Allerimento dell'intero veicolo può aumentare effettivamente l'intervallo, ridurre il consumo di energia e ridurre le emissioni. Quindi, come si può ottenere il leggero pesca in autobus garantendo la sicurezza e le prestazioni? Questo articolo analizzerà tre aspetti chiave: percorsi tecnici, casi studio e tendenze.
A. Paths
Il leggero peso del bus si ottiene principalmente attraverso il leggero pesce di materiali, strutture e processi.
1. MATERIALE LIGHTRAZIONE
La sostituzione di acciaio tradizionale con materiali a bassa densità e ad alta resistenza, come compositi in fibra di carbonio, leghe di alluminio, leghe di magnesio e acciaio ad alta resistenza, riduce significativamente il peso e migliora la resistenza alla corrosione. Alcuni materiali sono anche riciclabili.
Tuttavia, questi materiali affrontano sfide come costi elevati, processi di produzione complessi e difficoltà a unire i materiali.
Vuoi conoscere i vantaggi e gli svantaggi di materiali diversi?
I compositi in fibra di carbonio hanno una resistenza e un modulo specifici estremamente elevati, sono resistenti alla corrosione e resistenti alla fatica e offrono un'ampia flessibilità di progettazione. Sono utilizzati principalmente in pannelli del corpo, cornici e scatole di batterie. Tuttavia, gli elevati costi e difficoltà nella riparazione sono i principali ostacoli che ostacolano la loro adozione diffusa. La lega di alluminio ha un terzo della densità di quello dell'acciaio e offre un'eccellente resistenza alla corrosione, facilità di elaborazione e riciclabilità. È ampiamente utilizzato in cornici per il corpo del veicolo, pelli, componenti del telaio, ruote e rivestimenti interni. Tuttavia, il suo costo iniziale è superiore all'acciaio tradizionale e ci sono sfide con i processi di unione.
La lega di magnesio è attualmente il materiale strutturale in metallo più leggero, con una densità di un terzo più leggero dell'alluminio. Offre eccellenti proprietà di smorzamento e protezione ed è spesso utilizzato in piccoli componenti come ruote di sterzo e staffe del cruscotto. Tuttavia, è costoso, presenta una resistenza di corrosione relativamente scarsa e presenta una bassa resistenza al creep ad alta temperatura.
L'acciaio ad alta resistenza può ridurre il peso mantenendo le prestazioni riducendo lo spessore. È ampiamente utilizzato nei componenti strutturali chiave dei telai e del telaio del corpo del bus ed è attualmente un materiale leggero economico e tecnologicamente maturo.
2. Lightweighting strutturale
L'uso di algoritmi di ingegneria e ottimizzazione assistiti da computer, la progettazione dettagliata della struttura del corpo del veicolo e la rimozione di materiali ridondanti possono migliorare le prestazioni strutturali con materiale minimo o nessun ulteriore, offrendo una soluzione economica. Questo approccio richiede anche capacità elevate di progettazione e simulazione.
Quali strategie di ottimizzazione ci sono?
Ottimizzazione della topologia: all'interno di un determinato spazio di progettazione, basato su vincoli e obiettivi delle prestazioni, si cerca il percorso ottimale di distribuzione dei materiali per raggiungere una struttura innovativa di trasmissione della forza.
Ottimizzazione dimensionale: ottimizzazione dello spessore dei componenti, forma trasversale e dimensioni, dato un layout strutturale definito. L'analisi di sensibilità viene spesso utilizzata nella ricerca per identificare i componenti il cui spessore è insensibile alle prestazioni ma sensibile al peso, consentendo l'ottimizzazione e la riduzione.
Ottimizzazione della topografia: utilizzato principalmente per le parti in lamiera, questo approccio aumenta la rigidità attraverso metodi come le costole, consentendo così l'uso di materiale più sottile.
Progettazione di ottimizzazione multi-obiettivo: considera contemporaneamente obiettivi di prestazioni multipli (come massa, rigidità e frequenza di vibrazione) e varie condizioni operative (flessione, torsione, frenata, ecc.) Per trovare la soluzione generale ottimale. Questo tipo di ottimizzazione richiede in genere algoritmi avanzati e calcolo ad alte prestazioni.
3. Processi leggeri
Il miglioramento dei metodi di produzione e le tecnologie di unione, come lo stampaggio integrato, la saldatura laser e il termoformio, può ridurre il numero di componenti, ottenere una riduzione complessiva del peso e migliorare l'efficienza della produzione. Tuttavia, ciò richiede un potenziamento di linee di produzione e attrezzature, che richiedono investimenti iniziali significativi.
Vuoi sapere quali sono questi processi?
I processi di stampaggio integrato, come lo stampaggio dell'infusione di vuoto (VIP) e lo stampaggio di trasferimento di resina (RTM) di materiali compositi, possono produrre componenti di grandi dimensioni e integrati, riducendo il numero di parti e il peso dei connettori.
Termoforming: i fogli di acciaio ad alta resistenza vengono riscaldati e quindi timbrati in un singolo processo, con conseguenti forme complesse e parti estremamente forti.
