重卡輕量化技術(shù)研究淺析

重卡輕量化技術(shù)研究淺析

福田戴姆勒技術(shù)中心2018年8月20日第一章第二章第三章汽車輕量化意義輕量化工作開展思路BFDA重卡輕量化技術(shù)研究及運(yùn)用目錄BFDA|2第一章汽車輕量化意義汽車輕量化作用和意義

政策、法規(guī)對重卡行業(yè)輕量化的影響B(tài)FDA|31BFDA|4汽車輕量化作用和意義世界汽車工業(yè)的發(fā)展臨著三大問題降低排放的有效途徑：世界鋁業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)：汽車自重每減少10%，排放降低5%-6%；歐盟將實(shí)現(xiàn)CO2排放控制目標(biāo)的基礎(chǔ)確定為汽車的小型化和輕量化；美國“新一代汽車共同開發(fā)計(jì)劃”（PNGV）將汽車輕量化列為汽車節(jié)能減排三大技術(shù)措施之一。安全環(huán)保節(jié)能整車經(jīng)濟(jì)性提高的重要方法：研究表明，約75％的油耗與整車的重量有關(guān)，降低汽車重量就可有效降低油耗及排放；對商用車的研究亦表明，汽車重量每減少1000kg，油耗可降低6％～7％。提高運(yùn)輸效率，符合我國可持續(xù)發(fā)展要求：汽車輕量化符合國家節(jié)能減排戰(zhàn)略和中長期科技發(fā)展規(guī)劃的要求；我國原油對外依存度為60%。新能源汽車的發(fā)展需求

符合節(jié)能環(huán)保的長期可持續(xù)發(fā)展。1BFDA|5汽車輕量化作用和意義汽車輕量化——對于重卡最主要兩個(gè)意義：提高運(yùn)輸效率+降低燃油消耗以長途牽引車為例：輕量化優(yōu)勢：重量降低200公斤，給客戶帶來額外價(jià)值，提高產(chǎn)品競爭力，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=17280RMB；5年多賺約8萬元。

政策、法規(guī)對商用車輕量化的影響2BFDA|6政策、法規(guī)的變化2016年，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)GB1589的新版發(fā)布，國內(nèi)的重卡市場發(fā)生了很大的變化，其對各類車型的總重限制，直接影響到了市場運(yùn)營狀況以及主機(jī)廠的產(chǎn)品開發(fā)模式。第二章輕量化工作思路BFDA|7輕量化設(shè)計(jì)手段

輕量化工作管理思路1BFDA|8輕量化設(shè)計(jì)手段

在不降低性能的前提下，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，先進(jìn)的工藝及輕質(zhì)的材料應(yīng)用，同時(shí)兼顧性能，質(zhì)量及成本三大因素，達(dá)到最優(yōu)輕量化目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。2BFDA|9輕量化工作管理思路①梳理優(yōu)化稱重標(biāo)準(zhǔn)體系，建立重量核算基準(zhǔn)②確定目標(biāo)車型&建立輕量化目標(biāo)③整車現(xiàn)狀梳理，同時(shí)建立BOM理論重量數(shù)據(jù)庫，IT實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更新④目標(biāo)分解/拆解對標(biāo)/新材料新工藝/供應(yīng)商技術(shù)交流/外部培訓(xùn)⑤各系統(tǒng)提供方案及工作計(jì)劃⑥項(xiàng)目匯總，形成整車分階段輕量化結(jié)果，實(shí)時(shí)更新滾動管理3BFDA|10輕量化工作管理思路輕量化設(shè)計(jì)帶來的好處固然是有很多，但是在我們車型的設(shè)計(jì)過程中，如果盲目的追求輕量化，也將給車輛帶來功性能設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和故障隱患，所以我們對每一項(xiàng)的輕量化設(shè)計(jì)都要有嚴(yán)格的流程管控。CAE虛擬驗(yàn)證性能及可靠性臺架驗(yàn)證完善的開發(fā)管控流程專業(yè)團(tuán)隊(duì)評審整車道路試驗(yàn)第三章BFDA重卡輕量化技術(shù)研究及運(yùn)用BFDA|11結(jié)構(gòu)優(yōu)化

