隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程 的加快，低碳生活的逐步樹立和深入人心，節(jié)能減排、綠色環(huán)保政策法規(guī)的逐步建立和實(shí)施,資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)步伐的加快，汽車節(jié)能已經(jīng)成為汽車 產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題，具體表現(xiàn)在國內(nèi)物流整體向“高效率、高科技、高環(huán)保”方向發(fā)展。
汽車輕量化是社會整體水平提 升、運(yùn)輸效率提升的體現(xiàn)。減輕汽車自身重量是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、降低汽車CO2排放的有效措施之一。尤其在卡車行業(yè)因?yàn)榛旌蟿?dòng)力、電動(dòng)和燃料電池等新能 源汽車技術(shù)的應(yīng)用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業(yè)節(jié)能減排最現(xiàn)實(shí)而又最有效的技術(shù)措施。
實(shí)現(xiàn)卡車的輕量化是一個(gè)優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工程，它涉及整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等各個(gè)領(lǐng)域，甚至包括新材料以及新技術(shù)的應(yīng)用。從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)及合理使用新材料、新技術(shù)，在不降低承載能力前提下實(shí)現(xiàn)的整體輕量化。
汽車車身約占汽車總重量的 30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身重量上。汽車重量每降低100公斤，每百公里就可節(jié)油0.6-1.0升。若汽車整車重量降低10%，燃油效率 可提高8%-10%；若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高5%；若車橋、變速器等裝置的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中國式計(jì)重收 費(fèi)和“亂收費(fèi)亂罰款超載治理”情況下，一輛輕量化卡車對于整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都有實(shí)際重要性，載貨車卡車輕量化已經(jīng)形成發(fā)展大 趨勢。
然而在此情況下，對有些卡車生 產(chǎn)企業(yè)來說，所謂“輕量化”還是個(gè)偷換概念過程，如在技術(shù)還達(dá)不到要求的情況下，通過減少鋼板厚度、減少配件數(shù)量等等偷工減料，表面看是實(shí)現(xiàn)了輕量化，但 卻越過了安全底線，更何談輕量化。與此同時(shí)，在亂罰款亂收費(fèi)治理超載問題得不到解決的情況下，載貨車的輕量化必定要走入誤區(qū)。在市場競爭因素的綜合作用 下，誰能夠在保障質(zhì)量的前提下有效地降低卡車自重，實(shí)現(xiàn)輕量化，將是未來各大車企搶奪市場的制高點(diǎn)。
現(xiàn)從各卡卡廠商推出的新產(chǎn)品來 看，復(fù)合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復(fù)合材料是必然的趨勢。在實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)途徑上，一是優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，二是在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 應(yīng)用新材料。前者屬于低級階段，后者屬于高級階段。自重成為選車的主要的因素。即使價(jià)格稍高，自重輕的卡車也會成為客戶的首選。因?yàn)樽灾剌p的卡車不僅拉得 多跑得快還省油，所以更受歡迎。
A、輕型卡車輕量化發(fā)展趨勢
我國輕卡在產(chǎn)品 技術(shù)方面發(fā)展的趨勢主要在以下幾個(gè)方面：第一，節(jié)能技術(shù)，用車經(jīng)濟(jì)性是客戶和國家最直接可獲利和可感知的性能；第二，安全性，包括主動(dòng)安全和被動(dòng)安全，這 是必過的門檻；第三，低公害，包括排放標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，減振降噪等，也是必須過的門檻；第四，功能性，包括容載量，動(dòng)力性，可靠性、耐久性，駕駛、裝 卸、維修方便性，乘坐舒適性，這些都是競爭的因素；第五，電子控制、車聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的應(yīng)用；第六輕卡制造技術(shù)發(fā)展的主要趨勢為新材料應(yīng)用、新工藝、新流 程、新裝備、新工具等。
