商用卡车轻量化发展趋势

莫书琪

摘 要：近年来，我国经济转型进程不断加快，各大企业也面临产品升级的压力，轻量化便是商用卡车产品升级的趋势之一，可对汽车安全、高效运输以及节能减排等方面具有促进作用。本文对商用卡车轻量化的发展贡献与需求分析进行讨论，并在此基础上，提出商用卡车轻量化的发展趋势，以期对轻量化设计起到借鉴作用。

关键词：商用卡车 轻量化 发展趋势

Lightweight Development Trend of Commercial Trucks

Mo Shuqi

Abstract：In recent years， Chinas economic transformation has been accelerating， and major companies are also facing the pressure of product upgrades. Lightweight is one of the trends in commercial truck product upgrades， which can promote vehicle safety， efficient transportation， energy conservation and emission reduction. This article discusses the development contribution and demand analysis of commercial truck lightweight， and on this basis， proposes the development trend of commercial truck lightweight， in order to play a reference role for lightweight design.

Key words：commercial truck， lightweight， development trend

1 引言

我国卡车技术发展与经济发展进程紧密相关，1978年改革开放后，商用卡车发展势头迅猛，至今已形成中、中重、重卡并存的态势，为国家经济发展作出了卓越贡献。如今，我国经济迈入新常态，影响卡车需求来源的也发生了变化，即物流输运与工程施工，以基础设施建设为主的重型卡车需求逐步降低，而以物流运输为主的商用卡车需求逐步提高。伴随着“治理超载”、“计重收费”等国家公路执法力度的提升，商用卡车轻量化的优势逐步凸显，这就要求相关生产企业在满足原有设计思路的基础上，开发出更多符合市场需求的轻量型商用卡车。

2 商用卡车轻量化的发展贡献

2.1 削减有害气体

商用卡车轻量化，可以精准设定额定载荷，通过先进的技术与材料，在不降低承载能力的条件下减少排放，并削减卡车行驶过程中排放的碳氧化物、氮氧化物以及各种颗粒物等有害气体，这也是为应对日益恶化气候环境下的商用卡车轻量化的动力。据不完全数据表明，1990到2010年期间，欧洲卡车排放量增长36%，约占全欧洲道路交通排放总和的1/4，占温室气体排放的4%[1]。在全社会关于限制汽车尾气排放有助于帮助治理大气污染的共识下，商用卡车的排放要求将越来越高，以欧洲六号为例，关于商用卡车的CO废气排放标准，相比与欧洲三号调低了0.6，氮氧化物调低了4.5。

2.2 提高燃油经济性

目前，我国已成为能源进口大国，如何提升汽车燃油的经济性，尤其是商用卡车的燃油经济性，对节能减排具有重要意义。一般来说，汽车每轻量100kg，可减少8-12g/km左右的CO2，相当于改善8-10%左右的燃油经济性，具体措施有减低阻力、提高动力系统效率，从而实现轻量化。由于发动机动力输出降低，从而延长在经济转速工作时间，让燃烧效率更加充分，继而符合排放要求[2]。

2.3 降低安全隐患

长久以来，我国交通道路普遍存在超载运输的情况，卡车长期超载必将会严重削弱车辆的安全性，降低正常符合制动力，增加制动距离，从而引发严重的交通事故。为遏制拆在运输现象，政府提出了高速计重收费等办法，尤其是2016年展开的超限超载治理工作，将原有6轴以上卡车的55吨承载限额降低到了49吨，同年交通安全事故发生有所减少，从一定程度上降低了安全隐患。

3 商用卡车輕量化的需求分析

3.1 设计空间需求

在满足整车设计的基础上，商用卡车的承载空间要尽可能的加大，从而提高车型的市场竞争力。在承载空间方面，商用卡车主要用途为货物运输，只要外观符合相关规范，其所能承载的空间越大，则使用性能越强，目前，欧洲商用卡车将鞍座高度从96厘米降到了91厘米，若限高4米，则意味着汽车内部高度可以实现3米，有效装载容积为100立方米，与同类车型相比，3米的内部高度，将比1米标准集装箱更加具运输能力，可以运输3个1米标准集装箱[3]。在结构空间方面，商用卡车需要考虑轻量化的空间大致包括如下：车架内部发动机、安装水箱等空间的保证，车架后部悬架、轮胎与驱动桥处的匹配，前轴中心线对转向轮的转向空间保证。在布置空间方面，车架设计应满足商用卡车的各种上装需要，一般来说，上装主要利用副车架与车架相连，并有更多的预留连接空间，上半部分的结构空间同样也需要考虑，在我国，上接连接件主要采用骑马螺栓紧固，占用的车架空间更多，而选用接板连接，仅仅占用车架外部空间，对车架的不利影响相对较少，是未来商用卡车设计空间轻量化一个方向。

3.2 用户需求

商用卡车轻量化最重要的在于整车可靠性，所以对于各个系统的可靠性要求极高，内部零件要求符合B0.01寿命，即能够在整车寿命周期内，确保内部零件不发生损伤与破坏，零件与整车伴随一生。如果零部件损伤或破坏，必将会导致卡车功能缺失，并对驾驶员与成员的安全造成威胁[4]。与此同时，目前采用的轻量化新材料、制造工艺以及结构优化设计等方面，最高可为商用卡车“减重”70%，无论是传统燃油商用卡车还是新能源汽车领域，轻量化所带来的燃油经济性改善予以及提高续航，均是用户购买商用卡车的第一个重要因素。

