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摩擦动态:“轻量化”能帮助汽车货运不断节省燃料、提高盈利能力2017.09.21
“轻量化”能帮助汽车货运不断节省燃料、提高盈利能力
 

  现今,我们不论是批发还是零售购买的每样东西,几乎都是通过商业货运卡车的运输,从世界各地送到我们手中。

  根据欧盟统计局的货运统计数据来看,自2016年1月以来,在欧洲,每年近75%的货物是通过公路运输的。这充分证明了公路货运比铁路和航空货运更具成本效益并且更方便。显而易见,多年来公路货运非常普及,商用车制造商现在也在不断探索和实践各种方法,来减轻车辆重量。推动这个举动的因素主要是两方面:首先,要节省燃料成本,其次,要符合欧盟正在建立的愈加严格的排放限制要求。

  车辆重量、燃料消耗以及引擎排放之间的联系密不可分;车辆越重,相同运输距离所消耗的燃料越多,则成本更高,同时,消耗更多的燃料,还意味着产生更高的排放量。

  因此,车队运营商以及货车制造商都在不断追寻性能更好的车辆,减少燃料成本,降低排放量。

  材料选择

  多年来,赛车业一直是减重节能方面的佼佼者,每一克减重都意味着将对手甩开了更远的距离。赛车工程师通过车身减重,提高赛车速度,但在一场竞赛中,燃料策略也可决定胜负,通过使用非传统、创新型材料制作的轻量化赛车,在下一次进站停车前,能够行驶更远的距离。这种方式已被普及到其他燃料密集型产业,工程师们很清楚,材料越轻越节约燃料。

  类似地,可能航空业在减轻重量以提高燃料利用率方面的投入的研究时间可能更久。如今市场竞争日益激烈,飞机制造商们必须不断改进飞机和航空航天部件的设计。尤其是近几年来,航空燃料成本不断增加,产业受到重大冲击,使这一需求上升到了新高度。航空公司不断向飞机制造商施压,想要获得更高效的方式,以减少燃料成本。这意味着,以前都全部使用钢、铝等传统金属制造飞机,而现在,工程师们引入了多种多样的轻质材料和复合材料替代某些飞机零部件。这种新的解决方案,在坚固和耐用方面能够提供同样甚至更好的性能。

  商用车必须足够牢固,能够承载货物负荷,满足日常严酷的运输条件,并确保适当级别的安全性。人们常常认为重型车辆应使用重型材料制成。然而,现在可用的轻质替代材料越来越多,应用也越来越广,其中有些材料已在航空航天和赛车业等其他行业中使用。随着原材料以及工艺/制造成本的降低以及实用性增加,这些解决方案可以大大提高承重部件重量比的有效性。

  货车制造商已经开始使用铝及其他轻质金属替代重质金属材料,但塑料、碳纤维增强聚合物等非金属材料才是最新发展焦点。

  碳纤维非常坚固,且重量极轻,它的强度是钢的五倍,硬度是钢的两倍,而重量却只有钢的三分之二。将极精细的碳纤维像纱线一样缠绕在一起,形成永久形状的纤维层,可以覆盖在模具上,与树脂或聚合物形成涂层。

  不过碳纤维部件的生产成本仍让人望而却步,汽车制造商通常采用另一种更切合实际的折中策略 - 塑料。近年来,塑料成型技术在温度性能、强度和硬度得到显著提高,为货车制造商提供了减重的更多可能性。此外,塑料设计的灵活性 - 可实现的形状和形式 - 比金属部件要大的多。还可以使用包胶材料将塑料和技术部件结合在一起。对于需要螺纹嵌入件等固定件将其他部件附着到塑料模制上,和“卡扣”固定方法不行的情况,尤其有用。

  优化车辆系统解决方案

  如今,我们可以看到越来越多的塑料和其他非金属部件被融入到货车设计中,而使用不同材料完全重新设计车辆,代表的是一种思维转换,更是一个长期的目标。短期内将重心放在借助系统设计尽可能的减重。货车设计师需要系统供应商采用更具前瞻性的方式重新设计新系统和子系统,将减重作为主要的设计要素。

  节能减排要求日益重要,越来越多的系统可能会重新设计,从而生产处更简约、更高效的车辆。通过开发创新型部件,有助于淘汰其他不必要的功能或部件。

  派克汉尼汾作为全球货车市场定制运动控制解决方案的专业供应商,为汽车制造商提供创新系统方面发挥着重要作用,这些系统可以降低重量、集成各种不同功能的子系统、以及在不损害性能和保证可靠性的前提下简化装配。

  展望未来的技术与工艺

  除了轻质材料和优化解决方案,其他新兴要素也将有助于塑造未来的汽车设计。

  3D打印

  3D打印是一种制造趋势,肯定会影响到未来汽车部件的设计和开发方式。随着相关成本的不断降低,这项技术也将得到越来越多的应用。其工艺本身是通过设计构建沉积材料层,得到成品。

  大量的F1赛车上已使用3D打印技术制作轻质滚圈、非碳刹车进风口底板部件等等。滚圈被用于赛车的最高点,将赛车低重心上的冲击降到最低。它们对赛车结构的完整性和安全性非常重要,因此需要同时兼顾结实耐用和轻质的特性。

  电动汽车和混合动力车

  解决燃料节约问题的最终方案也许是将燃料从方程式中彻底去除,设计制造全电动汽车。我们看到越来越多新型设计的中型货车,以及城市小型车辆电气化成熟发展,现在,还出现了越来越多的重型电动货车设计。

  由电机、伺服驱动器和蓄电池组成的系统替代内燃机,更加轻便,已显著降低车辆重量,而这还没有考虑到全电动系统彻底消除车辆中储存液体燃料需要所降低的重量。

  其挑战在于电池技术的发展,使车辆充电后可行驶更长的距离,或得到通过再生制动和其他工艺自行充电的系统。新研究推动了一系列新电池技术的发展,包括可反复充电的硫锂,具有轻质和高重力能量密度的特性。利用该技术,参与研发的公司正积极发展电动汽车目标市场,极大地扩展了其应用范围。

  在等待全电动货车商业上市的同时,货车制造商还可以利用一些目前已有的电子技术发展成果,包括使用混合电动方案。

  全电动插电汽车可能更适用于当地的运输车队或特定应用,如垃圾收集车,至少不久的将来会如此,对于长途的运输商来说,未来几年会越来越多地选择混合动力车。

  当然,还有其他减少内燃机使用的解决方案,如,电泵转向解决方案,可以减少配套装备对引擎动力的需要,支持降低发动机排量,进而减少重量。

  总结

  也许,降低全球碳排放的最大机遇就掌握在今天的货车制造商以及为其生产部件和子系统的供应商的手中。作为温室气体最大的排放主体之一,公路运输业有责任支持越来越严格的立法,在设计每一种新车时,应首先考虑减少重量,无论是外部车身还是其中的系统和部件。

  对于制造商来说,成功的关键之一是与支持新技术研发和实施的创新供应商合作。富有远见的思想,加之探索、开发和应用更简单、更新技术的动力,不久的将来,我们的公路上行驶的都带有洁净技术的轻质汽车,它们将各式各样的货物送到使用或销售地点。

| 来源:EEFOCUS
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