重卡轻量化技术研究浅析

重卡轻量化技术研究浅析

福田戴姆勒技术中心2018年8月20日第一章第二章第三章汽车轻量化意义轻量化工作开展思路BFDA重卡轻量化技术研究及运用目录BFDA|2第一章汽车轻量化意义汽车轻量化作用和意义

政策、法规对重卡行业轻量化的影响BFDA|31BFDA|4汽车轻量化作用和意义世界汽车工业的发展临着三大问题降低排放的有效途径：世界铝业协会数据：汽车自重每减少10%，排放降低5%-6%；欧盟将实现CO2排放控制目标的基础确定为汽车的小型化和轻量化；美国“新一代汽车共同开发计划”（PNGV）将汽车轻量化列为汽车节能减排三大技术措施之一。安全环保节能整车经济性提高的重要方法：研究表明，约75％的油耗与整车的重量有关，降低汽车重量就可有效降低油耗及排放；对商用车的研究亦表明，汽车重量每减少1000kg，油耗可降低6％～7％。提高运输效率，符合我国可持续发展要求：汽车轻量化符合国家节能减排战略和中长期科技发展规划的要求；我国原油对外依存度为60%。新能源汽车的发展需求

符合节能环保的长期可持续发展。1BFDA|5汽车轻量化作用和意义汽车轻量化——对于重卡最主要两个意义：提高运输效率+降低燃油消耗以长途牵引车为例：轻量化优势：重量降低200公斤，给客户带来额外价值，提高产品竞争力，可获得额外的200公斤载重量，每天按800公里的行驶里程，满载率60%，一年运行按照300天计算，运费按照目前的市场价0.6元/吨/公里计算，那么，每年可以给客户增加收入为：0.20*800*60%*0.6*300=17280RMB；5年多赚约8万元。

政策、法规对商用车轻量化的影响2BFDA|6政策、法规的变化2016年，随着国家标准GB1589的新版发布，国内的重卡市场发生了很大的变化，其对各类车型的总重限制，直接影响到了市场运营状况以及主机厂的产品开发模式。第二章轻量化工作思路BFDA|7轻量化设计手段

轻量化工作管理思路1BFDA|8轻量化设计手段

在不降低性能的前提下，通过结构的优化，先进的工艺及轻质的材料应用，同时兼顾性能，质量及成本三大因素，达到最优轻量化目的，实现经济效益最大化。2BFDA|9轻量化工作管理思路①梳理优化称重标准体系，建立重量核算基准②确定目标车型&建立轻量化目标③整车现状梳理，同时建立BOM理论重量数据库，IT实现系统更新④目标分解/拆解对标/新材料新工艺/供应商技术交流/外部培训⑤各系统提供方案及工作计划⑥项目汇总，形成整车分阶段轻量化结果，实时更新滚动管理3BFDA|10轻量化工作管理思路轻量化设计带来的好处固然是有很多，但是在我们车型的设计过程中，如果盲目的追求轻量化，也将给车辆带来功性能设计风险和故障隐患，所以我们对每一项的轻量化设计都要有严格的流程管控。CAE虚拟验证性能及可靠性台架验证完善的开发管控流程专业团队评审整车道路试验第三章BFDA重卡轻量化技术研究及运用BFDA|11结构优化

