1、机车用空气弹簧专利技术综述摘 要本文从机车用空气弹簧技术领域的专利申请趋势、专利申请国及国内申请分布进行了统计，并重点对带附加气室空气弹簧技术方向和技术手段的发展脉络进行分析，利用专利技术综述帮助专利发明实质审查员快速准确地把握技术要点，以提高检索和审查效率。 关键词空气弹簧 腔 技术综述 中图分类号：U260.331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0101-02 前言 空气弹簧是一种由有帘线的橡胶囊和充入其内腔的压缩空气所组成的非金属弹性元件。其具有的非线性特性，可以保证车辆在正常行驶时的平顺性，而在急转弯、加速和制动等行驶工况，空气弹簧在大幅度拉伸和压缩时，
2、其刚度逐渐增加，从而能限制车身的运动，提高操纵稳定性，现在社会越来越多的人们对舒适度的要求越来越高，因此对涉及空气弹簧技术的专利申请进行研究分析具有积极的现实意义。 本文主要从机车用空气弹簧的特性和控制方式两方面进行技术分解，具体见图 1。 一、机车用空气弹簧专利技术状况分析 1.1 分析样本的构成 1.1.1 检索策略 对空气弹簧技术的检索主要依赖于分类号，但虽然该技术有专门对应的分类号： 但由于空气弹簧技术出现较早，在外文库中对应分类号下含有大量的文献（103） ，且其应用领域很广，所以各分类体系也会参照方法、装置或用途中的某个特征与某个分类号的相通之处，而将该技术归于其它技术中。因此，本
3、文将该技术限定在机车领域中只使用气体的空气弹簧，对该技术的检索以关键词与分类号结合。最后的检索完成日期为 2014 年4 月底。 1.1.2 检索过程 中文库检索：首先采用明确的分类号，以及专门术语空气弹簧进行检索获得 91 篇；然后进行扩展检索获得相关申请 190 篇；最后以申请人和发明人为入口对重要的申请人和发明人进行补充检索，最终在中国专利文献检索系统中得到样本 223 篇申请。 外文库检索：利用上述分类号与关键词结合检索，获得绝大部分相关申请；为避免样本的遗漏，进一步分类号和关键词扩展检索得到对应文件；并通过对早期的重要发明人进行检索，并将上述检索结果进行初步筛选最终在 sipoabs
4、 数据库中得到分析样本 497 篇。 1.1.3 分析样本的不完全性 由于专利申请延迟公开的特点，有少量 2013 年的申请和大量 2014年的申请目前还没有公开。由于目前空气弹簧的分类号涉及广泛，不乏有部分相关专利文献分到其他领域中。因此对该专利技术的分析样本存在漏检，由于空气弹簧技术的发展在近年变化很大，尤其该技术的专利在 2000 年以后一直高速增长，所以可以认为对于 2000 年的申请，实际数据要远高于检索得到的数据。 1.2 机车用空气弹簧技术专利文献数量分析 1.2.1 按照公开年份进行的统计分析 从图 2 中专利数量的历史趋势可以看出，该技术早在 1847 年就已经提出，但对它的
5、研究长期处于停滞状态，直到上世纪 50 年代才引起人们的注意，才使空气弹簧得到了真正的应用。但经过几年的摸索后，又陷于停顿，直到上世纪 80 年代才再次引起人们的强烈关注。图 2 中的专利文件数量的变化与期刊论文中的论述是一致的，这也从侧面反映了该技术在有些方面已走向成熟，具有较高的商业化前景。 1.2.2 分类号分析 根据对分析样本的统计，样本以在外文数据库中的 IC 分类号为主，EC，CPC，FI/FT 为辅。分析样本中涉及的大类共 21 个，小类 34 个，涉及分类号共 199 个，在此仅对专利数量超过 50 件的大类以及其中具体的分类号进行统计。 1.2.3 国别分析 为了发现各国在空
6、气弹簧领域的实力对比，分别对专利的公开号、优先权号和申请人进行国别统计，之所以这么处理是由数据库提供的著录信息的特点决定的。专利公开号的国别所体现是对一项技术进行专利申请的国家，优先权号的国别体现的是对一项技术首次进行专利申请的国家，申请人的国别体现的是对一项技术进行专利申请活动的主体来自哪个国家。空气弹簧技术是一种处于高速发展阶段的减振技术，国际化趋势在该技术的专利申请活动中表现得非常明显，不同国家的申请人针对目标国家共同进行科研和专利申请已经相当普遍。 在 sipoabs 数据库中利用公开号进行的国别统计，可以看出该技术主要集中在德国（DE/21%）和美国（US/20%） ；除此之外，在本
