卡车低风阻新概念及卡车轻量化措施

卡车低风阻新概念及卡车轻量化措施商用车市场的竞争要求厂家不断降低油耗，提高其运输能力，降低卡车风阻和自重是提升卡车竞争力的重要途径。有研究证实，当车辆高速行驶的时候，最大的阻力来源于空气，车速越高，车辆受到的空气阻力就越大，空气阻力的增加值与车速增加值的平方成正比。实验表明，当车速高于每小时80KM的时候，就有将近一半的油耗是用来克服空气阻力的。卡车在行驶过程中，受到的空气阻力由四部分组成：1：表面阻力，是指气流通过车辆外表面时产生的摩擦阻力，该阻力主要是由车体外形，以及安装在车体外的零部件，如后视镜、车门把手、车灯、车头装饰件等对气流干扰引起的阻力，此阻力会对半挂车和公共汽车等长尺寸车辆产生较大影响。2：压差阻力，压差阻力的大小取决与紊流区的大小，特别是尾部紊流区的大小。在气流变成紊流的点处，会形成部分的真空区，这样就产生了压差阻力。在卡车设计时，设计师需要努力减小紊流表面，从而减小真空区面积。3：诱导阻力，它是作为压差阻力的一部分，是由于车辆行驶过程中顶部和底部的空气压力不同而造成的，压差阻力和诱导阻力在总的空气阻力中所占比例最大。4：车内阻力，是因为气流通过车头内的散热器、发动机等引起的阻力。一、国际主流卡车降低风阻新举措1、MercedesBenz推出aerotrailer概念卡车，降低风阻。这款车在外观造型方面与传统拖车有极大差异，除了使用具有扰流效果的前格栅、车辆侧扰流板和车尾梯形扰流器之外，在尾箱的造型上，还采用了锥形设计，主要目的就是降低风阻。根据MercedesBenz在风洞试验的测试结果显示，车头前近期格栅可减少1%的风阻，车辆车辆侧扰流板可降低8%的风阻，而车尾增加400mm的锥形物，则可降低7%的风阻，因此整辆车的风阻可有效降低18%,油耗可降低5%。如果根据一项统计数据，每辆车按照每年行驶15万公里的平均里程来计算，使用aerotrailer概念的Actros拖车每年将可节省2000升的燃油。相当于百公里节油1.3升。2、2010年德国MAN公司一款概念卡车亮相汉诺威车展。曼的这款概念车型号为S型概念车（MANConceptS），低碳环保是这款车展示的主题。首先从外观上与我们常见的方方正正的卡车造型就有不同，驾驶室线条更为流畅，流畅的外形带来的是更低的风阻。降低风阻的工作也是全方位的，包括后面挂车的货箱也是做成了流线型，这样能够有效减少尾部涡流的产生。据介绍，相比普通的40吨的半挂牵引车，这辆概念车能减少25%的燃油消耗，同时也能降低25%的CO2排放量。3、雷诺推出的一款叫做OptifuelLab的概念车，通过改善车身的空气动力学性能，竟然能够降低13%的油耗。此款牵引车以雷诺Premium为原型，从整车的设计草图上主要就是将车辆设计成流线型，以减少风阻。为了改善整车的流线型，OptifuelLab在驾驶室前面加了30公分的一个鼻子，在货箱的尾部，加了一个70厘米的尾巴，以减少尾部的扰流。为了改善整车的流线型，OptifuelLab在驾驶室前面加了30公分的一个鼻子，在货箱的尾部，加了一个70厘米的尾巴，以减少尾部的扰流。牵引车和挂车连接处有柔性导流板，使驾驶室和挂车之间几乎没有缝隙，减少了扰流。车身侧面也全部由导流板包裹，在货箱最后还有一个收尾，这是参考了F1方程式赛车的设计理念。为了降低风阻，设计师可谓是不遗余力，连后视镜都取消了，用一组后视摄像头取代，在驾驶室内则是一组液晶显示屏将车辆后面及两侧的情况及时反馈给司机。看看下面这张图，驾驶室后面看的非常清楚。二、卡车轻量化有关研究数据表明，若汽车整车质量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。由此可见，伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低，因此汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。