Lichtgewicht materialen transformeren toekomstig auto-ontwerp

Wat stelt auto's in staat om verder te reizen op het pad van energiebesparing en vermindering van emissies?Van de geboorte van Ford's Model T tot de huidige bloeiende nieuwe energievoertuigenIn dit artikel wordt de nadruk gelegd op het lichtgewicht van voertuigen, waarbij de rol van staal, aluminium,en kunststoffen in de carrosserieontwerp van auto's, terwijl de verwante materialen en verwerkingstechnologieën worden geanalyseerd.

In de golf van continue innovatie in de automobieltechnologie spelen materialen een cruciale rol.Alleen door middel van geavanceerde verwerkingstechnieken kunnen materialen worden omgezet in functionele automobielonderdelenEen conventionele voertuig met verbrandingsmotor bestaat meestal uit tienduizenden onderdelen.De vraag van de industrie naar geavanceerde materialen blijft groeien, die de opkomst van nieuwe materiaaloplossingen bevordert.

Volgens vroege enquêtes van de Japan Automobile Manufacturers Association (JAMA) is de samenstelling van automobielmaterialen sinds de oliecrisis veranderd.Stoffen van staal, met inbegrip van platen van staalHet aandeel van de ijzer- en staalfabrieken in de produktie van ijzer en staal is licht gedaald van ongeveer 80% tot ongeveer 70%.staal blijft het dominante materiaal in de automobielindustrieHet gebruik van aluminium en kunststof toont een stijgende trend aan, met aluminium en andere niet-dermetalen voor ongeveer 8% en kunststoffen die vergelijkbare niveaus bereiken.Hoewel de gegevens van JAMA zich alleen uitstrekken tot 2001Volgens schattingen van de industrie vormen plastics nu bijna 10% van de automobielmaterialen.voornamelijk door vervanging van traditioneel staal door alternatieven voor aluminium en kunststof.

De drie pijlers van de constructiematerialen voor auto's bestaan dus uit staal, aluminium en kunststof.veiligheidsglas voor voorruitenHet gebruik van deze materialen maakt de moderne auto's mogelijk.De ontwikkeling van de automobielindustrie zorgt tegelijkertijd voor de optimalisatie van bestaande materialen en het onderzoek naar nieuwe..

Tijdens de jaren tachtig kreeg keramische materialen aandacht als het "derde materiaal" na metalen en kunststoffen, voornamelijk vanwege hun superieure hoge temperatuurweerstand in vergelijking met metalen legeringen.Een baanbrekende innovatie ontstond in 1985 toen Nissan's Fairlady Z-model een siliciumnitride keramische turbolader rotor bevatteMet een dichtheid van slechts 3,2 g/cm3, aanzienlijk lager dan de Inconel-legering (8.5 g/cm3) algemeen gebruikt voor turbinebladen in die tijd, dit materiaal verminderde het rotorgewicht aanzienlijk en verbeterde de reactie van de motor.

Ook keramische motorklepjes met siliciumnitride werden uitgebreid onderzocht en bereikten de testfase van prototypes.De slijptechnologie voor dit hooghard materiaal, met name de kosteneffectieve kwaliteitscontrole, is een belangrijke technische uitdaging geworden.Ook keramiek speelt een vitale rol in milieuproducties: zirconia-keramiek in zuurstofsensoren voor benzinevoertuigen,cordierite-keramiek in katalysatorsubstraten, en siliciumcarbideceramiek in dieseldeeltjesfilters (DPF's) voor de zuivering van uitlaatgassen.

DPF's, die voor het eerst in de Peugeot 607 uit 2000 werden ingevoerd, vangen deeltjes (PM) op uit de dieseluitlaat met behulp van honingraatstructuren met poreuze wanden.Deze technologie vereist een nauwkeurige controle van de afmetingen van de microporen en geavanceerde technieken voor het verwerken van honingraatEen typische DPF-eenheid van een personenauto weegt 3-6 kg, wat onvermijdelijk het totale voertuiggewicht verhoogt.

Het lichtgewicht van voertuigen is vooral bedoeld om het brandstofverbruik te verminderen en de dynamische prestaties te verbeteren.de verbetering van de brandstofefficiëntie is bijzonder belangrijk gewordenEr bestaan verschillende benaderingen om een lager brandstofverbruik te bereiken, waaronder het optimaliseren van de motorverbranding, het verminderen van wrijvingsverliezen, het verbeteren van de efficiëntie van de transmissie van vermogen, het verbeteren van het vermogen van de motor en het verbeteren van de energie-efficiëntie.vermindering van de aerodynamische en rolweerstandHet is een van de belangrijkste maatregelen om het gewicht van het voertuig te verlagen.Een lichte carrosserie is essentieel voor brandstofbesparing.Voor elektrische voertuigen verlengt de gewichtsvermindering bovendien het rijbereik.

