重型商用车桥轻量化研究

2015-09-25张仲江张新明李龙霍鹤年

汽车实用技术 2015年9期

张仲江，张新明，李龙，霍鹤年

引言

节能、环保、安全是当今世界汽车业关注的主要话题，而轻量化是实施这一目标的重要途径。

我国石油进口依赖度增加，能源、环保压力不断增大，在节能减排被空前重视之时，作为能源消耗大户的商用车行业无疑更令人关注。世界铝业协会报告指出，若汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6%～8%；汽车整车质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升。如何降低汽车耗能，除了大力发展先进的发动机技术、发展新能源汽车等措施之外，有效减轻车重，实施汽车轻量化也是节约能源的重要举措之一。

1、汽车轻量化的概念

汽车轻量化是指在保持原有的行驶安全、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低，且汽车本身造价不被提高的前提下，有目标地减轻汽车自身的重量。汽车轻量化是设计、材料和先进的加工成型技术的优势集成。商用车轻量化可以有效的提高车辆的载货系数（即有效载荷与车辆自重的比值），提高平均燃油效率，从而降低油耗，减少运营成本。

2、我国重型商用车桥轻量化的现状

有业内专家认为，虽然汽车轻量化已是大势所趋，但国内车桥轻量化相关产业还未形成较大规模。毕竟，国内汽车在轻量化技术方面与国外先进水平相比存在较大差距。例如高端铝及高强度钢用量都比国际先进水平少一半，镁合金则差距更大。

数据显示，中国重型商用车桥比欧洲主流商用车桥重量重10%～15%。例如，国内载重40吨的6*4自卸车驱动桥重量为1.9吨，国外同等车型驱动桥只有1.7吨。

轻量化是各类汽车共同涉及的关键核心技术和基础技术，是世界汽车技术发展的重要方向之一。而且由于电池与续航能力的关系，对新能源汽车产业化来说，轻量化的重要性更加突出。

在当前汽车技术的发展中，我国重型商用车桥轻量化技术有所突破，车企也日益重视轻量化技术，具体表现在两个方面：

1．重型商用车桥企业从原来的不太关注轻量化，到把轻量化作为产品开发的一个重要指标，多数企业制定了轻量化开发流程，建立了汽车轻量化的技术体系。

2．重型商用车桥汽车轻量化设计能力和水平不断提高，已经把拓扑优化、多目标优化等现代结构优化设计方法应用于车桥产品的设计开发，优化了车桥结构，取得了良好的减重效果。

3、我国重型商用车桥轻量化的主要措施

3.1 结构优化设计

结构优化可以从源头上促进轻量化。开发车桥整体加工技术和相关的模块化设计和制造技术，研究常用零部件模块化设计数据库及模块化方案，建立模块化设计知识库和专家系统。

单个零件通过CAE、CATIA、ANSYS等有限元分析软件对零部件进行优化设计，出去零部件的冗余部分，使零件薄壁化、中空化、小型化，见图1。

多个零件集成化，模块化，见图2。

3.2 材料优化设计

超高强度钢零件冲压热成型技术、高强度钢零件先进成型技术、纤维增强塑料模块化设计与应用技术、形变铝合金零件开发和以整车减重为目标的多种轻量化技术集成应用等汽车轻量化关键技术。

（1）高强度钢。高强度钢板仍旧是汽车行业最主要的轻量化材料。汽车用钢主要分为两类，一类是合金结构钢，主要用于悬架系统的主要构件，包括非调质钢、弹簧钢、齿轮钢等；另一类是高强度刚，主要用于桥壳等冲压零件上，某车桥厂在桥壳上采用490MPa高强度钢代替460MPa级材料，降低桥壳壁厚，重量减轻10%。

（2）镁铝合金。目前，整车制造中所运用的材料，仍以钢铁为主，但是铝、镁合金等轻质材料的应用正在逐渐增加，并在原本使用钢铁材料的汽车零部件上发挥减重作用。如重型商用车桥的轮毂使用铝铸件代替铁铸件、端盖使用铝铸件代替冲压钢板，可使重量减轻30%～40%，见图3。

（3）塑料和复合材料。在世界汽车行业轻量化的大潮中，“以塑代钢”的概念广为流传。塑料是由非金属为主的有机组成，具有密度小，成型性好、耐腐蚀、防震、隔音隔热等性能，同时具有金属板不具备的外观色泽和触感。塑料件在车桥上的运用也越来越多，例如ABS支座等，与钢件比较可实现减重40%～50%。

复合材料是由两种或两种以上的不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。他可以发挥各种材料的优点，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、腐蚀性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于汽车行业。如轮边减速驱动桥的止推垫片等, 与钢件比较可实现减重40%～50%，见图4。