重燃料経済の同等

重密トラックの燃料消費量の背後にある物理は簡単です。重力車は、速度を加速し、速度を維持し、転がり抵抗を克服するためにより多くのエネルギーを必要とします。トラックから削除された質量のキログラムは、その運用寿命を上回る測定可能な燃料を収穫することができます。 米国によると、エネルギー省は、約6〜8%の燃料経済を向上させることができます。 車両の輸送コストの30%を占める燃料を、この効率を直接節約することができます。

経済を超えて、規制圧力は軽量化を加速しています。 米国環境保護庁の温室効果ガスフェーズ2規格は、欧州およびアジアの同様の義務とともに、商用車からのCO2排出量の大きな削減を必要とします。 軽量材料は、妥協することなく、これらのターゲットを満たすことができる最も有利なレバーの1つです。

高度材料のReshapingのトラックの設計

革新的な材料の範囲は、従来の重鋼部品を交換するために競争しています。各々は、重量、強度、コスト、および製造性の間でユニークな取引オフを提供しています。

カーボンファイバー強化ポリマー(CFRP)

CFRPコンポジットは、鋼の軽量化で、優れた剛性と強度を実現します。多くの場合、アルミニウムと70%の軽量化が鋼よりもはるかに優れています。トラックでは、CFRPは、キャブ構造、フード、サスペンションアーム、さらにはドライブシャフトへの道を見つけています。例えば、BMWのi3とi8自動車は、高電圧CFRPアプリケーションを先駆し、ヘビーデューティトラックメーカーは、高疲労負荷に耐える必要があるシャーシコンポーネントの同様の技術に適応しています。

主障壁はコストを抑えます。CFRP原料は、鋼よりも5〜10倍の高価です。しかし、自動繊維の配置と高速のエポキシシステムは、徐々にサイクルタイムとスクラップ率を削減し、CFRPを経済的に選択する高容積トラック部品に有効にします。

アルミ合金

アルミは、特に5xxxおよび6xxxシリーズ合金の形で10年間トラックで軽量化のステープルとなっています。材料は、優れた耐食性と再生性を維持しながら、鋼に比べて40〜60%の体重減少を提供しています。アルミニウムは、今、多くのトラックキャブ、燃料タンク、ホイール、クロスメンバーで標準的です。

近年、高強度7xxxシリーズ合金(7075)は、鋼の強度に近接し、より軽く、堅牢なサスペンションとステアリングコンポーネントを可能にします。また、エアロスペースで使用されるアルミニウム - リチウム合金は、従来のアルミニウムよりも最大10%の軽量化を実現し、トラックキャブに対して評価されています。

高度な高強度鋼(AHSS)

鋼材の科学者たちは、鋼材を完全に交換するよりも、軽量のペナルティを最小限にすることで、はるかに高い強度を発揮するAHSSグレードを開発しました。デュアルフェーズ、変形誘発性可塑性(TRIP)、対誘誘誘発性可塑性(TWIP)鋼は、エンジニアがダウンゲージコンポーネントを可能にし、クラッシュ安全および疲労寿命を維持しながら、薄片セクションを使用します。 AHSSは、レールやクロスメンバーなどのコスト感度の高い構造分野に特に効果的です。

マグネシウム合金

マグネシウムは、アルミニウムよりも軽量構造金属(33%軽量)で、内装部品、トランスミッションハウジング、ブラケット構造に魅力的です。しかし、限られた成形性、亜鉛腐食リスク、高コストが使用を制限しています。新しいレアアースフリーの合金開発と改良された保護コーティングは、現在、いくつかのヨーロッパのトラックメーカーがマグネシウム合金油パンとステアリングコラムを試すことで、その可能性を広げています。

ポリマー合成と天然繊維

ガラス‐ファイバー‐強化ポリマー(GFRP)は、身体パネル、空気のデフレクター、インテリアトリムなどの非構造または半構造部品向けにCFRPの低コストの代替品(CFRP)を提供します。Natural‐fiberコンポジット(例えば、麻、亜麻、およびジュテ)は、非常に低いカーボンフットプリントおよび競争の強さ-toweight比によるトラクションも得ています。これらのバイオコンポジットは、すでにベンツのインテリアに使用されています。