Een passagierswagen van 2,0 liter met een stoomgewicht van 1.214 kg: de stalen carrosserie weegt 343 kg, waarvan de carrosserie in wit (structurele frame) 261 kg en de deuren en motorkappen 82 kg bedragen.de carrosserie vertegenwoordigt ongeveer 30% van het totale voertuiggewichtTer vergelijking: de motor weegt 141 kg, waaronder een 41 kg gietijzeren cilinderblok.De vervanging door aluminium vermindert het gewicht met 15 kg..

De miniaturisatie van de componenten biedt een andere belangrijke benadering van het verlichten van het gewicht.verbetering van de veiligheid bij botsingenDe miniaturisatie verbetert ook de flexibiliteit van het carrosseriedesign.Een modern lichtgewicht voertuig (buisgewicht 718 kg) heeft een carrosserie van 206 kg die een vergelijkbare carrosserie-gewichtsverhouding heeft als de 20,0-liter sedan (zie tabel 1).

De carrosserie van de auto is een van de grootste en meest complexe voertuigconstructies, waardoor ze het belangrijkste doelwit zijn voor lichtgewicht.De carrosserie moet voldoen aan meerdere prestatievereisten, waaronder sterkte, stijfheid, duurzaamheid, corrosiebestendigheid, NVH-prestaties (lawaai, trillingen en hardheid) en crashveiligheid, zonder afbreuk te doen aan pogingen om het gewicht te verminderen.

Door de sterkte van het staal te verhogen, kunnen fabrikanten het materiaalverbruik verminderen zonder de structurele prestaties op te offeren.Geavanceerde hoge sterkte staal (AHSS) ◄ met inbegrip van dubbelfasig staal (DP)In de automobielindustrie wordt steeds meer gebruik gemaakt van staal met transformatie-geïnduceerde plasticiteit (TRIP), complexfase (CP) en martensitische staal (MS).Deze materialen bieden een hogere sterkte en een betere vormbaarheid voor lichter, veiligere lichaamsstructuren.

Het nieuwste model van een autofabrikant maakt gebruik van uitgebreide AHSS-systemen om het lichaamsgewicht met 15% te verminderen en tegelijkertijd de stijfheid en de crashveiligheid te verbeteren.Warm gevormd staal versterkt ook vaak kritieke structurele componenten zoals A- en B-pijlers om de botstendbaarheid te verbeteren.

Met een dichtheid van ongeveer een derde van die van staal vermindert de vervanging van aluminium het lichaamsgewicht aanzienlijk.Aluminium's uitstekende vormbaarheid en corrosiebestendigheid vergemakkelijken de productieprocessenDe huidige toepassingen omvatten carrosseriepanelen, structurele componenten, ophangingssystemen en motoronderdelen.

De Audi A8 is een voorbeeld van een volledig aluminium carrosserieconstructie, met ongeveer 40% gewichtsvermindering in vergelijking met conventionele stalen carrosserieën.Tesla's Model S maakt ook veel gebruik van aluminium om het gewicht te verminderen en het bereik te vergroten.

Kunststoffen en composieten bieden extra wegen van verlichting.terwijl uitstekende ontwerpflexibiliteit en corrosiebestendigheid geschikt zijn voor complexe componentenDe huidige toepassingen zijn bumpers, schutters, deurbekleding en instrumentenpanelen.

Carbonvezelcomposites zijn lichtgewicht materialen met uitzonderlijke sterkte en stijfheid.Het gebruik ervan in premiumvoertuigen zoals BMW's i3 en i8 blijft groeien..

• met een breedte van niet meer dan 50 mmDe volgende generatie AHSS zal lichter en veiliger lichaamstructuren mogelijk maken.
• Aluminiumlegeringen met een lagere prijs:De vooruitgang van de productietechnologie zal de toepassing van aluminium vergroten.
• High-performance composieten:Carbonvezel en soortgelijke materialen zullen breder worden gebruikt.
• Multi-materiaal hybridisatie:Toekomstige lichamen zullen materialen combineren om het lichte gewicht te optimaliseren.

Het lichtgewicht van de auto's vormt een systematische technische uitdaging die gecoördineerde vooruitgang vereist op het gebied van materialen, ontwerp en productie.De toekomstige voertuigen zullen lichter worden., efficiënter en milieuvriendelijker.