汽车轻量化首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。目前国内外汽车轻量化技术发展迅速，主要的轻量化措施是轻量化的结构设计和分析，轻量化设计已经融合到了汽车开发的前期。轻质材料在汽车上的应用，包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料等，与结构设计以及相应的装配、制造、防腐、连接等工艺的研究应用融为一体。汽车轻量化材料的使用，主要有以下几种类型:1、有色合金材料铝具有良好的机械性能，其密度只有钢铁的1／3，机械加工性能比铁高4．5倍，耐腐蚀性、导热性好。其合金还具有高强度、易回收、吸能性好等特点。汽车工业运用最多的是铸造铝合金和形变铝合金。运用形变铝材制造车身面板的技术已经比较成熟，包括发动机罩、行李箱罩、车门、翼子板等。保险杠、轮毂和汽车结构零件也广泛使用铝合金材料。运用铝合金也面临不少问题，比如，铝合金加工难度比钢材高，成型性还需继续改善；由于铝导热性好，导致铝合金的焊接性能差；不能像钢板那样采用磁力搬运等。其中，关键是成本问题，目前铝价还比较高，成本控制对铝合金的运用非常重要。镁合金具有与铝合金相似的性能，但是镁的密度更低，它们的密度之比为1．8：3，是当前最理想、重量最轻的金属结构材料，因而成为汽车减轻自重、以提高其节能性和环保性的首选材料。但其铸造性差，后处理工艺复杂，成本高。我国的镁资源非常丰富，储量占世界首位。但是国内用量很少，尤其汽车行业用量极少，因此前景非常广阔。而西方工业发达国家对铝基、镁基的金属基复合材料的开发与应用，已达到了产业化阶段，2、高强度钢用高强度钢替代原使用材料，能适当减小零件尺寸。世界上广泛通过进一步提高合金钢、弹簧钢、不锈钢等钢种的比强度和比刚度，以及粉末冶金配件具有的多孔密度低、精度高、成本低等特点，来作为汽车轻量化的措施。采用高强度钢板在等强度设计条件下可以减少板厚，但是车身零件选定钢板厚度大都以元件刚度为基准，因此实际板厚减少率不一定能达到钢板强度的增加率，不可能大幅度地减轻车重。高强度钢板在汽车上应用的目的主要有3点：增加构件的变形抗力，提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。由于运用高强度钢板的经济性和相对容易性，因此应大力提倡在汽车上运用高强度钢板。现在各国都在加速高强度钢和超高强度钢在汽车车身、底盘、悬架、转向等零部件上的运用。3、塑料和复合材料与相同结构性能的钢材相比，塑料和复合材料一般可减轻部件的重量在35％左右。低密度与超低密度片状成型复合材料的发展提供了更多的潜力，在重量减轻与强度方面达到甚至超过了铝材，整体成本通常更低。塑料是由非金属为主的有机物组成的，具有密度小、成型性好、耐腐蚀、防振、隔音隔热等性能，同时又具有金属钢板不具备的外观色泽和触感。目前，塑料大都使用在汽车的内外饰件上，如仪表板、车门内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器罩、座椅支架等。而后逐渐向结构件和功能件扩展。例如发电机及其相关系统、冷却系统等。塑料也在向制作车身覆盖件方向发展。复合材料即纤维增强塑料，是一种增强纤维和塑料复合而成的材料。常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。增强用的纤维除玻璃外，还有高级的碳纤维、合成纤维。复合材料作为汽车材料具有很多优点：密度小、设计灵活美观、易设计成整体结构、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击、抗振等。目前玻璃钢复合材料的应用非常广泛，尤其在欧美车系中。