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皮卡车轻量化是个什么鬼?

2018-10-11 14:59:28来源:中国皮卡网责任编辑:杨再舜

  随着新能源汽车的大行其道,但凡是对汽车有所了解的人都清楚,新能源汽车是节能环保的大趋势,但其实,除却新能源化外,汽车的轻量化也是不可或缺的。当然皮卡车也不例外。


  据悉,轻量化这一概念最先起源于赛车运动,重量轻了,可以带来更好的操控性,发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻,起步时加速性能更好。


  现阶段“节能环保”越来越成为广泛关注的话题,轻量化也广泛应用到普通汽车领域,在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量,在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下,降低车辆自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控可靠性、提高车速、降低油耗、减少废气排放量以提升安全性。


  据理论上推测:若汽车整车重量降低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、变速器等装置的传动效率提高10%,燃油效率可提高7%。


  汽车车身约占汽车总质量的30%,空载情况下,约70%的油耗用在车身质量上。不过在实际使用中,汽车的轻量化水平能使整车重量降低同等的重量。因此,车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。


  汽车的轻量化是当下衡量汽车工业发展中一项非常重要的项目,而汽车的轻量化表现在很多的方面,比如底盘的轻量化、内饰的轻量化、动力总成的轻量化等等,当然,车身的轻量化表现的最明显。一般中外汽车界实现车身轻量化会通过这样三种途径:一是应用高强度和轻质材料,二是优化车身结构,三是运用先进的制造工艺技术。


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  一、车体材料的轻量化    材料轻量化一般是通过采用轻量化的金属和非金属材料实现,主要包括工程塑料以及各种复合材料。目前在汽车行业的材料轻量化已经成为一种趋势,在不影响车身强度的情况下,使用更多的铝合金、镁合金、工程塑料等有助于降低车身自重,从而带来更好的燃油经济性。


  二、优化强化车身结构   车身的优化设计是很重要的轻量化方案,也在众多的车企中被设计师所青睐,它能在尽量少的增加成本的基础上,做到比较理想的效果。 据查阅相关材料可知:“车身结构优化是通过采用先进的优化设计方法和技术手段,在满足车身强度、模态、刚度和碰撞安全性等诸多方面的性能要求,以及相关的法律法规标准前提下,进而优化车身结构参数,提高材料的利用率,去处零部件冗余部分,同时又使部件薄壁化、小型化、中空化和复合化以减轻重量,最后实现轻量化。”


  在当下的科技环境中,使用CAD与CAE等计算机工具,是一个不错的辅助。“通过CAD对汽车结构布局进行设计,在软件上模拟实体车,然后对整车进行分析,得到零部件的安置情况以及选择合适的轻量化材料,在对整车设计完成以后,可以通过CAE进行进一步分析和运动干涉分析等,使轻量化材料能够达到车身设计的各项要求。再比如3D打印带来了通过结构设计层面上达到轻量化的可行性。具体来说,3D打印通过结构设计层面实现轻量化的主要途径有四种:中空夹层/薄壁加筋结构、镂空点阵结构、一体化结构实现、异性拓扑优化结构,通过3D打印是实现机械轻量化的一个重要方向。”


  三、先进制造工艺流程  在材料与优化车身结构之外,往往需要革新制造工艺来满足材料和结构的变化,目前已经广泛应用的激光拼焊板、热冲压成形和液压成形等工艺。比如激光拼焊板可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合起来,然后整体进行压型。激光拼焊板工艺已在汽车领域应用成熟,用于制造车门内板、加强板、立柱、底板和轮廓等部件。


  比如对于高强度钢的热冲压成形工艺,是因为在强度超过1000MPa以上时,一些几何形状比较复杂的零件,使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形。再比如一种铝合金压铸新工艺。随着铝合金在车身上的应用日益广泛,工程师们开发了一系列铝合金压铸新工艺,如冲压压铸法、针孔压铸法和无孔性压铸法等,其中无孔性压铸法最受欢迎,压铸时注入型腔的金属液与氧气发生反应,型腔内随即形成真空状态,从而实现无气孔且可热处理的高质量压铸件。


