경량 재료의 혁신은 트럭의 연료 효율을 증가

무게-부유경제

중장비 트럭의 연료 소비량 뒤에 물리학은 곧 시작됩니다 : 무거운 차량은 속도를 가속화하고, 회전 저항을 극복하기 위해 더 많은 에너지를 필요로합니다. 트럭에서 제거 된 모든 킬로그램의 질량은 작동 수명을 통해 저당 연료 절감을 수 있습니다. 에너지 부서에 따르면, 10 %의 중량을 줄이는 것은 약 6 ~ 8 %의 연료 경제를 향상시킬 수 있습니다. 함대의 연료의 최대 30 %의 연료를 사용하여이 효율성을 직접 절감 할 수 있습니다. 이 비용 절감은 효율성이 높으므로 연료 절감을 직접 절감 할 수 있습니다.

경제를 넘어, 규제 압력은 경량화 가속. 미국 환경 보호국의 온실 가스 단계 2 표준, 유럽과 아시아에서 유사한 위임과 함께, 상업 차량에서 CO2 배출량에 상당한 감소를 필요로. 경량 재료는 수입 용량 또는 성능없이 이러한 목표를 충족하기 위해 가장 유리한 레버 중 하나입니다.

고급 재료 Reshaping 트럭 디자인

혁신적인 재료의 범위는 이제 전통적인 무거운 강철 부품을 대체 할 수 있습니다. 각 제품은 무게, 강도, 비용 및 제조 능력 중 독특한 무역 ‐ 오프를 제공합니다.

탄소 섬유 강화 폴리머 (CFRP)

CFRP 복합 재료는 강철의 무게의 분수에 탁월한 뻣뻣함과 힘을 제공합니다. 알루미늄과 70 %의 라이터보다 종종 50 %의 라이터. 트럭에서 CFRP는 택시 구조, 후드, 서스펜션 팔 및 심지어 구동 샤프트로 그것의 방법을 찾는다. 예를 들어, BMW의 i3 및 i8 자동차는 높은 ‐ 볼륨 CFRP 응용 프로그램을 개척했으며, 무거운 의무 트럭 제조업체는 이제 높은 피로 부하를 견딜 수 있어야합니다 포좌 구성 요소에 대한 유사한 기술을 적용하고 있습니다.

주요 장벽은 비용 남아 있습니다: CFRP 원료는 강철 보다는 더 비싼 5 10배 입니다. 그러나, 자동화한 섬유 배치 및 빠른 치료 에폭시 체계는 점차적으로 주기 시간 및 스크랩 비율을 감소시키고, CFRP를 경제적으로 선정한 높 부피 트럭 부속을 위해 비추기 위하여 경제적으로 비추기 만듭니다.

알루미늄 합금

알루미늄은 5xxx와 6xxx 시리즈 합금의 모양에서 10 년간 트럭에 있는 경량화의 요소입니다. 물자는 우수한 내식성 및 재생성을 유지하면서 강철과 비교된 40-60% 무게 감소를 제안합니다. 알루미늄은 지금 많은 트럭 택시, 연료 탱크, 바퀴 및 십자가 일원에서 표준 입니다.

최근 발전에는 고강도 7xxx 시리즈 합금 (7075)와 같은 강철의 강도에 접근, 가벼워하지만 똑같은 강력한 서스펜션 및 스티어링 구성 요소를 가능하게합니다. 또한 항공 우주에 사용되는 알루미늄 릴륨 합금은 기존 알루미늄에 10 % 이상의 무게 절감을 제공하는 트럭 택시에 대한 평가되고 있습니다.

고급 고층강(AHSS)

강철을 완전히 대체하는 것보다, 재료 과학자는 최소 중량의 페널티로 훨씬 더 높은 강도를 제공하는 AHSS 등급을 개발했습니다. 이중 단계, 변혁 유도 플라스틱 (TRIP) 및 트윈닝 유도 플라스틱 (TWIP) 강철은 충돌 안전과 피로 생활을 유지하면서 더 얇은 섹션을 사용하여 엔지니어를 다운 게이지 구성 할 수 있습니다. AHSS는 섀시 레일 및 크로스 회원과 같은 비용 감지 구조 영역에서 특히 효과적입니다.

마그네슘 합금

마그네슘은 가장 가벼운 구조상 금속 (33% 알루미늄 보다는 점화기), 실내 성분, 전송 주거 및 부류 구조를 위해 매력적으로 만들기. 그러나, 한정된 formability, galvanic 부식 위험은, 그리고 높은 비용 그것의 사용을 제한했습니다. 새로운 희게하 ‐ 자유로운 합금 발달 및 개량한 보호 코팅은 마그네슘 합금 기름 팬 및 조타 란 지원을 평가하는 몇몇 유럽 트럭 제조자와 더불어 그것의 잠재력을 확장하고 있습니다.

폴리머 복합 및 천연 섬유

유리 섬유 강화 폴리머 (GFRP)는 자체 패널, 공기 분산 장치 및 내부 트림과 같은 비 파괴적 또는 반 파괴 부품에 대한 CFRP에 낮은 코스트 대안을 제공합니다. 천연 섬유 복합물 (예 : 헴, flax 및 jute)은 매우 낮은 탄소 발자국 및 경쟁력 강도 ‐ 무게 비율로 인해 견인력을 얻는다. 이 바이오 포지테드는 이미 메르세데스와 유럽의 내부 트럭의 패널에서 사용됩니다.

