商用卡車輕量化發(fā)展趨勢

莫書琪

摘 要：近年來，我國經濟轉型進程不斷加快，各大企業(yè)也面臨產品升級的壓力，輕量化便是商用卡車產品升級的趨勢之一，可對汽車安全、高效運輸以及節(jié)能減排等方面具有促進作用。本文對商用卡車輕量化的發(fā)展貢獻與需求分析進行討論，并在此基礎上，提出商用卡車輕量化的發(fā)展趨勢，以期對輕量化設計起到借鑒作用。

關鍵詞：商用卡車 輕量化 發(fā)展趨勢

Lightweight Development Trend of Commercial Trucks

Mo Shuqi

Abstract：In recent years， Chinas economic transformation has been accelerating， and major companies are also facing the pressure of product upgrades. Lightweight is one of the trends in commercial truck product upgrades， which can promote vehicle safety， efficient transportation， energy conservation and emission reduction. This article discusses the development contribution and demand analysis of commercial truck lightweight， and on this basis， proposes the development trend of commercial truck lightweight， in order to play a reference role for lightweight design.

Key words：commercial truck， lightweight， development trend

1 引言

我國卡車技術發(fā)展與經濟發(fā)展進程緊密相關，1978年改革開放后，商用卡車發(fā)展勢頭迅猛，至今已形成中、中重、重卡并存的態(tài)勢，為國家經濟發(fā)展作出了卓越貢獻。如今，我國經濟邁入新常態(tài)，影響卡車需求來源的也發(fā)生了變化，即物流輸運與工程施工，以基礎設施建設為主的重型卡車需求逐步降低，而以物流運輸為主的商用卡車需求逐步提高。伴隨著“治理超載”、“計重收費”等國家公路執(zhí)法力度的提升，商用卡車輕量化的優(yōu)勢逐步凸顯，這就要求相關生產企業(yè)在滿足原有設計思路的基礎上，開發(fā)出更多符合市場需求的輕量型商用卡車。

2 商用卡車輕量化的發(fā)展貢獻

2.1 削減有害氣體

商用卡車輕量化，可以精準設定額定載荷，通過先進的技術與材料，在不降低承載能力的條件下減少排放，并削減卡車行駛過程中排放的碳氧化物、氮氧化物以及各種顆粒物等有害氣體，這也是為應對日益惡化氣候環(huán)境下的商用卡車輕量化的動力。據不完全數據表明，1990到2010年期間，歐洲卡車排放量增長36%，約占全歐洲道路交通排放總和的1/4，占溫室氣體排放的4%[1]。在全社會關于限制汽車尾氣排放有助于幫助治理大氣污染的共識下，商用卡車的排放要求將越來越高，以歐洲六號為例，關于商用卡車的CO廢氣排放標準，相比與歐洲三號調低了0.6，氮氧化物調低了4.5。

2.2 提高燃油經濟性

目前，我國已成為能源進口大國，如何提升汽車燃油的經濟性，尤其是商用卡車的燃油經濟性，對節(jié)能減排具有重要意義。一般來說，汽車每輕量100kg，可減少8-12g/km左右的CO2，相當于改善8-10%左右的燃油經濟性，具體措施有減低阻力、提高動力系統效率，從而實現輕量化。由于發(fā)動機動力輸出降低，從而延長在經濟轉速工作時間，讓燃燒效率更加充分，繼而符合排放要求[2]。

2.3 降低安全隱患

長久以來，我國交通道路普遍存在超載運輸的情況，卡車長期超載必將會嚴重削弱車輛的安全性，降低正常符合制動力，增加制動距離，從而引發(fā)嚴重的交通事故。為遏制拆在運輸現象，政府提出了高速計重收費等辦法，尤其是2016年展開的超限超載治理工作，將原有6軸以上卡車的55噸承載限額降低到了49噸，同年交通安全事故發(fā)生有所減少，從一定程度上降低了安全隱患。

3 商用卡車輕量化的需求分析

3.1 設計空間需求

在滿足整車設計的基礎上，商用卡車的承載空間要盡可能的加大，從而提高車型的市場競爭力。在承載空間方面，商用卡車主要用途為貨物運輸，只要外觀符合相關規(guī)范，其所能承載的空間越大，則使用性能越強，目前，歐洲商用卡車將鞍座高度從96厘米降到了91厘米，若限高4米，則意味著汽車內部高度可以實現3米，有效裝載容積為100立方米，與同類車型相比，3米的內部高度，將比1米標準集裝箱更加具運輸能力，可以運輸3個1米標準集裝箱[3]。在結構空間方面，商用卡車需要考慮輕量化的空間大致包括如下：車架內部發(fā)動機、安裝水箱等空間的保證，車架后部懸架、輪胎與驅動橋處的匹配，前軸中心線對轉向輪的轉向空間保證。在布置空間方面，車架設計應滿足商用卡車的各種上裝需要，一般來說，上裝主要利用副車架與車架相連，并有更多的預留連接空間，上半部分的結構空間同樣也需要考慮，在我國，上接連接件主要采用騎馬螺栓緊固，占用的車架空間更多，而選用接板連接，僅僅占用車架外部空間，對車架的不利影響相對較少，是未來商用卡車設計空間輕量化一個方向。

3.2 用戶需求

商用卡車輕量化最重要的在于整車可靠性，所以對于各個系統的可靠性要求極高，內部零件要求符合B0.01壽命，即能夠在整車壽命周期內，確保內部零件不發(fā)生損傷與破壞，零件與整車伴隨一生。如果零部件損傷或破壞，必將會導致卡車功能缺失，并對駕駛員與成員的安全造成威脅[4]。與此同時，目前采用的輕量化新材料、制造工藝以及結構優(yōu)化設計等方面，最高可為商用卡車“減重”70%，無論是傳統燃油商用卡車還是新能源汽車領域，輕量化所帶來的燃油經濟性改善予以及提高續(xù)航，均是用戶購買商用卡車的第一個重要因素。

