AHSS 트럭 구성품 경량화

많은 트럭 기사에게 경량화는 연비보다는 총비용 및 운송 효율성과 관련이 있습니다, 즉 법적 중량 제한을 준수하면서 더 많은 화물을 운송하여 수익을 높일 수 있다고 생각합니다. 기존 탄소강에서 경량 알루미늄으로,또는 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP)로 전환한 일부 트럭 구성품은 이제 더욱 경제적이고 내구성도 개선된 초고장력강(AHSS)을 적용하기에 적절한 대상입니다.

자동차 산업이 선도하는 경량화 팔로우하기

자동차에서 AHSS와 UHSS(초고장력강) 사용은 거의 모든 신차 출시 또는 모델 업데이트와 함게 계속해서 증가하고 있습니다. 이러한 AHSS/UHSS 사용 중 일부는 더욱 엄격한 안전/충돌 표준을 충족시키기 위해서입니다. 그러나 중량 감소가 주요 원인일 수 있으며 자동차 사례를 보면 트럭 경량화 가능성에 대한 몇 가지 지침을 알 수 있습니다.

전기 트럭용 UHSS 배터리 팩 보호

전 세계적으로 합의된 기후 목표를 달성하기 위해,장거리 수송을 하는 대형 굴착 장치를 포함한 모든 트럭은 결국 전기 배터리,연료 전지 또는 수소 연소를 사용해야 합니다. 그러나 전기 트럭이 널리 사용되기 전에 트럭 산업은(적어도 미국에서는) 배터리 팩에 대한 충돌 표준을 개발해야 합니다.

문제는 배터리 팩 내구성 테스트(대형 트럭의 경우)의 경우에는 차량 충격 테스트와 같이 알려진 표준이 없으며 배터리 팩을 보호하는 방법에 대한 표준도 없다는 것입니다. 배터리들을 추가적인 구조물 및 중량 없이 프레임 레일 내에 장착하여 지나가는 차량들로부터 보호하는 것이 이상적이지만, 오늘날의 적이지만,오늘날 사용 가능한 배터리의 사용률과 필요한 부피를 고려해 볼 때 이는 실현 불가능해 보입니다.

미국 NACFE(북미 화물 운송 효율성 위원회)

실제로 트럭 OEM 업체들은 BEV 배터리 보호 표준이 있는 자동차 산업에서 이미 수행한 획기적인 작업 중 일부를 활용할 수 있습니다. 오늘날 EV 차량은 혁신적인 방식으로 경량 알루미늄 및/또는 AHSS 강종을 사용하는 배터리 인클로저(일명 배터리 트레이, 케이지 또는 프레임)를 갖추고 있습니다.

BEV 차량에 대한 가장 까다로운 충돌 안전 표준은 기둥 측면 충격 테스트입니다. 테스트 요인에는 EV 배터리의 무거운 중량, 커다란 크기, 그리고 사실상 진화가 불가능한 배터리 셀 열 폭주 화재를 일으키지 않도록 충돌을 견뎌야 하는 필요성이 포함되어 있습니다.

BEV 자동차 설계자들은 배터리를 차실 바닥 아래에 배치하여 인클로저를 주요한 다기능 차체 구조 구성품으로 만들어 이러한 문제들에 대처했습니다. 또한 SSAB는 EV 설계 콘셉트를 제안했습니다. 이 콘셉트에는 에너지를 흡수하는 사이드실 빔이 있는 경량 배터리 인클로저, 에너지 전달 바닥 크로스 멤버 및 Docol® 1700 MPa 마르텐사이트 강으로 만든 3D 냉간성형된 배터리 지탱 구조가 포함되어 있습니다. EV 배터리 트레이 주위의 프레임은 팩을 충격으로부터 보호할 뿐만 아니라 안정화 구조로 작용하여 비틀림 강성을 제공하며, 향후 BEV 트럭 설계에 대한 영감을 제공합니다.

전기 트럭

EV 배터리 인클로저, 연료 전지 및 수소 저장고용 Docol® AHSS

EV 배터리 인클로저, 연료 판매 및 수소 저장장치에 적합할 수 있는 AHSS 강종 차트
짙은 회색 배경으로 표시된 응용분야에 적합할 수 있는 AHSS 강종. 노란색 텍스트는 현재 개발 중인 강종을 나타냅니다.

UHSS를 사용한 트럭 섀시 프레임 및 프레임 레일

트럭 프레임 설계자들이 가장 중요하게 생각하는 것은 재료의 강도, 강성 및 피로 속성입니다. 트럭 섀시는 지속적으로 충격 하중 및 비틀림에 노출되기 때문입니다.

