Осветление всего транспортного средства может эффективно увеличить диапазон, снизить потребление энергии и более низкие выбросы. Итак, как можно достичь легкого веса автобуса при обеспечении безопасности и производительности? В этой статье будут анализироваться три ключевых аспекта: технические пути, тематические исследования и тенденции.
А. Пути
Легкие шины в основном достигаются за счет легкого веса материалов, конструкций и процессов.
1. Материал легкий вес
Замена традиционной стали на низко плотность, высокопрочные материалы, такие как композиты углеродного волокна, алюминиевые сплавы, сплавы магния и высокопрочная сталь, значительно снижает вес и повышает коррозионную стойкость. Некоторые материалы также пригодны для переработки.
Тем не менее, эти материалы сталкиваются с такими проблемами, как высокая стоимость, сложные производственные процессы и трудности в присоединении к материалам.
Хотите узнать о преимуществах и недостатках различных материалов?
Композиты из углеродного волокна имеют чрезвычайно высокую специфическую прочность и модуль, являются устойчивыми к коррозии и устойчивы к усталости и обеспечивают обширную гибкость проектирования. Они в основном используются в панелях кузова, рамах и батарейных ящиках. Тем не менее, высокая стоимость и трудности в ремонте являются серьезными препятствиями, препятствующими их широко распространенному принятию. Алюминиевый сплав имеет плотность одной трети стали и обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, простоту обработки и переработку. Он широко используется в рамках корпуса транспортного средства, шкурах, компонентах шасси, колесах и внутренней отделке. Тем не менее, его первоначальная стоимость выше традиционной стали, и есть проблемы с процессами соединения.
Магниевый сплав в настоящее время является самым легким металлическим структурным материалом, с плотностью на треть легче алюминия. Он предлагает превосходные демпфирующие и экранирующие свойства и часто используется в небольших компонентах, таких как рулевые колеса и приборные панели. Тем не менее, это дорого, демонстрирует относительно плохую коррозионную устойчивость и демонстрирует низкую высокую температурную устойчивость к ползучести.
Высокопрочная сталь может снизить вес при сохранении производительности за счет уменьшения толщины. Он широко используется в ключевых структурных компонентах рамков и шасси автобуса, и в настоящее время является экономически эффективным и технологически зрелым легким материалом.
2. Структурные легкие
Используя компьютерные алгоритмы инженерной и оптимизации, подробная конструкция корпуса транспортного средства и удаление избыточных материалов могут повысить производительность конструкции с минимальными или без дополнительного материала, предлагая экономически эффективное решение. Этот подход также требует высоких возможностей проектирования и моделирования.
Какие есть стратегии оптимизации?
Оптимизация топологии. В пределах данного пространства дизайна, основанного на ограничениях и целях производительности, стремится оптимальный путь распределения материалов для достижения инновационной структуры передачи силы.
Оптимизация размеров: оптимизация толщины компонентов, форма поперечного сечения и размеры, давая определенную структурную планировку. Анализ чувствительности часто используется в исследованиях для идентификации компонентов, толщина которых нечувствительна к производительности, но чувствительна к весу, что позволяет оптимизировать и уменьшить.
Оптимизация топографии: в первую очередь используется для деталей листового металла, этот подход увеличивает жесткость с помощью таких методов, как ребра, что позволяет использовать более тонкий материал.
Многоцелевая конструкция оптимизации: одновременно рассматривает множество целей производительности (такие как масса, жесткость и частота вибрации) и различные условия работы (изгиб, кручение, торможение и т. Д.), Чтобы найти оптимальное общее решение. Этот тип оптимизации обычно требует расширенных алгоритмов и высокопроизводительных вычислений.
3. Легкие процессы
Улучшение методов производства и технологии соединения, таких как интегрированное литье, лазерное сварку и термоформование, может снизить количество компонентов, достичь общего снижения веса и повысить эффективность производства. Тем не менее, это требует обновления производственных линий и оборудования, что требует значительных первоначальных инвестиций.
Хотите знать, что это за процессы?
Интегрированные процессы литья, такие как вакуумное инфузионное литье (VIP) и литье переноса смолы (RTM) композитных материалов, могут производить большие интегрированные компоненты, уменьшая количество деталей и вес разъемов.
Термоформирование: высокопрочные стальные листы нагреваются, а затем маркируются в форме в одном процессе, что приводит к сложным формам и чрезвычайно прочному деталям.