  目前用无孔性压铸法生产的铝合金大量应用于车轮、进气歧管以及动力转向壳等部件上,由于应用铝材且壁厚减小,轻量化效果显著。总的来说,汽车车身的轻量化,主要便体现在以上关于材料轻量化、车身结构优化、先进的制造工艺等三个方面。


  由此可见,汽车轻量化已经成为世界汽车工业的发展潮流与趋势,更是一种市场竞争的筹码和利器。笔者预期,在中国皮卡行业完成了国V和国VI排放标准任务前后,去年新修订的《轻型商用车辆燃料消耗量限值》强制性国家标准也将于明年正式实施,这对国产皮卡行业来说是催化剂与快马鞭策,进而加速各大皮卡车企主动或被动地进行车辆的轻量化的研发工作,只有在轻量化车辆上取得成功,才能立于市场竞争中不败之地。


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  A、皮卡改性塑料轻量化必成发展趋势   做为具有运载与乘用双功能性多用途的皮卡车与所有的汽车一产,其轻量化的主要手段也是以优化结构或者改变车身材质,如从车身、车架、驾驶室、动力总成、传动系统等多方面进行轻量化的升级和探索以及最终从研发、试制、批量直至大规模地量产化。


  据查阅最新相关汽车轻量化研究资料所示:利用复合材料生产制造车辆底盘,可以有效降低车身重量达40%。在一定程度上意味着承载能力的增强、排放和油耗的降低。减重对于降低油耗可以说是事半功倍的效果,除此之外,还有利于提升车辆的动态性能和静音效果。


  众所周知,由于车身重量减轻了,发动机输出的动力能够产生更高的加速度,车辆会有更好的操控性,起步时加速性能更好,刹车时的制动距离也会相应缩短。因此,在全球汽车制造业中呈现出汽车铝合金化、复合材料化以及最新的改性塑性化的趋势。特别是当下随着汽车改性塑性化趋势成型技术的日臻成塾与市场化运用,汽车改性塑性件的应用推广有望提速,整个行业将迎来高速发展期。


  另据相关资料显示:“汽车改性塑性件具有密度低特点的塑料合成材料,成为减轻车体重量的有效途径。如在同等大小的汽车零配件中,汽车改性塑性件产品比钢材在质量上普遍可减轻30%-40%,具有相当明显的轻量化优势。除此外,改性塑性材料还有设计空间大、制造成本低、功能广泛等一系列综合优势,从外装饰件到内装饰件,从功能件到结构件,甚至出现了全塑车身,改性塑料产品在汽车的覆盖范围越来越广,汽车塑料件行业迈向高速发展,塑料制品在汽车中的用量,逐渐成为衡量一国汽车工业发展水平的标志之一。”


  据查阅相关资料显示,国外汽车内饰塑料采用最多的是PU、PVC、ABS和PP,日本这几种树脂占汽车内饰件用树脂的80%;西欧汽车内饰件多采用PU,约占内饰件的80%,汽车内饰件制品主要有仪表板、车门内板、车门内板、转向盘、座椅等零部件。我们汽车行业经过多年的发展,改性塑料在汽车内饰用料中所占的比例已经增加到了60%以上,作为最重要的汽车轻质材料,不仅可以减轻零部件约40%的质量,还可以使采购成本降低40%左右,其主要品种有PP、PS、ABS、PU、PVC、PE、SAN、SMA等。因此,在全球汽车制造业中呈现出汽车铝合金化、复合材料化以及最新的改性塑性化的趋势,尤其是近年来改性塑料在汽车上的用量迅速上升务,改性塑料仍是当代世界汽车内饰市场主流趋势。