新材料、新工藝

功能集成優(yōu)化

匹配優(yōu)化總結(jié)1BFDA|12結(jié)構(gòu)優(yōu)化前橋鏤空結(jié)合CAE設(shè)計(jì)分析，對富余材料進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到材料高效利用。單橋重量約降15kg通過輪輞結(jié)構(gòu)及風(fēng)孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降重原狀態(tài)46.6kg輪輞降重現(xiàn)狀態(tài)41.6kg即將37kg將來32kg整車可降重約55Kg；1BFDA|13結(jié)構(gòu)優(yōu)化板簧結(jié)構(gòu)優(yōu)化采用高性能原材料，保證承載同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少板簧片數(shù)實(shí)現(xiàn)降重3+2狀態(tài)4+3狀態(tài)3片狀態(tài)2片狀態(tài)5片狀態(tài)4片狀態(tài)重量-30kg重量-15kg重量-32kg以6X4牽引車為例，整車重量約降60kg車輪護(hù)罩整車重量約降27.26kg通過造型優(yōu)化，調(diào)整金屬連接件結(jié)構(gòu)，減少連接件數(shù)量進(jìn)行產(chǎn)品輕量化。1BFDA|14結(jié)構(gòu)優(yōu)化緊固件降重-螺栓結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過現(xiàn)代力學(xué)分析，采用非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)，改變螺栓本身的結(jié)構(gòu)，在力學(xué)性能不變的情況下，最大限度的減少重量；通過頭部厚度減小，整車可降重約7Kg；通過頭部和尾部打凹槽及頭部形狀的改變，整車可降重約7Kg；緊固件降重-減少緊固件數(shù)量多螺栓被連接件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，來減少系統(tǒng)螺栓使用數(shù)量；利用計(jì)算分析手段，通過掛接零件安裝螺栓來實(shí)現(xiàn)車架與輔板的連接強(qiáng)度，從而減少車架自身螺栓數(shù)量，實(shí)現(xiàn)降重。通過優(yōu)化整車緊固件數(shù)量，整車可降重約50Kg；2BFDA|15新材料、新工藝高強(qiáng)度球鐵的應(yīng)用采用高強(qiáng)高韌材料QT800-5運(yùn)用CAE拓?fù)浞治鰞?yōu)化，單個(gè)支架80kg材料ZG310-5703屈服強(qiáng)度310，抗拉強(qiáng)度570材料QT800-5屈服強(qiáng)度500，抗拉強(qiáng)度800VS原重120Kg現(xiàn)重80Kg6X4牽引車，整車重量約降80kg內(nèi)高壓成型的應(yīng)用通過內(nèi)高壓成型技術(shù)，減少鋼管壁厚，增加壓型，提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，結(jié)合鑄鋁底座，實(shí)現(xiàn)輕量化。以6X4牽引車整體護(hù)罩為例，整車可降重約10.18kg2BFDA|16新材料、新工藝鋁合金的應(yīng)用鋁合金材料在強(qiáng)度、加工、重量以及防腐性能方面都有很多的優(yōu)勢，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)用來替換鋼制結(jié)構(gòu)件，可以有效降低整車重量。在北美市場上鋼圈有65%是鋁制輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相同的情況下，鋁合金與鋼制件的重量對比關(guān)系；鋁合金工作走臺以6X4牽引車為例，僅通過使用鋁合金輪轂，整車即可降重220kg，若累加其它系統(tǒng)的鋁合金降重項(xiàng)目，整車可實(shí)現(xiàn)約800Kg的降重。