Aliminar todo el vehículo puede aumentar efectivamente el rango, reducir el consumo de energía y reducir las emisiones. Entonces, ¿cómo se puede lograr el peso ligero del bus al tiempo que garantiza la seguridad y el rendimiento? Este artículo analizará tres aspectos clave: rutas técnicas, estudios de casos y tendencias.
A. Caminos
La ligera peso del bus se logra principalmente a través del peso ligero de materiales, estructuras y procesos.
1. Material ligero
Reemplazar el acero tradicional con materiales de baja densidad y alta resistencia, como compuestos de fibra de carbono, aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio y acero de alta resistencia, reduce significativamente el peso y mejora la resistencia a la corrosión. Algunos materiales también son reciclables.
Sin embargo, estos materiales enfrentan desafíos como el alto costo, los procesos de fabricación complejos y la dificultad para unir materiales.
¿Quiere aprender sobre las ventajas y desventajas de diferentes materiales?
Los compuestos de fibra de carbono tienen una fuerza y módulo específicos extremadamente altos, son resistentes a la corrosión y resistentes a la fatiga, y ofrecen una amplia flexibilidad de diseño. Se usan principalmente en paneles de carrocería, marcos y cajas de baterías. Sin embargo, el alto costo y la dificultad en la reparación son obstáculos importantes que obstaculizan su adopción generalizada. La aleación de aluminio tiene una densidad un tercio de el acero y ofrece una excelente resistencia a la corrosión, facilidad de procesamiento y reciclabilidad. Se usa ampliamente en marcos de cuerpo del vehículo, pieles, componentes del chasis, ruedas y adornos interiores. Sin embargo, su costo inicial es más alto que el acero tradicional, y existen desafíos con los procesos de unión.
La aleación de magnesio es actualmente el material estructural de metal más ligero, con una densidad un tercio más ligero que el aluminio. Ofrece excelentes propiedades de amortiguación y protección, y a menudo se usa en pequeños componentes, como ruedas de dirección y soportes de paneles de instrumentos. Sin embargo, es costoso, exhibe resistencia a la corrosión relativamente pobre y exhibe una baja resistencia a la fluencia a alta temperatura.
El acero de alta resistencia puede reducir el peso mientras se mantiene el rendimiento reduciendo el grosor. Se usa ampliamente en componentes estructurales clave de los marcos y chasis del cuerpo del bus, y actualmente es un material liviano rentable y tecnológicamente maduro.
2. Peavimento estructural
Utilizando algoritmos de optimización y ingeniería asistida por computadora, el diseño detallado de la estructura del cuerpo del vehículo y la eliminación de materiales redundantes pueden mejorar el rendimiento estructural con un material mínimo o nulo adicional, ofreciendo una solución rentable. Este enfoque también requiere altas capacidades de diseño y simulación.
¿Qué estrategias de optimización hay?
Optimización de topología: dentro de un espacio de diseño dado, basado en restricciones y objetivos de rendimiento, se busca la ruta óptima de distribución de materiales para lograr una estructura innovadora de transmisión de fuerza.
Optimización dimensional: optimización del grosor del componente, la forma transversal y las dimensiones, dado un diseño estructural definido. El análisis de sensibilidad a menudo se usa en la investigación para identificar componentes cuyo grosor es insensible al rendimiento pero sensible al peso, lo que permite la optimización y la reducción.
Optimización de la topografía: utilizada principalmente para las piezas de chapa, este enfoque aumenta la rigidez a través de métodos como costillas, lo que permite el uso de material más delgado.
Diseño de optimización de objetivos múltiples: considera simultáneamente múltiples objetivos de rendimiento (como masa, rigidez y frecuencia de vibración) y diversas condiciones de funcionamiento (flexión, torsión, frenado, etc.) para encontrar la solución general óptima. Este tipo de optimización generalmente requiere algoritmos avanzados y computación de alto rendimiento.
3. Procesos de pavimentación
La mejora de los métodos de fabricación y las tecnologías de unión, como el moldeo integrado, la soldadura con láser y la termoformación, puede reducir la cantidad de componentes, lograr la reducción general del peso y mejorar la eficiencia de producción. Sin embargo, esto requiere actualizar las líneas y equipos de producción, lo que requiere una inversión inicial significativa.
¿Quieres saber cuáles son estos procesos?
Los procesos de moldeo integrado, como el moldeo por infusión de vacío (VIP) y el moldeo por transferencia de resina (RTM) de materiales compuestos, pueden producir componentes grandes e integrados, reduciendo el número de piezas y el peso de los conectores.
Termoforming: las láminas de acero de alta resistencia se calientan y luego se estampan en forma en un solo proceso, lo que resulta en formas complejas y piezas extremadamente fuertes.
Hidroformación: el tubo se expande en la cavidad del moho utilizando líquidos internos de alta presión, creando estructuras huecas complejas, reduciendo la soldadura y la mejora de la rigidez y la resistencia.