  国产皮卡车驾驶覆盖件和内饰的合成塑化是大势所趋,以传统钢铁结构组合成整车将会在技术不断突破、材料品质和工艺持续提升下,铝合金材料、碳纤维复合材料以及改性塑性材料将会部分替代传统钢铁结构,通过政府、行业、车企、零部件供应商、材料生产商等多方努力,进而与轻量化乘用车与商用车并驾齐驱,迈向大规模推广应用阶段,未来发展前景可期。


  特别是当下随着汽车改性塑性化趋势成型技术的日臻成塾与市场化运用,汽车改性塑性件的应用推广有望提速,整个行业将迎来高速发展期。据相关资料表明:“汽车改性塑性件具有密度低特点的塑料合成材料,成为减轻车体重量的有效途径。如在同等大小的汽车零配件中,汽车改性塑性件产品比钢材在质量上普遍可减轻30%-40%,具有相当明显的轻量化优势。除此外,改性塑性材料还有设计空间大、制造成本低、功能广泛等一系列综合优势,从外装饰件到内装饰件,从功能件到结构件,甚至出现了全塑车身,改性塑料产品在汽车的覆盖范围越来越广,汽车塑料件行业迈向高速发展,塑料制品在汽车中的用量,逐渐成为衡量一国汽车工业发展水平的标志之一。”


  据查阅相关资料显示:“国外汽车内饰塑料采用最多的是PU、PVC、ABS和PP,日本这几种树脂占汽车内饰件用树脂的80%;西欧汽车内饰件多采用PU,约占内饰件的80%,汽车内饰件制品主要有仪表板、车门内板、车门内板、转向盘、座椅等零部件。我们汽车行业经过多年的发展,改性塑料在汽车内饰用料中所占的比例已经增加到了60%以上,作为最重要的汽车轻质材料,不仅可以减轻零部件约40%的质量,还可以使采购成本降低40%左右,其主要品种有PP、PS、ABS、PU、PVC、PE、SAN、SMA等。因此,近年来改性塑料在汽车上的用量迅速上升务,改性塑料仍是当代世界汽车内饰市场主流趋势。”


  由此可推断,国产皮卡车驾驶覆盖件和内饰的合成塑化是大势所趋,以传统钢铁结构组合成整车将会在技术不断突破、材料品质和工艺持续提升下,铝合金材料、碳纤维复合材料以及改性塑性材料将会部分替代传统钢铁结构,通过政府、车企、零部件供应商、材料生产商等多方努力,进而与轻量化乘用车与商用车并驾齐驱,迈向大规模推广应用阶段,未来发展前景可期。不过现阶段由于受到改性塑料制造工艺所限等,我国皮卡车行业为了尽量减少钢材的使用以及达到节能减排轻量化目标,不仿可先在铝合金材料上有所作为,而且为比较接地气和现实靠谱的。


  毋庸置疑,在当下我国节能减排政策越来越严格严峻形势下,在皮卡行业完成了国IV向国V再向国VI排放标准艰巨任务前后,尤其是颁布实施的《轻型商用车辆燃料消耗量限值》强制性国家标准,以及在产品不断升级成本压力之下,作为商用车与乘用车并兼用途的皮卡车型,轻量化技术必将一定会成为今天和未来皮卡行业科学技术发展的突破口,更是不可回避产品和市场竞争筹码与手段。同时皮卡车轻量化也是社会整体水平提升、运输效率提升的体现,更是提高卡车燃油经济性、降低尾气CO2废排放的有效措施之一。由此可见,无论是眼下或未来国产自主品牌皮卡车轻量化不仅是节能减排工作的重中之重,而且必将成为一种势在必行的发展与趋势潮流,更是一种市场竞争的筹码和利器。


