡膠本身的彈性發(fā)揮彈性元件的作用。

特點(diǎn)：橡膠彈簧形狀不受限制，有較大的彈性變形，能承受多方向的載荷，減振隔音效果良好，安裝和拆卸方便，不需要潤(rùn)滑，利于維修和保養(yǎng)。橡膠彈簧常用在機(jī)械設(shè)備、車輛行走機(jī)構(gòu)和懸架中，起減振和緩沖作用。

2　汽車懸架用彈性元件中國(guó)專利申請(qǐng)

為了從技術(shù)層次上加深對(duì)各類型彈性元件的認(rèn)識(shí)，下面將針對(duì)各類型彈性元件介紹一些中國(guó)專利申請(qǐng)。

2.1鋼板彈簧

江西遠(yuǎn)程成汽車技術(shù)股份有限公司在2014年8月4日提出了一件關(guān)于鋼板彈簧的中國(guó)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01420434893.6）。該申請(qǐng)的主題是異型少片變截面汽車鋼板彈簧總成（見(jiàn)圖1），包括板簧、緊固件（4），板簧一端帶卷耳（5），另一端為自由端，特征是板簧由上層板簧片（3）、中層板簧片（2）及下層板簧片（1）相互疊加而成，上層板簧片（3）、中層板簧片（2）及下層板簧片（1）端部與端部之間通過(guò)壓筋、壓筋槽相互配合連接，板簧總成兩端從中間往外沿長(zhǎng)度方向分別為不同半徑的凹弧、凸弧段。卷耳（5）內(nèi)裝有鋼橡膠襯套。

圖1　異型少片變截面汽車鋼板彈簧總成結(jié)構(gòu)圖

2.2螺旋彈簧

2012年10月15日，安徽江淮汽車股份有限公司提出一件關(guān)于螺旋彈簧的專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01210393563.2），提出了一種無(wú)并圈的汽車用懸架螺旋彈簧（見(jiàn)圖2）。它將線材卷繞成螺旋狀，所述彈簧以中間一圈彈簧為中心，兩側(cè)呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且從中間一圈至彈簧的兩端，螺旋彈簧中徑逐漸縮小，下一圈外徑小于上一圈內(nèi)徑。相鄰兩圈中，下一圈外徑小于上一圈內(nèi)徑，小于量大于相鄰兩圈的最大制造公差和。所述彈簧受到壓力時(shí)開(kāi)始?jí)嚎s，當(dāng)其從兩端至中間的上一圈內(nèi)平面與下一圈平面高度相同時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生剛性接觸。

圖2　無(wú)并圈螺旋彈簧自由狀態(tài)示意圖

2.3扭桿彈簧

寧波潤(rùn)軸汽配有限公司于2013年1月16日提出了一件關(guān)于扭桿彈簧的中國(guó)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)?01320025746.9）。該申請(qǐng)的發(fā)明名稱是一種汽車扭桿彈簧（如圖3所示）。扭桿彈簧前端圓柱體（1）后端通過(guò)圓弧與圓柱體I（2）前端相連，所述圓柱體I（2）后端通過(guò)圓弧與圓柱體II（3）前端相連，所述圓柱體II（3）后端通過(guò)圓弧與圓柱體III（4）前端相連，所述圓體柱III（4）的后端通過(guò)圓弧與圓柱體IV（5）的前端相連，所述圓柱體IV（5）的后端與圓臺(tái)（6）大端面相連，所述圓臺(tái)（6）小端面通過(guò)圓弧與圓柱體V（7）前端相連，所述圓柱體V（7）后端通過(guò)圓弧與扭桿彈簧后端圓柱體（8）前端相連。所述整個(gè)汽車扭桿彈簧為一個(gè)階梯軸，所述汽車扭桿彈簧表面需要進(jìn)行清理去氧化皮。

圖3　汽車扭桿彈簧結(jié)構(gòu)示意圖

2.4氣體彈簧（空氣彈簧）

為了改善汽車平順性，提高乘坐的舒適性，減輕車輛對(duì)道路或貨物的損壞，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了空氣彈簧懸架。近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)始大力推廣和強(qiáng)制采用空氣彈簧。