其中尤以SMC和GMT的应用最为广泛。曼、雷诺、沃尔沃、奔驰、依维柯、达夫等欧洲重型卡车制造商的驾驶室材料中，都大量选用了SMC。在国内，SMC材料在汽车领域也得到了广泛的应用，尤其是商用汽车领域。中国重汽、陕西重汽、福田欧曼、重庆红岩等主要重型卡车制造商，其驾驶室的制造都不同程度地采用了SMC材料。4、其他轻量化材料精细陶瓷是继金属、塑料之后发展起来的第3大类材料。其发展史只有20年左右，但具有优良的力学性能(高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损等)和化学性能(耐热冲击、耐氧化、蠕变等)。作为轻量化材料用于汽车零件，不仅直接起到轻量化的作用，更因其优良的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性，用于汽车发动机燃烧室及热交换器等零件，使功率提高，油耗大大下降，从节能角度看则间接地起到轻量化效果。蜂窝夹层材料是早已在飞机上采用的材料，其最大特点是刚性高、比强度高、密度低。目前应用在汽车上的实例还不多，但应用研究在不断前进，将来会较多地得到运用。三、卡车新技术从技术内涵上看，当前在欧美等发达汽车市场重卡ESP(电子稳定程序)、ACC(适应性巡航控制)、LGS(车道偏离报警系统)、TPMS(轮胎气压监测系统)已经十分成熟，广泛运用并已批量装车。汽车制动方面的智能辅助系统。例如EBS、基于电控的10bar或12bar带ABS、ASR双回路制动系统和诸如发动机制动、可选择的缓速器辅助制动系统等。还有坡道控制、智能接近控制系统、紧急制动系统、主动侧翻稳定性CDC和高载荷侧翻稳定性控制系统。据查相关资料显示：如奔驰Actros重卡安装了智能接近控制系统、辅助夜视系统，曼在TGX、TGS系列重卡上安装了CDC。智能接近控制系统的作用在于，在系统探测到前部车辆运行缓慢时，它会自动用最大20%的制动力实施制动，直到驾驶员预先设定一个特定距离为止。若前面车辆加速或卡车驾驶员变换到一个清晰的车道里，该系统自动把卡车加速到预先设定的速度。紧急制动系统则由智能接近控制系统衍生而来。若监测到车辆要与一个移动的障碍物发生碰撞，该紧急控制系统就会自动开始紧急制动动作。该系统使用智能接近控制系统的三个雷达波束，若系统监测到可能发生的碰撞，首先在视觉上发出警告，接着是听觉上的警告。若驾驶员没有做出反应，系统会以全制动力的约30%开始实施部分制动，若有必要则实施全制动。除停车、行车制动等基本安全措施外，通过配备功能齐全的监控系统，防侧翻系统，以及采用电控、液压、机械3套独立制动系统，大大提高了整车的安全可靠性。同时，电子技术的发展与运用，使车辆安全性研究向智能化方向发展。空气悬架的普及运用。新概念悬架不仅重量减轻30kg，车架高度降低30mm。在没有后气囊的时候，减震器布置在桥的后面，增强了操纵动力性和稳定性。另外，气囊排列允许更大的提升高度以及防止桥的扭曲(这会引起传动轴角度的变化)。而且，气囊数量的减少意味着更换它们需要更短的时间，从而节省维修费用。自动变速器的广泛运用。沃尔沃、斯堪尼亚、曼和依维柯在它们的重型车系列中都提供自动变速器作为标准配置，体现了变速器的发展趋势：10-12挡变速器强势增长，16挡变速器将下滑。而手动变速器越来越不流行，仅适用于非发达地区。如亚洲、非洲和南美地区。超宽单胎的普及运用。选用超级宽断面轮胎，加之铝合金轮毂，可多装载110kg;同时，滚动阻力减小，也降低了燃油消耗。此外，测试技术向智能化、系统化方向发展，重卡测试覆盖范围越来越宽。对测试手段，从传统的计量仪器到各种专用测试设备，从单位测试到配合测试，从硬件到软件都提出了更高的要求，从而促进重卡测试技术的快速发展和测试手段的发展变化。各种测试仪器组合计算机软件技术的应用，形成了重卡测试技术智能化、系统化的发展趋势。