Zastosowanie i wyzwania lekkiej technologii w częściach motoryzacyjnych

1. Znaczenie lekkiej technologii
Części motoryzacyjne są kluczowymi elementami, które wspierają ruch pojazdu, przenoszą masę ciała i zapewniają stabilność i bezpieczeństwo jazdy. Tradycyjnie komponenty podwozia, takie jak ramy, systemy zawieszenia, układy kierownicze itp., Zwykle wykorzystują materiały o wysokiej wytrzymałości, takie jak stal lub żeliwa. Chociaż materiały te mają dobrą siłę i trwałość, sprawiają, że pojazd jest cięższy. Wraz ze wzrostem trendu lekkich pojazdów zmniejszenie ciężaru elementów podwozia stało się kluczem do poprawy wydajności pojazdu i osiągnięcia ochrony energii i redukcji emisji.

Zastosowanie lekkiej technologii ma kilka znaczących zalet:

Zmniejsz zużycie paliwa i emisje: Zmniejszenie ciężaru korpusu pojazdu bezpośrednio zmniejsza obciążenie silnika, zmniejszając w ten sposób zużycie paliwa i emisję dwutlenku węgla, pomagając w przestrzeganiu coraz bardziej rygorystycznych przepisów środowiskowych.

Poprawiona wydajność obsługi i stabilność jazdy: zmniejszenie masy podwozia może skutecznie poprawić obsługę i stabilność samochodu, dzięki czemu pojazd jest bardziej responsywny, szczególnie podczas jazdy z dużą prędkością i obracaniem.

Ulepszony komfort: Lekkie elementy podwozia pomagają zmniejszyć wibracje ciała i poprawić komfort pojazdu. Zwłaszcza gdy w systemie zawieszenia stosuje się lekkie materiały, stabilność jazdy można skutecznie poprawić.

Rozszerzona żywotność komponentów: Lekkie projekty często wymagają stosowania wysokowydajnych materiałów o wysokiej wytrzymałości, które nie tylko zmniejszają wagę, ale także poprawiają trwałość składników i odporność na zmęczenie.

2. Ścieżka wdrożenia lekkiej technologii
Realizacja lekkiej technologii głównie zmniejsza masę elementów podwozia, aby zapewnić ich siłę, sztywność i bezpieczeństwo. Ścieżka do osiągnięcia lekkiego głównie obejmuje następujące aspekty:

Projekt optymalizacji strukturalnej
Optymalizacja strukturalna wykorzystuje narzędzia takie jak wspomagana komputerowo projekt (CAD) i analiza elementów skończonych (FEA) do zaprojektowania najbardziej rozsądnej struktury przy użyciu najmniejszej ilości materiałów, jednocześnie zapewniając wymagania dotyczące wydajności komponentów podwozia. Dzięki dokładnym obliczeniu i symulacji niepotrzebne użycie materiału jest zmniejszone, a wytrzymałość i sztywność komponentów jest poprawiana. Wspólne metody projektowania optymalizacji strukturalnej obejmują projektowanie siatki, optymalizację topologii i optymalizację wielkości.

Użyj materiałów o wysokiej wytrzymałości
Stal o wysokiej wytrzymałości (HSS) i stali o wysokiej wytrzymałości (UHSS) są wspólnymi lekkimi materiałami, które mają niską gęstość, zapewniając jednocześnie wysoką wytrzymałość. Korzystając z tych stali o wysokiej wytrzymałości, możliwe jest zmniejszenie wagi przy jednoczesnym zapewnieniu wymagań wytrzymałościowych elementów podwozia. Są one szczególnie szeroko stosowane w strukturalnych częściach ramy i ciała.

Aluminiowe aplikacje stopu
Stopy aluminium są szeroko stosowane w komponentach motoryzacyjnych podwozia ze względu na ich doskonałe lekkie właściwości. Gęstość aluminium wynosi około jednej trzeciej stali. Ma dobrą wytrzymałość i odporność na korozję i nadaje się do stosowania w systemach zawieszenia, kołach, ramach wsparcia i innych komponentach. Ponadto stopy aluminium mogą również zwiększyć swoją siłę poprzez obróbkę cieplną i inne procesy, aby zapewnić bezpieczeństwo.

Zastosowania materiałów kompozytowych
W ostatnich latach materiały takie jak kompozyty wzmocnione włóknem węglowym (CFRP) i kompozyty wzmocnione włóknem szklanym (GFRP) były stopniowo stosowane w komponentach motoryzacyjnych podwozia. Materiał z włókna węglowego stał się idealnym materiałem do lekkiej wadze ze względu na niezwykle lekką i doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, szczególnie w samochodach wyścigowych i wysokowydajnych samochodach. Kompozyty oferują nie tylko znaczne oszczędności masy, ale także zwiększają wytrzymałość i odporność na korozję. Materiały kompozytowe są droższe i nie stały się jeszcze powszechne w pojazdach masowego rynku.