此外，從近三年可以看出：輕卡 的增量結(jié)構(gòu)將會發(fā)生明顯變化，輕卡正向高技術(shù)方向發(fā)展，新材料、輕量化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)智能化、舒適化、功能多元化、乘用車化和人性化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)為 低噪聲、安全可靠、皮實(shí)耐用、維修便捷、節(jié)能低排放、多功能以及新能源的使用。從輕卡產(chǎn)品發(fā)展趨勢上看：
a. 在動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，已普遍采用增壓中冷裝置與高壓共軌，優(yōu)化改善了燃燒性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與燃料經(jīng)濟(jì)性得到很大的提高，這提高了發(fā)動(dòng)機(jī)與整車的匹配性， 使得車輛的動(dòng)力輸出更為強(qiáng)勁、加速性好，又符合了國家的對柴油機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)力公司如康明斯、索菲姆、菲亞特、曼恩、納威斯達(dá)等發(fā)動(dòng)機(jī)，均采用 電控渦輪增壓高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油與燃燒優(yōu)化、智能電控、排放處理、濾清系統(tǒng)五大等核心領(lǐng)先技術(shù)。
此外，重型發(fā)動(dòng)機(jī)延伸至中輕 卡，如中國重汽集團(tuán)杭發(fā)公司首臺MC05發(fā)動(dòng)機(jī)直列四缸、水冷、四沖程、增壓中冷、高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)采用電控渦輪增壓成趨勢，是自主動(dòng)力最強(qiáng)、重 量最輕、體積最小的發(fā)動(dòng)機(jī)，可滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具備升級到歐Ⅴ、歐Ⅵ排放潛力的發(fā)動(dòng)機(jī)，成為市場競爭的利器。如奇瑞開瑞綠卡搭載全新設(shè)計(jì)輕質(zhì)量缸 體、缸蓋的美國康明斯ISF2.8發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有缸套，最終形成的總成干重僅為214kg，并配上全鋁合金殼體的德國ZF變速箱，不僅重量輕，而且強(qiáng)度非常 高。
b. 駕駛室造型設(shè)計(jì)上， 輕卡窄體、中體、寬體及雙排、排半、單排駕駛室更趨勢于乘用車化前臉造型更趨向于立體動(dòng)感凌厲，整體顯得更加大氣厚重。前大燈組更加飽滿犀利，吸納歐美鋼 性線條元素，轉(zhuǎn)角處保持日系車圓潤飽滿基因。緩沖裝置采用乘用車型或分?jǐn)嗍轿芫彌_保險(xiǎn)杠。此外，整車可翻轉(zhuǎn)液壓駕駛室懸置、隔音、隔熱減震材料等細(xì)節(jié)品 質(zhì)上，都提供了堪比轎車的品質(zhì)呈現(xiàn)。
c. 功能性設(shè)計(jì)上，集成電子油門、助力轉(zhuǎn)向、離合助力、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)車窗等轎車化舒適配置，靠攏乘用車標(biāo)準(zhǔn)。如液壓減震座椅、定速巡航等多項(xiàng)轎車化配置。 ABS制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，感載比例閥加排氣蝶閥制動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)計(jì)，其優(yōu)化獨(dú)立儲氣單元，包括干燥器，四回路保護(hù)閥，螺旋冷卻管，多彩色管路等系統(tǒng)。
d. 車身車架設(shè)計(jì)上，在車型設(shè)計(jì)上，寬（窄）體駕駛室、長（短）軸矩、長（短）車身、加強(qiáng)型底盤、大動(dòng)力、高速重載與車聯(lián)網(wǎng)等，已經(jīng)成為輕卡研發(fā)的大趨勢與未 來市場的主流產(chǎn)品。采用高強(qiáng)度的鉚接大梁和抗腐蝕車架等等，這些新設(shè)計(jì)可以有效增強(qiáng)車輛的輕量化和高速行駛中的穩(wěn)定性與安全性。此外，摒棄傳統(tǒng)的鋼板材 質(zhì)，采用全新設(shè)計(jì)的竹膠板與鋼制外板相螺接的新式鋼制/膠木結(jié)構(gòu)貨箱，在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)也確保了承載力。
B、中重型卡車輕量化發(fā)展趨勢
1、采用單層車架大梁相比鋼板彈簧，車架的重量更大，有效減輕車架重量，將會大大的減輕整車的整備質(zhì)量。隨著設(shè)計(jì)水平、制造工藝的提高，材料性能的提高，單層車架在標(biāo)準(zhǔn)載荷的工況下是完全可以勝任的。