2015年3月19日，柳州市永益機(jī)械制造有限公司提出一件空氣彈簧專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01510121848.4），見(jiàn)圖4。該空氣彈簧包括上充氣口（1）的上連接板（3），開(kāi)有下充氣口（8）的下連接板（10）；上連接板（3）和下連接板（10）之間設(shè)置有上氣囊（4）和下氣囊（6），上氣囊（4）和下氣囊（6）之間設(shè)置有浮動(dòng)活塞（5）；上氣囊（4）的上邊緣與上連接板（3）固定連接，下氣囊（4）的下邊緣與浮動(dòng)活塞（5）的上端面固定連接，從而形成上氣腔（2）；下氣囊（6）的上邊緣與浮動(dòng)活塞（5）的下端面固定連接，下氣囊（6）的下邊緣與下連接板（10）固定連接，從而形成下氣腔（7）；浮動(dòng)活塞（5）的下端面設(shè)置有沿著設(shè)置在下氣腔（7）內(nèi)的導(dǎo)向套（11）穿出下連接板（10）的活塞桿（9），活塞桿（9）與導(dǎo)向套（11）之間設(shè)有密封圈；在上氣室（2）內(nèi)設(shè)置有與活塞桿（9）正對(duì)的壓縮彈簧（12）。上氣囊（4）和下氣囊（6）由彈性材料制成，上氣腔（2）和下氣腔（7）的單獨(dú)剛度通過(guò)變截面、不同體積及不同充氣壓力進(jìn)行改變。

圖4　空氣彈簧結(jié)構(gòu)示意圖

2.5橡膠彈簧

懸架橡膠彈簧是重型汽車新型橡膠懸架的主承件和關(guān)鍵件。它由金屬和橡膠層疊粘合而成，金屬起骨架和支撐作用，橡膠起減振和連接作用。中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院在2012年8月28日提出了一件相關(guān)申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)?01220432375.1），主題名稱為“一種汽車懸架減振橡膠彈簧”，包括金屬隔板（1）、橡膠層（2）、連接板（3）、支撐板（5）、蓋板（6）。其中，金屬隔板和橡膠層以及支撐板（5）為拱形結(jié)構(gòu)，帶有

一定的弧度，其曲率半徑在300mm之內(nèi)。金屬隔板和橡膠層相互層疊設(shè)置，支撐板（5）與最下層的橡膠層連接，而最上層橡膠層設(shè)置在連接板（3）上弧形凹槽（4）內(nèi)。而蓋板（6）由塑料制成，設(shè)置在支撐板（5）的平面端。

圖5　汽車懸架減振橡膠彈簧結(jié)構(gòu)示意圖

3　國(guó)內(nèi)汽車懸架用彈性元件未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)幾年，汽車懸架所用的彈簧將向輕量化、節(jié)約資源、高應(yīng)力、高可靠度、智能化程度發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源供應(yīng)日趨緊張，懸架用彈簧向輕量化設(shè)計(jì)是現(xiàn)在及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。懸架彈簧應(yīng)力水平設(shè)計(jì)在現(xiàn)有設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)上也將會(huì)進(jìn)一步得到突破。此外，結(jié)合上述中國(guó)專利申請(qǐng)可見(jiàn)，各懸架彈簧的形狀、結(jié)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)形式均有了改進(jìn)，未來(lái)也勢(shì)必會(huì)對(duì)懸架彈簧的形狀、結(jié)構(gòu)作出更優(yōu)的改進(jìn)，使其具備更高的可靠性，擁有較長(zhǎng)的使用壽命等，從而進(jìn)一步提高車輛可操縱性能。伴隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車控制系統(tǒng)智能化程度將越來(lái)越高，電子控制空氣懸架也是現(xiàn)在及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

4　給國(guó)內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的一點(diǎn)建議

國(guó)內(nèi)企業(yè)要密切關(guān)注國(guó)外同行業(yè)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展走向，如材料及產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，技術(shù)裝備水平等，并不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，縮短差距，改進(jìn)技術(shù)手段，提高裝備水平與人員素質(zhì)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)要鼓勵(lì)企業(yè)內(nèi)部人員創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出自己的新產(chǎn)品，以面對(duì)未來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（下冊(cè)）（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：206-215.

[2]龔訊.汽車懸架彈簧向高強(qiáng)度方向發(fā)展[J].機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào)，2003，（3）：35.

[3]張建文.汽車用空氣彈簧懸架系統(tǒng)綜述[J].公路交通科技，2002，19（6）：151-155.

[4]孫云秋.中國(guó)懸架彈簧生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[C].全國(guó)金屬制品信息網(wǎng)第22屆年會(huì)論文集，2010.

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