무게 감소 트럭 건너편

경량화는 어떤 단 하나 subsystem에 제한되지 않습니다; 최대 이득은 전체적인 접근을 요구합니다. 경량 물자가 충격을 포함하 만드는 중요한 지역:

Cab과 Body: 매끄러운 띠 알루미늄 패널, CFRP 지붕, 플라스틱 문은 공기역학 개선 동안 무게를 감소시킵니다. Tesla 반은 스테인리스 패널을 사용하지만 혁신적인 경량 프레임 디자인.
Chassis 및 서스펜션:] 알루미늄 및 AHSS 프레임 레일, 복합 잎 스프링 (Hendrickson 및 기타 사용), 위조 알루미늄 휠 총 300kg까지 저장.
Powertrain: 알루미늄 실린더 헤드, 마그네슘 밸브 커버, CFRP 드라이브 샤프트는 회전 질량을 절단, 연료 경제와 차량 민첩성을 개선.
Trailer: 알루미늄 또는 복합 트레일러 본체(예: Great Dane’s Everest) 및 탄소 섬유 바닥 패널은 트레일러 무게를 1,500kg으로 줄일 수 있으며, 무거운 페이로드 또는 더 나은 연료 마일리지를 가능하게 합니다.

제조 및 비용 도전

, 경량 물자의 광범위하게 채택은 몇몇 장애물을 직면합니다. 첫째로, 원료 비용은 전통적인 강철 보다는 더 높을, 그러나 부피 가늠자 생산과 과정 혁신은 간격을 좁히는 그러나 남아 있습니다. 둘째로, 제조공정 CFRP lay-up와 같은 고강도 알루미늄의 급속하 형성은, 결합 dissimilar 금속은 자본 ‐ 집중적인 회복을 요구합니다. 3개는, 수선 및 재생은 더 복잡한: 탄소 섬유 부속은 전형적으로 용접될 수 없고, 중합체 화합물은 금속 보다는 더 어려운 금속을 재생하는 금속 보다는 더 어렵습니다.

산업은 협업을 통해 이러한 도전을 해결하고 있습니다. 예를 들어, U.S. Energy의 경량 재료 컨소시엄(LightMAT) 펀드 연구는 더 낮은 ‐cost 탄소 섬유 선구자, 고급 결합 기술 및 재활용 열화 수 지. 마찬가지로, SAE International는 알루미늄 접합 차량에 유리한 접착 관행을 위한 출판 관행을 갖게 되었습니다.

미래 호라이즌: 나노 소재, 바이오 컴포지트, 3D 프린팅

경량 재료의 차세대는 더 경계를 밀어 것입니다. 탄소 ‐ 나노 재료 ‐ 강화 폴리머 및 흑연 ‐ 엔 한 코팅과 같은 나노 물질은 최소 중량에 극한 강도를 약속합니다. 실험실 ‐ 스케일 개발에서 여전히 초기 연구는 그래 핀의 0.1% 중량이 특정 폴리머의 인장 강도를 두 배로 할 수 있다는 것을 나타냅니다.

바이오 기반 복합물도 진화하고 있습니다. Fraunhofer Institute]의 연구자들은 석유 기반 버전의 분수를 차지하는 lignin 기반 탄소 섬유를 개발하여 종이 밀에서 폐기물을 사용합니다. 이들은 수십 년 내에 주류 트럭 부품에 적합한 CFRP를 만들 수 있습니다.

첨가제 제조 (3D 인쇄)는 구조 성능 향상을 통해 무게를 줄이는 복잡한 topology optimized geometries를 가능하게 합니다. 이미, Daimler 트럭과 같은 트럭 OEMs는 3D 인쇄 알루미늄과 중합체 부류, 공기 덕트 및 금속 브레이크 캘리퍼스를 이용합니다. 프린터가 더 빠르기 때문에, 더 많은 무게 저축 부속은 형 없이 직접 생성할 것입니다.

Real‐World Adoption 및 Fleet 혜택

Fleets는 이미 경량의 보상을보고 있습니다. ]American Trucking Associations]의 연구는 알루미늄과 복합 부품을 사용하여 전형적인 클래스 8 트럭이 2,500kg의 방수 중량을 줄일 수 있다고 추정되며, 디젤의 연간 연료 절감을 7% 이상으로 생산합니다. 10 년 동안 연료 비용을 절감하는 데 약 $30,000을 나타냅니다 (현재 미국 디젤 가격).

주요 제조업체들은 경량화 로드맵에 전념했습니다. 볼보 트럭은 FH 및 VNL 택시에서 알루미늄을 사용하고 있으며 VNR 전기는 탄소 섬유 배터리 인클로저를 통합합니다. PACCAR (Kenworth 및 Peterbilt)는 알루미늄 휠, 복합 후드 및 고강도 강철 프레임과 경량 ‐spec 패키지를 제공합니다. 최근 출시 된 Tesla Semi는 섀시 레일로 이중으로 스트레스가없는 배터리 ‐pack 구조를 사용하여 수천 킬로그램의 기존 프레임을 제거했습니다.