汽車輕量化在國際上早就不是新課題了,乘用車如此,商用車也是如此。然而在中國,卻由于超載的現實狀況存在,長期以來重卡都以結實耐用為主要發(fā)展方向,輕量化技術長期得不到重視。隨著治超限載和計重收費政策的嚴格實施,輕量化產品才逐漸受到用戶和廠商的關注。用戶買車前不再問“能拉多少噸”,而是“自重多少噸”。但是目前重卡用戶對輕量化的認識,以及重卡廠商對輕量化的宣傳,還僅僅是為了在限載的情況下減少車輛自重而多拉貨物。這是個誤區(qū)。輕量化設計不僅僅是為了節(jié)省材料、減輕自重,增加載質量;更重要的目的是降低能耗、減少排放、提高運營效率和行車的安全性。
減輕車輛自重,主要有以下幾方面的措施:
1、采用變截面少片簧結構板簧
鋼板彈簧由于都是金屬件,重量非常大,減輕板簧的重量,也是減輕整備質量的重要措施。變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的。變截面少片簧不但可以減輕重量,還可以通過減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長使用壽命。另外采用橡膠懸掛或者空氣懸掛也可以減輕懸掛系統(tǒng)的重量。
2、采用單層車架大梁
相比鋼板彈簧,車架的重量更大,有效減輕車架重量,將會大大的減輕整車的整備質量。隨著設計水平、制造工藝的提高,材料性能的提高,單層車架在標準載荷的工況下是完全可以勝任的。由于中國重卡嚴重的超載現象,所以在2008年以前,重卡使用單層大梁幾乎是不可想象的。2008年以后,國產廠商才開始陸續(xù)推出其輕量化產品,車架采用單層大梁結構。
3、使用復合材料
駕駛室是采用復合材料最多的總成,尤其是外覆蓋件:前面板、包角板、翼子板、保險杠,甚至頂蓋,都使用了大量的復合材料。這樣一方面有效的減輕了整車重量,另外一方面由于復合材料成形性好,造型結構上較金屬沖壓件可以更復雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產重卡仍偏好全鋼結構的駕駛室結構,這主要和中國重卡的惡劣工作環(huán)境有關:重卡面臨著太多的考驗和傷害,復合材料受損后很難修復,提高了整車的維修保養(yǎng)成本。不過從近年來各重卡廠商推出的新產品來看,復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高,大量使用復合材料是必然的趨勢。
4、使用鋁合金材料
鋁合金比鋼材密度小,因此在一些復合材料無法替代的部位,可以使用鋁合金材料,包括鈑金件和鑄造件。
鋁合金鈑金件最有代表性的就是油箱,油箱采用鋁合金材料,不但自重減輕,而且油箱內不易生銹,免除定期清洗的麻煩。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。美國重卡為減輕自重,多采用鋁合金制造車身,由于鋁合金焊接性能較差,只能鉚接,因此我們見到的美國長頭重卡都是渾身的鉚釘,非常彪悍。
輪輞、發(fā)動機機體、變速器機體等,也可以大量采用鋁合金鑄造,可以在保證有足夠強度、剛度的同時,最大限度的減輕重量。
5、使用高強度鋼材
在其他材料無法替代、只能采用鋼材的部位,使用高強度鋼板,可以減薄鋼板厚度,從而減輕重量。用來制造車身的冷軋鋼板和制造車架的熱軋鋼板,均可以采用高強度鋼材。歐美重卡,重卡使用的鋼材幾乎100%是高強鋼。以前國產重卡采用高強度鋼板的比例較少,最近幾年逐漸廣泛使用,甚至自卸車的車廂都開始使用高強度鋼板,以提高廂體強度、減輕自重。
6、使用拼焊板
駕駛室由鋼板沖壓焊接而成,由于各部位的結構和受力情況不同,因此不同部位的鈑金件也會采用不同牌號的鋼板,一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號、不同厚度的鋼板。然而隨著CAE技術的發(fā)展,經過模擬實驗和分析,可以計算出同一個鈑金件的不同部位的受力情況,為了減輕一些零件局部的不必要厚度,激光拼焊技術應運而生。激光拼焊技術是將經不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過激光焊接方法,自由組合成為一塊鋼板。這種鋼板成為拼焊板。拼焊板目前在乘用車上應用較多,技術已經非常成熟,大眾、通用、福特、豐田、本田,很多我們耳熟能詳的汽車品牌都在他們的汽車產品中大量應用,但在商用車,尤其是重卡中使用不多。由于重卡對于自重更為敏感,因此拼焊板在重卡上的應用前景廣泛。
7、采用鑄造件
傳統(tǒng)的沖焊結構零件,由于材料和制造工藝的限制,各部位只能是等厚度的,為了確保零件的整體強度和剛度,沖焊件往往都比較厚重。結構件可以通過有限元軟件進行CAE分析,對結構進行優(yōu)化,根據各部位的受力情況設計成復雜的變厚度、變截面的結構,在保證有足夠強度的前提下最大限度的削減不必要的局部厚度,從而大大減輕零件重量。
8、采用真空輪胎和超寬輪胎
降低整車自重,輪胎也不能小看。采用真空胎和超寬輪胎也能在一定程度上降低自重。
真空胎與傳統(tǒng)輪胎相比,不但減少了內胎,輪輞的結構也相應減少了,整車全部換成真空胎,減輕的重量十分客觀。另外真空胎行駛阻力小,能夠在一定程度上降低油耗。
重卡的驅動輪一般都用雙輪胎,如果改為超寬單輪胎,不但能夠減少輪胎數量,還能減少輪輞的數量,減重效果十分顯著。另外超寬單輪胎的接地面積不比雙輪胎小,除了能夠降低自重外,還可以提高行駛穩(wěn)定性、避免雙輪胎的“吃胎”現象。
9、整合零件功能、減少零件數量
另外,整合零件功能、將多個零部件集成,實現零部件的多功能,減少零件數量,使結構更加緊湊,也可以在一定程度上減輕整車重量。如:將油箱和工作臺踏板結合,將油箱與SCR的尿素罐結合等。