トラックを渡る重量の減少

軽量化は、任意の単一のサブシステムに限定されません。最大の利点は、包括的なアプローチが必要です。軽量材料が影響を生む主な領域は次のとおりです。

  • CabとBody:]]スムース・フェイス・アルミニウム パネル、CFRPの屋根、およびプラスチック ドアは、空力を改善しながら重量を減らします。テスラ・セミは、ステンレス鋼パネルを使用していますが、革新的な軽量フレームのデザインです。
  • シャーシとサスペンション:[]アルミニウムとAHSSフレームレール、複合リーフスプリング(Hendricksonなどによって使用される)、鍛造アルミホイールは合計300キロまで保存します。
  • パワートレイン:]アルミシリンダーヘッド、マグネシウムバルブカバー、CFRPドライブシャフトは回転質量をカットし、燃料経済と車両の敏捷性を両立させます。
  • トレーラー:]]アルミニウムまたは複合トレーラーボディ(例えば、グレート・ダネのエベレスト)とカーボンファイバーフロアパネルは、1,500 kgのトレーラー重量を削減し、より重いペイロードまたはより良い燃料マイルを有効化することができます。

製造・コスト課題

明確な利点にもかかわらず、軽量材料の広範な採用はいくつかのハードルに直面しています。 まず、原材料は従来の鋼よりも高価であり、大量生産とプロセス革新がギャップを狭くしています。 第二に、CFRP lay-up、高強度アルミニウムの迅速な成形などの製造プロセスは、資本対集的な再ツールを必要としています。 第三、修理およびリサイクルは、より複雑です:カーボンファイバー部品は、一般的に溶接できません、ポリマーおよび複合材料は、より困難であるよりも、ポリマーをリサイクルする。

業界は、コラボレーションを通じて、これらの課題に取り組む。例えば、エネルギーの軽量材料コンソーシアム(LightMAT)の部門は、低コストのカーボンファイバーの前駆体、高度な接合技術、および再生可能な熱硬化樹脂に研究を資金を投入する。同様に、 SAE Internationalは、商用車両におけるアルミニウム構造の接着に推奨される慣行を発表しました。

未来のHorizons:ナノマテリアル、バイオコンポジット、および3Dプリンティング

次世代の軽量材料は、さらに境界線をプッシュします。カーボンナノチューブ-強化ポリマーやグラフェン-エンハンスコーティングなどのナノ材料は、最小重量で極端な強度を約束します。ラボスケール開発では、初期の研究では、0.1%の重みの追加でも、特定のポリマーの引張強さを倍増させることができます。

バイオ・ベースの複合体も進化しています。 研究者 フラウンホーファー研究所]]は、石油ベースのバージョンの分数を削減するリグニン系炭素繊維を開発しています。これは、数十年以内に主流トラックコンポーネントにCFRPを手頃な価格にすることができます。

添加剤製造(3Dプリンティング)は、構造性能を改善しながら重量を減らす複雑でトポロジーの最適化された幾何学を可能にします。すでに、ダイムラートラックのようなトラックOEMは、アルミニウムとポリマーブラケット、エアダクト、さらには金属ブレーキキャリパーを使用しています。プリンタがより速くなり、材料のオプションが拡大すると、より多くの重量節約部品は金型なしで直接生成されます。

リアル・ワールド・アフィジションとフリート・メリット

フレッツは、すでに軽量化の報酬を見ています。 [American Trucking Associations]による研究では、アルミニウムと複合コンポーネントを使用して典型的なクラス8トラックが、そのタレ重量を2,500 kg減らすことが予想され、年間平均7%の燃料節約を占める - およそ3,000リットルのディーゼル。 10年間にわたる寿命は、燃料コストを削減する約30,000ドル(現在の米国ディーゼル価格)を表します。

大手メーカーは、軽量化ロードマップに取り組んでいます。ボルボトラックは、FHとVNLキャブのアルミニウムを使用し、VNR電気はカーボンファイバーバッテリーエンクロージャを組み入れています。 PACCAR(ケンワースとPeterbilt)は、アルミニウムホイール、複合フード、および高強度スチールフレームを備えた軽量スペックパッケージを提供しています。 最近、非ベールテスラセミは、従来のフレームを除去する車両として数千万個のバッテリーパック構造を使用しています。

コンテンツ

軽量材料は単なるトレンドではなく、排出規制、運用コストの制御、および持続可能性の目標を達成するためのトラック業界の必要性ではありません。高度な高強度鋼とアルミニウム合金からカーボンファイバー複合材および新興バイオナノ材料への、オプションのパレットは拡大し続けています。コスト、製造、および終点のリサイクルの持続的な投資の課題は、着実に克服しています。Fleetraceは、今日の自動車輸送を最適化し、自動車輸送を最適化します。