Tecnologías de unión avanzadas: unir materiales diferentes es un desafío clave en el peso ligero. Las tecnologías de unión avanzadas como la soldadura por láser, la remachado (SPR), los tornillos de perforación de flujo (FDS) y la unión adhesiva se utilizan ampliamente para cumplir con los requisitos de conexión y garantizar la confiabilidad de los cuerpos de vehículos de materia mixta.
Diseño modular: múltiples funciones se integran en un solo módulo, reduciendo el número de piezas, tiempo de ensamblaje y peso.
B. casos
Los fabricantes avanzados de autobuses han realizado numerosas exploraciones y prácticas beneficiosas en tecnologías livianas. Por lo general, logran objetivos de reducción de peso a través de la innovación de materiales, la optimización estructural y los procesos de fabricación avanzados, con un énfasis particular en el uso de materiales livianos como compuestos y aleaciones de aluminio.
VDL Bus & CoachLos autobuses de la serie Citea de los Países Bajos utilizan componentes compuestos con una fórmula de resina espuma y un proceso de expansión del vacío (tecnología VEX), reduciendo el peso de los componentes hasta un 45%, logrando una alta eficiencia de producción y exhibiendo un excelente retraso de incendios.
VolkswagenEl conceptor de autobuses eléctrico tipo 2 en Alemania utiliza un diseño generativo para optimizar el peso ligero de la rueda, reduciendo el peso de la rueda en un 18% mientras mantiene la fuerza.
Yixing Electric Autoy el Instituto de Investigación de Metal de la Academia de Ciencias de China han colaborado para lanzar el primer autobús eléctrico de peso ligero de aleación de magnesio del mundo. El bus de 8.3 metros de largo presenta un marco corporal construido completamente de aleación de magnesio de 226 kg, ahorrando 780 kg en comparación con el acero y 110 kg en comparación con la aleación de aluminio.
Yangtse AutoEl autobús eléctrico ultra ligero de 12 m utiliza aleaciones de aluminio de alta resistencia, un chasis compuesto sandwich, un marco de cuerpo modular, nuevos conectores estructurales y procesos de unión, entre otros diseños innovadores. Esto reduce el peso del vehículo en un tercio en comparación con los autobuses convencionales comparables. La producción modular de vehículos que varían de 6 a 25 metros reduce la carga de trabajo de soldadura en un 90% en comparación con los procesos tradicionales, que aborda fundamentalmente las aguas residuales y la contaminación de residuos generada durante el proceso de fabricación.
Aquí está la fórmula para lograr el peso ligero.
C. tendencias
Las aplicaciones híbridas multimateriales se están volviendo convencionales: confiar únicamente en un solo "material mágico" no es económico. Las estrategias híbridas pueden lograr el equilibrio óptimo entre rendimiento, peso y costo.
Avance de diseño de digitalización e impulso de inteligencia: los métodos de diseño digital como la simulación CAE, la optimización de la topología y la optimización de objetivos múltiples se han convertido en un núcleo para el desarrollo de peso ligero, lo que ayuda a los ingenieros a encontrar soluciones óptimas más rápidamente.
La innovación del proceso se centra en el bajo costo y la alta eficiencia: el diseño material y estructural requiere procesos avanzados. La investigación y el desarrollo de procesos futuros se centrarán en reducir los costos, mejorar los tiempos del ciclo de producción y aumentar la estabilidad. Integración profunda con electrificación e inteligencia:
Ligero complementa el diseño integrado del sistema "Tres Electrics" (batería, motor y control electrónico). Además, las tecnologías de conectividad inteligente, como la programación inteligente y el control de crucero predictivo, pueden optimizar el consumo de energía a nivel operativo, mejorando aún más el peso ligero inherente del vehículo.
Concéntrese en una evaluación completa del ciclo de vida: el peso ligero no debe centrarse únicamente en el ahorro de energía durante la fase de uso del vehículo; También considera el consumo de energía y los impactos ambientales durante todo el proceso, desde la producción de materiales, la fabricación y el reciclaje, luchando por una reducción óptima del carbono en todo el ciclo de vida del vehículo.
Conclusión
La luz de los bus es un proyecto de sistemas complejos, el resultado del desarrollo coordinado de tres enfoques principales: materiales, estructura y proceso. Su objetivo principal es reducir científicamente el peso al tiempo que garantiza la seguridad, el rendimiento y el control de costos. En el futuro, el peso ligero del bus irá más allá de simplemente reducir el peso; Estará profundamente integrado con la electrificación, la inteligencia y el desarrollo verde, y se considerará desde una perspectiva del ciclo de vida completo. Esto llevará a la industria del autobús hacia un desarrollo más eficiente y sostenible.
https://www.yangtseauto.com/bus/electric-ultra-lightweight-bus-12m.html