Гидроформирование: трубка расширяется в полость пресс-формы с использованием внутренней жидкости высокого давления, создавая сложные полые конструкции, уменьшая сварку и повышение жесткости и прочности.
Усовершенствованные технологии присоединения: объединение разнородных материалов является ключевой проблемой в легком весе. Расширенные технологии соединения, такие как лазерная сварка, заклепки для самостоятельного пирса (SPR), проточные бурильные винты (FDS) и клея, широко используются для удовлетворения требований к подключению и обеспечения надежности тел для смешанных материалов.
Модульная конструкция: несколько функций интегрированы в один модуль, уменьшая количество деталей, время сборки и вес.
Б. Случаи
Производители передовых автобусов провели многочисленные полезные исследования и практики в области легких технологий. Как правило, они достигают целей снижения веса посредством материальных инноваций, структурной оптимизации и передовых процессов производства, с особым акцентом на использование легких материалов, таких как композиты и алюминиевые сплавы.
VDL Bus & CoachВ автобусах серии Citea из Нидерландов используются композитные компоненты с формулой из пенной смолы и процессом расширения вакуума (технология VEX), снижая вес компонентов до 45%, достигая высокой эффективности производства и демонстрируя превосходную задержку пожара.
VolkswagenЭлектрический концептуальный автомобиль типа 2 в Германии использует генеративную конструкцию для оптимизации легкого веса колеса, уменьшая вес колеса на 18% при сохранении прочности.
Yixing Electric AutoА Институт исследований металлов Китайской академии наук сотрудничал для запуска первого в мире магниевого сплава. Автобус длиной 8,3 метра оснащена рамой тела, построенной полностью из сплава магния 226 кг, сохраняя 780 кг по сравнению со сталью и 110 кг по сравнению с алюминиевым сплавом.
ЯнцтЭлектрическая шина с сверхлегкой шиной 12 м использует высокопрочные алюминиевые сплавы, сэндвич-композитное шасси, модульная рама тела, новые структурные разъемы и процессы связывания, среди других инновационных конструкций. Это уменьшает вес автомобиля на одну треть по сравнению с сопоставимыми обычными автобусами. Модульное производство транспортных средств в диапазоне от 6 до 25 метров снижает сварку рабочую нагрузку на 90% по сравнению с традиционными процессами, что фундаментально обращается к загрязнению сточных вод и загрязнению отходов, полученным в процессе производства.
Вот формула для достижения легкого веса.
C. Тенденции
Гибридные приложения для нескольких материалов становятся основными: полагаться исключительно на один «магический материал», неэкономичен. Гибридные стратегии могут достичь оптимального баланса между производительностью, весом и стоимостью.
Прогресс проектирования цифровой и разведки: методы цифрового проектирования, такие как моделирование CAE, оптимизация топологии и многоцелевая оптимизация, стали основными для легких разработок, помогая инженерам быстрее найти оптимальные решения.
Процесс -инновации фокусируются на низкой стоимости и высокой эффективности: материальный и структурный дизайн требует передовых процессов. Будущие исследования процессов и разработки будут сосредоточены на сокращении затрат, улучшении времени производственного цикла и повышении стабильности. Глубокая интеграция с электрификацией и интеллектом:
Легкий вес дополняет интегрированную конструкцию системы «Три электрики» (батарея, двигатель и электронный управление). Кроме того, интеллектуальные технологии подключения, такие как интеллектуальное планирование и прогнозирующий круиз -контроль, могут оптимизировать потребление энергии на рабочем уровне, что еще больше улучшит легкий легкий автомобиль.
Сосредоточьтесь на полной оценке жизненного цикла: легкий вес не должен сосредоточиться только на экономии энергии на этапе использования транспортного средства; Он также учитывает потребление энергии и воздействие на окружающую среду на протяжении всего процесса, от производства материалов, производства и утилизации, стремления к оптимальному снижению углерода на протяжении всего жизненного цикла автомобиля.
Заключение
Легкий вес автобуса является сложным системным проектом, результатом скоординированной разработки трех основных подходов: материалов, структуры и процесса. Его основная цель - научно снизить вес, обеспечивая при этом безопасность, производительность и контроль затрат. В будущем легкий вес автобуса выходит за рамки простого снижения веса; Он будет глубоко интегрирован с электрификацией, интеллектом и зеленым развитием и рассматривается с точки зрения полного жизненного цикла. Это подведет автобусную индустрию к более эффективному и устойчивому развитию.
https://www.yangtseauto.com/bus/electric-ultra-lighteweene-bus-12m.html
