AHSS 卡车构件轻量化

对于许多卡车司机而言,轻量化与其说关乎燃油效率,不如说关乎总成本和货运效率:能够通过运输更多货物获得更高的收入 — 同时还能保持重量在法定限制之下。 一些从传统碳钢改为铝合金甚至碳纤维增强聚合物 (CFRP) 的卡车构件现在其理想选择是采用更经济耐用的先进高强度钢 (AHSS) 。

遵循汽车行业的轻量化指导原则

随着几乎每辆新车的推出或车型的更新,汽车中 AHSS 和 UHSS( 超高强度钢 ) 的使用不断增加。 一些 AHSS/UHSS 的使用是为了满足更严格的安全 / 碰撞标准。 但减轻重量可能是主要原因,汽车示例提供了一些有关卡车轻量化可能性的指南。

UHSS 电动汽车电池包保护

为了实现全球商定的气候目标,所有卡车 — 包括长途运输的重型货车— 最终都需要使用电池、燃料电池或氢燃料。 但是,在电动卡车广泛使用之前,卡车运输行业 ( 至少在美国 ) 需要为电池包制定碰撞标准。

问题是现在还没有针对重型卡车的电池包耐久性测试标准 ,例如车辆碰撞测试,也没有保护电池包的标准。 理想情况下,电池应封装在车架纵梁内,防止来往车辆碰撞,而无需额外的结构和重量,但这对当今的车辆工况和所需的电池容量似乎并不可行。

NACFE ( 北美货运效率理事会 ) 陈述

事实上,卡车制造商可以利用汽车行业已经完成的一些突破性工作,其中就已包含纯电动汽车电池保护标准。 当今的电动汽车配备了创造性使用轻量化铝/或 AHSS 钢的电池外壳(又名电池托盘、笼子或框架)。

纯电动汽车最具挑战性的碰撞安全标准是侧面柱碰撞测试。 考量因素包括电动汽车电池重量大、尺寸大以及需要承受碰撞,防止电池热失控引发火灾 – 这种火灾几乎不可能扑灭。

纯电动汽车设计人员已采取措施应对这些挑战,将电池放在乘客舱的地板下方,继而使电池外壳成为主要的多功能白车身结构构件。 SSAB 提出了一个电动车设计概念,其中包括一个轻型电池外壳方案,主要由吸能门槛梁、能量传输地板横梁、以及Docol®1700 MPa 马氏体钢制成的 3D 辊压成型电池承载结构组成 。 电动车电池托盘周围的框架不仅可保护电池包免受撞击:它还是一种稳定结构,可提供扭转刚度 ... 并为将来的纯电动卡车设计提供灵感。

电动卡车

Docol® AHSS 钢用于电动汽车电池外壳、燃料电池和氢存储

用于电动汽车电池外壳、燃料销售和氢存储的潜在 AHSS 钢牌号图表
用深灰色背景表示可供货 AHSS 牌号。 黄色文本表示当前正在开发的牌号。

使用 UHSS 的卡车底盘框架和车架纵梁

卡车车架设计人员最关心的是材料强度、刚度和疲劳性能 — 因为卡车底盘不断承受冲击负荷和扭曲。

传统基准 8 类 (USA) 车架是一种使用 120 ksi (827 MPa) 钢的钢结构。 例如,将卡车的车架改为 160 ksi (1100 MPa) Docol®冷轧 1100M马氏体钢可使卡车制造商降低厚度并节省 90 kg 重量。

为了进一步减轻重量,卡车设计师正在探索调整整个车架纵梁长度方向的钢材厚度,以优化所需的 AHSS 强度。 他们还可以对更坚固的 UHSS 钢进行成本 / 收益分析,例如 Docol®热轧、冷成型 1200M

NACFE 报告指出,一位汽车制造商最近因为缺乏耐久性而停止销售铝制车架纵梁。 NACFE 调查的一名参与者报告说 :" 它们 ( 铝车架纵梁 ) 不是疲劳,而是发生灾难性的失效。" ( NACFE 信心 报告: 轻量化 2021。)

该报告还指出,与钢相比,铝的弹性( 刚度 ) 模量更低使得铝下垂成为一个常见问题,从而使对重量敏感的货车 ( 如油罐车 ) 排除了使用铝制车架纵梁。

使卡车横梁更加耐用

尽管轻型铝制横梁构件越来越受欢迎,但许多卡车制造商对铝制横梁的担忧与铝制车架纵梁相同:也就是说,铝在刚度、扭转和疲劳方面缺乏长期耐久性。 而 AHSS 钢可以证明是卡车横梁构件更耐用、更经济的替代品。