전형적인 베이스라인인 등급 8(미국) 프레임은 120 ksi(827 MPa) 강재를 사용하는 철강 구조입니다. 트럭 프레임을 예를 들어 160 ksi(1100 MPa) Docol® 냉간압연 1100M 마르텐사이트 강으로 전환하면 OEM 업체는 게이지 두께를 줄이고 90 kg을 줄일 수 있습니다.

추가적인 중량 감소를 실현하기 위해 트럭 설계자들은 프레임 레일 길이에 걸쳐 강재 두께를 맞춤화하여 필요한 곳에 AHSS 강도의 양을 최적화하는 방법을 모색하고 있습니다. 또한 예를 들어 Docol® 열간압연 냉간성형된 1200M처럼 훨씬 더 강한 UHSS 강종에 대한 손익 분석도 수행할 수 있습니다.

NACFE는 한 트럭 OEM 업체가 최근에 내구성 부족으로 인해 알루미늄 프레임 레일 제공을 중단했다고 보고했습니다. NACFE 설문 조사에 참여한 한 참가자는 “이 레일들은(알루미늄 프레임 레일) 피로 수명이 취약하여, 심각하게 고장 난다”고 보고했습니다(NACFE 신뢰 보고서: 2021 경량화.)

이 보고서에 따르면 철강에 비해 낮은 알루미늄의 탄성 계수(강성)로 인해 처짐 현상이 일반적인 문제가 되고 있어, 탱커 트럭과 같이 중량에 민감한 트럭에는 알루미늄 프레임을 배제하고 있습니다.

트럭 크로스 멤버의 내구성을 향상시킵니다

경량형 알루미늄 크로스 멤버가 인기를 얻고 있지만,많은 트럭 OEM 업체들은 알루미늄 크로스 멤버에 대해 알루미늄 프레임과 같은 우려를 갖고 있습니다. 즉,강성,비틀림 및 피로에 관한 알루미늄에는 장기적인 내구성이 결여되어 있습니다. AHSS 강종은 트럭 크로스 멤버에 있어 내구성이 더 우수하고 경체적으로도 더 나은 대안임을 입증할 수 있습니다.

트럭 프레임 및 섀시용 Docol® AHSS 강종

트럭 프레임과 섀시에 적합할 수 있는 AHSS 강종 차트
짙은 회색 배경으로 표시된 응용분야에 적합할 수 있는 AHSS 강종. 노란색 텍스트는 현재 개발 중인 강종을 나타냅니다.

AHSS를 이용한 트럭 캐빈 경량화

중량에 가장 민감한 트럭 회사(벌크 운송업체)조차도 중량 감소를 위해 슬리퍼 캐빈을 줄이는 것을 원하지 않습니다, 회사 소속 운전자들에게 편안한 “제2의 집”을 느끼도록 하는 것이 지극히 중요하기 때문입니다.

그렇지만 소유주인 운영자의 입장에서 보자면, “경량화는 (운송 호율성상) 수익입니다...나는 중량이 16,000 lbs(7260 kg) 이하인 트럭만 빌립니다”라고 한 차량 관리자가 말했습니다.

회사 소속 운전자가 사용하든 소유주인 운영자가 사용하든 슬리퍼 캐빈의 중량을 확인하는 것이 중요합니다, 특히 “콘도 또는 고층” 캐빈과 같이 슬리퍼의 크기가 계속해서 증가하고 있기 때문입니다,

NACFE 보고서는 “철강을 이용한 많은 혁신들을 통해, 공동의 공급망을 유지하면서 중량을 줄일 수 있는 상당한 잠재력이 있다”고 지적하고 있습니다.

캐빈 프레임

캐빈 프레임.

트럭 캐빈용 Docol® AHSS 강종

트럭 운전석에 적합할 수 있는 AHSS 강종 차트

짙은 회색 배경으로 표시된 응용분야에 적합할 수 있는 AHSS 강종. 노란색 텍스트는 현재 개발 중인 강종을 나타냅니다.

AHSS 트럭 범퍼와 언더런 방지 장치로 안전성 향상

트럭 설계자들은 자동차 OEM 업체들과 1차 공급업체들이 범퍼 시스템용 초고장력강을 설계하고 배치하기 시작했다는 점에 주목하고 있습니다. 프레스 경화강 Docol® PHS 1500 및 PHS 2000과 같은 UHSS 강종들은 충돌 방지 성능이 탁월하고 가벼우면서도 비용효율적인 범퍼를 만드는 데 도움이 됩니다.