2BFDA|17新材料、新工藝高分子材料的應(yīng)用產(chǎn)品名稱原材料新材料原材料密度g/cm3新材料密度g/cm3減重率減重Kg墊板QT450MC尼龍7.851.3（65-85）%4擋泥板支架Q345玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料8.41.1585%4襯套雙金屬工程塑料7.851.5-2.070%0.5前下防護(hù)DL510連續(xù)長玻纖復(fù)合材料7.851.9-2.150%15原墊板新墊板原襯套新襯套原支架新支架橫梁前下防護(hù)橫梁更改為復(fù)合材料以6X4牽引車為例，僅以上項(xiàng)目整車即可降重約50kg2BFDA|18新材料、新工藝?yán)媚Σ梁缚梢越档鸵虼罱雍附铀鶐淼闹亓?，同時(shí)有著不需焊接材料以及安全環(huán)保的優(yōu)勢。重卡中如推力桿、管梁等零件均可以采用摩擦焊工藝；整車重量可降約50kg6X4牽引車，整車可降重約10kg通過鑄造工藝提升，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。摩擦焊的應(yīng)用鑄造工藝優(yōu)化3BFDA|19功能集成優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)簡化雙氣瓶集成為大容量單氣瓶，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步輕量化整車重量可降約300kgLNG氣瓶集成布置3BFDA|20功能集成優(yōu)化儲氣筒通過集成裝配，減少支架實(shí)現(xiàn)降重；儲氣筒橫梁，同時(shí)充當(dāng)一個(gè)10L儲氣筒來用，可直接減少一個(gè)約4Kg的儲氣筒組件的重量；以6X4牽引車為例，整車可降重約20kg儲氣筒集成布置3BFDA|21功能集成優(yōu)化現(xiàn)用輪胎：12R22.5-16，重量為（61+46）×8=856kg；中后橋采用寬級單胎425/65R22.5-20，功、性能滿足匹配需求，重量為（93+52）×4=580kg；中后橋輪胎集成以6X4牽引車為例，整車重量約降276kg大單胎運(yùn)用重量-30kg重量-17kg取消鞍型橫梁取消前穩(wěn)定桿以6X4牽引車為例，整車重量約降60kg功能優(yōu)化在嚴(yán)控超載的政策現(xiàn)狀下，可以減少車輛的部分過盈配置，達(dá)到降重目的。3BFDA|22功能集成優(yōu)化新材料運(yùn)用及結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)，綜合系統(tǒng)模塊化與互換性新型平衡軸開發(fā)運(yùn)用平衡軸支架實(shí)心短軸推力桿支座連接底座整體式鑄造平衡軸支架材料升級，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降重56%.縱梁加強(qiáng)板耳軸墊板完美瘦身：整車重量約降220kg，成本約降470元4匹配優(yōu)化前40L后40L輔助/駐車20L/20L前/駐車30L/10L后50L后40L前40L駐車30L輔助10L前補(bǔ)氣/后補(bǔ)20L/20L后45L前45L駐車20L氣壓提升，減少儲氣筒數(shù)量氣壓提升至12bar，6×4牽引車儲氣筒總?cè)莘e120L降低為90L，減少1個(gè)儲氣筒。鋁合金儲氣筒降低重量2kg鋼制儲氣筒降低重量12kg氣壓提升至12bar，8×4自卸車儲氣筒總?cè)莘e160L降低為110L，減少2個(gè)儲氣筒。鋼制儲氣筒降低重量25kg4匹配優(yōu)化傳動系統(tǒng)匹配優(yōu)化在滿足臨界轉(zhuǎn)速前提下：加長單節(jié)傳動軸長度，從而減少傳動軸節(jié)數(shù)。原三節(jié)狀態(tài)單節(jié)長度小于1500毫米，加長單節(jié)傳動軸長度，可以由三節(jié)合并兩節(jié)，減重達(dá)到30Kg5BFDA|25總結(jié)結(jié)合上述等輕量化方案，預(yù)計(jì)6×4標(biāo)準(zhǔn)型牽引車實(shí)現(xiàn)整車降重如下圖