淺析牽引車輕量化舉措

易 彪

淺析牽引車輕量化舉措

易 彪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 305870）

隨著國內法規的越加嚴格和完善，法規限值6×4牽引車列車總重49 000 kg，三軸半掛車最大允許總質量限值為40 000 kg，牽引車自重為列車總重減去半掛車總重及乘員體重后約為8 800 kg。所有通過降低整車自重，才可滿足半掛車最大40 000 kg的限值。文章針對某6×4牽引車輕量化問題，從底盤結構優化，輕量化材料應用及輕量化配置應用三個方面進行可行性分析。通過計算機輔助工程（CAE）分析和試驗驗證保證設計方案合理有效。研究表明，通過合理的輕量化設計，可以達成牽引車自重小于8 800 kg目標。

牽引車；結構優化；輕量化材料；輕量化配置

在國外，歐美重卡整車高大威猛，配置豐富，如：奔馳、曼、沃爾沃等，其整車質量普遍較重，以奔馳為例，奔馳重卡駕駛室質量達到1 500 kg，比國內重卡重200 kg以上。按同類底盤結構及驅動形式估算，其質量高于國內重卡。

目前，國內重卡紛紛對比國外卡車推出高端牽引車，整車質量總體有增加的趨勢，本文基于國內市場對輕量化產品的需求，開展牽引車整車輕量化研究。

1 背景

近年來，隨著全球能源危機日趨嚴重，節能、安全、環保等問題越來越受到各國的關注。同時《中國制造2025》中的“節能及新能源車”技術路線圖中規定未來5～10年內將實現平均整車降重5%～10%，對各車企提出極大挑戰。在新版 GB 1589實施后，國家對于車輛超限運輸的管理勢必會更加嚴格，用戶在購車的時候對車輛的自重會更加“斤斤計較”，如何進一步降低車輛的自重，將是車企未來的工作重點。

2 輕量化設計思路

對整車輕量化進行可行性分析[1]、目標設定、方案設計及優化、計算機輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）分析校核、車輛試制、產品驗證，最后得出研究成果總結，設計思路如圖1所示。

圖1 輕量化設計思路

3 目標設定

文中研究對象為6×4牽引車，整車自重9 200 kg。需求整車自重≤8 800 kg（降重≥400 kg）。識別基礎車型可優化部件參數如表1所示。

表1 基礎車型可優化部件

序號部件參數備注 1車架/mm280×80×8橫梁非輕量化 2后懸架4片簧內聯式平衡懸架 3傳動軸/mmΦ140×5 4輪胎總成12R22.5 18PR普通鋼輪輞 5前橋總成6.5T 盤式 6中后橋166 鼓式

4 方案設計及優化

4.1 結構輕量化

車架第二橫梁、第三橫梁間距約700 mm，考慮整合的情況下，將第二橫梁采用背靠背雙橫梁結構，同時取消第三橫梁，如圖2所示。單臺實現降重65?41=24 kg。車架后橫梁結構應用一體沖壓式[2]，如圖3所示。單臺實現降重4 kg。

圖2 車架第二、第三橫梁優化

圖3 車架尾梁優化

基于標桿和競品分析，確定懸架采用外聯式斷開平衡軸設計方案[3]，如圖4所示，考慮現有生產工藝，為實現鋼板彈簧的組合件上線，對標解放、東風結構開發。應用外聯式平衡懸架相比內聯式平衡懸架降重50 kg，外聯式平衡懸架相比內聯式平衡懸架更容易裝配。

圖4 懸架結構優化

根據強度計算，傳動軸規格可以由140 mm× 5 mm改為130 mm×5 mm，每米軸管降低質量19.5?15=4.5 kg，同時優化十字軸，單臺車傳動軸總成可以實現降重18 kg，傳動軸參數如表2所示，傳動軸校核參數如表3所示。

表2 傳動軸參數

軸管規格/mm額定扭矩/(Nm)靜扭屈服/(Nm)十字軸規格/mm Φ130×522 00042 000Φ65×160

表3 傳動軸校核參數

項目數值備注 發動機最大扭矩Me max/(Nm)2 100發動機最大扭矩 變速箱一擋速比Ik max13.8變速箱 驅動橋主減速比I03.364配440后橋時 驅動橋載荷G/kg18 000滿載25 000 輪胎滾動半徑rk/mm0.51612R22.5 地面附著系數Ψ0.8

按最大地面附著力計算：工作扭矩Tmax=× 9.8×k×/0=21 646 Nm。根據工作扭矩選擇，小于傳動軸額定扭矩即可，因此，應用130 mm×5 mm傳動軸滿足使用要求。