트럭 브레이크용 압축 공기 탱크 경량화

알루미늄 탱크는 기존의 연강 탱크보다 최대 14 kg 더 가벼울 수 있습니다. 그렇지만 초고장력강은 훨씬 더 낮은 비용으로 알루미늄의 무게에 맞먹을 수 있습니다.

트럭 에어 탱크와 크로스 멤버 결합

Volvo는 크로스 멤버로 통합된 알루미늄 에어 탱크를 결합한 콘셉트 트럭을 구현했습니다. 이와 유사한 아이디어에 Docol® AHSS 강종을 사용할 수 있습니다. 이 강종은 알루미늄보다 경제적일 뿐만 아니라, 주로 철광석으로 만들어지지만 내포된 CO2 환산량은 재활용 철강과 동일합니다.

트랙터 지붕 페어링의 성형 비용 절감

지붕 페어링은 트랙터 트레일러를 더욱 공기역학적으로 만들어 연비를 향상시키는 데 도움이 됩니다. 그러나 알루미늄이나 사출 성형 플라스틱으로 재료를 전환하는 것은 상대적으로 규모가 작은 8 등급 트럭 시장 규모의 8급 트럭 시장에는 재정적으로 불가능할 수 있습니다.

NACFE의 보고에 따르면 "이러한 지붕 페어링을 제작하기 위한 대형 사출 금형 도구의 비용은 미화 1백만 달러가 넘고, 알루미늄 차체 패널 스탬핑 도구의 비용은 미화 150만 달러 가량일 수 있습니다.” OEM 업체에서 이미 보유하고 있는 장비로 성형할 수 있어 더욱 경제적인 AHSS 강종은 지붕 페어링을 경량화 하는 데 있어 더 나은 접근 방식일 수 있습니다.

AHSS로 5번째 휠 내구성 향상

트랙터의 5번째 휠은 전통적으로 트레일러를 자주 걸거나 푸는 데 적합하도록 설계된 견고한 구성품입니다. NACFE는 "... 킹핀이 중심을 벗어나 (알루미늄) 스로트나 램프를 손상시키는 것이 일반적으로 발생하며 ...(또한) 스탬핑된 모델이나 주강 모델과 비교해 볼 때 가격이 높아 전체 수락률(채택률)이 매우 낮기 때문에” 알루미늄은 5번째 휠에는 최상의 선택은 아닐 수 있다”고 언급하고 있습니다.

스탬핑된 트랙터 5번째 휠에 적합할 수 있는 AHSS 강종에는 Docol® 마르텐사이트 강종이 포함됩니다.

비용 효율적인 경량형 트럭 휠

최근 몇 년 동안 철강 및 알루미늄 휠 생산업체 모두 제품 무게를 줄이는 데 성공했습니다. 인장된 플랜지 엣지로 쉽게 냉간성형되고 홀 확장 비율이 높은 강종을 이용하여 강도 수준을 한층 더 높이는 방법을 사용하여 철강 휠 제조업체는 눈길을 사로잡는 가격으로 추가적인 경량화를 달성할 수 있습니다.

휠에 적합할 수 있는 열간압연 Docol® AHSS 강종에는 HR800CP, HR800HER, 또는 HR600FB 등이 포함됩니다.

계기판 구조

알루미늄은 일부 패널 구조를 대체하였지만, 가격은 훨씬 더 높습니다. 냉간압연된 Docol® CR600DP 시트 및 정밀 튜브와 같은 AHSS 강종으로 교체물을 대체하면 트럭 OEM 업체들은 가격 경쟁력 및 경량화 측면에서 우위를 차지할 수 있습니다.

매력적인 가격으로 경량 트럭 구성품 제공

AHSS 및 UHSS 강종으로 제작할 경우 알루미늄 및 CFRP에 비해 강도/경량화 잠재력 및 매력적인 가격 책정이라는 장점이 있을 뿐만 아니라 트럭 OEM 업체가 이미 사용하고 있는 냉간성형 장비로 제작할 수 있으며, 이때 툴링 업데이트 필요성도 상대적으로 낮습니다. 그리고 Docol® AHSS/UHSS 강종은 이미 언급한 바와 같이 CO2 배출 비율이 낮습니다.

자동차 산업의 AHSS/UHSS 경량화 지식을 활용할 준비가 되셨습니까? 그렇다면 현지 Docol® 담당자에게 연락하시기 바랍니다. 화물 운송 효율성을 중시하는 고객들이 귀사에 감사드릴 것입니다.

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