汽車(chē)輕量化在國(guó)際上早就不是新課題了,乘用車(chē)如此,商用車(chē)也是如此。然而在中國(guó),卻由于超載的現(xiàn)實(shí)狀況存在,長(zhǎng)期以來(lái)重卡都以結(jié)實(shí)耐用為主要發(fā)展方向,輕量化技術(shù)長(zhǎng)期得不到重視。隨著治超限載和計(jì)重收費(fèi)政策的嚴(yán)格實(shí)施,輕量化產(chǎn)品才逐漸受到用戶和廠商的關(guān)注。用戶買(mǎi)車(chē)前不再問(wèn)“能拉多少噸”,而是“自重多少噸”。但是目前重卡用戶對(duì)輕量化的認(rèn)識(shí),以及重卡廠商對(duì)輕量化的宣傳,還僅僅是為了在限載的情況下減少車(chē)輛自重而多拉貨物。這是個(gè)誤區(qū)。輕量化設(shè)計(jì)不僅僅是為了節(jié)省材料、減輕自重,增加載質(zhì)量;更重要的目的是降低能耗、減少排放、提高運(yùn)營(yíng)效率和行車(chē)的安全性。
減輕車(chē)輛自重,主要有以下幾方面的措施:
1、采用變截面少片簧結(jié)構(gòu)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(zhì)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(guò)減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長(zhǎng)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(chē)架大梁
相比鋼板彈簧,車(chē)架的重量更大,有效減輕車(chē)架重量,將會(huì)大大的減輕整車(chē)的整備質(zhì)量。隨著設(shè)計(jì)水平、制造工藝的提高,材料性能的提高,單層車(chē)架在標(biāo)準(zhǔn)載荷的工況下是完全可以勝任的。由于中國(guó)重卡嚴(yán)重的超載現(xiàn)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(guó)產(chǎn)廠商才開(kāi)始陸續(xù)推出其輕量化產(chǎn)品,車(chē)架采用單層大梁結(jié)構(gòu)。
3、使用復(fù)合材料
駕駛室是采用復(fù)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(xiǎn)杠,甚至頂蓋,都使用了大量的復(fù)合材料。這樣一方面有效的減輕了整車(chē)重量,另外一方面由于復(fù)合材料成形性好,造型結(jié)構(gòu)上較金屬?zèng)_壓件可以更復(fù)雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國(guó)產(chǎn)重卡仍偏好全鋼結(jié)構(gòu)的駕駛室結(jié)構(gòu),這主要和中國(guó)重卡的惡劣工作環(huán)境有關(guān):重卡面臨著太多的考驗(yàn)和傷害,復(fù)合材料受損后很難修復(fù),提高了整車(chē)的維修保養(yǎng)成本。不過(guò)從近年來(lái)各重卡廠商推出的新產(chǎn)品來(lái)看,復(fù)合材料在整車(chē)所用材料中的比例逐漸提高,大量使用復(fù)合材料是必然的趨勢(shì)。
4、使用鋁合金材料
鋁合金比鋼材密度小,因此在一些復(fù)合材料無(wú)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(nèi)不易生銹,免除定期清洗的麻煩。車(chē)身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。美國(guó)重卡為減輕自重,多采用鋁合金制造車(chē)身,由于鋁合金焊接性能較差,只能鉚接,因此我們見(jiàn)到的美國(guó)長(zhǎng)頭重卡都是渾身的鉚釘,非常彪悍。
輪輞、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、變速器機(jī)體等,也可以大量采用鋁合金鑄造,可以在保證有足夠強(qiáng)度、剛度的同時(shí),最大限度的減輕重量。
5、使用高強(qiáng)度鋼材
在其他材料無(wú)法替代、只能采用鋼材的部位,使用高強(qiáng)度鋼板,可以減薄鋼板厚度,從而減輕重量。用來(lái)制造車(chē)身的冷軋鋼板和制造車(chē)架的熱軋鋼板,均可以采用高強(qiáng)度鋼材。歐美重卡,重卡使用的鋼材幾乎100%是高強(qiáng)鋼。以前國(guó)產(chǎn)重卡采用高強(qiáng)度鋼板的比例較少,最近幾年逐漸廣泛使用,甚至自卸車(chē)的車(chē)廂都開(kāi)始使用高強(qiáng)度鋼板,以提高廂體強(qiáng)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(jié)構(gòu)和受力情況不同,因此不同部位的鈑金件也會(huì)采用不同牌號(hào)的鋼板,一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號(hào)、不同厚度的鋼板。然而隨著CAE技術(shù)的發(fā)展,經(jīng)過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和分析,可以計(jì)算出同一個(gè)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(shù)應(yīng)運(yùn)而生。激光拼焊技術(shù)是將經(jīng)不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過(guò)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(chē)上應(yīng)用較多,技術(shù)已經(jīng)非常成熟,大眾、通用、福特、豐田、本田,很多我們耳熟能詳?shù)钠?chē)品牌都在他們的汽車(chē)產(chǎn)品中大量應(yīng)用,但在商用車(chē),尤其是重卡中使用不多。由于重卡對(duì)于自重更為敏感,因此拼焊板在重卡上的應(yīng)用前景廣泛。
7、采用鑄造件
傳統(tǒng)的沖焊結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和剛度,沖焊件往往都比較厚重。結(jié)構(gòu)件可以通過(guò)有限元軟件進(jìn)行CAE分析,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)各部位的受力情況設(shè)計(jì)成復(fù)雜的變厚度、變截面的結(jié)構(gòu),在保證有足夠強(qiáng)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(chē)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(nèi)胎,輪輞的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)減少了,整車(chē)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(qū)動(dòng)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(shù)量,還能減少輪輞的數(shù)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(xiàn)象。
9、整合零件功能、減少零件數(shù)量
另外,整合零件功能、將多個(gè)零部件集成,實(shí)現(xiàn)零部件的多功能,減少零件數(shù)量,使結(jié)構(gòu)更加緊湊,也可以在一定程度上減輕整車(chē)重量。如:將油箱和工作臺(tái)踏板結(jié)合,將油箱與SCR的尿素罐結(jié)合等。