新材料、新工艺

功能集成优化

匹配优化总结1BFDA|12结构优化前桥镂空结合CAE设计分析，对富余材料进行优化，达到材料高效利用。单桥重量约降15kg通过轮辋结构及风孔结构优化，实现降重原状态46.6kg轮辋降重现状态41.6kg即将37kg将来32kg整车可降重约55Kg；1BFDA|13结构优化板簧结构优化采用高性能原材料，保证承载同时结构优化，减少板簧片数实现降重3+2状态4+3状态3片状态2片状态5片状态4片状态重量-30kg重量-15kg重量-32kg以6X4牵引车为例，整车重量约降60kg车轮护罩整车重量约降27.26kg通过造型优化，调整金属连接件结构，减少连接件数量进行产品轻量化。1BFDA|14结构优化紧固件降重-螺栓结构优化通过现代力学分析，采用非标准件设计，改变螺栓本身的结构，在力学性能不变的情况下，最大限度的减少重量；通过头部厚度减小，整车可降重约7Kg；通过头部和尾部打凹槽及头部形状的改变，整车可降重约7Kg；紧固件降重-减少紧固件数量多螺栓被连接件结构优化，来减少系统螺栓使用数量；利用计算分析手段，通过挂接零件安装螺栓来实现车架与辅板的连接强度，从而减少车架自身螺栓数量，实现降重。通过优化整车紧固件数量，整车可降重约50Kg；2BFDA|15新材料、新工艺高强度球铁的应用采用高强高韧材料QT800-5运用CAE拓扑分析优化，单个支架80kg材料ZG310-5703屈服强度310，抗拉强度570材料QT800-5屈服强度500，抗拉强度800VS原重120Kg现重80Kg6X4牵引车，整车重量约降80kg内高压成型的应用通过内高压成型技术，减少钢管壁厚，增加压型，提升结构强度，结合铸铝底座，实现轻量化。以6X4牵引车整体护罩为例，整车可降重约10.18kg2BFDA|16新材料、新工艺铝合金的应用铝合金材料在强度、加工、重量以及防腐性能方面都有很多的优势，在汽车行业内已经得到广泛应用，成为一种高端、轻量化及抗腐蚀的代表性材料。在一定范围内用来替换钢制结构件，可以有效降低整车重量。在北美市场上钢圈有65%是铝制轮毂结构强度相同的情况下，铝合金与钢制件的重量对比关系；铝合金工作走台以6X4牵引车为例，仅通过使用铝合金轮毂，整车即可降重220kg，若累加其它系统的铝合金降重项目，整车可实现约800Kg的降重。2BFDA|17新材料、新工艺高分子材料的应用产品名称原材料新材料原材料密度g/cm³新材料密度g/cm³减重率减重Kg垫板QT450MC尼龙7.851.3（65-85）%4挡泥板支架Q345玻纤增强复合材料8.41.1585%4衬套双金属工程塑料7.851.5-2.070%0.5前下防护DL510连续长玻纤复合材料7.851.9-2.150%15原垫板新垫板原衬套新衬套原支架新支架横梁前下防护横梁更改为复合材料以6X4牵引车为例，仅以上项目整车即可降重约50kg2BFDA|18新材料、新工艺利用摩擦焊可以降低因搭接焊接所带来的重量，同时有着不需焊接材料以及安全环保的优势。重卡中如推力杆、管梁等零件均可以采用摩擦焊工艺；整车重量可降约50kg6X4牵引车，整车可降重约10kg通过铸造工艺提升，减少零部件数量，使用一体化桥壳，提升结构强度，实现轻量化。摩擦焊的应用铸造工艺优化3BFDA|19功能集成优化框架结构复杂框架结构简化双气瓶集成为大容量单气瓶，实现进一步轻量化整车重量可降约300kgLNG气瓶集成布置3BFDA|20功能集成优化储气筒通过集成装配，减少支架实现降重；储气筒横梁，同时充当一个10L储气筒来用，可直接减少一个约4Kg的储气筒组件的重量；以6X4牵引车为例，整车可降重约20kg储气筒集成布置3BFDA|21功能集成优化现用轮胎：12R22.5-16，重量为（61+46）×8=856kg；中后桥采用宽级单胎425/65R22.5-20，功、性能满足匹配需求，重量为（93+52）×4=580kg；中后桥轮胎集成以6X4牵引车为例，整车重量约降276kg大单胎运用重量-30kg重量-17kg取消鞍型横梁取消前稳定杆以6X4牵引车为例，整车重量约降60kg功能优化在严控超载的政策现状下，可以减少车辆的部分过盈配置，达到降重目的。3BFDA|22功能集成优化新材料运用及结构集成设计，综合系统模块化与互换性新型平衡轴开发运用平衡轴支架实心短轴推力杆支座连接底座整体式铸造平衡轴支架材料升级，结构优化，降重56%.纵梁加强板耳轴垫板完美瘦身：整车重量约降220kg，成本约降470元4匹配优化前40L后40L辅助/驻车20L/20L前/驻车30L/10L后50L后40L前40L驻车30L辅助10L前补气/后补20L/20L后45L前45L驻车20L气压提升，减少储气筒数量气压提升至12bar，6×4牵引车储气筒总容积120L降低为90L，减少1个储气筒。铝合金储气筒降低重量2kg钢制储气筒降低重量12kg气压提升至12bar，8×4自卸车储气筒总容积160L降低为110L，减少2个储气筒。钢制储气筒降低重量25kg4匹配优化传动系统匹配优化在满足临界转速前提下：加长单节传动轴长度，从而减少传动轴节数。原三节状态单节长度小于1500毫米，加长单节传动轴长度，可以由三节合并两节，减重达到30Kg5BFDA|25总结结合上述等轻量化方案，预计6×4标准型牵引车实现整车降重如下图