Idroformatura: il tubo viene espanso nella cavità dello stampo usando liquido interno ad alta pressione, creando strutture cave complesse, riducendo la saldatura e migliorando la rigidità e la resistenza.
Tecnologie di giunzione avanzate: unirsi a materiali diversi è una sfida chiave nel leggero. Le tecnologie di giunzione avanzate come la saldatura laser, il riveting di auto-calce (SPR), le viti di perforazione a flusso (FDS) e il legame adesivo sono ampiamente utilizzate per soddisfare i requisiti di connessione e garantire l'affidabilità dei corpi dei veicoli a materia misto.
Design modulare: più funzioni sono integrate in un singolo modulo, riducendo il numero di parti, tempo di assemblaggio e peso.
B. Casi
I produttori di autobus avanzati hanno condotto numerose esplorazioni e pratiche benefiche nelle tecnologie leggermente. In genere raggiungono gli obiettivi di riduzione del peso attraverso l'innovazione dei materiali, l'ottimizzazione strutturale e i processi di produzione avanzati, con una particolare enfasi sull'uso di materiali leggeri come compositi e leghe di alluminio.
VDL Bus & CoachGli autobus della serie Citea dei Paesi Bassi utilizzano componenti compositi con una formula in resina schiumata e un processo di espansione del vuoto (tecnologia VEX), riducendo il peso dei componenti fino al 45%, raggiungendo un'elevata efficienza di produzione e esibendo un'eccellente ritardo del fuoco.
VolkswagenLa concept car del bus elettrica di tipo 2 in Germania utilizza un design generativo per ottimizzare il leggero peso della ruota, riducendo il peso della ruota del 18% mantenendo la resistenza.
Yixing Electric AutoE l'Institute of Metal Research della Chinese Academy of Sciences ha collaborato per lanciare il primo autobus elettrico leggero in lega di magnesio al mondo. Il bus lungo 8,3 metri presenta un telaio del corpo costruito interamente in lega di magnesio da 226 kg, risparmiando 780 kg rispetto all'acciaio e 110 kg rispetto alla lega di alluminio.
Yangtse AutoIl bus elettrico ultra leggero da 12 m utilizza leghe di alluminio ad alta resistenza, un telaio composito sandwich, un telaio del corpo modulare, nuovi connettori strutturali e processi di legame, tra gli altri progetti innovativi. Ciò riduce il peso del veicolo di un terzo rispetto agli autobus convenzionali comparabili. La produzione modulare di veicoli che va da 6 a 25 metri riduce il carico di lavoro di saldatura del 90% rispetto ai processi tradizionali, affrontando fondamentalmente le acque reflue e l'inquinamento dei rifiuti generati durante il processo di produzione.
Ecco la formula per raggiungere il leggero peso.
C. Tendenze
Le applicazioni ibride multi-materiali stanno diventando mainstream: fare affidamento esclusivamente su un singolo "materiale magico" non è economico. Le strategie ibride possono raggiungere l'equilibrio ottimale tra prestazioni, peso e costo.
La digitalizzazione e l'intelligence Drive Design Avanzamento: metodi di progettazione digitale come la simulazione CAE, l'ottimizzazione della topologia e l'ottimizzazione multi-obiettivo sono diventati fondamentali per lo sviluppo leggero, aiutando gli ingegneri a trovare soluzioni ottimali più rapidamente.
L'innovazione del processo si concentra su basso costo e alta efficienza: la progettazione di materiale e strutturale richiede processi avanzati. La ricerca e lo sviluppo dei processi futuri si concentreranno sulla riduzione dei costi, sul miglioramento dei tempi del ciclo di produzione e sull'aumento della stabilità. Profonda integrazione con elettrificazione e intelligenza:
Leggerazione completa la progettazione integrata del sistema "Tre elettrici" (batteria, motore e controllo elettronico). Inoltre, le tecnologie di connettività intelligenti, come la programmazione intelligente e il controllo della velocità di crociera predittivo, possono ottimizzare il consumo di energia a livello operativo, migliorando ulteriormente il leggero peso del veicolo.
Concentrarsi su una valutazione completa del ciclo di vita: il leggero peso non dovrebbe concentrarsi esclusivamente sul risparmio energetico durante la fase di utilizzo del veicolo; Considera inoltre il consumo di energia e gli impatti ambientali durante l'intero processo, dalla produzione, produzione e riciclaggio dei materiali, lottando per una riduzione ottimale del carbonio durante il ciclo di vita del veicolo.
Conclusione
Il leggero peso del bus è un progetto di sistemi complessi, il risultato dello sviluppo coordinato di tre approcci principali: materiali, struttura e processo. Il suo obiettivo principale è ridurre scientificamente il peso garantendo al contempo la sicurezza, le prestazioni e il controllo dei costi. In futuro, il leggero peso degli autobus andrà oltre la semplice riduzione del peso; Sarà profondamente integrato con elettrificazione, intelligenza e sviluppo verde e considerato dal punto di vista completo del ciclo di vita. Ciò guiderà l'industria degli autobus verso uno sviluppo più efficiente e sostenibile.
https://www.yangtseauto.com/bus/electric-ultra-ightweight-f-12m.html