Docol® AHSS 钢用于卡车车架和底盘

用于卡车车架和底盘的潜在 AHSS 钢图表
用深灰色背景表示可供货 AHSS 牌号。 黄色文本表示当前正在开发的牌号。

采用 AHSS 钢制成的轻型卡车驾驶室

即使是对重量最敏感的卡车运输公司 ( 散货运输公司 ) 也不希望使用更小的卧铺来减轻重量:让司机拥有一个舒适的 “家外之家” 太重要了。

另一方面,当谈到个体经营者时,一位车队管理员是这样说的:“轻量化是(货运效率)收入......我只雇用卡车重量低于 16,000 磅(7,260 公斤)的个体经营者。”

无论哪种方式 — 使用公司司机或个体经营者 — 很明显,控制驾驶室的重量是关键,尤其随着驾驶室不断增大,例如高顶驾驶室。

NACFE 报告指出,“随着钢铁的许多创新,在保持现有供应链的同时减轻重量的潜力很大。”

驾驶室框架

驾驶室框架。

Docol® AHSS 钢用于卡车驾驶室

用于卡车驾驶室的潜在 AHSS 钢图表

用深灰色背景表示可供货 AHSS 牌号。 黄色文本表示当前正在开发的牌号。

使用 AHSS 卡车保险杠和下部防护装置提高安全性

卡车设计师注意到乘用车制造商和一级供应商开始为保险杠系统设计和部署超高强度钢。 UHSS 牌号,如热成型钢Docol® PHS1500 和 PHS 2000,有助于制造具有较高防撞性能的轻量化、经济高效的保险杠。

减轻卡车制动器的压缩空气罐重量

铝罐的重量比传统的低碳钢罐最多轻 14 kg。 但是在重量相当的情况下,与铝相比,先进高强度钢可以大大降低成本。

将卡车储气罐与横梁整合为一体

Volvo 建造了一款概念验证卡车,将铝合金储气罐和横梁整合为一体。 类似的想法也可以使用 Docol® AHSS 钢,它不仅比铝更经济,而且还具有和废铁炼钢一样的CO2 当量,尽管它主要由天然铁矿石制成。

降低牵引车车顶导流罩的成形成本

车顶导流罩有助于使牵引车更具空气动力性,从而提高燃料效率。 但是,对于小批量的 8 类卡车市场,将材料转换为铝或注塑成型塑料在经济上是遥不可及的。

NACFE 报告 : " 用于车顶导流罩的大型注塑模具成本超过 100 万美元,铝板冲压模具费用达 150 万美元。" 更为经济的 AHSS 钢可以由制造商已经拥有的设备成形,这可能是更好的用于车顶导流罩的轻量化方法。

使用 AHSS 提高第五轮 (牵引鞍座) 的耐用性

传统上,挂车第五轮 (牵引鞍座) 是一种重型部件,设计用于挂车频繁的钩挂和脱钩。 NACFE 指出,当 "...... 主销偏离中心时,铝可能不是第 五轮 (牵引鞍座) 的最佳选择,这会导致 ( 铝 ) 腔或斜槽的损坏 ......与冲压件和铸钢件相比,铝合金价格 ( 也 ) 非常高,( 也就是说 ) 整体采用率 ( 接受度 ) 非常低。"

用于冲压牵引车第五轮的潜在 AHSS 钢包括 Docol ® 马氏体钢牌号。

经济高效的轻型卡车车轮

近年来,钢制和铝制车轮制造商均已成功减轻了其产品重量。 通过进一步提高钢的强度水平,这些钢具有高的扩孔率,很容易冷成型为拉伸的翻边边缘。钢轮制造商可以以诱人的价格实现额外的轻量化。

用于车轮的潜在热轧 Docol®AHSS 钢牌号包括HR800CP、HR800HERHR600FB

仪表板结构

铝替代了一些仪表板骨架结构,但显然成本较高。 用 AHSS 钢 " 替换其他轻量化材料 ",如冷轧 Docol® CR 600DP板材和精密钢管,可使卡车制造商具有价格竞争力的轻量化优势。

以诱人的价格提供轻型卡车构件

除了具有可与铝和碳纤维增强塑料(CFRP)相比的强度 / 轻量化潜力和诱人的价格外,AHSS 和 UHSS 钢通常还可以采用卡车制造商既有的冷成型设备进行加工制造,对工装的升级要求相对较低。 如前所述,Docol®AHSS/UHSS 钢也具有极高的 CO2 效率。

准备好利用乘用车行业的 AHSS/UHSS 轻量化知识了吗? 请联系您当地的 Docol®代表 。 您的客户会因为货运效率高而感激您。

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