彭美青、徐鼎旻、邱海军

（江铃汽车股份有限公司 330200）

0 前言

对于载货汽车，尤其是厢式货车，货柜质量约占整车整备质量的25%，所以货柜轻量化设计在整车轻量化设计中占有重要地位。本文将以厢式货车为研究对象，从轻量化材料应用为方向，研究轻量化材料及不同轻量化材料组合用于厢式货车货柜开发的可行性以及减重效果[1]。

1 货柜轻量化材料及其性能介绍

HolyPan板材是一种具有独到创新性的三明治复合板材，广泛应用于多种行业，包括物流快递厢体、移动建筑、房车、包装等领域。该产品采用蜂巢仿生学原理：芯材为PP蜂窝，面材采用玻璃纤维增强的聚丙烯板加固，在降低板材质量的同时又兼顾良好的力学性能。此板材具有质量轻、强度高、防水防潮、耐候性强、食品级应用、抗化学侵蚀性强以及循环再利用等特点。

铝属于轻金属，密度为2.7 g/cm3，仅为钢材密度的1/3。其主要特点是：高的导热、导电和耐腐蚀性。但是其抗拉强度只有7～13 MPa，因此为提高其强度，加入Cu、Mg 等金属，形成铝合金。铝合金的抗拉强度可接近45#钢的水平，回收率可达到90%，利于保护环境，有效地节约能源。根据美国铝业学会的报告称，汽车上每使用0.45 kg 铝材就可减轻车重1 kg。从理论上讲，铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右[2]。

2 货柜应用轻量化材料的方案研究

2.2 HolyPan货柜的设计

以长、宽、高分别为4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的货柜为对象开展研究，复合板货柜的材料构成如表1。

轻量化效果：按照上述方案及尺寸制作的复合板货柜相对铁质货柜可减轻240 kg。

表1 复合板货柜的材料构成

对按照上述材料构成制作的货柜样箱进行如下2项实车搭载验证。

（1）在试车场完成强化坏路及山路专项耐久[3]。

（2）提供搭载样箱的整车给物流企业试用并跟踪使用情况。

该结构的货柜通过上述实车验证已具备量产能力，由于HolyPan货柜的成本增加较多，所以主要运用于大型物流公司及少量的电动车领域。

2.3 铁铝货柜的设计

以长、宽、高分别为4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的货柜为对象开展研究，复合板货柜的材料构成如表2。

轻量化效果：按照上述方案及尺寸制作的铁铝货柜相对铁货柜可减轻204 kg。

分析与验证：重点对底板总成构件的承载能力进行CAE仿真分析，包含货柜副车架大梁、底板、底板骨架及大梁与横梁的连接件，分析的结果如图1所示。结果表明，铁铝货柜的承载性相比传统货柜有所减弱，因此仿真分析认为铁铝货柜适用于新能源城市物流车。

表2 铁铝货柜的材料构成

图1 铁铝货柜CAE仿真

对按照上述方案及尺寸制作的铁铝货柜，搭载整车进行四通道道路模拟耐久试验，试验验证了CAE仿真的结论。

2.4 全铝货柜的设计

以长、宽、高分别为4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的货柜为对象开展研究，复合板货柜的材料构成如表3。

轻量化效果：按照上述方案及尺寸制作的全铝货柜相对铁货柜可减轻307 kg。

表3 全铝货柜的材料构成

图2 全铝货柜结构简图

全铝货柜的特点，与铁货柜或铁铝货柜的“面板+梁”结构不同，全铝货柜的顶盖、前板、左右边板和尾门面板采用铝方管嵌入式结构，再与加强梁铆接，保证面板强度（图2）。

经CAE仿真分析及整车耐久测试，全铝货柜在铁铝货柜基础上使货柜质量进一步减轻100 kg左右，且没有降低货柜的承载性能，产品已经投放到高端新能源物流行业中。

3 结论

本文从结构设计、材料选用方面对轻型载货汽车货柜进行轻量化研究，分别以HolyPan板材、铁铝结构、全铝结构为例，介绍货厢的轻量化材料应用及设计。以同一尺寸的货柜为研究对象，相比传统铁质货柜，HolyPan货柜减重比为26.5%，铁铝货柜减重比为22.5%，全铝货柜减重比为34%，减重效果明显，达到货厢轻量化的目的。

货厢轻量化使商用车企业更多产品进入蓝牌轻卡行列、提升经济性、降低用户运输成本的同时，也会带来一定程度的价格上升以及承载性能的下降。或许下一步汽车生产企业着力的方向，是如何在降低质量的同时，兼顾减少成本上升与提升承载能力，使轻量化货厢的应用领域更加广阔。