孔辉说悬架（五）：空气弹簧的精髓部件 —— 囊皮

空气弹簧，是一种依靠气体体积变小压力变大特性产生弹性的弹簧，那么对空气弹簧有两个最基本的要求：一要扛得住压力，不漏气；二要耐得住变形，不破损。而乘用车空气弹簧的这两个关键性能很大程度依赖于一个呈袖管状、有弹性的非金属零件 —— 囊皮。

乘用车空气弹簧的囊皮

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乘用车空气弹簧工作时，囊皮所包裹的气压在几个到二十几个大气压之间剧烈波动，同时囊皮本身还承受悬架带来的拉伸，压缩，扭转，摆动等多方向变形，还要耐得住外界的高温，低温，空气中的臭氧、泥水沙石等等。可以说空气弹簧囊皮算得上是乘用车上工作条件最恶劣的橡胶零件了。那么空气弹簧囊皮内部是什么样的结构，又是如何能承受如此苛刻的工作环境的呢？

囊皮结构示意图

一般来讲，囊皮内部由两种材料 —— 高分子骨架材料和高分子弹性体组成。由高分子骨架材料（纤维）组成的网状结构，承受气压和变形带来的力量；网状结构内部、外部及中间填充的弹性体起到密封高压气体和保护骨架材料的作用。通俗地说，如果空气弹簧爆了，那就是骨架材料受不了大的力量而断裂。如果空气弹簧开裂漏气了，那就是弹性体材料老化开裂，封不住气了。

那么空气弹簧囊皮是怎么生产出来的呢？

传统囊皮生产工艺流程 —— 层贴法

上图是现在国内大多数空气弹簧囊皮供应商采用的生产工艺 —— 层贴法。是先把骨架材料，即帘线，纺织成帘布，再将橡胶通过压延工艺涂覆到帘布两面，制成覆胶帘布。另外一部分用来做内层的橡胶单独压成橡胶片。再把两种片状材料在模具（成型毂）上卷贴成筒状，再硫化，最终制成囊皮成品。如果对轮胎行业有些了解的朋友就会发现该工艺与轮胎制造工艺没什么太大区别。

接下来说材料，曾经多数厂家用天然橡胶+尼龙帘线做空气弹簧，这基本上是汽车轮胎材料的延用。工艺和材料都与轮胎有很大的相似度，优点是工艺成熟、便宜，但缺点是寿命也和轮胎差不多，这也是大多数人眼里乘用车空气弹簧寿命跟轮胎差不多的原因。比如，很多2005~2015年的奔驰GL和路虎发现4的车主会认为空气弹簧容易漏气。

但长期使用空气悬架乘用车的人以及业内人士不难发现，最近几年的乘用车空气悬架没那么容易坏了，乘用车空气弹簧平均都能保证6-8年的使用寿命，甚至有些车的空簧10年都不损坏。这是什么原因呢？

这就要介绍一下新材料 —— 氯丁胶，以及新工艺 —— 缠绕法。

天然橡胶是一种源自大自然的高分子材料，其优良的弹性使其得到广泛应用，但是天然橡胶在耐高温，耐变形，耐臭氧等方面有很多不足。而氯丁胶是一种人工合成高分子材料，其优良的耐高温，耐疲劳变形，耐臭氧的能力使其寿命能够达到天然橡胶的数倍，这让氯丁胶在很多汽车应用上取代了天然橡胶，比如发动机皮带，空气弹簧，门窗密封条，防尘罩。基于此原因，孔辉空气弹簧自量产供货第一天开始即全面采用氯丁胶，所以能够在设计上实现与车辆等寿命。

但氯丁胶的缺点是工艺复杂，原料保质期短且价格昂贵（较天然橡胶贵3-4倍）。另外资深空气弹簧工程师都知道“一薄遮百丑”的道理，意思是我们希望车像踩着云彩一样悬浮在一团空气上，而不是坐在一坨橡胶上，既然是空气弹簧而不是橡胶弹簧，我们就希望橡胶越少越好，囊皮越薄越好。因此无论从成本还是从提升性能方面考虑，都应该尽可能减少囊皮胶料的使用量，让囊皮尽可能轻薄。那么如何使囊皮做的更薄又有良好的基本性能呢，这就要介绍一下囊皮的最先进制造工艺 —— 缠绕法。

孔辉新型囊皮制造工艺 —— 精密缠绕法

SWAT即Spiral Wound Air-sleeve Technology，即：精密缠绕法，是孔辉科技于2024年正式推出的、目前世界最先进的囊皮制造工艺。通过挤出让橡胶直接在芯模上成型，骨架材料由编织机在芯模上精密缠绕成型，省去了橡胶压延及帘线织布的步骤。批量生产证明，精密缠绕法过程更稳定，制品更薄且厚度更均匀。下面是不同工艺成型的囊皮断面及厚度对比。

20倍电镜下对比图

孔辉精密缠绕成型囊皮（以下简称：SWAT）和德国威巴克囊皮都采用最先进的工艺，相较于传统工艺囊皮，在同样骨架材料的情况下，能做得更薄，实测厚度减少20%-30%，同时减少三倍的厚度公差，即从±0.3mm减少到±0.1mm。

孔辉SWAT囊皮 —— 缠绕后状态

在寿命方面，经过多轮台架及道路试验，应用孔辉SWAT囊皮的空气弹簧的寿命是传统工艺的2-3倍，可以抵抗更加苛刻的工作环境。例如在极氪某车型上的传统工艺制成囊皮寿命能够达到1.5-2倍的耐久试验寿命，而SWAT囊皮能够实现3倍耐久寿命无损坏。使得设计人员能够在传统工艺囊皮保障使用的基础上，获得更大的设计空间，实现更好的性能和更大的承载能力。

在性能方面，由于囊皮可以做得更薄，应用的骨架材料强度更大，模量更高。可以使弹簧迟滞更小，对振动的吸收更好，给汽车驾乘者带来更加柔顺的体感。耐久后弹簧刚度变化更小。包括上汽奥迪，长安等多家的主机厂调校专家在对使用SWAT囊皮的空簧调校后，反馈在其他零件相同只更换囊皮的情况下，SWAT囊皮的迟滞更小，平顺性更佳，对高频振动的吸收更好。能够赶上甚至在某些性能上超过国外同类产品。性能评价后，各大主机厂均表示希望尽快在自己的车型上应用SWAT囊皮。

值得一提的是，所述精密缠绕工艺关键设备均由孔辉独立自研完成。孔辉技术团队经超过三年时间，共三代工艺路线迭代后，终于完成了从橡胶成型到帘线缠绕，从检测到硫化的整套设备硬件到软件的开发，达成了稳定且高效的囊皮生产过程。至此，在高品质乘用车空气弹簧囊皮工艺上，中国厂家首次与国外厂家站在了一个水平线上，同时填补了国内高端空气弹簧工艺装备领域的空白。

2025年孔辉科技计划将精密缠绕产线的年扩大至40万只，届时，更多主机厂的车型将搭载轻薄、柔软且耐用的SWAT囊皮并从中受益。