輕型商用車底盤輕量化的研究與應用

王金元

摘要：如今，商用車已成為主要交通工具之一，底盤和車身重量的輕量化可以提高交通效率，有助于緩解環境與交通問題。在汽車制造行業，實現節能環保一方面要提升汽車發動機的工作效率，達到汽油的充分燃燒；另一方面要減少汽車的整體重量，以實現輕量化的目標。就當前來說，汽車輕量化實現的有效途徑是汽車底盤的輕量化。本文以輕型商用車底盤輕量化的應用為主題，提出了汽車底盤輕量化的方法。

關鍵詞：輕型商用車；底盤；輕量化

隨著“節能環?！痹絹碓匠蔀榱藦V泛關注的話題，輕量化也廣泛應用到普通汽車領域，在提高操控性的同時還能有出色的節油表現。汽車輕量化是當前汽車制造行業競相追求的目標，其一方面可以有效降低油耗、減少車主的開支，另一方面也可以使汽車的靈活性舒適性有較大的提升。從實際應用來看，底盤的輕量化是實現汽車輕量化的有效途徑。

一、輕型商用車結構設計優化

1、結構的優化。對于商用車來說最要避免的就是在還沒到使用壽命的時候出了毛?。ńY構不合理）而不能使用了。經常發生的結構不合理現象中，極少是“ 負荷過重導致的損傷”，而多數都是“ 疲勞斷裂”。前者的“ 損傷” 產生于部件的內部，生成原因是被動地抵御外力，也可以說是由于初應力超過了允許值而導致的現象，所以必須增強基礎結構部位的抗斷裂性。后者的“ 疲勞斷裂” 主要是由于局部外形的不連續性而帶來的峰值應力所導致的現象，必須通過調整初應力來平緩應力承受部位的剛性變化。關于剛性，沒有什么絕對的評價標準，但在使用中總是盡可能的使其具有柔順感。為了增強該特性，我們必須研究以負荷點為初始點的載荷傳遞路線，這對設計能夠保證內部剛性連續性的基本構造很有幫助。

2、結構優化技術。近年來以有限元素法為代表的CAE 技術的發展令人屬目，它在結構研究中的應用已經變得不可或缺了。雖然如此，但目前實際使用的多數技術除了要求能夠進行結構設計外，還要對設計好的結構在壓力負荷下的反應做出分析，并非僅止于模擬試驗。傳統的結構開發，它的設計要求，即模擬環境條件下的結構反應特征，是預先提供給設計者的，只需要根據該數據進行設計就可以了。這是傳統設計工程師的設計模式，它是一種基于長年積累的技術和經驗來進行設計的方法。這樣設計出來的結構，雖不能說是最穩妥，但卻能滿足大致上的設計要求。但相比過去，對于高要求的輕量化設計就不能繼續沿用現有的技術了。再加上工程師的技術和技能的繼承都不是件容易的事，這些都導致了與傳統不一樣的思考方法，即結構優化技術的出現，并正在走向實用化。結構優化技術大致可分為① 布局優化②外形優化③尺寸優化，在結構的開發過程中大致按照這種順序進行。這其中對輕量化有較大貢獻的，是在構思階段能夠有效確定大致框架的布局優化技術?，F在雖說尚米完全實用化，但不久將會實現。另一方面，確立大致框架開始到完成具體結構制造這一階段，為了少做無用功，研制出更為合理的結構，必須使外形和尺寸取得結構整體上的平衡，有效地利用外形優化技術和尺寸優化技術。關于外形優化，由于改變外形重新設計較為困難，所以只限于應用在簡單外形部件的設計上，而在降低框架厚度問題上則不存在多少困難，目前該技術正在逐漸普及。

近來受到特別關注的汽車構造特征要算是撞擊安全性了。由于受撞擊后汽車結構發生劇烈改變，根據傳統的經驗或是常用的有限要素法來高效開發合理的汽車結構是比較困難的。針對該問題，近年來已在逐步采用結構優化法。從采用的方法來說，包括有靈敏度測算法、品質工程法、及曲面近似法等多種，借以獲取各種有用的設計數據。但不論采用何種方法都將耗用龐大的計算機資源，所以對于像整車這樣的大模型運算起來一般都很困難。