4.2 材料輕量化

采用12R22.5常規鋼制輪輞基礎上采用鋁合金輪輞[4]、單個車輪質量降低約20 kg，整車降重220 kg，輪輞參數如表4所示。

表4 輪輞參數

性能普通鋼輪輞鋁合金輪輞 材料輪輞380CL/輪輻380CL6061鋁合金 輪輞抗拉強度/MPa≥380≥450 輪輞屈服強度/MPa≥235≥260 輪輻抗拉強度/MPa≥380≥450 輪輻屈服強度/MPa≥235≥260 質量/kg49.527

4.3 輕量化配置應用

前橋改為應用輕量化前橋，后橋由166橋改為440橋，如表5所示。

表5 輕量化配置

降重項目降重措施降重成果/kg 前橋應用輕量化前橋-25 中后橋166中后橋改為440輕量化中后橋-129

車型降重后與基礎車型質量對比如表6所示。通過主體技術方案分析，整車質量可達成預定目標，整車自重≤8 800 kg。

表6 質量對比

類別部件基礎車型輕量化車型質量降低/kg 結構輕量化車架車架橫梁輕量化設計-28 懸架內聯式平衡懸架外聯式平衡懸架-50 傳動軸/mmΦ140×5Φ130×5-18 材料輕量化車輪總成普通鋼制輪輞鋁合金輪輞-220 輕量化配置應用前橋盤式輕量化盤式-25 中后橋166中后橋440中后橋-129 合計-470 輕量化車型整車自重/kg8 730

5 CAE分析

車架總成扭轉工況分析[5]，如圖5所示。兩者加載力，約束條件一樣，左后輪懸空，車架整體受力變化不大，優化后狀態應力增加2%。車架總成彎曲工況分析，如圖6所示。兩者加載力，約束條件一樣，車架整體受力變化不大，優化后狀態應力增加3%。車架尾梁改為一體式尾梁分析，如圖7所示。車架縱梁和橫梁強度都有所提升，安全系數提升較大。

圖6 彎曲工況車架總成強度對比

6 試制及試驗

開展整車試制稱重，實車重8 760 kg，除去稱重誤差影響，基本能達成設定目標。對零部件開展工程樣件（Off Tooling Sample, OTS）認證，整車開展8 000 km強化路測試[6]，均無輕量化相關問題反饋。

7 總結

本文通過某6×4牽引車輕量化設計，按照輕量化可行性分析、CAE分析、試制驗證和試驗驗證的設計思路，達成了整車自重8 800 kg的目標。同時為其他車型輕量化開發提供了較好的設計思路。

在承載系統的設計上，通過CAE的分析，可以節省輕量化設計開發周期及成本。由于鋁合金質量輕、力學性能好的特性，鋁合金材料在未來汽車輕量化設計中應用更加廣泛。

[1] 桑璟如,趙晶,付堯.載貨車輕量化設計思路[J].重型汽車,2022(4):20-21.

[2] 杜娟,遲明君,張廷虎,等.基于ANSYS的車架橫梁結構改進設計[J].汽車零部件,2012(4):66-68.

[3] 鄒興輝,李海波.一種外聯式斷開平衡懸架的開發及應用[J].汽車實用技術,2022,47(8):53-59.

[4] 武絡,周擁軍,李云飛,等.重卡輕量化鋁合金輪輞連接盤鍛造工藝研究與應用[J].鍛造與沖壓,2020(7): 48-50.

[5] 廉蓉,葉軍,鄭志強.某商用車車架總成零部件失效故障分析[J].汽車實用技術,2020,45(17):61-63.

[6] 門玉琢,于海濤,于海波.重型車輛轉向節臂強化路耐久性斷裂試驗[J].振動.測試與診斷,2018,38(5):997- 1002,1083.

Simple Analysis on the Measures of Semi Trailer Tractor Lightweight

YI Biao

( Anhui Jianghuai Automobile Company Limited, Hefei 305870, China )

With the increasingly strict and perfect domestic regulations, the regulatory limit is 6×4, the total weight of the tractor train is 49000 kg, the maximum allowable total mass limit of the three axle semi-trailer is 40000 kg, and the dead weight of the tractor is about 8800 kg after subtracting the total weight of the semi-trailer and the weight of the passengers. The maximum limit of 40000 kg for semi-trailer can only be met by reducing the dead weight of the whole vehicle. The text is aimed at a 6×4. The feasibility analysis of semi trailer tractor lightweight is carried out from three aspects:chassis structure optimization,lightweight material application and lightweight configuration application. The CAE analysis and test verification ensure that the design scheme is reasonable and effective. The research shows that the target of semi trailer tractor deadweight≤8800 kg can be achieve through reasonable lightweight design.

Semi trailer tractor; Structural optimization; Lightweight materials; Lightweight configuration

U461.99

A

1671-7988(2023)10-70-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.014

易彪（1990—），男，工程師，研究方向為整車集成，E-mail:1107123273@qq.com。