商用卡车轻量化发展趋势

商用卡车轻量化发展趋势

胡欢欢

中国重型汽车集团有限公司 山东济宁 272073

摘要：汽车轻量化是结合车辆结构和技术途径的矩阵式工程项目，在结构方面涉及汽车发动机、底盘、车身、电气设备等各个领域，实现路径包括新材料、新技术和新工艺的应用。 通过有效的项目管理、精确的仿真分析，充分的实验论证在降低车辆自重的同时，保障承载能力、舒适性、可靠性等重要指标不下降。 本文基于商用卡车的轻量化发展趋势进行论述。

关键词：商用卡车；轻量化；发展趋势

引言

随着国家经济快速发展，商用轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择。车门作为汽车车身的一部分，由外门板，内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板等组成，并通过焊接成一体，车门需具备足够的刚强度，以保证车身结构综合性能的发挥，故研究商用轻卡车门力学性能，具有重要的经济和社会价值。

1汽车结构轻量化研究及应用全面展开

汽车结构轻量化，就是根据社会、经济、环境等要求，通过各种技术手段，在保证汽车性能的前提下，减轻整个结构及各个零部件总成的质量，以实现汽车质量的降低。结构轻量化包括车身轻量化、底盘轻量化、动力系统轻量化、内外饰、空调等轻量化，以及底盘动力系统一体化、电动汽车全新架构一体化、新能源汽车专有系统开发等举措。汽车减重以车身减重最有成效，使用承载式结构有利于减重，车身减重降低了底盘承载，底盘又可以进一步减重，动力系统就可以小型化，进而可以减小油箱容积和电池数量。汽车发动机质量仅次于车身，因此组件模块化和关键零件结构优化至关重要，如直喷增压使得发动机小型化，曲轴减少扇板数量及减小扇板宽度，金属传动链改为塑料齿形带等。对于传统乘用车来说，白车身质量占整车重约1/3，因此车身轻量化至关重要，爱驰汽车U5车身轻量化系数为2.29，采用“上钢下铝”结构设计，特别是销量最大的中等价位乘用车的承重式车身研究成果最多。电动汽车的电池和车身占整车重的80%，因此电池和车身减重更有成效，单电池厚度降低，单电池数量减少，体积小型化后，燃料电池动力系统实现了水平安装，呈现高度的集成化发展趋势。另外，在零部件轻量化方面，车身结构优化设计在确定主要性能参数后就可以应用先进技术，进行断面尺寸优化、钣金厚度优化，去除冗余材料，使车身零部件精简化、小型化、薄壁化、中空化和复合化。

2重量目标及轻量化方案的管控

产品专业部根据各系统重量目标的分解结果，梳理详细的整车各系统零部件质量，轻量化作车型重量控制报告，并签批归档，作为各系统及零部件的设计质量依据；各产品工程师需实施跟踪、更新所辖产品的重量属性，并根据目标与实际设计差异提出合理的轻量化方案；轻量化方案依据轻量化方案管控表实时补充、更新进度，管控表包括但不限于轻量化方案的描述、减重效果、性能可行性、工艺可行性、成本、周期、是否采纳、方案进展等。重量目标及轻量化管控过程中，轻量化工程师最少需组织以下三项会议：a、组织重量属性例会，评审重量目标制定与分解的合理性，发布重量目标，向各专业部明确重量目标任务；b、组织轻量化方案评审会，联合各部门提出轻量化方案，进行轻量化方案的工艺性分析、性能分析、成本分析等，筛选并确定方案可行性；c、组织轻量化专题会，向项目经理实时汇报轻量化开展成果、进度及需支持事项，曝光各专业部重量目标达成情况，把控项目风险。