Wykonane ze stopu aluminiowego-magnezowego i stopu tytanowego
Stopy aluminium-magnes i stopy tytanu to materiały, które były stopniowo promowane w modelach wysokiej klasy w ostatnich latach. Te materiały stopowe są lżejsze niż stopy aluminium i mają lepszą wytrzymałość i odporność na korozję. Stopniowo są one stosowane w niektórych wysokowydajnych komponentach podwozia, takich jak układy kierownicze, systemy zawieszenia i systemy hamowania.

3. Przykłady aplikacji lekkiej technologii
System zawieszenia
System zawieszenia jest jednym z najważniejszych elementów podwozia samochodowego, bezpośrednio wpływającym na stabilność i komfort jazdy. Lekka konstrukcja układu zawieszenia może skutecznie zmniejszyć wagę pojazdu i zapewnić kontrolę pojazdu w różnych warunkach drogowych. Obecnie stopy aluminium i stal o wysokiej wytrzymałości są często stosowane w strukturze układów zawieszenia, szczególnie w komponentach, takich jak ramiona kontrolne, wsporniki zawieszenia i siedzenia sprężynowe. Za pomocą stopu aluminium ciężar zawieszenia pojazdu można zmniejszyć o około 15% do 20%.

Rama i rama podwozia
Rama jest podstawową strukturą, która przenosi cały system nadwozia i zasilania. Tradycyjne ramki są wykonane głównie ze stali, ale teraz coraz więcej modeli używa stopów stalowych i aluminiowych o wysokiej wytrzymałości, aby zmniejszyć ciężar ramy. Ramy niektórych wysokiej klasy samochodów i SUV-ów zaczęły wykorzystywać materiały ze stopu aluminium, aby osiągnąć lekkie efekty. Używając materiałów ze stopu aluminium, ciężar ramy można zmniejszyć o 20% do 30%.

Układ sterujący
Układ sterujący jest kluczowym elementem zapewniającym stabilność i sterowalność pojazdu. Układ sterujący z wykorzystaniem lekkich materiałów i zoptymalizowanego konstrukcji może skutecznie zmniejszyć bezwładność pojazdu i poprawić dokładność kontroli i szybkość reakcji. Wiele wysokowydajnych pojazdów i pojazdów elektrycznych zaczęło stosować stopy aluminium i kompozytów z tworzyw sztucznych do produkcji komponentów układu kierowniczego, dalszego zmniejszania masy i poprawy reakcji systemu.

Układ hamulca
Jako podstawowy element bezpieczeństwa pojazdu, lekki układ hamowania nie tylko pomaga zmniejszyć ciężar pojazdu, ale także poprawia wydajność hamowania. Wiele modeli o wysokiej wydajności wykorzystuje tarty hamulcowe z węgla, materiał, który jest lżejszy i bardziej odporny na ciepło niż tradycyjne stalowe dyski, zapewniając lepsze hamowanie przy dużych prędkościach.

4. Wyzwania i przyszły rozwój lekkiej technologii
Chociaż lekka technologia poczyniła znaczące postępy w komponentach motoryzacyjnych podwozia, nadal istnieją pewne wyzwania:

problem kosztów
Chociaż materiały o wysokiej wydajności (takie jak włókno węglowe, stop tytanowy itp.) Mają doskonałe lekkie efekty, ich koszty produkcji są wysokie. Ogranicza to popularność lekkiej technologii do pewnego stopnia, szczególnie gdy trudno jest ją zastosować w niedrogich modelach.

Proces produkcyjny
Technologia przetwarzania lekkich materiałów jest stosunkowo złożona i wymaga nowej technologii produkcyjnej i wsparcia sprzętu. Proces tworzenia materiałów z włókna węglowego wymaga środowiska o wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, a technologia spawania stopów aluminium i stopów tytanowych ma również pewne trudności techniczne. Te wymagania procesowe stanowią wyższe wymagania dotyczące możliwości technicznych i sprzętu produkcyjnego producentów samochodów.

Kwestie bezpieczeństwa
Bycie lekkim nie oznacza poświęcenia bezpieczeństwa. Chociaż nowe lekkie materiały mają wyższą wytrzymałość, nadal istnieje luka między ich odpornością na uderzenie a odpornością na zmęczenie w porównaniu z tradycyjnymi materiałami. Dlatego sposób utrzymania lub poprawy bezpieczeństwa przy jednoczesnym zmniejszeniu masy jest ważnym wyzwaniem w obliczu lekkiego samochodu. 3