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  B、皮卡碳纤维轻量化必成发展趋势    据有稽中查资料表明:“碳纤维是由化纤和石油经过特殊工艺制成的纤维,除了和一般碳素材料一样具备内高温、耐摩擦、导电、导热等特性外,它强度更高、质量更轻,更耐腐蚀。 碳纤维的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7-9倍,抗拉弹性也高于钢,在2000摄氏度以上的高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性出类拔萃。而且它外形柔软,可加工成各种织物,从使用的角度看,碳纤维不存在腐蚀生锈的问题,比普通金属耐用。”


  除此以外,“在极端气候条件下,碳纤维的性质几乎不发生改变,使用碳纤维制造车身,可以省去高成本、繁琐的涂装工艺,甚至有人称,碳纤维几乎是目前可知的最能让汽车减重的完美材料。碳纤维摸上去手感与塑料差不多,却有着钢铁一般强度和韧性的碳纤维组件,不仅能够帮助整车有效减重,更由于其昂贵的特性而变成奢华的象征。


  目前,碳纤维材料在民用量产汽车,尤其是中档产品应用也十分广泛,很多厂商也已经开始碳纤维材料的小组件,如后视镜、内饰门板、空气套件等等。在车身材料的轻量化上,造车新势力的创新和尝试使用全碳纤维覆盖件和全铝骨架与使用上钢下铝的车身结构,对此做出较大贡献而有目共睹。


  C、皮卡铝合金轻量化必成发展趋势   在材料使用方面,最受关注的是铝合金和镁合金,毕竟这两种材料主要代替钢铁,减轻重量而提高强度。铝的重量只有铁的1/3,并且回收利用率高,汽车中的铝有85%是可以回收的。


  铝合金材料的大量应用系轻量化的主要手段之一。铝合金系低密度、高强度的轻金属材料。如在车架、悬架、桥売、车轮、驾驶室棚架型材以及货厢等均可采用铝合金型材。经钻、铣、冲裁等精密加工后,用不锈钢抽芯铆钉、联接销等装配而成。铝合金皮卡不仅重量轻、强度高、精度高、能耗低、互换性强和耐用可回收循环使用。与相同规格(容积)的钢制车身相比,铝车厢自重可减轻约30%,增加运能10%左右。但是铝也有很多缺点,比如铝不能够焊接、不容易钣金,喷漆也麻烦,安全性不如钢。


  与所有的汽车一样,皮卡车的轻量化的途径主要也是通过轻量化新材料应用、优化对车身与零件结构设计、新工艺应用等从而实现整体的轻量化。而皮卡车实现整车轻量化的主要途径有三种:一是使用轻量化材料;二是采用先进的制造工艺;三是间接通过模块化平台,大量使用通用型零件,小型化零件也可为整个部件减轻重量,进而直接或间接地节省成本。


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  D、结 论   在近年来车用钢价持续上涨的背景下,大幅增长的车用钢价已进一步压缩了车企的利润,但车价却不升反降,钢价的上涨将导致汽车制造成本上涨,利润空间进一步受到畸形严重挤压。皮卡作为货运功能为主车型,与纯乘用车还有不同,与载重车一样也系为车用钢材之大户。


  现阶段国产自主品牌皮卡车企应未雨绸缪,在整车轻量化与替代钢材的铝合金材料上另辟蹊径,唯有这样才能防患未然车用钢材持续长久的涨价趋势。为此,笔者建议我国皮卡行业可先在铝合金材料轻量化上下功夫的同时,对替代替换钢材的其他复合型材料进行研发与试验,为今后进一步实现轻量化后的量产化做好充足的准备工作。为实现皮卡整车的轻量化,首先得从驾驶室、底盘、货厢以及部分零部件重新进行结构设计,同时对轻量化材料也进行可行性研究工作,并拿出轻量化的具体方案和时间节点出来,进行符合国情民意、政策法规、市场需求容量与生产制造工艺流程中的一系列规划与研究,乘机填补我国对其轻量化的研发能力相对比较薄弱,基本上都还没有开展对此的研究工作而处于一个空白区域。


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