3复合材料应用

随着社会生产效率的加快，物流运输行业发展迅速，急剧上升的商用车保有量给道路资源、环境保护等带来了巨大的压力。 为了解决车辆超载引起的安全事故、排放超标等问题，近年来国内相继出台了严格的法规政策，限制了车辆的载重。 在这种背景下，汽车轻量化是提高运输效率、降低车辆油耗和排放量的重要措施。 驾驶室采用复合材料最多的总成，特别是盖板。 这样一方面有效地减轻了整车的重量，另一方面由于复合材料的成型性好，造型结构比金属冲压零件更复杂、更美观、尺寸更准确。 目前，国产重卡仍首选全钢结构驾驶室结构，这主要与我国重卡恶劣的工作环境有关，重卡面临诸多考验和伤害，复合材料受损后难以修复，提高了整车维护成本。 但是，从近年来各重卡厂家推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料是必然的趋势。 欧美发达国家将汽车使用复合材料的量作为衡量汽车设计和制造水平高低的重要标志。 像德国一样，复合材料的使用量占汽车整体材料的15%。

4新能源

近年来，由于宏观经济高速发展和固定资产投资持续上升，我国公路货运量和港口货物吞吐量快速增长，“一带一路”、“长江经济带”、“京津冀协同发展”、“西部大开发”等国家重大发展战略，工程类车型逐步增加 全球环境污染加剧，各国政府出台相关政策和法规，推动传统柴油动力向替代燃料、混合动力、纯电动及燃料电池等低排放技术路线转移。 根据燃料特性，结合我国能源结构和政策环境，天然气和甲醇汽车在未来10年内比柴油汽车节能技术在碳排放和颗粒物降低方面有明显优势，有良好的发展前景，是商用汽车替代燃料的重点开发方向。 从2025年各国相继实施的禁止燃料车销售法来看，新能源的发展速度将超出预期。 新能源车在全球市场份额增加，电池密度寿命等技术成熟，充电设备数量也呈爆炸式增长，为新能源重卡提供了辅助资源支持。

5设计空间需求

在满足整车设计的基础上，商用卡车的承载空间要尽可能的加大，从而提高车型的市场竞争力。在承载空间方面，商用卡车主要用途为货物运输，只要外观符合相关规范，其所能承载的空间越大，则使用性能越强，目前，欧洲商用卡车将鞍座高度从96厘米降到了91厘米，若限高4米，则意味着汽车内部高度可以实现3米，有效装载容积为100立方米，与同类车型相比，3米的内部高度，将比1米标准集装箱更加具运输能力，可以运输3个1米标准集装箱。在结构空间方面，商用卡车需要考虑轻量化的空间大致包括如下：车架内部发动机、安装水箱等空间的保证，车架后部悬架、轮胎与驱动桥处的匹配，前轴中心线对转向轮的转向空间保证。在布置空间方面，车架设计应满足商用卡车的各种上装需要，一般来说，上装主要利用副车架与车架相连，并有更多的预留连接空间，上半部分的结构空间同样也需要考虑，在我国，上接连接件主要采用骑马螺栓紧固，占用的车架空间更多，而选用接板连接，仅仅占用车架外部空间，对车架的不利影响相对较少，是未来商用卡车设计空间轻量化一个方向。

6智能化

汽车行业正在发生“智能化、联网化、电动化、共享化”的技术革命，创新技术和商业模式正在迅速重复。 为了提高能源利用率、抑制能源消耗、减少污染物排放量，美国制定了“超级卡车”计划，通过能源回收、智能控制、混合动力等技术，提高运输效率。 随着智能网络的发展，激光雷达、毫米波雷达等智能产品日趋商用V2X、5G等网络技术日趋成熟，加上高精度地图的广泛应用，商用车在特定场景下的无人驾驶将加速实现， 判断紧急自动刹车系统、智能灯的雨刮、声音、手势操作、智能空气控制、人的共同驾驶、高精度地图。

结束语

综上所述，未来的商用卡车轻量化，将主要从设计方面、制造工艺方面以及新材料应用方面展开进一步的扩展与完善，当然，各种轻量化手段是相辅相成的，只有充分发挥各自的优势，实现轻量化技术的集成，也是未来商用卡车轻量化的发展趋势。商用卡车作为汽车的一个种类，与人们日常生活息息相关，实现其轻量化，必将有利于低碳环保生活的构建。

参考文献

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