商用卡車底盤輕量化探討

陳中旺

摘 要：商用車輕量化設(shè)計(jì)，就是在汽車零部件尤其是結(jié)構(gòu)件的功能強(qiáng)度不變的前提下，把零件的重量減小。一個(gè)成功的輕量化設(shè)計(jì)，不僅可以起到對(duì)整車節(jié)能減排的作用，而且在當(dāng)前國(guó)家法規(guī)嚴(yán)格控制超載的形勢(shì)下，還可以有效提升車輛的運(yùn)輸效率，直接降低用戶的運(yùn)營(yíng)成本，提升運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益。文章介紹了一些整車輕量化設(shè)計(jì)思路，僅供參考！

關(guān)鍵詞：輕量化設(shè)計(jì);汽車零部件;控制超載;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：U465 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-111-03

Discussion on Lightweight of Commercial Truck Chassis

Chen Zhongwang

（ Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.， Anhui Hefei 230601 ）

Abstract： The lightweight design of commercial vehicle is to reduce the weight of the parts on the premise that the functional strength of the parts， especially the structural parts， remains unchanged. A successful lightweight design can not only play the role of vehicle energy conservation and emission reduction， but also effectively improve the transport efficiency of vehicles， directly reduce the operating cost of users and improve the transport economic efficiency under the current situation of strict control of overloading by national laws and regulations. This paper introduces some lightweight design ideas of the whole vehicle for reference only！

Keywords： Lightweight design; Auto parts; Control overload; Economic performance

CLC NO.： U465 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-111-03

引言

2016年，隨著發(fā)布新版的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-1589，國(guó)內(nèi)重卡市場(chǎng)發(fā)生了很大的變化，其對(duì)各類車型的總重限制，直接影響到了市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)狀況以及主機(jī)廠的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式面對(duì)法規(guī)變化對(duì)市場(chǎng)的影響，作為主機(jī)廠應(yīng)該需要積極應(yīng)對(duì)，通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低整車重量，提高運(yùn)輸能力。

以長(zhǎng)途6×4牽引車為例，輕量化優(yōu)勢(shì)：重量降低200公斤，給客戶帶來(lái)額外價(jià)值，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得額外的200公斤載重量，每天按800公里的行駛里程，滿載率60%，一年運(yùn)行按照300天計(jì)算，運(yùn)費(fèi)按照目前的市場(chǎng)價(jià)0.6元/噸/公里計(jì)算，那么，每年可以給客戶增加收入為：0.20×800×60%×0.6×300=17280元;5年多賺約8萬(wàn)元。

1 底盤系統(tǒng)的輕量化思路

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大致可分為尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化（尺寸和結(jié)構(gòu)）三類。

舉例：平衡軸總成降重

通過(guò)采用連接方式不同優(yōu)化降重，該方式是由車架下翼面和橫梁連接調(diào)整為側(cè)面和橫梁連接，平衡軸總成取消了平衡軸中間芯軸和與車架連接的中間連接支架，該結(jié)構(gòu)降重明顯。

圖1 ?平衡軸裝配結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)平衡軸新結(jié)構(gòu)平衡軸

通過(guò)結(jié)構(gòu)全新優(yōu)化設(shè)計(jì)，后平衡懸架裝置降重260kg，整車實(shí)現(xiàn)降重約220kg。

以下是一些底盤件輕量化方案：

表1

早期商用車因能滿足超載要求，很多零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)笨重，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化是底盤件輕量化的主要手段。

1.2 新材料運(yùn)用

隨著科技、工藝的進(jìn)步，很多高強(qiáng)度、密度低、耐磨性好的材料孕育而生，并運(yùn)用在汽車上。通過(guò)采用新材料，可以優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)零部件輕量化。

鋁合金材料在強(qiáng)度、加工、重量以及防腐性能方面都有很多的優(yōu)勢(shì)，在汽車行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，成為一種高端、輕量化及抗腐蝕的代表性材料。在一定范圍內(nèi)用來(lái)替換鋼制結(jié)構(gòu)件，可以有效降低整車重量。

隨著材料制造技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的玻璃鋼材料越來(lái)越多的應(yīng)用在汽車領(lǐng)域里。采用高性能輕質(zhì)材料是汽車輕量化的追求目標(biāo)，作為以塑帶鋼的玻璃鋼復(fù)合材料，以其獨(dú)有的特性如：設(shè)計(jì)自由度大、成型方便、安全、降噪、耐溫隔熱等，可廣泛應(yīng)用于汽車零部件上。

