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為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

卡車之家
驅動技術雜談

商用車底盤驅動技術從業者

在油價持續攀升、政府治超治限不斷加嚴的大環境下,整車的燃油經濟性已成為各位卡友最為關心的問題了,為了追求我們的利益最大化,就不得不依靠提高運輸效率來提高本就不高的盈利率了。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

實驗證明,若整車重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;整備質量每減少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L。因此整車的輕量化設計就顯現出極強的重要性了。本文將針對國內商用車各總成的部分輕量化現狀及水平進行簡要的總結與分析。

輕量化駕駛室

駕駛室的優化主要依靠使用高強鋼等輕量化材料以及輕量化結構來達到減重的目的。一般情況下,駕駛室70%以上的材料均為軟鋼,其他部分為高強度鋼,主要有HSLA鋼(高強度低合金鋼)、BH鋼(烘烤硬化鋼)和Q&P鋼(淬火配分鋼)。

厚度大約為0.8mm~1.5mm,駕駛室白車身重量大約在600kg左右,通過結構優化設計,在保證使用需求以及不替換材料的前提下可以減重10%左右。

然而我國商用車駕駛室的輕量化水平相對比較低,用材仍以軟鋼和烘烤硬化鋼為主,抗拉強度600MPa及以上的高強度鋼材幾乎很少使用。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

輕量化車架

我國中重型商用車的車架主要為雙梁結構,鋼板抗拉強度以510MPa和610MPa為主,有一部分企業已經開始使用700MPa的鋼板制造單梁結構,逐步替換抗拉強度510MPa的大梁。

目前,牽引車車架使用700MPa的單梁大梁在我國內的應用比例小于10%。中國重汽在全掛牽引車上采用的抗拉強度700MPa的單梁、上汽依維柯紅巖引進的依維柯系列重型商用車的大梁采用650MPa、8mm的等剛度單梁結構,達到輕量化的目的。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

高強鋼橋殼

橋殼是汽車驅動橋的重要組成部分,支撐并保護氣車的主減速器、差速器以及半軸等傳動零部件,保證傳動系統的穩定工作,同時還要承載整車的重量,必須具備足夠的強度和剛度。

基于輕量化汽車的發展趨勢,橋殼的重量也許要盡可能地輕量化,由于橋殼結構上進行優化的空間有限,所以主要通過應用高強鋼來減小橋殼壁厚,從而達到輕量化的目的。

國內大量使用的橋殼為Q345、16MnL等抗拉強度在500MPa以下的鋼板。而新一代高強鋼橋殼已經產生。

比如寶鋼開發的抗拉強度在800~900MPa的重型貨車橋殼用鋼,單橋可減重50kg,減重率達到20%。此外,武鋼、邯鋼等鋼廠也開發了抗拉強度達到600MPa以上的橋殼用鋼,從而實現減重10%的輕量化目標。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

輕量化車輪輪胎

車輪是安全性要求最高的零部件之一,車輪作為高速旋轉的簧下質量。其輕量化效果相對簧上質量更加明顯,可以顯著地使懸架系統擁有更好的動態響應能力以及車輛的操控性,車輪輕量化產生的節能效果是其他零部件的1.5倍以上。

商用車車輪以鋼制車輪和鋁合金車輪為主,其中鋼制車輪分為型鋼車輪和輥型車輪,輪合金車輪又分為鑄造鋁合金和鍛造鋁合金車輪。

目前型鋼車輪、鑄造鋁合金車輪由于性能不穩定、安全性差等因素逐漸被淘汰,輥型車輪雖然相對型鋼車輪可以減輕20%~30%的重量。

但輕量化發展的最終節點必然是鍛造鋁合金車輪。鍛造鋁合金單個車輪相對普通鋼制車輪能減重20kg~25kg。但受制于成本的因素,目前鍛造鋁合金車輪仍僅適用于高端商用車上。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

傳統中重型商用車驅動輪均為并裝雙胎,而目前個別高端車型已經開始匹配寬截面單胎(即“大單胎”)。

國外的輪胎廠家做過相關的研究表明:牽引同樣重量的半掛車,驅動輪采用“大單胎”的車輛,平均每百公里可減少1L左右的燃油消耗,并且整車降重200kg左右(車輪和輪胎)。

同時最新輕量化輪胎技術還包括無內胎設計,尤其是“無內胎大單胎”在輕量化方面的優勢更為明顯,以三軸半掛車為例,使用“無內胎大單胎”比使用普通并裝鋼絲胎相比,單車輕量化可達到500kg以上,但受承載能力限制,該類車型嚴禁超載。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

輕量化懸架

中重型商用車的懸架,是指車架和車橋之間一切傳導受力連接裝置的統稱。主要包括彈性元件(鋼板彈簧、橡膠彈簧、空氣彈簧等)、導向裝置(推力桿等)、穩定裝置(橫向穩定桿等)、減震器以及其他懸架輔件。

輕量化懸架主要是指對彈性元件系統進行輕量化設計。商用車懸架系統包括多片式鋼板彈簧、變截面少片式鋼板彈簧、空氣彈簧懸架等。其中變截面少片式鋼板彈簧、空氣彈簧懸架都能實現不同程度上的輕量化設計。

變截面少片式鋼板彈簧是指由1片或多片(2~4片)縱向等長的變截面彈簧組成。相對傳統結構進行了優化設計,使彈簧的應力分布更加均勻,可以減重30%~40%。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

空氣彈簧懸架相對傳統板簧懸架可降重45%,在變截面鋼板彈簧的基礎上減重400kg。國家層面也在主動地推動空氣彈簧懸架的發展。

近年來影響卡車市場的幾個關鍵法規,都提到了空氣彈簧懸架。比如GB1589中的“空氣彈簧懸架整車重量加一噸”、GB7258中的“危化品貨車驅動橋、危化品半掛車軸、三軸欄板式半掛車軸、三軸倉柵式半掛車軸需裝備空氣懸架”。

目前歐美發達國家的客車和重卡都普遍采用了空氣彈簧懸架系統,而我國各商用車企業僅針對全新規劃設計的高端物流快遞牽引車使用空氣彈簧懸架,比如一汽J7、重汽的汕德卡C7H、陜汽的X6000等。

但基本仍處于“叫好不叫座”的尷尬局面上,真正被市場接受,實現批量銷售還需要一段時間。

為了降低自重,國產商用車做了哪些設計

寫在最后

在國家三令五申嚴查超載超限的大背景下,汽車輕量化設計一直是各商用車及零部件廠商矢志不渝追求的方向,在保證總成性能及材料不變的前提下,零部件的結構輕量化設計已經被不斷地壓榨到趨于干凈了。

現階段大量的輕量化設計都是通過使用高端輕量化材料或者高端輕量化總成來實現了,不可避免地帶來整車成本的上升。

購車成本在上升,運價又在下跌。某種程度上與我們做輕量化設計的初衷相違背了,也可能是輕量化技術無法全面展開應用的原因之一。

如何平衡輕量化設計后的購車成本、運營成本,本想展開分析,奈何紙短情長,這是一個極其系統而又復雜的問題,把這個問題留給各廠商的產品技術部門和營銷部門吧!(文/卡家號:驅動技術雜談)

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