二、輕型商用車輕質材料的應用

實現汽車底盤輕量化的直接制約因素在于材料的選取，而輕質材料的應用可以使汽車底盤有效實現輕量化的目標。當前最為常用的輕質材料是輕質合金材料、高強度鋼材料、高性能球墨鑄鐵及塑料材料等等，下面對種材料分別進行簡述。

1、高強度鋼材料。在汽車制造中，高強度鋼是一種應用較早的輕量化材質，多用于前下擺臂的生產。當應用在輕量化制造時，一般采用單片鋼板沖壓成形，并且使用如FB780 等強度更高的材料。這可以保證在預期厚度不變的前提下減少重量，實現輕量化。

2、高性能球墨鑄鐵。高性能球墨鑄鐵多被使用在齒輪生產制造之中，較傳統工藝生產出的鋼齒輪，高性能球墨鑄鐵齒輪使用起來更為安靜，重量上也較傳統鋼齒輪輕2% 左右。同時，高性能球墨鑄鐵齒輪的生產成本較以往降低約30%，大大降低了企業的成本。我們相信，隨著等溫淬火工藝的不斷成熟，高性能球墨鑄鐵會更為廣泛地使用到汽車制造之中。

3、塑料在輕型商用車上的應用。塑料是由以非金屬為主的有機物組成，具有密度小、成型性好、耐腐蝕、防振、隔音隔熱等性能，同時又具有金屬鋼板不具備的外觀色澤和觸感。目前，塑料大都使用在汽車的內外飾件上，如儀表板、車門內板、頂棚、副儀表板、雜物箱蓋、座椅及各類護板、側圍內襯板、車門防撞條、扶手、車窗、散熱器罩、座椅支架等。而后逐漸向結構件和功能件擴展。例如，發電機及其相關系統、冷卻系統、供油系統等。塑料也在向制作車身覆蓋件方向發展。

4、鋁合金的應用。鋁的密度約為鋼的1/3，是應用最廣泛的輕量化材料，而腐蝕、高強度、吸能好，汽車上應用最多的是鑄造鋁合金和變形鋁合金，汽車上應用鋁合金技術比較成熟，主要用于車身面板、車身骨架、發動機散熱器、空調冷凝器、蒸發器、車輪、裝飾件和懸架系統零件等。但是鋁合金的應用目前也存在不少問題，成本高，加工難度高于鋼材，不易焊接等缺點致使鋁合金的應用還有一定的局限性。車輪輪輞、鋁合金的油箱、變速箱殼體等，目前在輕卡上的應用比較成熟。材料的輕量化應用是最具降重效果的，密度足夠小輕量化效果越好，卡車的結構材料中約8成是鐵系材料，若將其更換為比重較小的鋁合金和樹脂的話，就能在很大程度上實現輕量化。但這些輕質材料的強度一般都較鐵系材料為差，在外形不變的條件下實行更換比較困難。因此為了保證強度和剛性，采用CAE技術對外形進行優化設計，通過對材料疲勞強度的精確測算，設計出合理的外形。

5、新工藝的應用。汽車輕量化實現的又一途徑是采用新工藝，如采用激光焊接、超聲波焊接等技術，減少焊接添加物以達到重量降低。另外，采用汽車領域的新技術，如空氣懸架、橡膠懸架等也可以有效降低汽車的重量，實現汽車輕量化。

汽車輕量化是伴隨著可持續發展理念誕生的，對于資源節約和環境保護具有重要的意義。同時，其還可以降低汽車企業的生產成本、提升利潤，減少廣大車主的油耗支出，是一項一舉多得的技術。我們相信，隨著科學技術的不斷發展，汽車輕量化會更為廣泛地應用到汽車領域中。當今世界，環境的日益惡化成為擺在人類面前的重大難題，保護環境、減少有害物排放是全世界的共同目標。汽車作為能源消耗、資源消耗及排放的大戶，降耗、減排、降重成為其技術發展的重中之重。發展汽車輕量化，中國汽車企業需要付出更多的努力。

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