3.3 成本需求

為了降低成本，商用卡車的整車普遍由企業(yè)自己加工生產，這就使得商用卡車輕量化必須符合生產企業(yè)的高生產效率要求。隨著制造工藝的提升，運用拆解分析法分析整車成本已經成為各大車企的工作重點，對每個零部件成本予以拆解，并展開成本分析，一般來說，零部件成本主要由管理、制造、材料、勞動力等構成，并結合材料利用率、材料價格以及制造時間等，得出每個零部件的成本，將原有鑄鐵材料替換為可實現輕量化的新型材料，如鎂合金、鋁合金等，相比而言利用率更高，且成本更低。

4 商用卡車輕量化的發(fā)展趨勢

4.1 輕量化設計

第一，結構優(yōu)化。具體包括拓撲優(yōu)化（結構、尺寸）、結構優(yōu)化、尺寸優(yōu)化三個方面，例如將平衡軸總成降重，將車架下翼面與橫梁連接調整為橫梁與側面連接，取消車架與平衡軸中中間芯軸的連接支架，從而有效減輕重量;第二，新材料運用。鋁合金材料在重量、加工以及強度等方面具有諸多優(yōu)勢，可替代商用卡車鋼制結構件，以塑帶鋼為主的高性能玻璃材料可以替代原有玻璃;第三，工藝降重[5]。選擇摩擦焊，減輕搭接焊導致的重量，并降低污染排放，例如在管梁、推力桿等處，便可采用摩擦焊工藝，當然，一體化橋殼也是未來商用卡車輕量化的重點所在。第四，目前，商用卡車車架普遍選用邊框式車架，支撐著轉向器、變速器、離合器以及發(fā)動機等有關機件，承載著傳遞給車架的所有力與力矩，車架輕量化主要可從減薄料厚、降低縱梁截面高度兩個方面展開，若扭轉工況下車架材料超出屈服極限，則應選用屈服強度更高的材料替代，例如QStE700TM，其屈服強度高達700MPa，是未來商用卡車輕量化的大勢所趨。

4.2 先進制造工藝

第一，液壓成型。液壓成型技術并不是最近才有的技術，早在20世紀70年代，德國便開始了液壓成型技術的基礎研究，在積累了數十年的發(fā)展經驗下，已相對成熟，目前商用卡車零部件生產中，液壓定型技術的應用范圍越來越廣，如懸架系統零件（轉向管柱、牽動杠、保險杠、發(fā)動機托架、前后橋等）、車身結構件（A/B/C柱、車身縱梁、擋風玻璃支架等）、發(fā)動機系統零件（曲軸、凸輪軸、進排氣歧管等）等等，可設定各種加載條件與工藝參數，仿真成型極限，并予以優(yōu)化，可提高成品率，降低生產成本;第二，激光焊接。卡車車身零部件的傳統連接方法為點焊連接，是間接連接，而激光焊接可實現連續(xù)連接，進一步加強了車身的強度與剛度，而且，通過激光焊接還能夠減少車身沖壓件的搭接邊寬度，降低材料使用量，減輕質量，而且，在變速箱齒輪焊接中，激光焊接能夠避免焊接變形，避免焊后熱處理，目前，激光焊接中的商用卡車零部件主要有車門鉸鏈、減震器儲油缸筒體以及尾氣排放系統（排氣管、歧管等）。

4.3 新材料的應用

從前文分析不難看出，雖然底盤系統、車架等部位的輕量化可以從結構、工藝等方面展開，但是，新材料的重要地位尤為凸顯，除卻高強度鋼鐵材料外，現對商用卡車輕量化中新材料的應用展開分析，主要包括有色合金材料、復合材料兩大類。

（1）有色合金材料。有色合金材料主要分為鋁合金與鎂合金，其中以鋁合金的應用范圍最大，主要應用于商用卡車的懸架系統、車輪、車身骨架、車身面板等部位，如鋁合金貨箱、鋁合金油箱（見圖1）、鋁合金車輪（見圖2）等。不僅極大的減輕了重量，而且強度與抗熱疲勞性能更好。

（2）復合材料。復合材料因性能優(yōu)異，在商用卡車輕量化中有廣泛應用，如玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、玄武巖纖維材料等等。

5 結論

綜上所述，未來的商用卡車輕量化，將主要從設計方面、制造工藝方面以及新材料應用方面展開進一步的擴展與完善，當然，各種輕量化手段是相輔相成的，只有充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現輕量化技術的集成，也是未來商用卡車輕量化的發(fā)展趨勢。商用卡車作為汽車的一個種類，與人們日常生活息息相關，實現其輕量化，必將有利于低碳環(huán)保生活的構建。

參考文獻：

[1]張炎.歐洲公布到2050年實現80%碳減排的路線圖[J].國外核新聞，2010（10）：5-5.

[2]王小華.某輕量化重型卡車產品設計開發(fā)[J].時代汽車，2017（02）：46-47.

[3]王凌，王寶昆，杜曉彤，等.商用車正向開發(fā)在重卡車架輕量化中的應用[J].物理測試，2018，036（003）：46-51.

[4]謝成才.鋼鋁結合商用車車架輕量化技術綜述[J].汽車世界，2020（8）：09.

[5]李劍.商用汽車輕量化及鋁合金在現代汽車生產中的應用[J].汽車實用技術，2020，000（001）：178-180.