商用車（卡車）輕量化發展趨勢研究

劉梅梅 常訓

摘 要：經調研卡車貨運量占全部貨物運輸量90%以上，近年來從國家層面及地方層面實施的各種強制法規治理超載，導致卡車市場環境發生重大變化。因此在保證車輛的強度、剛度和安全性能的前提下，盡可能地降低車輛的整備質量即輕量化具有重要意義。試驗數據表明若汽車自重每降低100kg，那么行駛100km就可以節約0.3L至0.6L的燃油。卡車自重約占汽車總質量的20%，空載情況下，約70%的油耗作用在自重上。因此卡車輕量化是提高其動力性、減少燃料消耗、降低排放、最現實而又最有效的技術措施，文章主要介紹汽車行業輕量化的措施和未來的發展趨勢。

關鍵詞：重型卡車;市場趨勢;節能減排;輕量化;降油耗

中圖分類號：U461.99? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）15-260-03

Abstract： According to the survey， truck transport accounted for more than 90% of the total cargo transport volume. In recent years， various mandatory laws and regulations have been implemented at the national and local levels to control overload， leading to significant changes in the truck market environment. Therefore， on the premise of ensuring the strength， stiffness and safety performance of the vehicle， it is of great significance to reduce the vehicle's kerb weight as much as possible， namely， the lightweight. Test data show that for every 100kg reduction in a vehicle's kerb weight， a 100km drive saves 0.3L to 0.6l of fuel. The kerb weight of the truck accounts for about 20% of the total mass of the vehicle. In the case of no load， about 70% of the fuel consumption is due to the kerb weight. Therefore， the lightweight truck is the most realistic and effective technical measure to improve its power performance， reduce fuel consumption and reduce emissions. This paper mainly introduces the lightweight measures and the future development trend of the automobile industry.

Keywords： Heavy Truck; Market Trends; Energy Conservation And Emission Reduction; Lightweight; Reduced Fuel Consumption

CLC NO.： U461.99? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）15-260-03

前言

隨著社會生產效率的日益加快，物流運輸行業發展迅猛，急劇升高的商用車保有量對道路資源、環境保護等造成較大壓力。為解決車輛超載造成安全事故、排放超標等問題，近年來國內陸續出臺嚴格的法規政策，限制車輛載重。在這種背景下，汽車輕量化是提升運輸效率，降低車輛燃油消耗及排放的重要措施。

重型卡車輕量化是一個系統性工程，結構方面包括發動機、變速器、車橋、車輪等多個主要總成，技術途徑包括輕量化材料、工藝等。車輛各總車零部件應用多種技術途徑實現整車降自重，同時結合CAE分析、仿真模擬及樣車實驗等多種措施驗證車輛承載能力及可靠性，保障重卡產品輕量化同時，不降低整車性能。

從各卡車廠商推出的新產品來看，復合材料及輕質合金材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料及輕質合金材料是必然的趨勢。在實現輕量化的設計途徑上，優化零部件結構及新材料的應用成為選車的主要的因素，即使整車售價稍高，自重輕的卡車也會成為客戶的首選，因為自重輕的卡車不僅拉得多跑得快還省油，所以更受歡迎。

1 政策法規對汽車輕量化的推動

2016年以來，新版GB1589、921治超、燃油消耗量限值等新政落地，隨著國家治超法規要求地日益嚴格，超限超載車型在市面上地生存空間也是逐漸地被壓縮，卡車自重的輕量化也就成為了行業發展地一種新趨勢。

2 卡車輕量化的路徑

國家重大戰略的穩步推進，“中國制造2025”國家戰略及《汽車產業中長期發展規劃》等政策發布，明確了商用車在節能、環保、智能互聯等方面的技術路線，重卡的發展進程中，排放法規、CO2限制、綜合成本、生產效率是驅動商用汽車技術升級的主要因素：

2.1 高強度金屬材料應用

隨著設計水平提升、加工制造工藝的提高及材料性能的提高，單層車架采用變截面高強度金屬材料（屈服強度500MPa級高強度與傳統材料16MnL相比，屈服強度提高43%，疲勞強度提高44%;使車架減重約300kg左右。采用屈服強度700MPa級超高強度鋼板，縱梁減重達23%）在標準載荷的工況下是完全可以勝任的。

2.2 復合材料應用

駕駛室是采用復合材料最多的總成，尤其是外覆蓋件。這樣一方面有效減輕了整車重量，另外一方面由于復合材料成形性好，造型結構上較金屬沖壓件可以更復雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產重卡仍偏好全鋼結構的駕駛室結構，這主要和中國重卡的惡劣工作環境有關，重卡面臨著太多的考驗和傷害，復合材料受損后很難修復，提高了整車的維修保養成本。不過從近年來各重卡廠商推出的新產品來看，復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料是必然的趨勢。歐美發達國家將汽車使用復合材料量，作為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志。如德國，復合材料的用量占汽車整體材料的15%。

2.3 鋁合金材料應用

鋁合金比鋼材密度小，且耐用。油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕，而且油箱內不易生銹，免除定期清洗的麻煩。多種材料多種組合，合適的材料用在合適的部位。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。

在一些復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。油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕，而且油箱內不易生銹，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、發動機機體、變速器機體等，都可以大量采用鋁合金鑄造，在保證有足夠強度、剛度的同時，最大限度的減輕重量。

2.4 使用高強度鋼材

鋼板彈簧由于都是金屬件，重量非常大，減輕板簧的重量，也是減輕整備質量的重要措施。變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的。變截面少片簧不但可以減輕重量，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。

使用高強度鋼材可以減薄鋼板厚度，提高廂體強度、減輕自重。在制造工藝條件不變的條件下，采用屈服強度700MPa級熱軋鋼板代替傳統400MPa級的熱軋鋼板，實現減重20%以上。

2.5 新型鑄造工藝

傳統的沖焊結構零件，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度和剛度，沖焊件往往都比較厚重，結構件可以通過有限元軟件進行CAE分析，對結構進行優化，根據各部位的受力情況設計成復雜的變厚度、變截面的結構，在保證有足夠強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。重型卡車變速器殼體，通過應用壓鑄鋁材料和結構優化，降重可達40%以上。

3 結論

汽車輕量化是一個由車輛結構與技術途徑相結合的矩陣式工程項目，結構方面涉及汽車的發動機、底盤、車身、電氣設備等各個領域，實現路徑包含新材料、新技術及新工藝的應用。通過有效的項目管理，精準的模擬分析，充分的實驗論證保障車輛降低自重的同時，承載能力、舒適性、可靠性等關鍵指標不降低。

目前我國商用車領域在關鍵零部件結構優化方面的工作開展的不夠，新型輕質材料的應用方面也剛剛起步，尤其在輕量化新工藝的研發方面和國外同行的差距更大。汽車零部件的輕量化可直接降低能源消耗、減少生產過程中的環境污染。同時是提高整車的動力性，燃油經濟性的有效途徑。

參考文獻

[1] 姜建華，等.淺析國內重卡技術發展趨勢[J].汽車實用技術，2017，1.

[2] 李振華，劉勇.智能化是未來汽車發展的趨勢分析[J].科技論壇， 2012.