3.3 成本需求

为了降低成本，商用卡车的整车普遍由企业自己加工生产，这就使得商用卡车轻量化必须符合生产企业的高生产效率要求。随着制造工艺的提升，运用拆解分析法分析整车成本已经成为各大车企的工作重点，对每个零部件成本予以拆解，并展开成本分析，一般来说，零部件成本主要由管理、制造、材料、劳动力等构成，并结合材料利用率、材料价格以及制造时间等，得出每个零部件的成本，将原有铸铁材料替换为可实现轻量化的新型材料，如镁合金、铝合金等，相比而言利用率更高，且成本更低。

4 商用卡车轻量化的发展趋势

4.1 轻量化设计

第一，结构优化。具体包括拓扑优化（结构、尺寸）、结构优化、尺寸优化三个方面，例如将平衡轴总成降重，将车架下翼面与横梁连接调整为横梁与侧面连接，取消车架与平衡轴中中间芯轴的连接支架，从而有效减轻重量;第二，新材料运用。铝合金材料在重量、加工以及强度等方面具有诸多优势，可替代商用卡车钢制结构件，以塑带钢为主的高性能玻璃材料可以替代原有玻璃;第三，工艺降重[5]。选择摩擦焊，减轻搭接焊导致的重量，并降低污染排放，例如在管梁、推力杆等处，便可采用摩擦焊工艺，当然，一体化桥壳也是未来商用卡车轻量化的重点所在。第四，目前，商用卡车车架普遍选用边框式车架，支撑着转向器、变速器、离合器以及发动机等有关机件，承载着传递给车架的所有力与力矩，车架轻量化主要可从减薄料厚、降低纵梁截面高度两个方面展开，若扭转工况下车架材料超出屈服极限，则应选用屈服强度更高的材料替代，例如QStE700TM，其屈服强度高达700MPa，是未来商用卡车轻量化的大势所趋。

4.2 先进制造工艺

第一，液压成型。液压成型技术并不是最近才有的技术，早在20世纪70年代，德国便开始了液压成型技术的基础研究，在积累了数十年的发展经验下，已相对成熟，目前商用卡车零部件生产中，液压定型技术的应用范围越来越广，如悬架系统零件（转向管柱、牵动杠、保险杠、发动机托架、前后桥等）、车身结构件（A/B/C柱、车身纵梁、挡风玻璃支架等）、发动机系统零件（曲轴、凸轮轴、进排气歧管等）等等，可设定各种加载条件与工艺参数，仿真成型极限，并予以优化，可提高成品率，降低生产成本;第二，激光焊接。卡车车身零部件的传统连接方法为点焊连接，是间接连接，而激光焊接可实现连续连接，进一步加强了车身的强度与刚度，而且，通过激光焊接还能够减少车身冲压件的搭接边宽度，降低材料使用量，减轻质量，而且，在变速箱齿轮焊接中，激光焊接能够避免焊接变形，避免焊后热处理，目前，激光焊接中的商用卡车零部件主要有车门铰链、减震器储油缸筒体以及尾气排放系统（排气管、歧管等）。

4.3 新材料的应用

从前文分析不难看出，虽然底盘系统、车架等部位的轻量化可以从结构、工艺等方面展开，但是，新材料的重要地位尤为凸显，除却高强度钢铁材料外，现对商用卡车轻量化中新材料的应用展开分析，主要包括有色合金材料、复合材料两大类。

（1）有色合金材料。有色合金材料主要分为铝合金与镁合金，其中以铝合金的应用范围最大，主要应用于商用卡车的悬架系统、车轮、车身骨架、车身面板等部位，如铝合金货箱、铝合金油箱（见图1）、铝合金车轮（见图2）等。不仅极大的减轻了重量，而且强度与抗热疲劳性能更好。

（2）復合材料。复合材料因性能优异，在商用卡车轻量化中有广泛应用，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、玄武岩纤维材料等等。

5 结论

综上所述，未来的商用卡车轻量化，将主要从设计方面、制造工艺方面以及新材料应用方面展开进一步的扩展与完善，当然，各种轻量化手段是相辅相成的，只有充分发挥各自的优势，实现轻量化技术的集成，也是未来商用卡车轻量化的发展趋势。商用卡车作为汽车的一个种类，与人们日常生活息息相关，实现其轻量化，必将有利于低碳环保生活的构建。

参考文献：

[1]张炎.欧洲公布到2050年实现80%碳减排的路线图[J].国外核新闻，2010（10）：5-5.

[2]王小华.某轻量化重型卡车产品设计开发[J].时代汽车，2017（02）：46-47.

[3]王凌，王宝昆，杜晓彤，等.商用车正向开发在重卡车架轻量化中的应用[J].物理测试，2018，036（003）：46-51.

[4]谢成才.钢铝结合商用车车架轻量化技术综述[J].汽车世界，2020（8）：09.

[5]李剑.商用汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J].汽车实用技术，2020，000（001）：178-180.