舉例：板簧支架

某產(chǎn)品板簧支架三維造型如下圖，該支架是雙前橋板簧支架，集成了一橋吊耳支架、二橋固定支架和轉(zhuǎn)向過(guò)渡支架，通過(guò)集成降低重量，支架整體采用普通球墨鑄鐵件。

圖2 ?板簧支架原結(jié)構(gòu) ? ? 圖3 ?板簧支架改進(jìn)結(jié)構(gòu)

改用高牌號(hào)ZGD650-830進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，結(jié)構(gòu)如上右圖3，在工藝允許的條件下，盡可能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)等應(yīng)力布置。

通過(guò)對(duì)零件靜強(qiáng)度對(duì)比分析，驗(yàn)證零件結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)及裝車要求。

一般通過(guò)靜力分析工況通過(guò)CAE分析計(jì)算，得到分析結(jié)果如下表。

表2 ?分析結(jié)果如下表

結(jié)論：從分析結(jié)果來(lái)看，不會(huì)對(duì)鑄件安全性產(chǎn)生明顯影響，經(jīng)CAE分析驗(yàn)證，雖然各工況下改進(jìn)結(jié)構(gòu)比原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力增大，但結(jié)構(gòu)比強(qiáng)度與原結(jié)構(gòu)相當(dāng)，安全系數(shù)與原結(jié)構(gòu)持平;綜合，改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能等同于原結(jié)構(gòu)，可滿足工況使用要求。

目前在用的新材料如下表：

表3

1.3 工藝降重

利用摩擦焊可以降低因搭接焊接所帶來(lái)的重量，同時(shí)有著不需焊接材料以及安全環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。重卡中如推力桿、管梁等零件均可以采用摩擦焊工藝。

通過(guò)鑄造工藝提升，減少零部件數(shù)量，使用一體化橋殼，提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)輕量化。

1.4 相關(guān)零部件集成

汽車涉及的零部件較多，特別是隨著尾氣排放的升級(jí)，尾氣處理裝置占據(jù)空間較大。因此在底盤有限的空間內(nèi)，為了布置更多的零部件，需要對(duì)整車布置進(jìn)行優(yōu)化集成，盡可能利用高度空間。以下是出氣筒集成、鑄造圓管梁帶儲(chǔ)氣功能舉例。

1.5 按照車輛的使用工況進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)

在嚴(yán)控超載的政策現(xiàn)狀下，可以減少車輛的部分功能過(guò)剩配置，達(dá)到降重目的;如取消鞍型橫梁（B橫梁）、前、后穩(wěn)定桿裝置、減小推力桿尺寸、車架輕量化設(shè)計(jì)等。

通過(guò)車輛工況，對(duì)輪胎選型降重;還可以根據(jù)整車配置及工況不同，適應(yīng)性選用輕量化輪胎，實(shí)現(xiàn)整車降重。

1.6 輕量化設(shè)計(jì)的管控

輕量化設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處固然是有很多，但是在我們車型的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果盲目的追求輕量化，也將給車輛帶來(lái)功性能設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和故障隱患，所以我們對(duì)每一項(xiàng)的輕量化設(shè)計(jì)都要有嚴(yán)格的流程管控。

通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)驗(yàn)證流程，以及多種輕量化設(shè)計(jì)手段，我們的產(chǎn)品配置及性能將越來(lái)越合理化，逐步趨向完美的輕量化設(shè)計(jì)，為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)更多的價(jià)值。

2 總結(jié)

汽車輕量化設(shè)計(jì)，是汽車領(lǐng)域內(nèi)我們應(yīng)該不斷追求和探索的方向，我們應(yīng)該積極主動(dòng)的去觸摸新的科技元素，為我們的社會(huì)和未來(lái)創(chuàng)造更好的產(chǎn)品和更多的收益。

參考文獻(xiàn)

[1] HyperWorks10.0 User's Manual [M]， 2010.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì).[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3] 申晉憲，王鐵.載貨汽車總體設(shè)計(jì)分析.[M]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[4] 莊茁等.Abaqus/Standard 有限元軟件入門指南[M].清華大學(xué)出版社，1998.