2、采用變截面少片簧結(jié)構(gòu)板簧變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的，不但可以減輕重量，還可以通過減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長使用壽命。另外采用橡膠懸掛或者空氣懸掛也可以減輕懸掛系統(tǒng)的重量。
3、使用復(fù)合材料駕駛室是采用 復(fù)合材料最多的總成，尤其是外覆蓋件：前面板、包角板、翼子板、保險(xiǎn)杠，甚至頂蓋，都使用了大量的復(fù)合材料。這樣一方面有效的減輕了整車重量，另外一方面 由于復(fù)合材料成形性好，造型結(jié)構(gòu)上較金屬?zèng)_壓件可以更復(fù)雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產(chǎn)重卡仍偏好全鋼結(jié)構(gòu)的駕駛室結(jié)構(gòu)，這主要和中國重卡的惡劣工 作環(huán)境有關(guān)。從近年來各重卡廠商推出的新產(chǎn)品來看，復(fù)合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復(fù)合材料已成為一種必然發(fā)展趨勢。
4、使用鋁合金材料鋁合金比鋼 材密度小，因此在一些復(fù)合材料無法替代的部位，使用鋁合金材料，包括鈑金件和鑄造件。鋁合金鈑金件最有代表性的就是油箱，油箱采用鋁合金材料，不但自重減 輕，而且油箱內(nèi)不易生銹，免除定期清洗的麻煩。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。輪輞、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、變速器機(jī)體等，也可以大量采用鋁合金鑄造，可以在保 證有足夠強(qiáng)度、剛度的同時(shí)，最大限度的減輕重量。
5、使用高強(qiáng)度鋼材使用高強(qiáng)度鋼板，可以減薄鋼板厚度，從而減輕重量。歐美重卡，重卡使用的鋼材幾乎100%是高強(qiáng)鋼。以前國產(chǎn)重卡采用高強(qiáng)度鋼板的比例較少，最近幾年逐漸廣泛使用，甚至自卸車的車廂都開始使用高強(qiáng)度鋼板，以提高廂體強(qiáng)度、減輕自重。
6、使用拼焊板駕駛室由鋼板沖 壓焊接而成，由于各部位的結(jié)構(gòu)和受力情況不同，因此不同部位的鈑金件也會采用不同牌號的鋼板，一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號、不同厚度的鋼板。 然而隨著CAE技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)和分析，可以計(jì)算出同一個(gè)鈑金件的不同部位的受力情況，為了減輕一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而 生。激光拼焊技術(shù)是將經(jīng)不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過激光焊接方法，自由組合成為一塊鋼板。
7、采用鑄造件。傳統(tǒng)的沖焊結(jié) 構(gòu)零件，由于材料和制造工藝的限制，各部位只能是等厚度的，為了確保零件的整體強(qiáng)度和剛度，沖焊件往往都比較厚重。 結(jié)構(gòu)件可以通過有限元軟件進(jìn)行CAE分析，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)各部位的受力情況設(shè)計(jì)成復(fù)雜的變厚度、變截面的結(jié)構(gòu)，在保證有足夠強(qiáng)度的前提下最大限度的 削減不必要的局部厚度，從而大大減輕零件重量。
8、采用真空輪胎和超寬輪胎。 采用真空胎和超寬輪胎也能在一定程度上降低自重。與傳統(tǒng)輪胎相比，真空胎不但減少了內(nèi)胎，輪輞的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)減少了，整車全部換成真空胎，行駛阻力小，能夠 在一定程度上降低油耗。重卡的驅(qū)動(dòng)輪一般都用雙輪胎，如果改為超寬單輪胎，不但能夠減少輪胎數(shù)量，還能減少輪輞的數(shù)量。另外超寬單輪胎的接地面積不比雙輪 胎小，除了能夠降低自重外，還可以提高行駛穩(wěn)定性、避免雙輪胎的“吃胎”現(xiàn)象。 此外，真空胎在輪胎穿孔的情況下，胎壓不會急劇下降，完全能繼續(xù)行駛，大大提高了高速行駛的安全性，而新式鋼制/膠木結(jié)構(gòu)貨箱具有耐磨、耐腐蝕、減震和抗 震功能，對于外來碰撞所造成的變形能自動(dòng)修復(fù)，運(yùn)送精密儀器和易碎貨物更安全。
9、整合零件功能、減少零件數(shù)量整合所有零件功能、將多個(gè)零部件集成，實(shí)現(xiàn)零部件的多功能，減少零件數(shù)量，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，也可以在一定程度上減輕整車重量。列如：將油箱和工作臺踏板結(jié)合，將油箱與SCR的尿素罐結(jié)合等。
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