商用卡車底盤輕量化探討

陳中旺

摘 要：商用車輕量化設計，就是在汽車零部件尤其是結構件的功能強度不變的前提下，把零件的重量減小。一個成功的輕量化設計，不僅可以起到對整車節能減排的作用，而且在當前國家法規嚴格控制超載的形勢下，還可以有效提升車輛的運輸效率，直接降低用戶的運營成本，提升運輸經濟效益。文章介紹了一些整車輕量化設計思路，僅供參考！

關鍵詞：輕量化設計;汽車零部件;控制超載;經濟效益

中圖分類號：U465 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-111-03

Discussion on Lightweight of Commercial Truck Chassis

Chen Zhongwang

（ Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.， Anhui Hefei 230601 ）

Abstract： The lightweight design of commercial vehicle is to reduce the weight of the parts on the premise that the functional strength of the parts， especially the structural parts， remains unchanged. A successful lightweight design can not only play the role of vehicle energy conservation and emission reduction， but also effectively improve the transport efficiency of vehicles， directly reduce the operating cost of users and improve the transport economic efficiency under the current situation of strict control of overloading by national laws and regulations. This paper introduces some lightweight design ideas of the whole vehicle for reference only！

Keywords： Lightweight design; Auto parts; Control overload; Economic performance

CLC NO.： U465 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-111-03

引言

2016年，隨著發布新版的國家標準GB-1589，國內重卡市場發生了很大的變化，其對各類車型的總重限制，直接影響到了市場運營狀況以及主機廠的產品開發模式面對法規變化對市場的影響，作為主機廠應該需要積極應對，通過優化產品結構，降低整車重量，提高運輸能力。

以長途6×4牽引車為例，輕量化優勢：重量降低200公斤，給客戶帶來額外價值，提高產品競爭力，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%，一年運行按照300天計算，運費按照目前的市場價0.6元/噸/公里計算，那么，每年可以給客戶增加收入為：0.20×800×60%×0.6×300=17280元;5年多賺約8萬元。

1 底盤系統的輕量化思路

1.1 結構優化

結構優化設計大致可分為尺寸優化、結構優化和拓撲優化（尺寸和結構）三類。

舉例：平衡軸總成降重

通過采用連接方式不同優化降重，該方式是由車架下翼面和橫梁連接調整為側面和橫梁連接，平衡軸總成取消了平衡軸中間芯軸和與車架連接的中間連接支架，該結構降重明顯。

圖1 ?平衡軸裝配結構圖

現有結構平衡軸新結構平衡軸

通過結構全新優化設計，后平衡懸架裝置降重260kg，整車實現降重約220kg。

以下是一些底盤件輕量化方案：

表1

早期商用車因能滿足超載要求，很多零部件結構設計相對笨重，因此結構優化是底盤件輕量化的主要手段。

1.2 新材料運用

隨著科技、工藝的進步，很多高強度、密度低、耐磨性好的材料孕育而生，并運用在汽車上。通過采用新材料，可以優化零部件結構，實現零部件輕量化。

鋁合金材料在強度、加工、重量以及防腐性能方面都有很多的優勢，在汽車行業內已經得到廣泛應用，成為一種高端、輕量化及抗腐蝕的代表性材料。在一定范圍內用來替換鋼制結構件，可以有效降低整車重量。

隨著材料制造技術的不斷發展，高性能的玻璃鋼材料越來越多的應用在汽車領域里。采用高性能輕質材料是汽車輕量化的追求目標，作為以塑帶鋼的玻璃鋼復合材料，以其獨有的特性如：設計自由度大、成型方便、安全、降噪、耐溫隔熱等，可廣泛應用于汽車零部件上。

舉例：板簧支架

某產品板簧支架三維造型如下圖，該支架是雙前橋板簧支架，集成了一橋吊耳支架、二橋固定支架和轉向過渡支架，通過集成降低重量，支架整體采用普通球墨鑄鐵件。

圖2 ?板簧支架原結構 ? ? 圖3 ?板簧支架改進結構

改用高牌號ZGD650-830進行拓撲優化，結構如上右圖3，在工藝允許的條件下，盡可能實現結構等應力布置。

通過對零件靜強度對比分析，驗證零件結構是否滿足設計及裝車要求。

一般通過靜力分析工況通過CAE分析計算，得到分析結果如下表。

表2 ?分析結果如下表

結論：從分析結果來看，不會對鑄件安全性產生明顯影響，經CAE分析驗證，雖然各工況下改進結構比原結構的應力增大，但結構比強度與原結構相當，安全系數與原結構持平;綜合，改進結構性能等同于原結構，可滿足工況使用要求。

目前在用的新材料如下表：

表3

1.3 工藝降重

利用摩擦焊可以降低因搭接焊接所帶來的重量，同時有著不需焊接材料以及安全環保的優勢。重卡中如推力桿、管梁等零件均可以采用摩擦焊工藝。

通過鑄造工藝提升，減少零部件數量，使用一體化橋殼，提升結構強度，實現輕量化。

1.4 相關零部件集成

汽車涉及的零部件較多，特別是隨著尾氣排放的升級，尾氣處理裝置占據空間較大。因此在底盤有限的空間內，為了布置更多的零部件，需要對整車布置進行優化集成，盡可能利用高度空間。以下是出氣筒集成、鑄造圓管梁帶儲氣功能舉例。

1.5 按照車輛的使用工況進行輕量化設計

在嚴控超載的政策現狀下，可以減少車輛的部分功能過剩配置，達到降重目的;如取消鞍型橫梁（B橫梁）、前、后穩定桿裝置、減小推力桿尺寸、車架輕量化設計等。

通過車輛工況，對輪胎選型降重;還可以根據整車配置及工況不同，適應性選用輕量化輪胎，實現整車降重。

1.6 輕量化設計的管控

輕量化設計帶來的好處固然是有很多，但是在我們車型的設計過程中，如果盲目的追求輕量化，也將給車輛帶來功性能設計風險和故障隱患，所以我們對每一項的輕量化設計都要有嚴格的流程管控。

通過嚴謹的開發驗證流程，以及多種輕量化設計手段，我們的產品配置及性能將越來越合理化，逐步趨向完美的輕量化設計，為企業和社會帶來更多的價值。

2 總結

汽車輕量化設計，是汽車領域內我們應該不斷追求和探索的方向，我們應該積極主動的去觸摸新的科技元素，為我們的社會和未來創造更好的產品和更多的收益。

參考文獻

[1] HyperWorks10.0 User's Manual [M]， 2010.

[2] 王望予.汽車設計.[M]機械工業出版社，2003.

[3] 申晉憲，王鐵.載貨汽車總體設計分析.[M]中國標準出版社，2013.

[4] 莊茁等.Abaqus/Standard 有限元軟件入門指南[M].清華大學出版社，1998.