7、领域持有专利数量比较多的国家还有日本（JP/12%） 、英国（GB/8%） 、法国（FR/5%） 、澳大利亚（AU/4%）中国（CN/3%）和加拿大（CA/3%） 。 二、中国在机车用空气弹簧领域的专利活动分析 2.1 年份分析 中国涉及空气弹簧领域的专利申请是在 1996 才出现的，整体上在中国专利数据库得到的空气弹簧技术的专利申请有 185 篇。 2.2 数量分析 在 185 篇公开的专利申请中，前三位申请人为我国申请人提出的，本国申请人占到中国申请的 70%以上，这说明中国已经开始在空气弹簧领域引起重视。 从专利申请的内容上来看，中国的专利申请有三个特点：一是申请人比较集中，前三位申请人
8、申请专利量占 58%；二是国内申请人种进行专利申请的主体以科研人员和高校为主。从总体上来看，我国的空气弹簧在设计和制造上与发达国家相比还有相当大的差距。 2.3 内容分析 通过对中国专利申请分类号的大类进行统计来看，空气弹簧除应用在车辆上， 还应用在各类机车的座椅减振，航空航天中精密仪器、仪表的减振，精密和超精密加工设备的隔振系统、超精密试验平台的振动控制上。为了具体分析下面将对目前国内专利的研究进展程度进行简单评述。 1、结构方面：主要集中在通过改变气室的容积控制刚度特性，节流孔控制阻尼特性等，从而有效地降低弹簧的动刚度，提高车辆的平顺性和舒适性； 2、控制方面：其专利申请的特点主要是通过对
9、空气弹簧的控制系统进一步的改进，以提高空气弹簧应用系统的性能及安全性。 3、其他：一些科研单位和高校虽然目前的专利申请量还比较小，但近年的发展速度很快，专利的具体内容也是追随当前的热点技术或科技前沿，在此一并做简单介绍。空气弹簧的寿命主要取决于气囊的寿命， 因此高强度高耐磨性的空气弹簧气囊材料的研制在今后一段时间内有着广阔的前景，如针对空气弹簧的材料/工艺提高空气弹簧的使用寿命；将磁流变应用在了弹性体橡胶空气弹簧，打破了传统的空气作为气源的常规；从空气弹簧的高度控制阀与限位装置出发，对高度和刚性进行调节，以延长使用寿命。 其它的专利申请内容还涉及刚度、频率、阻尼特性，制造工艺、控制系统等方面的
10、研究，限于篇幅此处不再一一罗列。 三、机车用空气弹簧技术发展线路 3.1 主副气室体积比技术发展路线 当空气弹簧发生变形时，空气弹簧主气室和附加气室之间就会产生压力差， 空气就会经节流孔或管路在两者之间流动， 于是就会产生阻尼， 从而吸收一部分振动能量， 起到减振的作用。 3.2 非线性技术发展路线 空气弹簧的接触非线性问题则是由上下盖板与胶囊相接触引起的，它们的接触问题属于刚体柔体的非线性接触问题。 3.3 控制系统技术发展路线 空气弹簧的控制系统随着其它相关科技的进步发生了两次变革，经历了三个发展阶段：机械控制，电子控制和智能控制，其发展路线如图5。 在 20 世纪中期，采用的是机械控制系
11、统，它的控制元器件主要是高度控制阀， 利用其自动地对空气弹簧进行充气和排气， 实现空气弹簧高度的控制（如 US2977134A） ；而在 20 世纪末到本世纪，采用的电子控制系统较机械控制系统前进了一大步，是一个质的飞跃， 它是利用电子控制器（ECU）采集各类传感器传来的信号，对信号进行分析后将控制信号发送给执行器（主要是各种电磁阀） ，从而实现对空气弹簧的控制（如JP7-238969A） ；在本世纪初开始，逐渐发展起来的智能控制系统是在电子控制系统的基础之上借助当今自动控制理论发展起来的，它主要是对ECU 的软件部分进行了改进，不但可以控制空气弹簧的高度和刚度，而且可以利用模糊神经网络等控制技术可以实现空气弹簧非线性特性的控制（如 RU2378131C2） 。 3.4 气囊材料技术发展路线 影响空气弹簧使用寿命的主要是气囊的寿命，虽然随着科技的进步，气囊材料的改变，气囊的使用寿命得到了大幅提高。 参考文献 1 Malin Presthus. Derivation of Air Spring Model Parameters for Train Simulation J.Master of Science Programme， 2002. 2 “汽车空气弹簧的理论分析与试验研究” ，孙为群等， 设计？研究 ，第 2 期，1999 年 2 月 28 号.
